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低渗油藏水平井固井水泥浆体系优化策略

发表时间：2021/6/16 来源：《探索科学》2021年5月作者：张利华

[导读] 研究地层属于低压、低渗、致密性油田，特别是上部地层的压力更低，存在易发生漏失地层，且存在多个出水层，其封固特点为含油气段长，温差变化大，层间水活跃，上部地层承压能力低，裸眼段长。通过改善水泥弹性变形能力和抗拉强度，能够有效提高水泥环在分段压裂条件下的密封完整性。

中石化胜利石油工程有限公司固井技术服务中心张利华

摘要: 研究地层属于低压、低渗、致密性油田，特别是上部地层的压力更低，存在易发生漏失地层，且存在多个出水层，其封固特点为含油气段长，温差变化大，层间水活跃，上部地层承压能力低，裸眼段长。通过改善水泥弹性变形能力和抗拉强度，能够有效提高水泥环在分段压裂条件下的密封完整性。固结后的水泥石体积基本没有收缩，该水泥浆体系具有较好的水泥浆沉降稳定性能。
关键词：水平井；低压低渗油田；水泥浆；沉降性能；配方优化；性能评价
        分析了目前区域固井现状及造成固井质量差的原因，据此提出了适合油田地区水平井固井水泥浆性能的要求，优选出了适合该地区水平井固井的水泥浆体系。该水泥浆体系具有低滤失、零自由液、高沉降稳定性、好流变性，有利于提高浆液顶替效率。形成的水泥石具有不收缩、微膨胀、早强的特点，满足水平井射孔、后期压裂改造等工程施工的要求。最终形成了一整套适合地区水平井固井的水泥浆体系。
        1水平井固井现状
        油田地层属于低压、低渗、致密性油田，特别是上部地层的压力更低，存在易发生漏失地层，且存在多个出水层，其封固特点为含油气段长，温差变化大，层间水活跃，上部地层承压能力低，裸眼段长，跨度近1000 m，存在严重的漏失风险，固井过程中发生漏失造成水泥浆低返封固质量差的现象非常普遍。而目的层段岩性多，垮塌严重，井径大且不规则，水泥环一、二界面胶结质量难以保证。固井质量直接影响油气井的生产和后期压裂等增产措施的实施。目前，油田开发水平井一般采用二级井身结构，表层使用311.5 mm 钻头钻至井深200m 左右，下入244.5mm 套管; 二开使用215.9 mm 钻头完钻井深为 2800m左右，垂深1800m左右，下入139.7 mm 套管。基于油田地区地质条件和钻井情况，该区域水平井固井的主要特点有:(1) 水平段较长，套管下入困难，如果井眼准备不充分，易发生卡套事故;(2) 水平段、斜井段套管居中困难，套管易贴井壁;(3) 井壁泥饼、斜井段环空岩屑不易被清除干净;基于以上油田水平井固井的特点，该区域水平井固井要求水泥浆体系具有低的析水和失水、较好的流变性能防窜性能、具有抵抗反复载荷的韧性。
        2固井水泥浆体系优化研究
        2.1水泥浆体系性能评价
        由于固井漏失普遍存在，油田主要采用双密度水泥浆体系固井，按照API标准，对目前水平井固井在用的2种水泥浆体系性能进行了检测，水泥浆实验温度为50 ℃ 结合油田水平井固井对水泥浆体系的。要求对以上测试结果进行分析，得出以下几点认识。
        (1) 稠化时间:为减少气窜的可能性，要求稠化过渡时间＜10 min，以上水泥浆高密度尚能满足要求，但低密度的稠化过渡时间偏长，大于17min，不利于提高固井质量。
        (2) 失水性能:通过控制失水，减少对地层的伤害，防止因脱水而导致桥堵。以上评价试验结果中，高密度、低密度水泥浆能有效控制失水，且失水量较小，均控制在30 mL 以内。

(3) 水泥石抗压强度:水泥石的强度是有效封固隔离地层、支撑套管的基本保证，对固井质量有决定性的意义因此，需通过外加剂优选提高2种水泥浆体系的抗压强度、缩短低密度水泥浆的稠化过渡时间，同时优选增韧剂，以改善水泥石的脆性，增加其韧性。

(4)流变性能:好的流变性能有助于提高顶替效率，清除虚泥饼，改善胶结质量。上述高密度、低密度水泥浆体系的流变性能测定结果均能满足要求。
表3 优选弹塑性水泥体系综合力学性能

        2.2 水平井固井水泥浆配方优化
        水泥石的弹韧性要求及改善脆性的方法由于射孔压裂的需要，油田水平井固井不仅要求水泥环有一定的强度，而且还要具备较好的抗冲击能力和耐久性。根据这个需求，研制开发了具有较高强度和弹塑性的弹韧性低密度水泥浆体系，满足水平井固井技术需求。
        3现场应用
        通过室内研究与评价后，该弹韧性水泥浆体系先后应用于10余口井，固井成功率100% ，固井质量合格率达 98% 。A井采用二开井身结构，水平段长1400m，靶前位移达300 m，裸眼段达3300 m。该井上部地层承压能力低，且裸眼井段较长，因此采用双密度固井，低迷度用1.40g /cm3 ，高密度用1.90 g /cm3 弹韧性水泥浆体系，综合性能良好。整个施工过程顺利，48h声波测井固井质量优质。
        4结束语
        对水平井弹塑性水泥浆体系优选，并开展水泥浆基本性能评价。试验表明:通过改善水泥石弹性变形能力和抗拉强度，能够有效提高水泥环在分段压裂条件下的密封完整性。固结后的水泥石体积基本没有收缩，该水泥浆体系具有较好的水泥浆沉降稳定性能。
参考文献:
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