易漏地層防漏增韌水泥漿體系的研究

二連油田阿南老區(qū)阿31-102井由于周圍生產(chǎn)井開發(fā)政策不同,各套目的層壓力系數(shù)差別較大,高低壓儲(chǔ)層共存,壓力系數(shù)為0.8~1.4。鉆井過程中在1459~1670m井段累計(jì)發(fā)生7次漏失,共漏失鉆井液150m3,井漏時(shí)鉆井液密度1.31g/cm3。井漏同時(shí)也存在較嚴(yán)重的油水浸現(xiàn)象。為解決此問題,在井溫低、水泥用量小的情況下,采用低密度防漏堵漏水泥漿體系固井。該水泥漿體系在降低水泥漿密度的同時(shí),在水泥中加入彈性防漏堵漏材料,以達(dá)到防止漏失及油水浸的雙重目的。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用施工順利,未發(fā)生漏失情況,36h后測(cè)井,固井質(zhì)量優(yōu)質(zhì),滿足二連油田老區(qū)復(fù)雜儲(chǔ)層的低溫防漏固井要求。

在滲漏型地層和誘導(dǎo)裂縫性地層固井時(shí),水泥漿低返是各油氣田急需解決的一項(xiàng)難題。從材料學(xué)角度出發(fā),開發(fā)出了一種可承壓延時(shí)吸水膨脹材料drf,其核心組分為經(jīng)過表面改性和化學(xué)接枝處理的棒狀及球狀高分子吸水膨脹樹脂。評(píng)價(jià)了drf承壓堵漏水泥漿的常規(guī)固井施工性能和堵漏能力,分析了其作用機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,drf具有一定的降失水功能,使?jié){體游離液為0,水泥石滲透率降低72%,通過配合使用穩(wěn)定劑,可提高水泥漿的沉降穩(wěn)定性;drf承壓堵漏水泥漿能在0.7～6.9mpa的壓差下封堵不同粒徑石英砂模擬的微滲漏和大孔洞型滲漏性漏失,對(duì)2mm以下的裂縫性漏失也具有較好的堵漏能力。

對(duì)于小井眼固井來說,由于環(huán)空間隙小、水泥環(huán)薄,就要求水泥石具有良好的韌性,以承受射孔、油氣層改造等工程作業(yè)的沖擊力。本文研究了5種增韌劑對(duì)水泥石力學(xué)及水泥漿流變性的影響,優(yōu)選出改性聚丙烯纖維xw-5增韌材料,當(dāng)其摻量為1%以上時(shí),能夠有效提高水泥石韌性。對(duì)由改性聚丙烯纖維xw-5構(gòu)建的密度為1.50、1.85和2.0g/cm3水泥漿性能進(jìn)行的研究表明,該水泥漿的流變性、濾失量控制、漿體穩(wěn)定性等均較好,且早期抗壓強(qiáng)度高,稠化過渡時(shí)間短,具有很好的防漏效果,能夠滿足小井眼固井要求。

由于小井眼環(huán)空間隙小的特點(diǎn),小井眼固井較常規(guī)井眼固井有更大的難度,對(duì)水泥漿提出了更高要求。文中研究了由改性纖維xw-5構(gòu)建的密度為1.50,1.85,2.00g·cm-3的水泥漿的性能。結(jié)果表明,該水泥漿流變性好,濾失量控制良好,漿體穩(wěn)定性好,稠化過渡時(shí)間短,早期抗壓強(qiáng)度高,抗沖擊功和抗折強(qiáng)度高,且具有很好的防漏效果,能夠滿足小井眼固井要求。

在鉆孔作業(yè)過程中經(jīng)常會(huì)遇到各種復(fù)雜地層,如果造成鉆孔事故,會(huì)給施工帶來重大的經(jīng)濟(jì)損失而且拖延工期,本文通過工程實(shí)例詳細(xì)闡述了如何應(yīng)用水泥漿灌注工藝解決復(fù)雜地層的鉆進(jìn)難題,并介紹了水泥漿的灌注方法及操作流程,總結(jié)出了灌注水泥漿的技術(shù)要求,對(duì)鉆孔護(hù)壁堵漏工作有一定的借鑒意義。

