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井段累計發(fā)生7次漏失,共漏失鉆井液150m3,井漏時鉆井液密度1.31g/cm3。井漏同時也存在較嚴重的油水浸現(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,在水泥中加入彈性防漏堵漏材料,以達到防止漏失及油水浸的雙重目的?，F(xiàn)場應用施工順利,未發(fā)生漏失情況,36h后測井,固井質(zhì)量優(yōu)質(zhì),滿足二連油田老區(qū)復雜儲層的低溫防漏固井要求。

在滲漏型地層和誘導裂縫性地層固井時,水泥漿低返是各油氣田急需解決的一項難題。從材料學角度出發(fā),開發(fā)出了一種可承壓延時吸水膨脹材料drf,其核心組分為經(jīng)過表面改性和化學接枝處理的棒狀及球狀高分子吸水膨脹樹脂。評價了drf承壓堵漏水泥漿的常規(guī)固井施工性能和堵漏能力,分析了其作用機理。實驗結果表明,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2mm以下的裂縫性漏失也具有較好的堵漏能力。

對于小井眼固井來說,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種增韌劑對水泥石力學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,當其摻量為1%以上時,能夠有效提高水泥石韌性。對由改性聚丙烯纖維xw-5構建的密度為1.50、1.85和2.0g/cm3水泥漿性能進行的研究表明,該水泥漿的流變性、濾失量控制、漿體穩(wěn)定性等均較好,且早期抗壓強度高,稠化過渡時間短,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,小井眼固井較常規(guī)井眼固井有更大的難度,對水泥漿提出了更高要求。文中研究了由改性纖維xw-5構建的密度為1.50,1.85,2.00g·cm-3的水泥漿的性能。結果表明,該水泥漿流變性好,濾失量控制良好,漿體穩(wěn)定性好,稠化過渡時間短,早期抗壓強度高,抗沖擊功和抗折強度高,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)常會遇到各種復雜地層,如果造成鉆孔事故,會給施工帶來重大的經(jīng)濟損失而且拖延工期,本文通過工程實例詳細闡述了如何應用水泥漿灌注工藝解決復雜地層的鉆進難題,并介紹了水泥漿的灌注方法及操作流程,總結出了灌注水泥漿的技術要求,對鉆孔護壁堵漏工作有一定的借鑒意義。

文章針對吐哈油田三塘湖區(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)空竄流等難題進行技術攻關，在水泥漿中加入熱塑性高分子聚合物材料，設計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)空竄流等難題進行技術攻關,在水泥漿中加入熱塑性高分子聚合物材料,設計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?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。對該性能進行了室內(nèi)評價,實驗測得,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)整井進行了應用,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,影響水泥漿的流動性,需進一步完善。

新型復合纖維堵漏水泥漿體系的研究與應用 摘要：針對勝利油田河50區(qū)塊的固井漏失問題，研究開發(fā)了出了一種新型 復合纖維堵漏水泥漿體系，該體系優(yōu)選了一種以有機聚合物為原料、對表面進行 特殊工藝處理的高強有機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。當堵漏纖維水泥漿進入漏層時可形成“濾網(wǎng)結構”，增加水泥漿體的流動阻 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，達到堵漏和提 高地層承壓能力目的。 關鍵詞：河50區(qū)塊井漏復合纖維水泥漿性能現(xiàn)場應用 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)已進入高含水開發(fā)期，導致地層壓力波動、 敏感，鉆井、固井過程易漏失，鉆井和固井技術都存在著諸多技術難題。由于該 區(qū)塊地質(zhì)結構比較復雜，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)生漏失嚴重影響了固井質(zhì)量。針對這一問題,從提高水泥漿的堵漏能力方面入手進行了研究,使用了一種高強有機聚合物單絲短纖維,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,固井時能有效的起到堵漏作用。將研究成果進行了多井次的現(xiàn)場應用,水泥漿中加入堵漏纖維后有效防止或降低了固井時發(fā)生漏失,提高了固井質(zhì)量。

膠乳水泥漿體系已廣泛應用于大位移井、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,同時改善水泥石的膠結性能、韌性和防腐蝕能力。但是,由于鹽的存在會使膠乳雙電層的zeta電位降低,從而破壞膠乳的穩(wěn)定性,導致膠乳在鹽水中發(fā)生絮凝,因而限制了其在含鹽巖層(鹽層、鹽膏層、鹽水層)和水敏地層等復雜井的使用。針對這一難題,實驗室研發(fā)并在國內(nèi)首報了一種耐鹽膠乳水泥漿體系,采用動態(tài)光散射、zeta電位儀、差示掃描熱分析儀以及熱重分析儀對其粒徑、穩(wěn)定性、玻璃化溫度以及熱穩(wěn)定性進行了分析描述;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時耐鹽膠乳水泥漿體系的性能。對該耐鹽膠乳水泥漿體系性能的研究結果表明: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;③可滿足含鹽巖層井和含水敏地層井固井要求。

