又溢又漏井固井技術(shù)

1、又溢又漏井固井技術(shù)固井技術(shù)服務(wù)公司 肖慶昆摘要：溢漏并存井固井施工中存在著井下易漏失、返高不夠，侯凝期間水泥漿“失重”地層流體侵入環(huán)空發(fā)生竄槽固井質(zhì)量差，水泥漿頂替效率差等難點。本文針對存在的固井難點，研究出了高強低密度水泥漿體系，采用了近平衡壓力固井技術(shù)，并優(yōu)化了前置液性能及用量，較好地解決了溢漏并存井固井技術(shù)難點，為類似復(fù)雜井固井提供了可行性借鑒。關(guān)鍵詞：固井 井漏 防竄 低密度 前言：隨著油田勘探開發(fā)的不斷深入，注采比越來越大，與油田開發(fā)初期處于原始狀態(tài)的地層壓力系統(tǒng)相比較，中后期地下情況發(fā)生了很大變化，形成許多憋壓層、流體虧空層等，鉆井過程中溢漏并存形象時有發(fā)生，對固井施工提出了嚴峻的

2、考驗。為此研究開發(fā)出了高強低密度水泥漿體系，該體系水泥具有較高的早期強度，水泥漿防氣竄能力系數(shù)SPN值小于3，配合合理的技術(shù)措施，有針對性的解決了溢漏并存井固井技術(shù)難題，取得了較為滿意的效果。1 主要固井難點1.1又溢又漏井在鉆井過程中的表現(xiàn)形式又溢又漏井在鉆井過程中，一般表現(xiàn)為上溢下漏和上漏下溢兩種形式。上溢下漏通常表現(xiàn)為上部高壓層（氣層、水層等），當鉆進至上部高壓層時，需要高密度鉆井液平衡高壓層，而鉆下部低壓地層時，因液柱壓力過高壓裂地層發(fā)生鉆井液漏失，從而導(dǎo)致整個井筒環(huán)空內(nèi)液柱壓力下降，誘發(fā)上部高壓層發(fā)生溢流或井噴。上漏下溢是漏失層在高壓層上部，通常發(fā)生在鉆進下部地層時發(fā)生溢流，當提高鉆

3、井液密度壓井時，造成上部低壓層發(fā)生漏失，導(dǎo)致井筒環(huán)空內(nèi)液柱壓力降低，反過來再次誘發(fā)下部高壓層發(fā)生溢流或井噴。1.2井漏問題對于低壓易漏井而言，地層壓力低于環(huán)空水泥漿液柱壓力時，就會發(fā)生漏失，為保證水泥漿返至設(shè)計高度，而不發(fā)生漏失，是低壓易漏井固井作業(yè)的一個難點。1.3低密度水泥漿問題采用低密度水泥漿固井是降低環(huán)空水泥漿液柱壓力的主要措施，但低密度水泥漿水泥石的抗壓強度普遍較低，若使用不當，會出現(xiàn)問題，無法滿足油氣層段得射孔要求和油氣層改造的要求。1.4防竄問題由于封固段需要穿越不同的地層壓力層系，注水泥結(jié)束后，環(huán)形空間內(nèi)發(fā)生油氣水侵是影響固井質(zhì)量的一大難題。大量生產(chǎn)實踐實驗和科學(xué)研究證明，造成

4、油氣水侵的主要原因是在水泥漿凝結(jié)過程中，其液柱壓力不斷降低，即水泥漿“失重”。當作業(yè)于井筒環(huán)空內(nèi)的液柱壓力降至低于油氣水層壓力的某一時刻，油氣水就會侵入環(huán)空，發(fā)生竄流。1.5頂替效率問題由于存在低壓易漏層系，因此施工排量不能太大，難以實現(xiàn)穩(wěn)流頂替，因此頂替效率的提高也是低壓易漏井固井的技術(shù)難題之一。2 技術(shù)措施2.1優(yōu)化環(huán)空漿柱結(jié)構(gòu)，采用近平衡壓力固井考慮到井下溢漏并存的情況，固井施工既要做到固井時井下不發(fā)生漏失，又要做到施工完水泥漿失重后不發(fā)生溢流，就必須從優(yōu)化環(huán)空漿柱結(jié)構(gòu)出發(fā)，根據(jù)溢、漏層的位置，計算各段的環(huán)空液柱壓力，采用近平衡壓力固井，環(huán)空漿柱結(jié)構(gòu)從上到下設(shè)計為：鉆井液+沖洗液+隔離液