文章針對(duì)吐哈油田三塘湖區(qū)塊水平井的固井質(zhì)量差、水泥石硬脆性造成壓裂過程中出現(xiàn)的環(huán)空竄流等難題進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，在水泥漿中加入熱塑性高分子聚合物材料，設(shè)計(jì)出新型增韌防竄水泥漿體系，可有效降低水泥石的彈性模量，提高水泥石抗沖擊功和防竄能力。與常規(guī)水泥石相比，其力學(xué)形變完整性的保持能力有較大提升，提高了三塘湖區(qū)塊的水平井固井質(zhì)量，滿足了后期射孔、壓裂工藝的要求。

文章針對(duì)吐哈油田三塘湖區(qū)塊水平井的固井質(zhì)量差、水泥石硬脆性造成壓裂過程中出現(xiàn)的環(huán)空竄流等難題進(jìn)行技術(shù)攻關(guān),在水泥漿中加入熱塑性高分子聚合物材料,設(shè)計(jì)出新型增韌防竄水泥漿體系,可有效降低水泥石的彈性模量,提高水泥石抗沖擊功和防竄能力。與常規(guī)水泥石相比,其力學(xué)形變完整性的保持能力有較大提升,提高了三塘湖區(qū)塊的水平井固井質(zhì)量,滿足了后期射孔、壓裂工藝的要求。

水泥漿體系介紹

目前水竄是影響勝利油田老區(qū)固井質(zhì)量和石油開采的主要因素之一。為解決該問題,研制出一種遇水膨脹水泥漿體系,其主劑為遇水膨脹劑sdsp-1,主要由耐高溫、高壓的高吸水膨脹樹脂和具有緩水溶性能的包衣材料,經(jīng)特殊工藝加工而成,通過控制包衣材料有適當(dāng)?shù)娜芙馑俣?使sdsp-1能在水泥硬化期或形成水泥石以后吸水膨脹。對(duì)該性能進(jìn)行了室內(nèi)評(píng)價(jià),實(shí)驗(yàn)測(cè)得,加有1.5%sdsp-1的遇水膨脹水泥漿的24h水泥石膨脹率為0.09%,將該水泥石在淡水中繼續(xù)養(yǎng)護(hù)72h,水泥石的再度膨脹率為0.56%。該體系在孤東油區(qū)的7口高含水調(diào)整井進(jìn)行了應(yīng)用,與同區(qū)塊、同類型井相比,二界面合格率提高了30%,證明該遇水膨脹水泥漿能有效提高含水層位的封固質(zhì)量,起到較好的防水竄作用。同時(shí)指出,該體系存在初期稠度發(fā)展較快的現(xiàn)象,影響水泥漿的流動(dòng)性,需進(jìn)一步完善。

新型復(fù)合纖維堵漏水泥漿體系的研究與應(yīng)用 摘要：針對(duì)勝利油田河50區(qū)塊的固井漏失問題，研究開發(fā)了出了一種新型 復(fù)合纖維堵漏水泥漿體系，該體系優(yōu)選了一種以有機(jī)聚合物為原料、對(duì)表面進(jìn)行 特殊工藝處理的高強(qiáng)有機(jī)聚合物單絲短纖維作為堵漏材料，在水泥漿中有很好的 分散。當(dāng)堵漏纖維水泥漿進(jìn)入漏層時(shí)可形成“濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)”，增加水泥漿體的流動(dòng)阻 力，借助于水泥漿的水化膠凝作用和未水化固相顆粒的填充作用，達(dá)到堵漏和提 高地層承壓能力目的。 關(guān)鍵詞：河50區(qū)塊井漏復(fù)合纖維水泥漿性能現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用 勝利油田河50區(qū)塊位于東營凹陷中央隆起帶西段，屬于典型的低壓滲漏地 層。該區(qū)塊整體開發(fā)了20多年，現(xiàn)已進(jìn)入高含水開發(fā)期，導(dǎo)致地層壓力波動(dòng)、 敏感，鉆井、固井過程易漏失，鉆井和固井技術(shù)都存在著諸多技術(shù)難題。由于該 區(qū)塊地質(zhì)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，二開的裸眼段存在兩套壓力系統(tǒng)（上部1800～2000m 壓力系數(shù)

