提高固井質(zhì)量方法淺析重點

1、提高固井質(zhì)量方法淺析葉志富（中國石化勝利油田東勝精攻石油開發(fā)集團(tuán)股份有限公司，山東東營，257000）摘要：固井作業(yè)是一次性工程，一般難以補(bǔ)救，即使補(bǔ)救也無法達(dá)到封固合格， 造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。本文基于固井實踐經(jīng)驗，通過對勝利油田的太平油田、 東風(fēng)港油田以及蒙古宗巴音油田固井的跟蹤分析，找出影響固井質(zhì)量的主要因 素，通過使用鎖水抗竄水泥外加劑、提高水泥漿密度和稠度、降低水泥漿失水量 等手段，并加強(qiáng)過程監(jiān)督管理，探索出提高固井質(zhì)量的有效方法，有效地提高了 固井質(zhì)量，取得了滿意的效果。關(guān)鍵詞：固井；水泥漿；密度；稠度；失水量1問題的提出長期以來，對于淺層地層疏松、儲層發(fā)育、井涌井漏的油井， 太平

2、油田目的層為館陶組，為一套河流相沉積地層：塊狀礫狀砂巖、含礫砂巖、 細(xì)砂巖、粉砂巖夾泥巖組合。由于砂巖埋深淺，膠結(jié)疏松，儲層物性好，平均孔 隙度為33.4%，滲透率為3761X10-3卩m2在鉆井工程中因為砂巖過于松散而擴(kuò) 徑。本區(qū)油層主要集中在館陶組下部，與大套水層相鄰。該區(qū)因地層疏松，鉆井容易 造成井徑擴(kuò)大，且儲層發(fā)育，滲透率高，水泥在凝固過程中容易因失水造成體積 縮小，影響固井質(zhì)量。另外，由于相鄰水層多，容易造成水竄而影響開發(fā)，不得 不在水層與油層之間采用管外封隔器以防止水竄。但管外封隔器因諸多因素而影 響應(yīng)用效果，如井徑、隔層厚度，油水間互層，上油層下水層等。長期以來，該 區(qū)域的固井質(zhì)

3、量一直比較差。如沾 194井是常規(guī)水泥漿固井（如圖1），在油層 段與水層段之間加了一個封隔器，固井質(zhì)量評價為第一界面合格，第二界面不合 格。據(jù)統(tǒng)計，2001年度完成的22 口井，固井油層第一界面的合格率為 89.6%, 油層第二界面的合格率為68.8%。1.2東風(fēng)港油田東風(fēng)港油田在鉆井過程中，有時會遇到井漏等復(fù)雜情況，給固井帶來了困難，如 車40-25-25井，完鉆井深2770米，完鉆電測時遇阻并發(fā)生漏失，井隊下鉆通井 至637.74米遇阻后開始劃眼，經(jīng)過10天時間的多次劃眼和處理堵漏，井漏得到 控制。整個過程共漏失泥漿近300方，劃眼造成井徑擴(kuò)大嚴(yán)重，呈 糖葫蘆”井 眼。又如車408-7井，

4、該井下套管完開泵蹩泵，發(fā)生井漏，不能建立正常循環(huán)， 經(jīng)過處理，基本建立了循環(huán)，但承壓能力小，無法進(jìn)行大排量循環(huán)，固井質(zhì)量難 以保證。1.3蒙古宗巴音油田2004年以前，蒙古宗巴音油田的固井質(zhì)量一直是鉆井遇到的主要難題之一，由于 目的層井段儲層發(fā)育，當(dāng)?shù)厮吹V化度高，加上當(dāng)時固井設(shè)備陳舊，油層井段水 泥漿平均密度達(dá)不到1.85g/cm3,如2004年鉆井4 口井，固井第一界面合格率只 有50%，第二界面合格率只有42.4%,嚴(yán)重地影響了該區(qū)塊的勘探和開發(fā)。 2影響固井質(zhì)量的主要原因 通常認(rèn)為，影響固井質(zhì)量的因素有井身質(zhì)量、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理、鉆井液性 能、水泥漿體系、固井現(xiàn)場施工等。我們通過多年

