提高蘇丹6區(qū)固井質(zhì)量的柔性水泥漿固井技術(shù)

摘 要

摘要：蘇丹6區(qū)位于蘇丹共和國西南部，該區(qū)Φ244.5mm套管固井水泥封固井段包括主力產(chǎn)層，采用常規(guī)水泥漿體系固井后，電測水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量均不理想。完鉆后，套管試壓過程中產(chǎn)生的套
摘要：蘇丹6區(qū)位于蘇丹共和國西南部，該區(qū)Φ244.5mm套管固井水泥封固井段包括主力產(chǎn)層，采用常規(guī)水泥漿體系固井后，電測水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量均不理想。完鉆后，套管試壓過程中產(chǎn)生的套管變形，以及繼續(xù)鉆井過程中鉆柱和鉆頭對套管的撞擊作用對井壁與套管間水泥環(huán)的破壞加大了對固井界面膠結(jié)的不良影響，甚至造成水泥環(huán)層間封隔失效。為此，在Φ244.5mm套管固井中引入了一套新的柔性水泥漿體系。該水泥漿體系中混有2%的膨脹劑和2%～3%的增韌劑。膨脹劑中的有效組分在水泥水化過程中促進水泥晶體的晶型變化和體積增加，以補償水泥水合硬化時產(chǎn)生的體積內(nèi)收縮，從而有效地消除了水泥石固結(jié)過程中產(chǎn)生的微間隙，增韌劑顯著提高了水泥石的韌性和抗沖擊性，實現(xiàn)了蘇丹6區(qū)Φ244.5mm中間套管環(huán)空的良好封固，提高了界面的膠結(jié)質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：蘇丹共和國；西南部；柔性水泥漿；層間封隔；固井質(zhì)量；技術(shù)
    蘇丹6區(qū)位于蘇丹共和國西南部，Muglad盆地(中、新生代斷陷盆地構(gòu)造)的西北部。蘇丹6區(qū)最主要的含油氣層系是Bentiu組，一般該組優(yōu)質(zhì)含油氣層累計厚度均超過10m，個別井可達40m左右。在三次開鉆的井中，這些主力油氣層均包括在Φ244.5mm套管固井封固的井段中。因此，確保Φ244.5mm套管固井的質(zhì)量是保障完井后主要含油氣層系產(chǎn)能和合理開發(fā)的關(guān)鍵。
1 Φ244.5mm套管固井質(zhì)量現(xiàn)狀
   在水泥漿凝結(jié)硬化形成水泥環(huán)的過程中，水泥環(huán)體積會發(fā)生收縮，這就不可避免地導致水泥環(huán)與套管間及水泥環(huán)與井壁間產(chǎn)生微環(huán)隙，降低其自身的形變能力、抗腐蝕能力、抗?jié)B透能力、抗壓強度等性能，引發(fā)環(huán)空氣竄。收縮率大小與水泥漿體系有關(guān)，純水泥的收縮率為5%。
    常規(guī)水泥漿凝固形成的水泥環(huán)是脆性材料，其抗拉、抗剪和抗沖擊性能較差，用于Φ244.5mm中間套管固井，在承受與其物理機械性能不完全相符的外力作用下，容易造成水泥環(huán)的破碎和密封質(zhì)量進一步的下降[1]。在蘇丹6區(qū)(表1)Φ244.5mm套管固井施工后，需要對套管試壓10～20MPa，套管受內(nèi)壓力作用向外膨脹，套管外的水泥環(huán)也受變形套管的擠壓向外膨脹；泄壓后由于套管和水泥石的彈性變形不同，會在水泥環(huán)和套管間形成微間隙，微間隙會對聲波固井質(zhì)量測井結(jié)果產(chǎn)生較大的影響[2]。并且Φ244.5mm套管外的水泥環(huán)要承受整個第三次開鉆直至完井過程中的鉆頭和鉆柱的撞擊作用，水泥環(huán)在受撞擊后破碎就會導致電測固井質(zhì)量差，例如FN-78井使用常規(guī)APIG級水泥漿封固的1000～1400m(Φ244.5mm)套管井段，電測固井質(zhì)量優(yōu)質(zhì)率為81.25%，不合格率為0.50%，完井后電測固井質(zhì)量優(yōu)質(zhì)率下降為66.25%，不合格率上升為25.O0%。