塔河油田十區(qū)、十二區(qū)及艾丁區(qū)塊是中石化西北油田分公司的主力上產(chǎn)區(qū)塊,該區(qū)塊井深且多含有二疊系易漏地層,固井不同階段發(fā)生漏失嚴(yán)重影響了固井質(zhì)量。針對(duì)這一問題,從提高水泥漿的堵漏能力方面入手進(jìn)行了研究,使用了一種高強(qiáng)有機(jī)聚合物單絲短纖維,將其加至水泥漿中可以提高水泥漿的堵漏效果。室內(nèi)研究表明,堵漏纖維性能穩(wěn)定,與水泥、外加劑以及水泥漿中各種外摻料有很好的相容性,將不同尺寸的堵漏纖維合理搭配加至水泥漿后有較高的承壓能力,固井時(shí)能有效的起到堵漏作用。將研究成果進(jìn)行了多井次的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用,水泥漿中加入堵漏纖維后有效防止或降低了固井時(shí)發(fā)生漏失,提高了固井質(zhì)量。

膠乳水泥漿體系已廣泛應(yīng)用于大位移井、分支井、大斜度井、調(diào)整井和小井眼井等疑難井的固井,用以提高水泥漿的防氣竄和控制失水能力,同時(shí)改善水泥石的膠結(jié)性能、韌性和防腐蝕能力。但是,由于鹽的存在會(huì)使膠乳雙電層的zeta電位降低,從而破壞膠乳的穩(wěn)定性,導(dǎo)致膠乳在鹽水中發(fā)生絮凝,因而限制了其在含鹽巖層(鹽層、鹽膏層、鹽水層)和水敏地層等復(fù)雜井的使用。針對(duì)這一難題,實(shí)驗(yàn)室研發(fā)并在國內(nèi)首報(bào)了一種耐鹽膠乳水泥漿體系,采用動(dòng)態(tài)光散射、zeta電位儀、差示掃描熱分析儀以及熱重分析儀對(duì)其粒徑、穩(wěn)定性、玻璃化溫度以及熱穩(wěn)定性進(jìn)行了分析描述;還開發(fā)了配套的耐鹽緩凝劑以及降失水劑,并研究了鹽含量為15%bwow時(shí)耐鹽膠乳水泥漿體系的性能。對(duì)該耐鹽膠乳水泥漿體系性能的研究結(jié)果表明:①能耐飽和氯化鈣溶液、飽和鹽水以及耐250℃高溫;②具有流變性好、失水量小、防氣竄等優(yōu)點(diǎn);③可滿足含鹽巖層井和含水敏地層井固井要求。

結(jié)合冀東油田水泥外加劑使用現(xiàn)狀,并根據(jù)冀東油田地質(zhì)、固井特征,研發(fā)了有針對(duì)性的水泥漿體系。對(duì)該體系的主要外加劑一降失水劑、緩凝劑、減阻劑等進(jìn)行了室內(nèi)性能評(píng)價(jià)和配方優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)表明,該體系是水量低,稠化時(shí)間可調(diào)節(jié),稠化曲線基本呈"直角",抗壓強(qiáng)度較高,游離液含量小于1.4%。目前,該體系已經(jīng)在冀東油田的不同區(qū)塊的3口井得到應(yīng)用,固井質(zhì)量較好。

文章對(duì)低壓易漏地層鉆井液漏失機(jī)理及堵漏機(jī)理進(jìn)行了探討。對(duì)于低壓易漏地層,安全鉆井的關(guān)鍵是建造高質(zhì)量的人工井壁,提高井壁的承壓能力。根據(jù)地層物性規(guī)律,要求堵漏材料的尺寸范圍較寬,有利于不同的顆粒尺寸的堵漏材料進(jìn)行有機(jī)組合,封堵不同喉徑的孔隙和各種尺寸大小的裂縫,形成穩(wěn)定的人工井壁。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用,提出了低壓易漏地層安全鉆井的技術(shù)措施。

