15大港油田側(cè)鉆井固井增韌防漏水泥漿技術(shù)研究及應(yīng)用.doc

大港油田側(cè)鉆井固井增韌防漏水泥漿技術(shù)研究及應(yīng)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(cè)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(diǎn)，為確保封固質(zhì)量，進(jìn)行了固井水泥漿技術(shù)研究。在提高水泥漿防竄、流變性等綜合工程性能的基礎(chǔ)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(diǎn)解決上述技術(shù)難題?，F(xiàn)場施工43口井，固井質(zhì)量合格率100，固井質(zhì)量得到明顯提高。證實(shí)了通過添加特種外加劑改善水泥漿體系的相關(guān)性能提高固井質(zhì)量是一條有效的途徑。關(guān)鍵詞：側(cè)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(cè)鉆技術(shù)作為有效開發(fā)老井油氣資源的新技術(shù)新工藝，有著廣闊的應(yīng)用前景。但小井眼開窗側(cè)鉆井本身的特點(diǎn)，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(shù)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(qiáng)度低，只是抗壓強(qiáng)度的1/71/12；抗破裂性差，極限延伸率只有0.020.06%；抗沖擊強(qiáng)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(qiáng)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(yán)重影響固井質(zhì)量。低密度水泥漿體系作為常規(guī)的技術(shù)措施，其水泥石強(qiáng)度偏低、穩(wěn)定性較差等缺點(diǎn)影響了推廣應(yīng)用。在確保水泥漿綜合工程性能的基礎(chǔ)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(shù)，無疑是提高固井質(zhì)量的有效技術(shù)措施，技術(shù)核心即油井水泥纖維特種外加劑。1 強(qiáng)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(gòu)成的復(fù)合體上，可產(chǎn)生高達(dá)3000MPa4000MPa的沖擊壓力。由于應(yīng)力波的作用，在水泥環(huán)內(nèi)的局部區(qū)域會形成拉伸的高應(yīng)力區(qū)，產(chǎn)生宏觀裂紋，影響固井質(zhì)量和后續(xù)的采油作業(yè)。國內(nèi)各油田均有相當(dāng)數(shù)量的套損井，而已經(jīng)證實(shí)存在射孔前聲幅測井質(zhì)量為優(yōu)或合格而射孔后聲幅測井質(zhì)量不合格的情況。調(diào)查結(jié)果表明：固井質(zhì)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(zhì)量好的井，套管損壞少，固井質(zhì)量差則套管損壞多；據(jù)對15處高強(qiáng)度套管損壞點(diǎn)分析，發(fā)現(xiàn)73.0%的高強(qiáng)度套管損壞點(diǎn)附近水泥環(huán)膠結(jié)不良。研究認(rèn)為，纖維增強(qiáng)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(jī)纖維和無機(jī)纖維組成，表面經(jīng)技術(shù)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(yīng)用于固井水泥漿。油井水泥石的一個顯著特點(diǎn)是基體內(nèi)部存在許多初始微裂紋和微孔隙，當(dāng)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(qiáng)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(kuò)展。當(dāng)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(jié)構(gòu)，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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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?qiáng)度：將配好的漿體倒入1cm1cm6cm的模型中，置于50（80）水浴中養(yǎng)護(hù)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(qiáng)度?？箾_擊功強(qiáng)度：將配好的漿體倒入1cm1cm6cm的模型中，置于50（80）水浴中養(yǎng)護(hù)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(yàn)機(jī)測試凈漿水泥石和試樣漿水泥石的沖擊功。2.3測試結(jié)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(shù)指標(biāo)，與油氣井固井作業(yè)的安全及封固質(zhì)量密切相關(guān)。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(qiáng)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(qiáng)度增韌防漏水泥漿體系水泥石抗折強(qiáng)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(qiáng)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(jié)經(jīng)實(shí)驗(yàn)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(qiáng)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(yīng)用于小井眼、小間隙側(cè)鉆井固井具有極好的針對性。3 現(xiàn)場應(yīng)用經(jīng)室內(nèi)研究和評價后，增韌防漏水泥漿體系先后應(yīng)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(zhì)量合格率100。下面以官962-6K井為例說明。官962-6K側(cè)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(yán)重，121mm井眼下101.6mm尾管，環(huán)空間隙太小，循環(huán)摩阻高。考慮固井質(zhì)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(zhì)量優(yōu)質(zhì)。4 結(jié)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(qiáng)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(jié)構(gòu)提高體系的抗折強(qiáng)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(cè)鉆井，特別是官962-6K、港5-57K等低壓易漏失井的成功應(yīng)用，證實(shí)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(cè)鉆井固井質(zhì)量提供了新的技術(shù)保證。參考文獻(xiàn)：1、何生輝等，鉆井工程技術(shù)（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(zhì)開發(fā)，2001，20（1）3、劉大為，現(xiàn)代固井技術(shù)，遼寧科