5、+低粘鉆井液+低密度水泥漿+常規(guī)密度水泥漿。漏層以上的液柱當量密度應(yīng)當小于漏失層發(fā)生的當量密度，同時為了控制水泥漿失重后發(fā)生溢流，根據(jù)水泥漿稠化時間，固井施工完，在一定時間內(nèi)進行環(huán)空加壓，壓力視具體情況確定。2.2采用封隔器環(huán)空密閉固井工藝技術(shù)為了有效地抑制地層活躍的流體，采用管外封隔器，座封成功后能有效密閉環(huán)空。2.3有針對性制定措施，提高頂替效率（1）優(yōu)化泥漿性能，在不影響井下安全的前提下，固井前盡可能降低泥漿的粘切，同時準備1020m3密度相同低粘切泥漿固井前泵入井內(nèi)。（2）提高沖洗液、隔離液性能，合理設(shè)計隔離液用量，從而實現(xiàn)低排量高頂替效率。（3）合理設(shè)計扶正器數(shù)量，保證封固段內(nèi)套管居

6、中度。2.4優(yōu)化前置液性能使前置液與泥漿及水泥漿有良好的配伍性，與鉆井液和水泥漿接觸時不增稠，對鉆井液、水泥漿及泥漿與水泥漿的混合物污染膠凝物均有顯著的稀釋分散作用，對界面有良好的化學(xué)沖洗效果，能提高對鉆井液的頂替效率。3 研究開發(fā)高強低密度水泥漿體系3.1減重料的選擇作為低密度水泥漿的減重劑，一般有二類可選用，一類具有很好的保水性，可以大幅度地增加水泥漿的含水量，使水泥漿的密度降低，如膨潤土、硅藻土、水玻璃等。另一類使本身比較輕，可以部分替代水泥，如火山巖、粉煤灰、漂珠等。目前國內(nèi)普遍推廣應(yīng)用的低密度水泥漿其主要減重料有膨潤土、水玻璃、粉煤灰、漂珠等。比較這些常用易得的減重料料，選擇漂珠作減

7、重料配制超低密度水泥漿（密度低至1.30g/cm3）最為理想，因為漂珠具有質(zhì)輕、空心、密閉、粒細，具有活性早強度高（如表1所示）等特點。 表1 不同減重材料低密度水泥漿的強度減重材料品種水固比水泥漿密度g/cm3養(yǎng)護條件期齡h強度值MPa搬土0.881.6080/21Mpa486.3水玻璃0.781.6160/21MPa244.4粉煤灰0.701.6045/21Mpa4812.0漂珠0.561.4030/21MPa4816.93.2早強劑的選擇當水泥漿體系的密度低于1.3g/cm3時，水膠比顯著增大，單位體積內(nèi)的減輕材料用量增加，膠凝材料用量減少，最終導(dǎo)致稠化時間長，強度低。為達到低溫早強的目

8、的，進行了幾種早強劑（如JS001、CA-2、T93、S603、CA909S等）在30的條件下的抗壓強度實驗，實驗結(jié)果如表3-8、圖3.1所示。表2 不同早強劑對同一密度水泥漿30、8h抗壓強度的影響水泥漂珠增強劑水CF40SJS001T93CA-2S603CA909S流動度抗壓強度MPa（30/8h）10036.844.587.81.55.019.51.710036.844.587.81.55.020.50.510036.844.587.81.55.020.01.510036.844.587.81.55.020.00.810036.844.587.51.53.020.03.6實驗表明，不同早

9、強劑JS001、CA-2、T93、S603，在5%（BWOC）的較大摻量下，對低密水泥漿低溫下抗壓強度的發(fā)展沒有明顯的促進作用，而CA909S在較低摻量下3.0%（BWOC）就能有效提高水泥石低溫下的早期強度。比對實驗表明JS001可適用于低密度的固井水泥漿并可有效提高水泥漿低溫強度，是一種經(jīng)濟實惠、性能優(yōu)良的低溫早強劑。圖1 不同早強劑對體系低溫抗壓強度的影響3.3降失水劑的選擇高強低密度水泥漿由于礦物性增強材料的摻入，進行顆粒級配，其水泥漿本身就具有一定的降失水功能，在較高溫度下凈漿失水可以控制在500ml以內(nèi)（一般水泥漿約2000ml），通過優(yōu)選分散性降失水劑G60S(JS010)以及合

