固井防竄水泥漿體系在丘東氣田探究和應(yīng)用

1、固井防竄水泥漿體系在丘東氣田探究和應(yīng)摘 要氣竄是丘東氣井田井存在的一大技術(shù)難題， 具有低壓、低滲、個別井段易漏和固井后易氣竄的明顯特點。 為此開發(fā)了淺層氣井固井防竄水泥漿，該水泥漿具有流動性 好、失水量低、稠化時間合適、過渡時間短和早期強度高等 優(yōu)點。針對水泥漿性能影響固井質(zhì)量的原因分析，通過水泥 漿體系和水泥石的室內(nèi)試驗與評價，優(yōu)選出適合本區(qū)塊的水 泥漿體系，現(xiàn)場應(yīng)用效果比較理想。關(guān)鍵詞低壓低滲防竄水泥漿室內(nèi)評價固井質(zhì)量由于調(diào)整井長期受開發(fā)注水的影響，地下情況越來越復(fù) 雜，在同一地層剖面上，地層存在很大的壓力差異，并存著 高壓、常壓、低壓的多壓力系統(tǒng)，固井溢漏、氣竄情況時有 發(fā)生。雖然采取了

2、多種配套工藝技術(shù)取得了一定成效，但也 不盡如人意，試油竄流現(xiàn)象依然存在，給采油的穩(wěn)產(chǎn)和增產(chǎn) 措施帶來不利影響，考慮防止溢漏的發(fā)生，從水泥漿的體系 和密度著手，開展能使溢漏相互遏制達到平衡的水泥漿密 度，同時又具有防竄功效的水泥漿研究具有重要的現(xiàn)實意 義。一、氣竄原理的分析固井界默認(rèn)的氣侵原理：當(dāng)水泥漿從液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變 時，由膠凝強度的發(fā)展引起的。因此，水泥漿失去傳遞液柱 壓力的能力時，氣侵就發(fā)生了。其他的氣侵原理如：水泥漿 失水量大、橋堵、滲透性大、環(huán)空微間隙等引起的。依據(jù)氣 竄的途徑不同研制出了各種不同的防氣竄的方法。但是，現(xiàn) 場固井中綜合運用這些方法可以有效地控制氣竄的發(fā)生。在 選擇防氣竄

3、的方法時，需要綜合考慮地層壓力，滲透率，氣 體上竄速度，井底溫度，井深結(jié)構(gòu)，井斜，水泥柱高度、地 層破裂壓力。固井施工中的很多參數(shù)和水泥漿密度一樣能夠 引起液柱壓力失穩(wěn)現(xiàn)象。性能較差的泥漿和水泥漿使氣體很 容侵入到環(huán)空中。水泥漿過早膠凝導(dǎo)致不能傳遞液柱壓力， 同時水泥漿的失水量大也為氣體竄入水泥漿提供了機會。水 泥漿滲透率高引起封隔質(zhì)量差，防氣竄能力差。水泥石收縮 率高則導(dǎo)致水泥環(huán)孔隙率增加及環(huán)空微間隙增加，固井失敗 導(dǎo)致氣體對水泥環(huán)的破壞，水泥膠結(jié)強度差引起第一、二界 面膠結(jié)質(zhì)量差。二、氣竄發(fā)生的主要原因分析在水泥漿由液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變時期，氣侵是非常普遍的現(xiàn) 象。過渡時間是水泥漿從可泵狀態(tài)發(fā)展

4、到固態(tài)之間的時間。 過渡時間的另一個定義是利用靜膠凝強度定義的。膠凝強度 基于漿體的抗剪能力，測量凝膠的形成和保留凝膠的能力。 流體的膠凝強度、剪切強度決定其懸浮固體顆粒的能力，所 以，定義過渡時間必須測量水泥漿的靜膠凝強度從 loolbf/loosq. ft (48pa)增加到 5001bf/100sq. ft (240pa) 的時間。這已經(jīng)成為石油工業(yè)默認(rèn)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。一旦水泥漿 的靜膠凝強度到達5001bf/100sq. ft (240pa),氣體或其他 流體就不能通過它而滲透。水泥漿靜膠凝強度達到最佳值 5001bf/100sq. ft越快，氣體透過漿體發(fā)生氣竄的可能性越 小。當(dāng)膠凝強度

5、達到250-5001bf/100sq. ft范圍內(nèi)，足夠防 止氣體滲透漿體發(fā)生氣侵。防止氣體侵入水泥柱的主要因素 是水泥柱和泥漿柱壓力之和。只有這個壓力大于地層氣體壓 力時便不會發(fā)生氣侵，但是這個壓力不能超過地層破裂壓 力。在過渡時間內(nèi)有兩個因素影響水泥漿中水分的減少。一 是水泥漿水化消耗部分水分，二是水分以失水的形式滲入到 地層中，造成水泥柱中水分的減少。第一個因素是很難控制 的，只有從第二個因素著手控制水分的減少。所以失水量小 的水泥漿有助于防止氣竄。普遍認(rèn)為水泥漿api失水量小于 50 ml/30min是足夠防止氣竄的。而且水分的減少使水泥水 化物的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)變得脆弱而增加孔隙率。水化一旦

6、結(jié)束，水 泥漿就變成不能滲透的固體。此時，氣竄的唯一途徑是沿著 水泥與地層或者水泥與套管的界面進行。三、防竄水泥漿體系的配方研究水泥漿體系是現(xiàn)場固井質(zhì)量優(yōu)劣的最主要保障，優(yōu)選水 泥漿體系時除了考慮的本身的性性能外，還要考慮現(xiàn)場施工 條件及目的層的物性狀況，只有進行綜合考慮，室內(nèi)研制出 的水泥漿體系才能真正符合現(xiàn)場施工要求。目前在國內(nèi)低密 度水泥漿中所應(yīng)用的減輕劑主要有：鉆井液用膨潤土、膨脹 珍珠巖、水玻璃、微硅、粉煤灰、漂珠等，其中前四種均是 以增大水灰比的形式來降低水泥漿體系的密度，這樣所形成 的水泥漿體系有一定的缺點。如在吐哈油田丘東區(qū)塊使用， 由于低密度水泥石強度發(fā)展緩慢、且強度偏低，達不到封隔 地層、支撐套管的要求通過室內(nèi)實驗，研究出以bct-800l. kq-b為主劑防氣侵水泥漿配方和低密度水泥漿配方，見表1、 表2o四、防竄水泥漿性能評價1水泥漿流變性能評價，見表3。從表中可以看出，優(yōu)選出的水泥漿的稠化過渡時間基本 上都在18 min左右，屬于直角稠化，失水、析水控制得相 當(dāng)好，