低密度膨脹水泥漿體系開發論文

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摘要:河50區塊是勝利油田產能建設的重點開發項目。該區塊地質情況復雜,且由于施工井是老區調整井,存在地面環境受限、油水關系復雜、是典型的老油田區塊。并且經過三十多年開采,已全面進入高含水期,嚴重制約著油田和采油廠上產大局。地下壓力系統遭到破壞,給固井工程提出了嚴峻的挑戰。常規的固井技術不能滿足該地區的固井要求。為此,針對該地區大位移、小半徑繞障定向井的地質結構特點,開發優化了低密度膨脹水泥漿體系,并結合其他固井工藝技術解決了現場固井技術難題。并且取得了良好的現場應用效果。

關鍵詞:河50斷塊;固井工程;地質結構;低密度水泥

前言

精細油藏描述結果顯示,作為整裝斷塊的河50潛力巨大。該區塊新井以大位移、小半徑繞障定向井為主,存在地面施工條件差、地下井網密集防碰難度高、上部地層易縮徑、下部地層壓力不均衡等多項生產技術難點,施工難度非常高。不但給鉆井技術面提出的新的難題,而且給固井工程也提出了較高的要求。固井設計要求固井水泥漿體系技術必須滿足:水泥漿穩定性好,低失水,零自由水,早期強度發展快;水泥石抗壓強度高,韌性好。滿足該地區特殊的地層結構特點。

一、固井難點分析

綜合以上地質特點和固井要求,該區塊的主要固井難度集中在以下3個方面:

(1)大位移、小半徑繞障定向井套管居中困難,在拉力和自重作用下,大斜度井段套管與上下井壁大面積接觸,套管嚴重偏心,窄邊鉆井液很難被水泥漿頂替走,影響封固質量。

(2)水泥漿在大斜度井段凝固時,由于重力作用,形成上稀下稠,上側的水泥石強度低,滲透率高,易引起油氣水竄槽。

(3)固井封固段長,上部地層壓實作用差、壓力低,固井施工過程中極易發生漏失,常規水泥固井的施工風險大。

二、水泥漿性能要求

綜合以上地質特點和固井要求,水泥漿性能具體要求以下6個方面:

(1)低濾失量。如果水泥漿濾失太大,不僅污染產層,而且水泥漿變稠,流動阻力增大,井漏的風險隨著增大,因此一般要求水泥漿的API濾失量小于50mL。

(2)零游離液。控制游離液為0是提高大位移定向井固井質量的關鍵,游離液聚集都會在井眼高邊形成積水帶,成為層與層之間竄通的途徑,地層流體就會通過此通道竄流。

(3)水泥漿過度時間短。稠化過度時間(30-100Bc)越短,水泥漿的抗氣竄能力越強,固井效果較好。

(4)高沉降穩定性。水泥漿即使無游離液析出,仍可能發生固相沉降,使井眼高邊部位水泥漿變稀,低邊部位水泥漿變稠。凝固后,高邊產生強度較弱的滲透性水泥石,不能充分封隔油氣水層,可能導致井內流體在環空中流動。

(5)水泥石早期強度發展迅速。低密度水泥漿早期強度發展情況不滿足現場固井要求,出現強度發展緩慢,或者水泥漿稠而不硬,給氣竄的產生提供機會。水泥漿石滲透性高,易引起腐蝕性介質的腐蝕。同時延長了鉆井周期。

(6)水泥石韌性好。水泥石抗沖擊韌性、抗折強度是衡量材料塑性的量度,隨兩者的提高,水泥石韌性越好,能夠承受更大的沖擊;彈性模量則是剛性的量度,彈性模量越大,變形的能力越差,越易脆裂。

三、水泥漿體系的優選

(1)低密度泡沫水泥漿體系技術

泡沫水泥漿是一種超低密度水泥漿,它是在水泥漿中充入氣體(N2或空氣)并加入水泥添加劑而形成的一種穩定水泥漿體系,其配制方法有機械充氣法和化學發氣法。泡沫水泥漿具有濾失量低、隔熱性能好、穩定性好、稠化時間易于控制,并具有低污染和一定的堵漏性能。其突出優點是在較低密度下,仍能保持較高的強度。采用低密度化學泡沫水泥漿固井有利于解決低壓易漏井和長封固段井的固井難題,有利于提高固井質量,經濟效益明顯。

(2)低密度漂珠水泥漿體系技術

選擇漂珠為減輕劑,具有密閉、粒細、質輕、壁薄和活性高等基本性能。可以配制出密度在1.40～1.60g/cm3的低密度水泥漿體系。該體系流動性較好,具有較高的穩定性、動切力和凝膠強度,在60℃下,失水量小于50mL,24h抗壓強度大于8.0MPa。現場實驗表明,低密度水泥漿體系可以應用在易漏失井上,能有效地解決這些地區底層壓力低,固井時易漏的問題。

(3)塑性微膨脹水泥漿體系技術

塑性微膨脹水泥漿是通過在常規固井水泥漿內添加一定比例的膨脹劑、增韌劑等外加材料,而形成的一種新型的具有高韌性強度的固井水泥漿體系。高韌性、微膨脹性,是這種水泥漿體系的特點。所謂的高韌性,是指水泥漿中添加了纖維類增韌物質。在常規水泥漿內添加增韌劑,就如同在水泥中加入了“鋼筋”一樣,使“混凝土”變成“鋼筋混凝土”,這樣就較好地解決了原有水泥漿固化后的脆性問題。塑性微膨脹水泥所具有的微膨脹性能,可以提高水泥漿與地層間的膠結質量。

針對河50區塊特殊的地質結構特點和固井設計要求,優選并開發出了適合該區塊地質條件的塑性微膨脹水泥漿體系,該體系具有:(1)低濾失量(50～200mL/30min);(2)在水泥漿處于塑性狀態時,產生明顯的塑性膨脹以解決水泥漿在過渡時間內因水化收縮造成的膠凝失重問題,達到防竄的目的;(3)在水泥漿硬化階段產生膨脹,解決水泥漿硬化后體積收縮劇增、誘發環空微間隙而引起竄槽的問題。此外,該水泥漿體系能大幅度提高水泥環的膠結質量,達到防竄、防滲和提高固井質量的目的。

四、應用效果

1、河50區塊34口新井于全部投產。投產初期日產油能力350.5噸,目前日產油能力204.9噸,含水64.2%,平均單井日產油6.0噸,達到了區塊調整目標。油層上部全部采用低密度水泥漿體系封固,油層全部采用塑性微膨脹水泥漿體系封固。水泥返高至井口,實現了真正的全井封固。

2、保護油層套管,提高油井壽命。

五、認識與建議

(1)該水泥漿體系技術在河50區塊固井取得了良好的效果,實現了勘探開發的總目標。

(2)塑性微膨脹水泥漿體系,可以增加水泥石的彈性,減少射孔對水泥環的破壞,保證水泥環密封質量,同時可以有效保護油氣層,有利于油井投產后各項酸化壓裂等增產措施的實施。

(3)河50斷塊地下結構特征在勝利油田老區塊具有代表性。隨著該項技術在河50斷塊應用取得的突破,將會讓老油田難以開采的薄層,油水層壓力體系復雜的油藏獲得重新投產的可能。