為解決勝利油田開發(fā)中后期小間隙固井中存在的諸多問題,從水泥石的彈性和韌性等方面開發(fā)出了增韌纖維水泥漿。優(yōu)選出了增韌纖維,評(píng)價(jià)了增韌纖維對(duì)水泥漿流變性、稠化性能、降濾失性能以及與其他添加劑配伍性能的影響。同時(shí)研究了纖維對(duì)水泥石的力學(xué)性能、滲透率、泊松比和彈性模量以及膠結(jié)強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明,增韌纖維在適宜的加量和長度范圍內(nèi)對(duì)水泥漿流變性、稠化性能、失水性能的影響不大,但對(duì)水泥石的力學(xué)性能影響顯著;在小間隙固井中,使用增韌纖維可以改善水泥環(huán)的韌性和彈性,防止竄流發(fā)生;增韌纖維水泥石的韌性(抗折強(qiáng)度)較原漿水泥石明顯提高。該水泥漿體系在23口小間隙井或漏失井進(jìn)行了應(yīng)用,解決了現(xiàn)場(chǎng)固井技術(shù)難題。

套漏井不留塞封堵工藝要求封堵劑在地層里能駐留、井筒里能沖洗出來,油田常用的g級(jí)油井水泥性能難以滿足要求。針對(duì)水泥漿封堵劑不留塞封堵工藝的要求,開展觸變水泥漿配制和性能評(píng)價(jià)。在室內(nèi)不同溫度下對(duì)觸變水泥漿的流變性、靜切力、靜置增稠和剪切稀釋特性、稠化性能和水泥石的抗壓強(qiáng)度等進(jìn)行了測(cè)試,分析了觸變水泥漿作為不留塞封堵劑比g級(jí)油井水泥的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)不留塞封堵施工過程封堵劑的狀態(tài),采用常壓稠化儀模擬了封堵套漏井的施工過程；了解觸變水泥漿在施工過程稠度變化規(guī)律,為優(yōu)化封堵施工各道工序完成時(shí)間提供依據(jù),尤其是確定反沖洗時(shí)間這一關(guān)鍵參數(shù),為不留塞封堵施工成功和確保施工安全提供了參考?，F(xiàn)場(chǎng)采用觸變水泥漿實(shí)施不留塞封堵施工獲得成功。

長慶油田隴東地區(qū)是鄂爾多斯盆地致密砂巖油藏開發(fā)的主戰(zhàn)場(chǎng)。先注后采、水平井規(guī)模開發(fā)和多級(jí)分段體積壓裂是該地區(qū)增儲(chǔ)上產(chǎn)的主要技術(shù)措施。同時(shí)也為配套固井技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。大型分段壓裂會(huì)對(duì)常規(guī)水泥環(huán)造成很大的破壞作用,進(jìn)一步加劇了油、水竄現(xiàn)象,直接影響油井后續(xù)的投產(chǎn)效果,因此防止環(huán)空竄流,不僅要考慮到水泥漿的防竄性能,還要考慮到改善水泥石力學(xué)性能的問題。針對(duì)上述難題,開發(fā)了增韌防竄水泥漿體系,該體系可有效改善水泥石力學(xué)性能,提高水泥漿的防竄能力,優(yōu)化了固井工藝,形成了適用于該地區(qū)致密砂巖油藏的配套固井技術(shù),取得了很好的應(yīng)用效果。

針對(duì)ksk油田固井中的油氣水竄問題,開展了lx600膠乳防竄水泥漿體系研究工作,并進(jìn)行了室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià),認(rèn)為水泥漿體系具有抗高溫、低失水、沉降穩(wěn)定性好、過渡時(shí)間短、直角稠化和防氣竄等綜合性能。lx600膠乳水泥漿體系在ksk油田應(yīng)用了55口井,應(yīng)用效果進(jìn)一步表明,該水泥漿體系能夠有效提高雙界面膠結(jié)質(zhì)量,解決固井中的油氣水竄問題。

