15大港油田側鉆井固井增韌防漏水泥漿技術研究及應用.doc

大港油田側鉆井固井增韌防漏水泥漿技術研究及應用宮英杰 樊松林 趙俊峰 孫亞珍天津大港油田鉆采院材料所摘要：大港油田側鉆井固井具有小井眼、小間隙以及部分井低壓易漏失的特點，為確保封固質量，進行了固井水泥漿技術研究。在提高水泥漿防竄、流變性等綜合工程性能的基礎上，采用具有提高水泥石韌性、抗沖擊能力和防漏失能力的增韌防漏水泥漿體系，重點解決上述技術難題?，F(xiàn)場施工43口井，固井質量合格率100，固井質量得到明顯提高。證實了通過添加特種外加劑改善水泥漿體系的相關性能提高固井質量是一條有效的途徑。關鍵詞：側鉆井 固井 水泥漿 綜合工程性能 增韌 防漏前言小井眼開窗側鉆技術作為有效開發(fā)老井油氣資源的新技術新工藝，有著廣闊的應用前景。但小井眼開窗側鉆井本身的特點，尤其是139.7mm套管開窗，101.6mm尾管懸掛固井完井給固井帶來了一定的難度。其中水泥漿作為固井核心技術之一，對其穩(wěn)定性、流動性等綜合工程性能提出了較高的要求。另外，水泥基材料存在脆性大、韌性差的固有缺陷：抗拉強度低，只是抗壓強度的1/71/12；抗破裂性差，極限延伸率只有0.020.06%；抗沖擊強度低，斷裂功為20J/280J/2。水泥環(huán)因完井（射孔）及開發(fā)過程中（酸化、壓裂等）強外力作業(yè)受損傷而不能保證有效封隔地層的完整性，而小井眼、小間隙下相對薄弱的水泥環(huán)的這種可能性會更大。大港油田低壓易漏區(qū)塊較多，水泥漿低返會嚴重影響固井質量。低密度水泥漿體系作為常規(guī)的技術措施，其水泥石強度偏低、穩(wěn)定性較差等缺點影響了推廣應用。在確保水泥漿綜合工程性能的基礎上，采用具有提高水泥石韌性和水泥漿防漏能力的水泥漿技術，無疑是提高固井質量的有效技術措施，技術核心即油井水泥纖維特種外加劑。1 強外力對水泥石的損傷和油井水泥纖維特種外加劑射孔作業(yè)中，瞬間產(chǎn)生的高溫、高壓聚能射流將作用到由套管、水泥環(huán)、巖體構成的復合體上，可產(chǎn)生高達3000MPa4000MPa的沖擊壓力。由于應力波的作用，在水泥環(huán)內的局部區(qū)域會形成拉伸的高應力區(qū)，產(chǎn)生宏觀裂紋，影響固井質量和后續(xù)的采油作業(yè)。國內各油田均有相當數(shù)量的套損井，而已經(jīng)證實存在射孔前聲幅測井質量為優(yōu)或合格而射孔后聲幅測井質量不合格的情況。調查結果表明：固井質量、射孔作業(yè)和后續(xù)增產(chǎn)措施是造成水泥環(huán)微間隙或水泥環(huán)損壞的主要因素之一；射孔時固井質量好的井，套管損壞少，固井質量差則套管損壞多；據(jù)對15處高強度套管損壞點分析，發(fā)現(xiàn)73.0%的高強度套管損壞點附近水泥環(huán)膠結不良。研究認為，纖維增強是提高水泥石韌性的有效途徑，可以很好地解決水泥石脆性大，抗沖擊性能差的問題。油井水泥纖維外加劑由不同尺寸、形狀的有機纖維和無機纖維組成，表面經(jīng)技術處理提高了親水性能，在起到增韌作用的同時，克服了一般纖維會影響水泥漿流動性能的難題，從而得以應用于固井水泥漿。油井水泥石的一個顯著特點是基體內部存在許多初始微裂紋和微孔隙，當基體受沖擊力作用時微裂紋和微孔隙迅速發(fā)展，形成宏觀裂紋（裂縫）。使用纖維材料之所以能得到強度、韌性的提高，其原因主要是由于纖維有效地阻滯了基體裂紋擴展。當纖維水泥受到很大的沖擊載荷時，水泥基體破碎，但亂向分布的纖維將破碎的水泥基體束縛在一起，從而仍保持完整的結構，這就是油井水泥纖維特種外加劑在聚能射流作用下能防止水泥環(huán)開裂的原因所在。2 體系性能評價2.1實驗材料四川嘉華G級高抗硫油井水泥、油井水泥纖維特種外加劑和降失水劑、分散劑、緩凝劑及消泡劑。其中纖維加量為2。