韌性膨脹膠乳水泥漿在水平井上的應(yīng)用

印洪亮 韓云

摘要：水平井水平段固井完井方式已成為提高油田勘探開(kāi)發(fā)綜合效益的主要技術(shù)手段之一，儲(chǔ)層油氣段的封固好壞直接影響后續(xù)的施工作業(yè)，采用韌性膨脹膠乳水泥漿體系可有效解決水平井固井問(wèn)題，可有效防止油氣水竄及后期射孔壓裂造成的水泥石破壞及常規(guī)水泥石體積收縮產(chǎn)生的微間隙，目前已成功在新疆油田昌吉致密油區(qū)塊推廣使用2井次，固井質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)。

關(guān)鍵詞：韌性膨脹;膠乳;機(jī)械性能;膨脹率;防竄性

新疆油田昌吉致密油區(qū)塊以陸相沉積為主，油層薄、縱向物性變化大、儲(chǔ)層非均質(zhì)性嚴(yán)重，裂縫發(fā)育較好，儲(chǔ)層活躍，存在豐富的油層底水，為提高單井產(chǎn)量，避免油井過(guò)早見(jiàn)水，采用水平井水平段固井射孔完井方式來(lái)完井，既可實(shí)現(xiàn)有效的層間分隔，又能選擇性的壓裂增產(chǎn)作業(yè)。非韌性水泥漿固井不能避免射孔、壓裂等增產(chǎn)施工過(guò)程中產(chǎn)生的沖擊力對(duì)水泥環(huán)的破壞，造成層間封隔失效，油井產(chǎn)水，增加開(kāi)采成本，產(chǎn)油量下降并影響油井使用壽命。通過(guò)開(kāi)展公關(guān)研究，針對(duì)水平井固井完井并采用射孔壓裂增產(chǎn)措施的固井難題，調(diào)試出了韌性膨脹膠乳水泥漿體系，可解決水平井固井難題，并降低后期射孔壓裂造成的水泥石破壞及收縮產(chǎn)生微間隙的風(fēng)險(xiǎn)。

一、主要技術(shù)難點(diǎn)與對(duì)策

1、技術(shù)難點(diǎn)

（1）水平段長(zhǎng)達(dá)2000m，套管下放摩阻大，安全下至井底難度大。

（2）水平井水平段完井固井屬于小井眼固井，環(huán)空間隙小。

（3）水平封固段要進(jìn)行射孔壓裂作業(yè)，非韌性水泥漿固井存在壓裂施工中水泥環(huán)破壞的風(fēng)險(xiǎn)。

（4）儲(chǔ)層油氣活躍。

2、 技術(shù)對(duì)策

（1）良好的井眼條件，下套管前用原鉆具通井，對(duì)縮徑段劃眼，并進(jìn)行大排量循環(huán)洗井，確保井眼干凈、穩(wěn)定、不漏、不涌、無(wú)阻卡和穩(wěn)定，滿(mǎn)足固井施工要求;

（2）針對(duì)目的層水泥石受射孔和壓裂等沖擊力的破壞，采用韌性膨脹防竄膠乳水泥漿體系，該體系水泥石具有較低的彈性模量和較高的泊松比，相同外力作用下，具有更好的抗壓、抗拉強(qiáng)度。

（3）采用批混水泥漿方式確保入井水泥漿密度均勻，降低水泥漿過(guò)渡稠化時(shí)間，進(jìn)一步增強(qiáng)水泥石形成速度，縮短水侵時(shí)間。

（4）針對(duì)儲(chǔ)層油氣活躍，采用水泥漿中加入膠乳，通過(guò)膠乳粒子之間相互電荷作用及膠乳成膜的特性，降低水泥石滲透率，增大油氣運(yùn)移阻力，達(dá)到防氣竄的效果。

二、室內(nèi)研究

昌吉油田致密油地區(qū)完鉆井深4500m左右，總體評(píng)價(jià)儲(chǔ)層屬低孔～特低孔、低～特低滲的較差～差儲(chǔ)集層。根據(jù)該地區(qū)地質(zhì)及工程條件，該地區(qū)水平井固井水泥漿須滿(mǎn)足以下技術(shù)要求：水泥漿密度1.89 g/cm3，API失水量≦50 mL，24小時(shí)抗壓強(qiáng)度≧14MPa，48h頂部抗壓強(qiáng)度≧7 MPa，防氣竄，漿體穩(wěn)定，游離液為零，滿(mǎn)足后期大型壓裂增產(chǎn)措施要求。

1、水泥漿性能要求

（1）水泥漿密度應(yīng)與地層承壓能力相適應(yīng)，防止發(fā)生井漏;（2）針對(duì)地層水侵和后期射孔、壓裂特征，水泥漿體系應(yīng)具有較好的防竄性能、較低彈性模量，同時(shí)為避免水泥石成型造成的收縮問(wèn)題，水泥石應(yīng)具有好的膨脹性;（3）為提高頂替效率和水泥漿在裸眼段的覆蓋率，水泥漿、隔離液、清水應(yīng)具有較好的流變梯度，同時(shí)水泥漿應(yīng)具有良好的觸變性能和早期強(qiáng)度;（4）嚴(yán)格控制水泥漿的濾失量，要求在50ml以?xún)?nèi);（5）在確保施工安全的前提下，盡可能縮短稠化時(shí)間。