在固井過程中，為了防止環(huán)空二界面微問隙的產(chǎn)生，尤其是為了開發(fā)不收縮水泥漿體系以保證層閫封隔質(zhì)量，在室內(nèi)進(jìn)行了環(huán)空水泥封隔實(shí)驗(yàn)，并且對(duì)所開發(fā)的膨脹水泥漿體系的性能進(jìn)行了室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，根據(jù)地層實(shí)際情況而設(shè)計(jì)的膨脹水泥漿體系能夠有效地封隔地層，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，該膨脹水泥漿體系能夠有效地封隔儲(chǔ)氣層。本文介紹了該膨脹水泥漿體系在2個(gè)地區(qū)現(xiàn)場(chǎng)固井中的應(yīng)用情況。

在固井過程中,為了防止環(huán)空二界面微間隙的產(chǎn)生,尤其是為了開發(fā)不收縮水泥漿體系以保證層間封隔質(zhì)量,在室內(nèi)進(jìn)行了環(huán)空水泥封隔實(shí)驗(yàn),并且對(duì)所開發(fā)的膨脹水泥漿體系的性能進(jìn)行了室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,根據(jù)地層實(shí)際情況而設(shè)計(jì)的膨脹水泥漿體系能夠有效地封隔地層,現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明,該膨脹水泥漿體系能夠有效地封隔儲(chǔ)氣層。本文介紹了該膨脹水泥漿體系在2個(gè)地區(qū)現(xiàn)場(chǎng)固井中的應(yīng)用情況。

利用超細(xì)水泥漿實(shí)現(xiàn)水竄通道深部堵水,需解決堵劑的深部注入性問題,而注入性能與堵劑的懸浮性和分散性密切相關(guān)。選用鈉基膨潤土(nt)水化膠體溶液作為堵劑的基礎(chǔ)懸浮液,并考察了鈉土水化規(guī)律。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),鈉土加量、水化時(shí)間、堿性環(huán)境、水泥外加劑對(duì)鈉土水化膠體體系的影響顯著,預(yù)水化5%單一鈉土懸浮液30min以上,即可獲得懸浮性能穩(wěn)定的堵劑基礎(chǔ)懸浮液。在基礎(chǔ)懸浮液中加入30%超細(xì)水泥(xc),考察分散劑(cf)、降失水劑(cg)和改性乳膠(bct)對(duì)堵劑分散性能的影響,配合中溫緩凝劑(ch),得到可深部注入的超細(xì)水泥漿堵劑配方(初凝時(shí)間5h):30%xc+5%nt+0.75%cf+2%cg+5%bct+0.5%ch。模擬試驗(yàn)中的平均注入壓力為0.289mpa,表明該配方可用于水竄通道深部堵水。圖8表1參5

1、管道壓漿前，應(yīng)事先對(duì)采用的壓漿料進(jìn)行試配。水泥、壓漿劑、水等各種材料的稱量應(yīng) 準(zhǔn)確到±1%（均以質(zhì)量計(jì)）。水膠比不應(yīng)超過0.33。 2、攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速不低于1000r/min，漿葉的最高線速度限制在15m/s以內(nèi)。 3、壓漿機(jī)采用連續(xù)式壓漿泵，其壓力表最小分度值不得大于0.1mpa，最大量程應(yīng)使實(shí)際工 作壓力在其25％～75％的量程范圍內(nèi)；儲(chǔ)料灌應(yīng)帶有攪拌功能，真空泵應(yīng)能達(dá)到0.092mpa 的負(fù)壓力。 4、在配制漿體拌合物時(shí)，水泥、壓漿劑、水的稱量應(yīng)準(zhǔn)確到±1%。 5、漿體攪拌操作順序?yàn)椋菏紫仍跀嚢铏C(jī)中先加入實(shí)際拌合水用量的80％～90％，開動(dòng)攪拌 機(jī)，均勻加入全部壓漿劑，邊加入邊攪拌，然后均勻加入全部水泥。全部粉料加入后再攪拌 2min；然后加入剩余的10％～20％的拌合水，繼續(xù)攪拌2min。 6、漿體壓入梁體孔道之前，應(yīng)首先開啟壓漿泵，使?jié){