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河67区块固井技术研究与现场应用


作者:薛飞
【摘 要】本文研究分析了河67区块的区域性地层特征,以及固井面临的技术难题。开发研究了相应的固井技术方案。在河67区块共施工7口井,只有河67-斜18井、河-斜19井两口井质量合格,其余5口井质量均为优质。在改用遇水膨胀水泥浆体系、使用管外封隔器、环空蹩压、等技术措施后固井质量得到明显提高,尤其第二界面更明显。
【关键词】河67区块 遇水膨胀水泥浆 固井质量
河67区块地质情况特殊,油水关系复杂,在多个油层中间有高压水层,同时该区块的井主要是以定向井为主,套管居中困难,且由于施工井是老井区地面环境受限,受各方面影响固井质量问题十分突出。在总结过去施工经验,分析地层构造特点,进行科学论证的基础上,制定出一套适合该区块的固井技术措施,有效地解决该区固井质量难以保障的问题。
一、区块地层特点
1、区主要目的层位于沙二下25002600米,该层为三角洲前缘滑塌形成的浊积岩沉积。储层岩性以细砂岩、粉砂岩、粉砂质细砂岩为主。根据临井施工情况我们知道该区块在馆陶组及以上地层成岩性差,易坍塌、易卡钻,钻遇不整合面、断层面附近及疏松砂岩层,易井漏,沙三中地层亏空较大,钻井过程中易发生漏失。
2、油水层关系复杂,层间干扰严重,在2600m左右有异常高压水层,位于主力油层之间,严重影响固井质量
3、一般采用444.5mm直径钻头钻至井深300m左右,下入直径339.7mm套管,水泥浆封固全部井段。二开采用215.9mm直径钻头钻至井深3000m左右,下入139.7mm套管,采用常规固井工艺,水泥浆返高1000m
二、主要固井技术难点
1、井较深上部井眼井径不规则,套管不易居中,钻井液与水泥浆易发生窜槽,从而影响水泥环的胶结质量。
2、水泥封固段长,水泥量大,作业时间长,施工风险大,施工过程易发生漏失。
3、水泥段长,水泥浆失重效应加剧,地层压稳难度大,影响水泥石胶结质量。
4、地层流体活跃严重干扰固井质量。
三、实验室室内研究
1、前置液的研究
设计前置液采用冲洗液_隔离液的体系,对裸眼段长、套管居中度差、井壁岩屑清除困难的特点,采取了加大冲洗液、隔离液的用量,提高冲洗液、隔离液浓度等措施。前置液的数量,按照紊流接触时间7min~10min计算,冲洗液和隔离液的比例为1:1,控制环空高度计算约为200m~300m。
冲洗液采用稀释性化学冲洗液,其对钻井液、水泥浆及钻井液与水泥浆的污染胶凝物均有显著的分散冲洗作用及水润效果,能防止钻井液和水泥浆胶凝而憋泵,并在较小排量时就能达到紊流状态,从而充分提高对钻井液的顶替效率,清除浮泥饼,增加界面胶结强度,冲洗液密度平均在1.03g/cm3,流形接近牛顿型流体,且可明显降低钻井液的粘度和切力。
隔离液自身要有良好的沉降稳定性,同时要保证与钻井液、水泥浆很好的化学相容性,以有效隔离水泥浆和钻井液,防止钻井液与水泥浆掺混,降低施工风险
2、水泥浆体系的研究
水泥浆体系的优选直接影响到固井的成败,水泥浆体系选择时必须根据现场实际情况合理制定。河67-斜19井领浆采用低密增强水泥浆体系,尾桨采用塑性膨胀水泥浆体系;河67-斜18井领浆选用低密增强体系,尾桨采用晶格增强水泥浆体系。这两种配套的水泥浆体系使用效果不是很理想。根据现场情况结合固井质量评价图,准备在有高压水层干扰的油层段加入抗窜能力更强的遇水膨胀剂。