5、對固井跟蹤分析認(rèn)為，影響固 井質(zhì)量的因素主要有如下幾個方面：1 2.1地層因素 地層特性是影響水泥環(huán)第二界面膠結(jié)質(zhì)量的一個重要因素，特別是在比較活躍水 層、油層井段，水泥漿凝固過程中地層流體對其進(jìn)行侵污，從而影響了水泥石與 地層的膠結(jié)強(qiáng)度。另外，對于高滲透率油氣水層，水泥漿在稠化過程中容易失去 自由水，造成水泥漿粉化，體積減小并形成微間隙，從而影響固井質(zhì)量。2.2水泥漿性能水泥漿性能對固井質(zhì)量起著關(guān)鍵性的作用，其中關(guān)鍵性能包括水泥漿失水量、水 泥漿密度及水泥漿流變性。水泥漿的失水量過大，造成水泥凝固時自由水滲入地層，使水泥漿體積減小，從 而影響固井質(zhì)量。特別在中、高滲地層這種影響會更加明顯。另

6、外，水泥漿失水 量大，在施工過程中不但會造成嚴(yán)重的施工蹩泵事故，而且在水泥漿經(jīng)過油氣層 時，水泥漿濾液與水泥顆粒大量進(jìn)入油氣層，堵塞油氣通道而污染油層。水泥漿 密度直接反映了水灰比的大小，水泥石在固化過程中，只需要25%的水即可，而水灰比25%的水泥漿密度達(dá)到2.3g/cm3以上，固井無法泵入。為了滿足固井要 求，只能增大水灰比，但如果水泥漿密度過小，勢必增大水分流失，從而影響固 井質(zhì)量。水泥漿的流變性直接影響著頂替效率，實踐證明，動切力大的流體對動 切力小的流體具有較好的頂替效率；流動性差會增大泵入難度，增加施工危險 性，而水泥漿流動性太好，容易使水泥分層沉淀，影響封固質(zhì)量。2.3水泥石的體

7、積收縮在水泥水化過程中，水泥熟料在與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后的產(chǎn)物的體積比水化前的總 體積減小，而且純水泥水化的體積收縮率可高達(dá)5%。如果不有效控制固井水泥漿的體積收縮，不可避免地導(dǎo)致水泥石與套管、水泥石與井壁兩個界面的膠結(jié)強(qiáng) 度降低，影響固井質(zhì)量。3提高固井質(zhì)量的主要措施針對影響固井質(zhì)量的主要因素，我們采取在不同區(qū)塊、不同地層、不同井況采取 相應(yīng)的固井方案：3.1在疏松高滲地層，采用鎖水劑+膨脹劑水泥漿體系在太平油田，目的層為館陶組，針對該區(qū)地層儲層發(fā)育，滲透率高，水層發(fā)育的 特點，選擇鎖水劑+膨脹劑水泥體系。通過對鎖水抗竄水泥體系的室內(nèi)評價，以 油井G級高抗水泥為試驗材料， W/C=0.44時，以

8、配方為SK-1的加量0%3%和 SK-2的加量為1.6%為基礎(chǔ)，作水泥石力學(xué)性能的影響試驗。試驗結(jié)果見下表。SK 1 (%抗沖拉If亜 rO. IMPa)Mamtr)24h4Sh72h加h01.6261.664 J67.270.5BO7t.93hl.h72.3815和31.996374.28L485.88072h72hQ1.9792-090査1112390實驗表明，在80C養(yǎng)護(hù)下加入鎖水抗竄水泥外加劑的水泥漿，其水泥石韌性都有 一定程度的改善。27天的抗沖擊韌性分別提高19.6%和22.3%,抗折強(qiáng)度提高1821%，隨著養(yǎng)護(hù) 溫度升高，其趨勢不變。該水泥漿體系在高溫高壓下稠度低，流變性好，具有