2、干混材料的顆粒級(jí)配

各種干混材料進(jìn)行激光粒度分析，便于更好的應(yīng)用緊密堆積理論，材料大、中、小各級(jí)填充結(jié)構(gòu)相互穿插、互為支撐，總體積基本不變、密實(shí)度大幅提高，小顆粒對(duì)大顆粒能夠起到滾動(dòng)潤(rùn)滑的作用，有利于減少配漿用水量，提高水泥石強(qiáng)度和漿體穩(wěn)定性。

3、韌性膨脹膠乳水泥漿性能評(píng)價(jià)

為滿(mǎn)足后續(xù)儲(chǔ)層的改造，水平井水泥漿在滿(mǎn)足固井技術(shù)要求的前提下，良好的穩(wěn)定性、零游離液、低濾失量是設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)， 提高水化速度，使體系有較好的韌性、抗水侵及膨脹性是韌性膨脹水泥漿設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

3.1彈性模量性能評(píng)價(jià)

彈性模量是材料在外力作用下產(chǎn)生單位彈性變形所需要的應(yīng)力。它是反映材料抵抗彈性變形能力的指標(biāo)，它只與材料成分有關(guān)，與其組織變化、狀態(tài)無(wú)關(guān)。

非韌性水泥石，彈性模量高，在外力的作用下易導(dǎo)致試塊碎裂，影響油井完井后續(xù)工作及增產(chǎn)上儲(chǔ)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，如何降低水泥石彈性模量提高水泥石抗沖擊能力是水平段固井成敗的關(guān)鍵因素。經(jīng)過(guò)模擬分析，水泥石的抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度均大于射孔及壓裂的壓應(yīng)力、拉應(yīng)力時(shí)水泥環(huán)在射孔、壓裂施工時(shí)不會(huì)碎裂。

3.2水泥漿防竄性能評(píng)價(jià)

水泥漿入裸眼環(huán)空后將在壓差作用下向滲透性地層失水，從而導(dǎo)致環(huán)空液體體積變化引起失重。因此可以綜合水泥漿的失水和稠化過(guò)渡時(shí)間性能評(píng)價(jià)，水泥漿的防竄性可用水泥漿性能系數(shù)SPN來(lái)評(píng)價(jià)。SPN值越小，防氣竄能力越強(qiáng)。用水泥漿性能系數(shù)評(píng)價(jià)水泥漿的防竄性能，計(jì)算公式為：

式中QAPI為API失水量，t30BC、t100BC分別為水泥漿達(dá)到30BC和100BC的時(shí)間。

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：SPN值為0～3，防竄性能好;SPN值為4～6，防竄性能中等;SPN值大于6，防竄性能差。SPN =0.1826API〔（T100Bc）1/2-（T30Bc）1/2〕=0.1826×26×〔（194）1/2-（181）1/2 〕=2.25，該體系1.80g/cm3密度水泥漿SPN<3，有極好的防氣竄效果。

三、施工過(guò)程與結(jié)果

JHW017井完鉆井深5220m，垂深3290m，水平段長(zhǎng)1752m，套管下深5198.5m，水泥返高2585m，下送油層套管至預(yù)計(jì)井深后，開(kāi)泵循環(huán)正常，滿(mǎn)足要求后，進(jìn)行固井施工;注入沖洗液10 m3，密度為1.03g/cm3;注入4.0m3的隔離液，密度1.40g/cm3;注水泥漿21m3，密度1.80g/cm3;注后置液2m3，壓膠塞;替頂替液清水42.4m3，碰壓36MPa～42MPa，放回水檢查浮箍工作情況，施工過(guò)程正常順利，泵壓平穩(wěn)，未發(fā)現(xiàn)漏失現(xiàn)象，環(huán)空逐步加壓至5Mpa候凝。

韌性膨脹膠乳水泥漿體系在新疆油田昌吉致密油地區(qū)JHW017井、JHW020井上成功使用，表明該體系水泥漿在解決油水同層、水侵風(fēng)險(xiǎn)的井，有較好的效果。JHW017經(jīng)過(guò)24級(jí)分級(jí)壓裂，排量10m3/min，在千方砂、萬(wàn)方液的壓裂條件下，壓力監(jiān)測(cè)正常，井口未見(jiàn)水相，表明射孔、壓裂造成的沖擊力，未對(duì)水層水泥石造成破壞。

四、結(jié)論

（1）通過(guò)合理的顆粒級(jí)配，不同的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)韌性膨脹膠乳水泥漿的膨脹性、彈性模量、抗水侵和防氣竄效果，并優(yōu)化水泥漿性能參數(shù)，滿(mǎn)足固井技術(shù)要求;

（2）韌性膠乳膨脹水泥漿可有效保證昌吉致密油地區(qū)固井質(zhì)量。通過(guò)體系解決固井過(guò)程中的水侵問(wèn)題，防止后期射孔壓裂造成的水泥石破壞及常規(guī)水泥石凝固造成水泥石收縮產(chǎn)生微間隙;

（3）韌性膠乳膨脹水泥漿防氣竄性能優(yōu)良，減少了油氣水竄的風(fēng)險(xiǎn)。