2 柔性水泥漿體系性能特點
    為了克服常規(guī)水泥漿的缺點，引入了一種新的水泥漿體系(TC)，該體系包含G級油井水泥、膨脹劑、增韌劑(柔性纖維)、降失水劑、分散劑及其他根據(jù)井下情況需要添加的改善水泥漿性能的材料。該體系具有以下特點。
    1) TC柔性水泥漿體系與常規(guī)水泥漿相比具有更高的韌性(抗沖擊韌性增加約20%，楊氏彈性模量降低約20%)，更能抵御鉆進過程中鉆具旋轉(zhuǎn)和震動對水泥環(huán)的沖擊破壞作用。因為TC水泥體系中干混有2%～3%的增韌劑，能夠顯著增加水泥石的韌性和抗沖擊性，降低水泥石的楊式彈性模量，鉆具旋轉(zhuǎn)和震動沖擊波在水泥石中的傳導率隨之下降，也就降低了震動沖擊波對水泥石的破壞作用[3～4]。
    2) 在水泥水化硬化過程中，TC柔性水泥漿體系體積不收縮。該水泥體系中混有2%的膨脹劑，膨脹劑中的有效組分在水泥水化過程中促進水泥晶體的晶型變化和體積增加，以補償水泥水合硬化時產(chǎn)生的體積內(nèi)收縮，從而有效地消除了水泥石固結(jié)過程中產(chǎn)生的微間隙，提高了界面膠結(jié)質(zhì)量，實現(xiàn)了環(huán)空的良好封固[1]。
    3) TC柔性水泥漿體系的API失水小于50mL/30min。蘇丹6區(qū)的地層疏松，滲透性好，如果水泥漿的失水量很高，固井施工過程中水泥漿失水嚴重，流動性變差，危及施工安全，硬化后的水泥石強度等性能也會低于固井施工設(shè)計要求；水泥漿對地層失水還會導致水泥漿體積下降，誘導地層流體進入環(huán)空，形成竄流；濾液進入地層也會對儲層形成不同程度的傷害。TC水泥漿體系更加注重失水控制，API失水較先前使用的常規(guī)水泥漿體系低100mL左右，明顯降低水泥漿失水對固井質(zhì)量的影響和對儲層的傷害[3]。
3 現(xiàn)場固井實踐
    以FN4-1井Φ244.5mm套管固井為例。FN4-1井位于蘇丹6區(qū)4號井區(qū)的一口開發(fā)直井，第二次開鉆Φ311.2mm鉆頭鉆至井深1750m，Φ244.5mm套管下至井深1749.5m，封固井段中有油氣顯示層位的頂界1032m，主力油氣層集中在1330～1400m井段，井底靜止溫度為61.5℃，鉆井液密度為1.26g/cm3。
    設(shè)計采用領(lǐng)漿加尾漿一次性返至外層套管鞋以上的固井工藝。尾漿應用TC柔性水泥漿體系配方，密度為1.85g/cm3，封固套管鞋至950m井段，稠化時間為250min/52℃×25MPa；領(lǐng)漿采用密度為1.51g/cm3的常規(guī)低密度水泥漿，充填封固950m至100m沒有油氣顯示的井段。
3.1 TC柔性水泥漿的主要性能
    ① API析水為零，沉降穩(wěn)定性好；②流動度大于18cm，滿足固井施工要求；③24h抗壓強度大于20MPa(養(yǎng)護條件60℃×21MPa)；④稠化時間可根據(jù)固井施工條件任意調(diào)節(jié)。
3.2 配套固井工藝
    ① 主要油氣層顯示井段，每根套管安放一支彈性扶正器，其余尾漿封固井段每2根套管安放一支彈性扶正器，保證套管居中度67%以上；②固井施工過程中上提下放套管3～5m，提高頂替效率；③預應力固井，頂替液采用清水，固井時套管內(nèi)外產(chǎn)生大壓差，防止水泥漿凝結(jié)期間因套管膨脹收縮產(chǎn)生微環(huán)隙，影響水泥環(huán)層間封隔能力[5]。
4 聲波測井結(jié)果
TC柔性水泥漿體系在蘇丹6區(qū)7口井的Φ244.5mm中間套管固井中得到了成功應用，聲波測井結(jié)果為：優(yōu)質(zhì)率平均提高30%以上，不合格率平均下降了15%。表2是蘇丹6區(qū)采用常規(guī)水泥漿體系和TC水泥漿體系封固Φ244.5mm套管的固井質(zhì)量對比結(jié)果，分別取自各井完井前CBL電測評價資料，數(shù)據(jù)顯示應用TC柔性水泥漿體系后固井質(zhì)量顯著提升。
 

5 結(jié)論
    1) TC柔性水泥漿析水為零，沉降穩(wěn)定性好，24h抗壓強度大于20MPa，稠化時間可根據(jù)固井施工條件任意調(diào)節(jié)，完全滿足現(xiàn)場固井作業(yè)的要求。
    2) TC柔性水泥漿體系具有高韌性，失水低，硬化過程不收縮的特點，大大提高了蘇丹6區(qū)Φ244.5mm技術(shù)套管同井的質(zhì)量。
    3) 優(yōu)化的固井配套工藝措施，為TC柔性水泥漿體系成功應用提供了技術(shù)支撐和保障。
參考文獻
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(本文作者：孫紅偉 李兵 賓國成 柳世杰 唐煒 川慶鉆探工程有限公司井下作業(yè)公司)