9、良好的觸變性，候凝時水泥 石早期強(qiáng)度發(fā)展快。同時其有較強(qiáng)的抗沖擊能力和抗折強(qiáng)度，能有效地避免射孔 沖擊造成的水泥環(huán)裂縫現(xiàn)象的發(fā)生。該體系所具有的良好觸變性，避免了水泥漿在凝結(jié)過程中發(fā)生油氣水侵，有效地 避免了油氣水層的干擾，明顯提高第一界面和第二界面膠結(jié)質(zhì)量。另外加入適量的膨脹劑，可以有效減少水泥凝固造成體積縮小，減少油氣水竄， 提高水泥環(huán)與地層、套管間的膠結(jié)質(zhì)量，提高第一界面和第二界面固井質(zhì)量。3.2采用高密度、低失水量、高稠度水泥漿固井水泥漿密度是固井施工過程中的一項重要參數(shù)，是影響水泥漿物理性能的基本因 素，我們總結(jié)多年的現(xiàn)場施工經(jīng)驗，在施工過程中推廣應(yīng)用高密度水泥漿(1.952.0g/

10、cm3),低失水量水泥漿(小于100ml)封固主力油層，第一界面和 第二界面的固井質(zhì)量明顯提高。另外，為了保證固井質(zhì)量，在滿足施工條件的情況下，盡量縮短稠化時間，減小 油氣水層對水泥環(huán)的侵蝕。3.3固井過程管理控制完井過程中為了更好地保護(hù)好油氣層，提高固井質(zhì)量，加強(qiáng)了固井施工全過程的 監(jiān)督，能有效避免固井過程中人為因素的固井事故，同時提高了固井第二界面的 膠結(jié)質(zhì)量，我們主要從如下幾方面進(jìn)行監(jiān)控：（1）完井固井方案：由固井監(jiān)督與固井公司共同商定施工方案，包括：隔離 液類型的選擇與數(shù)量設(shè)計；導(dǎo)漿的數(shù)量與密度；水泥漿稠化時間；水泥漿 失水量；油層段及非油層段水泥漿密度與數(shù)量。（2）干水泥的混配過程監(jiān)

11、督，包括：外加劑的品種選擇是否正確；數(shù)量是 否加足；混配是否均勻。（3）干水泥混配的抽樣化驗，主要檢測內(nèi)容包括：水泥漿稠化時間；水泥 漿失水量；水泥石抗壓強(qiáng)度；水泥漿流動性。（4）現(xiàn)場施工：監(jiān)控固井施工過程和水泥漿密度情況，主要控制點如下：按 設(shè)計要求配制隔離液，配制的隔離液性能穩(wěn)定，數(shù)量充足；低密度水泥漿的密 度和數(shù)量；高密度水泥漿的密度及數(shù)量；替泥漿過程的排量控制，并根據(jù)壓 力變化調(diào)整替泥漿排量，避免固井事故發(fā)生；碰壓后要檢測水泥漿倒返情況， 不倒返后方可常壓侯凝。4效果分析4.1鎖水劑+膨脹劑水泥漿體系在太平油田的應(yīng)用在太平地區(qū)油層井段應(yīng)用鎖水劑+膨脹劑水泥漿固井，同時控制失水量，固井第

12、 一界面和第二界面的膠結(jié)質(zhì)量明顯提高，對油水層起到了很好的分離作用，有效 地控制了油水層竄槽現(xiàn)象的發(fā)生，如圖 2沾14-52井。固井第一界面的膠結(jié)質(zhì)量 均達(dá)到優(yōu)質(zhì)，第二界面膠結(jié)質(zhì)量均達(dá)到中等以上，說明鎖水抗竄水泥外加劑有效 地提高了第一、第二界面的膠結(jié)強(qiáng)度。圖1常規(guī)水泥漿體系固井的沾194井圖2添加鎖水抗竄劑的沾14-52井 通過采取上述措施，固井質(zhì)量得到了明顯提高，完成的26 口井中，油層第一界面合格率為100%，油層第二界面合格率為94.18%，取得了非常明顯的效果。 4.2高密度水泥漿、低密度水泥漿在車西復(fù)雜井中的應(yīng)用對于易漏井，采用高密度水泥漿固井能有效防止固井水泥漿漏失，并能保證固井