2.2實驗方法水泥漿密度、失水量、游離液及流變性等測定按照API規(guī)范10操作?？拐蹚姸龋簩⑴浜玫臐{體倒入1cm1cm6cm的模型中，置于50（80）水浴中養(yǎng)護24h和48h后脫模，在冷水中冷卻至室溫，然后利用KZY30型電動抗折儀測試抗折強度。抗沖擊功強度：將配好的漿體倒入1cm1cm6cm的模型中，置于50（80）水浴中養(yǎng)護24h、48h和7天后脫模，在冷水中冷卻至室溫，然后利用XCJ40型沖擊試驗機測試凈漿水泥石和試樣漿水泥石的沖擊功。2.3測試結果2.3.1體系工程性能水泥漿的稠化性能、濾失量、流變性及析水率是非常重要的技術指標，與油氣井固井作業(yè)的安全及封固質量密切相關。纖維特種外加劑具有較好的配伍性，與常用水泥漿外加劑配制成纖維水泥漿體系的工程性能見表1。表1 增韌防漏水泥漿體系固井工程性能配方密度g/cm3析水率%API失水mL稠化時間20 MPa抗壓強度（80/24h）MPa流變參數(shù)nKPa.sn11.85042176/6520.620.4790.55321.85048187/6520.080.5120.77531.85048182/6520.560.5080.772 體系的稠化性能見圖1。圖1 增韌防漏水泥漿體系稠化曲線2.3.2抗折強度增韌防漏水泥漿體系水泥石抗折強度（增量）測試數(shù)據(jù)見表2。表2 增韌防漏水泥漿體系水泥石抗折強度增量樣品抗折增量，5024h5048h8024h8048h116.1621.4223.9419.87225.3829.7927.3022.40318.7622.3422.1722.452.3.3抗沖擊功 增韌防漏水泥漿體系水泥石抗沖擊功（增量）測試數(shù)據(jù)見表3。表3 增韌防漏水泥漿體系水泥石試樣的沖擊功增量樣品沖擊功增量，%508024h48h7d24h48h7d174.9750.6420.3140.1545.8820.07287.9158.8936.4843.5641.1320.32385.2649.8827.6542.1839.8621.052.3.4小結經(jīng)實驗評價，纖維特種外加劑可與常用外加劑友好配伍，增韌防漏水泥漿體系的韌性（抗折強度和抗沖擊能力）較凈漿有較大幅度的提高，克服了水泥基材料自身的缺陷，應用于小井眼、小間隙側鉆井固井具有極好的針對性。3 現(xiàn)場應用經(jīng)室內研究和評價后，增韌防漏水泥漿體系先后應用于官962-6K、港261K、烏19-8K、港5-57K、西新5-12K等40余口井，固井成功率100,固井質量合格率100。下面以官962-6K井為例說明。官962-6K側鉆井固井。該井是低壓小井眼、小間隙固井。井深1830m，井底壓力系數(shù)0.56，1.10g/cm31.15g/cm3鉆井液鉆井過程漏失嚴重，121mm井眼下101.6mm尾管，環(huán)空間隙太小，循環(huán)摩阻高?？紤]固井質量與使用壽命，未采用低密度水泥漿體系，二是選用了增韌防漏水泥漿體系，纖維外加劑摻量2，水泥漿密度1.85g/cm3，綜合工程性能良好。整個施工過程順利，48h聲變測井固井質量優(yōu)質。4 結論（1）增韌防漏水泥漿體系綜合工程性能優(yōu)良：失水，流變性、穩(wěn)定性、稠化性能好，抗壓強度無損失。（2）纖維特種外加劑親水，配伍性好，通過改善水泥基材料的微觀結構提高體系的抗折強度（比較凈漿）15以上，提高體系的抗沖擊功20以上。（3）體系通過40余口小井眼、小間隙側鉆井，特別是官962-6K、港5-57K等低壓易漏失井的成功應用，證實了增韌防漏水泥漿體系的優(yōu)良性能，為提高小井眼、小間隙和低壓易漏側鉆井固井質量提供了新的技術保證。參考文獻：1、何生輝等，鉆井工程技術（下），石油工業(yè)出版社，1999.82、姚洪田，套管損壞原因與修井效果，大慶石油地質開發(fā)，2001，20（1）3、劉大為，現(xiàn)代固井技術，遼寧科