遇水膨胀剂,主要由耐高温、高压的高吸水膨胀树脂和具有缓水溶性能的包衣材料,经特殊的加工工艺合制而成。与水泥和其他外加剂混合后形成水泥浆时,其外表的包衣材料首先与水接触并开始逐渐溶解,一定时间后溶解完毕,中间的高吸水膨胀材料与水接触而吸水膨胀。如果包衣材料的溶解速度控制适当,就能实现膨胀材料在水泥硬化期或形成水泥石以后的吸水膨胀,从而实现凝固期间的水泥环体积微膨胀和水泥石后期遇水再膨胀,提高水泥环的胶结质量,完成水泥石微间隙、微裂缝的自修复,提高固井质量和生产过程中的抗水窜能力。
2.1遇水膨胀剂与水泥静浆的配伍实验
2.1.1遇水膨胀剂对水泥石膨胀率的影响
浆体类型水灰比
%比重
g/cm3膨胀剂加量
%流动度cm试验温度℃稠化时间min8h强度Mpa膨胀率
%
水泥净浆441.90 0235211812.9-2.5
水泥净浆441.89 0.5245211214.5 0.8
水泥净浆441.91 1.0235211016.4 1.1
水泥净浆441.91 1.5235210717.3 1.6
净浆遇水膨胀对比
2.1.2膨胀剂对水泥石致密性的影响
常规水泥石的TEM照片添加遇水膨胀剂的水泥石的TEM照片
含有较多的空隙 水泥石比较密实,空隙较少
2.2、遇水膨胀水泥浆体系设计原则
1)水泥浆应具有良好的流变性,较低的失水,可调的稠化时间;
2)水泥浆应具有胶凝强度发展迅速的特点;
3)水泥浆初凝后体积体积产生微膨胀;
2.3、遇水膨胀水泥浆体系实验数据
根据遇水膨胀水泥浆体系设计方案要求,经过室内调配、优选、水泥浆性能调整、流体窜模拟等一系列实验,优选出的遇水膨胀水泥浆体系具有胶凝强度发展迅速、无自由水运移、微膨胀、低失水的特点。最终领浆采用:降失水体系
尾桨采用:早强剂体系_遇水膨胀剂
四、现场工艺技术措施的应用
1、保证井眼畅通,井壁稳定的条件下根据每口井的实际情况,优选井段,下入足够量的双弓弹性扶正器,井径较大的井段按要求下入一定数量的旋流发生器。充分洗井循环在注水泥施工前保证井下安全稳定 。
2、优化筛选前置液,并适当增加前置液用量,增加紊流接触时间,有效驱替套管外壁及环空与井壁的残留钻井液,提高水泥浆顶替效率;
3、研制新型水泥浆体系以适应该区块固井要求,主要是在封固油层段的水泥浆中加入膨胀剂和抗窜材料,提高水泥石本身的抗窜能力;
在河67区块共施工7口井,只有河67-斜18井、河-斜19井两口井一界面格,其余5口井一界面为优质。在改用遇水水泥浆体系、使用管外封隔器、环空蹩压、等技术措施后固井质量得到明显提高,双界面合格率达到了85.71%(未用该体系双界面合格率为39.6%),遇水膨胀剂在油井固井中的应用,能有效地解决现场的固井技术难题,对油井固井技术的发展有很好的促进作用。
五、结论
1、通过河67区块7口井的现场应用,遇水膨胀水泥浆体系性能稳定,各项性能指标均优于前期使用的水泥浆体系。
2、遇水膨胀剂在河67区块中的应用,能有效地解决给区块防窜的固井技术难题,对油井固井技术的发展有很好的促进作用。
3、管外封隔器的使用和环空蹩压候凝 两项技术措施是压稳地层解决高压流体上窜有效措施
【参 考 文 献】
[1] 王玉武,莫继春,李杨,等.纤维与胶乳改善油井水泥石动态力学性能实验[J]. 钻井液与完井液,2005
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[3] 张明昌.固井工艺技术[M].中国石化出版社,2007