結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)了有針對性的水泥漿體系。對該體系的主要外加劑一降失水劑、緩凝劑、減阻劑等進行了室內(nèi)性能評價和配方優(yōu)化。實驗表明,該體系是水量低,稠化時間可調(diào)節(jié),稠化曲線基本呈"直角",抗壓強度較高,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口井得到應用,固井質(zhì)量較好。

文章對低壓易漏地層鉆井液漏失機理及堵漏機理進行了探討。對于低壓易漏地層,安全鉆井的關鍵是建造高質(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行有機組合,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。結合現(xiàn)場的實際應用,提出了低壓易漏地層安全鉆井的技術措施。

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,評價了增韌纖維對水泥漿流變性、稠化性能、降濾失性能以及與其他添加劑配伍性能的影響。同時研究了纖維對水泥石的力學性能、滲透率、泊松比和彈性模量以及膠結強度的影響。結果表明,增韌纖維在適宜的加量和長度范圍內(nèi)對水泥漿流變性、稠化性能、失水性能的影響不大,但對水泥石的力學性能影響顯著;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行了應用,解決了現(xiàn)場固井技術難題。

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級油井水泥性能難以滿足要求。針對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價。在室內(nèi)不同溫度下對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度等進行了測試,分析了觸變水泥漿作為不留塞封堵劑比g級油井水泥的優(yōu)勢。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間提供依據(jù),尤其是確定反沖洗時間這一關鍵參數(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)場采用觸變水泥漿實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。先注后采、水平井規(guī)模開發(fā)和多級分段體積壓裂是該地區(qū)增儲上產(chǎn)的主要技術措施。同時也為配套固井技術提出了新的挑戰(zhàn)。大型分段壓裂會對常規(guī)水泥環(huán)造成很大的破壞作用,進一步加劇了油、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性能的問題。針對上述難題,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,取得了很好的應用效果。

針對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,并進行了室內(nèi)實驗評價,認為水泥漿體系具有抗高溫、低失水、沉降穩(wěn)定性好、過渡時間短、直角稠化和防氣竄等綜合性能。lx600膠乳水泥漿體系在ksk油田應用了55口井,應用效果進一步表明,該水泥漿體系能夠有效提高雙界面膠結質(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)進行了環(huán)空水泥封隔實驗，并且對所開發(fā)的膨脹水泥漿體系的性能進行了室內(nèi)實驗評價。實驗結果表明，根據(jù)地層實際情況而設計的膨脹水泥漿體系能夠有效地封隔地層，現(xiàn)場應用表明，該膨脹水泥漿體系能夠有效地封隔儲氣層。本文介紹了該膨脹水泥漿體系在2個地區(qū)現(xiàn)場固井中的應用情況。

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)進行了環(huán)空水泥封隔實驗,并且對所開發(fā)的膨脹水泥漿體系的性能進行了室內(nèi)實驗評價。實驗結果表明,根據(jù)地層實際情況而設計的膨脹水泥漿體系能夠有效地封隔地層,現(xiàn)場應用表明,該膨脹水泥漿體系能夠有效地封隔儲氣層。本文介紹了該膨脹水泥漿體系在2個地區(qū)現(xiàn)場固井中的應用情況。

利用超細水泥漿實現(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。選用鈉基膨潤土(nt)水化膠體溶液作為堵劑的基礎懸浮液,并考察了鈉土水化規(guī)律。實驗發(fā)現(xiàn),鈉土加量、水化時間、堿性環(huán)境、水泥外加劑對鈉土水化膠體體系的影響顯著,預水化5%單一鈉土懸浮液30min以上,即可獲得懸浮性能穩(wěn)定的堵劑基礎懸浮液。在基礎懸浮液中加入30%超細水泥(xc),考察分散劑(cf)、降失水劑(cg)和改性乳膠(bct)對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水泥漿堵劑配方(初凝時間5h):30%xc+5%nt+0.75%cf+2%cg+5%bct+0.5%ch。模擬試驗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，應事先對采用的壓漿料進行試配。水泥、壓漿劑、水等各種材料的稱量應 準確到±1%（均以質(zhì)量計）。水膠比不應超過0.33。 2、攪拌機的轉速不低于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，最大量程應使實際工 作壓力在其25％～75％的量程范圍內(nèi)；儲料灌應帶有攪拌功能，真空泵應能達到0.092mpa 的負壓力。 4、在配制漿體拌合物時，水泥、壓漿劑、水的稱量應準確到±1%。 5、漿體攪拌操作順序為：首先在攪拌機中先加入實際拌合水用量的80％～90％，開動攪拌 機，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，應首先開啟壓漿泵，使?jié){