13、 質(zhì)量，為了預(yù)防固井時發(fā)生井漏，一方面選擇具有觸變性的鎖水劑水泥漿體系， 并減少了隔離液用量及低密度水泥漿量，油層封固段采用大于1.95g/cm3的水泥漿固井。另一方面根據(jù)油層分布適當(dāng)減小水泥封固段長度，以減少水泥漿的液柱 壓力。如在車40-25-25井現(xiàn)場施工過程中，在注入 3方隔離液和4方低密度水泥 漿后，接著諸如高密度水泥漿，密度控制在2.02.1g/cm3之間，施工過程中在替泥漿前期泥漿返出量少，后來返出量正常，表明隔離液和低密度水泥漿發(fā)生了 漏失，而高密度水泥漿有較好的堵漏效果，且封固質(zhì)量優(yōu)良，保證了固井質(zhì)量。 在車408-2井，在鉆井過程中油氣侵嚴(yán)重，多次發(fā)生井涌，加重至1.65g

14、/cm3發(fā)生井漏，本井要求封固1800m,為了防止固井現(xiàn)場施工時發(fā)生水泥漿漏失，在非 主力油層段應(yīng)用粉煤灰水泥漿（密度小于1.65g/cm），主力油層段采用高密度水泥漿（密度大于1.95g/cm），并把粉煤灰水泥漿稠化時間延長，為進(jìn)一步壓穩(wěn)高 壓層，候凝時采用環(huán)空加壓候凝?，F(xiàn)場施工未發(fā)生井漏，固井結(jié)束30分鐘后環(huán)空加壓5Mpa候凝，36小時后測固井，固井質(zhì)量第一界面、第二界面合格。 在車408-7井，下完套管開泵循環(huán)蹩漏地層，固井過程中，在非主力油層注低密 度水泥漿1.551.60 g/cm3水泥漿，主力油層應(yīng)用高密度水泥漿（密度大于1.95g/cm3），替泥漿時泵壓升高很快，為防止蹩泵壓漏地

15、層，把排量降至1m3/min，固井施工順利，測井后固井質(zhì)量第一界面、第二界面合格，說明高密度水泥漿具有較高的頂替效 率。4.3高密度水泥漿在蒙古宗巴音油田固井中的應(yīng)用 在蒙古宗巴音油田固井現(xiàn)場施工中，通過提高水泥漿密度（油層井段水泥漿密度 提高到1.95 g/cm3），調(diào)整水泥漿失水量、稠化時間、稠度等，解決了蒙古固井 質(zhì)量差的問題，2005年鉆井11 口，第一界面合格率100%，第二界面合格率 96.7%，大大提高了固井質(zhì)量。33庠號井號主翌油Jgft笫一界面膠 給差油圧數(shù)第二界血膠 錯差油層數(shù)測坪評價1A 1473K425不合格、査M533015一合二不舍3 141030013n :不合4

16、ft (4224019平合格合計125472序 號井U第一界面JE 皓蕪油屋敎川1膠嗨油繪數(shù)測井評價1宗東274)2宗* 3苗0(J卉14 2?401.1+ft t4-817.005fr L4-231610S北22S0-含二不舎格71 14 t6JS0(JS鬥 14-17160n9査 14-221903n V扌搟fr t4-27190?合二用詩轎11SSI200(1令計214075結(jié)論與建議1采用鎖水劑固井能有效防止水泥漿稠化過程中的油氣水干擾，在淺層疏松高 滲地層中能有效地提高第二界面的固井質(zhì)量。2）提高水泥漿密度及稠度，降低水泥漿失水，是提高固井質(zhì)量的有效方法。3）固井需要加強(qiáng)監(jiān)督管理，通過對固井全過程的監(jiān)督，能有效地避免了人為因 素的固井事故發(fā)生，確保固井質(zhì)量。參考文獻(xiàn)1楊振杰，李家芬,蘇長明；鉆井工程固井膠結(jié)界面研究現(xiàn)狀J；石油鉆探技術(shù)； 2005年06