10、成降失水劑BXF-200L，很容易將水泥漿API失水量可控制在50ml以內(nèi)1，實驗結(jié)果如圖2所示：圖2 G60S摻量對失水量的影響3.4高強低密度水泥漿防氣竄性能油氣井注水泥后，由于環(huán)形空間液柱壓力與地層壓力不平衡關(guān)系的變化，使地層流體進入環(huán)形空間后會產(chǎn)生縱向流動，這種縱向流動稱為流體竄流，簡稱環(huán)空竄流。地層中最活躍的是氣體，氣體的粘度比水的粘度低80100倍，發(fā)生竄流的可能性最大，因此一般又稱其為氣體竄流或環(huán)空氣竄。嚴重的環(huán)空氣竄可能導(dǎo)致很高的井口壓力和氣體流動，不僅使后續(xù)鉆井工程和開采工程無法進行，還可能造成全井報廢。水泥漿性能系數(shù)SPN值可以評價水泥漿防氣竄性能，SPN值越小，防氣竄能力

11、越強。水泥漿性能系數(shù)可由公式（4-1）進行計算2：（4-1）SPN=Q（ ）t100t3030式中：SPN：水泥漿性能系數(shù) Q：API失水量（6.9MPa×30min） t100：稠度達到100Bc的時間，min； t30：稠度達到30Bc的時間，min；根據(jù)水泥漿性能系數(shù)SPN，評價水泥漿防氣竄性能標準如表4-3所示：表3 水泥漿防氣竄性能評價標準SPN13466評價標準好中等差由水泥漿性能系數(shù)公式可以看出，稠化過渡時間越短，失水量越小，SPN值越小，防氣竄的能力越強。高強低密度水泥漿體系具有低失水、過度時間短的特點，因此水泥漿SPN值也較小，其50下不同密度的高強低密水泥漿SPN

12、值如表4，該體系的SPN值表明該體系具有良好的防氣竄能力。表4 50下不同密度的低密高強水泥漿體系SPN值序號密度g/cm3稠化時間稠度達到30Bc的時間API失水mLSPN值11.2145129192.3621.3132116182.36由此可以看出，高強低密度水泥漿可以控制較低的失水，有利于防止長封固段作業(yè)中發(fā)生失重，而且靜膠凝強度實驗水泥漿靜膠凝強度發(fā)展快，過渡時間短，水泥漿SPN值較低，具有較強的防竄能力。3.5 高強低密度水泥漿配方及綜合性能高強低密度水泥漿由水泥、減重材料，活性增強材料，外加劑和水組成，通過調(diào)整材料的加量和體系優(yōu)化，可設(shè)計出不同條件的超低密度水泥漿體系。表5是密度為

13、1.3g/cm3的高強低密度水泥漿配方，表6為高強低密度水泥漿綜合性能，圖3、是典型的稠化曲線。 水泥漿配方 （見表5） 表5產(chǎn)品名稱早強劑漂珠增強劑分散劑降失水劑緩凝劑消泡劑代號JS001JS003JS005JS008JS010JS012JS-19加量（BWOC）3.564570.364.520.480.14 水泥漿性能：90×50MPa×50min （見表6） 表6項目名稱密度g/cm3API失水ml游離液%流動度cm初始稠度BC稠化時間min24h抗壓強度MPa性能指標1.30300221819016 稠化曲線圖3 90稠化曲線圖4 現(xiàn)場應(yīng)用周X44-7井是一口評價井

14、，位于江蘇省興化市周莊鎮(zhèn)徐家舍村，構(gòu)造位置為高郵凹陷吳堡斷裂帶宋家垛構(gòu)造中部。該井完鉆井深1895m，最大井斜為31.88°，井深1515.68m，油層套管下至1891.2m。鉆井施工過程中在油層上部井段輕微漏失，共漏失泥漿20m3，下套管前通井后效嚴重。電測解釋成果表顯示此井有多層水層，為了保證封固質(zhì)量，在井深1670.05-1672.95m下入封隔器，將水層隔開，采用了兩凝水泥漿體系，下部采用常規(guī)水泥漿體系（13t）施工現(xiàn)場平均密度為1.92g/cm3；上部采用高強低密度水泥漿體系（10t），施工現(xiàn)場平均密度為1.28 g/cm3。全井應(yīng)封23層，23層優(yōu)，在封固段內(nèi)，優(yōu)質(zhì)段占87.16%，合格段占10.93%，差段占1.91%全井固井質(zhì)量評為優(yōu)。在高強低密度水泥漿封固井段（972-1600m），聲幅解釋：優(yōu)質(zhì)段達85.35%，合格段占11.87%，差段占2.78%，總體評價為優(yōu)。5 結(jié)論（1）高強低密度水泥漿體系的應(yīng)用，有效地減小了固井時的井下漏失