膠乳水泥固井技術(shù)在LG地區(qū)X井的應(yīng)用

摘 要

摘要：LG地區(qū)X井是一口開發(fā)井，屬于大斜度定向深井，最大井斜為64.78°，完鉆井深為6990m。該井Ø127.0mm尾管固井具有井底溫度高、封固井段長、井斜大、間隙小、油氣活躍
摘要：LG地區(qū)X井是一口開發(fā)井，屬于大斜度定向深井，最大井斜為64.78°，完鉆井深為6990m。該井Ø127.0mm尾管固井具有井底溫度高、封固井段長、井斜大、間隙小、油氣活躍、易漏失等難點，對固井水泥漿性能要求高，固井質(zhì)量難以保證。針對上述固井難點，采用耐高溫防氣竄膠乳并結(jié)合新型聚合物緩凝劑，研發(fā)了一套適合高溫長封固井段固井的膠乳防氣竄水泥漿體系。實驗和應(yīng)用結(jié)果表明，該水泥漿流動性好、漿體穩(wěn)定、濾失小、稠化時間易調(diào)、過渡時間短、頂部水泥強度發(fā)展快，綜合性能良好。該套膠乳水泥漿體系結(jié)合相應(yīng)的固井工藝措施，有效地解決了LG地區(qū)X井Ø127.0mm尾管固井過程中易出現(xiàn)的層間互竄、壓漏地層、頂替效率差、頂部水泥漿超緩凝等固井難題。
關(guān)鍵詞：深井；超深井；定向井；高溫；尾管固井；膠乳水泥
0 引言
   X井主要目的層為二疊系長興組和三疊系飛仙關(guān)組。X井為大斜度開窗側(cè)鉆定向井，第五次開鉆用Ø149.2mm鉆頭從Ø177.8mm尾管(下深6095m)5535.72m處開窗側(cè)鉆至6990m完鉆。該井井身結(jié)構(gòu)為Ø660.4mm鉆頭×92m(Ø508.0mm套管×91.7m)+ Ø444.5mm鉆頭×790m(Ø339.7mm套管×788.77m)+ Ø311.2mm鉆頭×3566m(Ø244.5mm套管×3564.4m)+ Ø215.9mm鉆頭×6097m(Ø177.8mm尾管×3398～6095m)+ Ø149.2mm鉆頭×6990m(Ø127.0mm尾管×4850～6989m)。電測資料表明，Ø127.0mm尾管固井時井底循環(huán)溫度為141℃，靜止溫度為156℃。X井井底溫度高、封固井段長，環(huán)空漿柱水泥石易超緩凝；井斜大、環(huán)空間隙小、套管難以居中，頂替效率低；井漏、油氣活躍，固井時易漏、易竄，固井質(zhì)量難以保證。針對X井影127.0mm尾管固井技術(shù)難題，開展技術(shù)攻關(guān)，研發(fā)了一套高溫防漏、防氣竄膠乳水泥漿體系，可滿足高溫深井、超深井固井工程的需求。
1 固井難點及固井方案
1.1 固井難點
    1) 套管不易居中，頂替效率難以保證。該井屬于大斜度開窗側(cè)鉆定向井，間隙小，井斜大(最大井斜為64.78°)，裸眼段長(1454.28m)，裸眼段夾雜著石膏層，下套管摩阻大，套管容易發(fā)生粘卡和擠毀。套管偏心將造成注替過程中的指進現(xiàn)象，水泥漿竄槽嚴重，嚴重影響水泥環(huán)層間封隔效果。
    2) 地層承壓能力低，易漏失。進入長興組儲層后，由于裂縫及孔隙發(fā)育，用密度為1.22g/cm3的鉆井液鉆入產(chǎn)層時發(fā)生井漏。為防止固井時發(fā)生井漏，必須采用低密度水泥漿體系固井。
    3) 油氣顯示好，易竄槽。長興組油氣顯示活躍，要求水泥漿具有良好的防氣竄能力。此外，由于環(huán)空間隙小，井斜大，套管易貼邊，環(huán)空水泥環(huán)較薄，水泥環(huán)應(yīng)具有較好的抗沖擊破壞能力。
    4) 井眼深，溫度高。常規(guī)水泥漿外加劑由于高溫稀釋作用而導致懸浮能力失效，難以保證水泥漿的高溫穩(wěn)定性，這個問題在大斜度井、低密度水泥漿中更為突出。
    5) 尾管上下溫差大，易超緩凝：該井封固段長，尾管上下靜止溫差達54℃。由于固井施工時間長，水泥漿中需要加入大量緩凝劑，水泥漿返至環(huán)空頂部時很容易導致長期不凝，出現(xiàn)超緩凝現(xiàn)象。
1.2 固井方案
    采用Ø127.0mm尾管懸掛固井，懸掛器位置為4850m，重合段長為685.72m；采用防漏、防竄、增韌低密度+加砂常規(guī)密度的兩凝膠乳水泥漿體系，4850～6400m井段采用密度為1.35g/cm3的高強低密度緩凝膠乳水泥漿封固，6400～6990m井段采用密度為1.88g/cm3的快干加砂膠乳水泥漿封固。稠化時間要求：領(lǐng)漿為430～460min，尾漿為180～210min。
2 膠乳水泥漿組成及性能
2.1 膠乳水泥漿組成
    高溫膠乳水泥漿組成[1～4]見表1。
表1 高溫膠乳水泥漿組成表
材料
主要成分
功能
膠乳BCT-800L
丁苯膠乳
防氣竄、防腐蝕、降濾失、增韌
降失水劑BXF-200L
AMPS多元共聚物
降濾失、適度分散、有利于直角稠化
緩凝劑BCR-230L
AMPS低聚物
調(diào)節(jié)水泥漿稠化時間、有利于尾管頂部水泥強度發(fā)展
消泡劑D50、G603
—
抑泡、消泡
硅粉
SiO2
防止高溫下水泥石強度退化
增強劑PZW-A
超細混合材料
提高水泥漿穩(wěn)定性和水泥石強度、降低水泥石滲透率
漂珠
—
降低水泥漿密度
2.2 膠乳水泥漿性能
2.2.1常規(guī)性能
    高溫膠乳水泥漿分為領(lǐng)漿和尾漿，低密度領(lǐng)漿按緊密堆積原理設(shè)計[5～6]，各項實驗性能見表2。
表2 水泥漿常規(guī)性能表
類型
密度(g/cm3)
溫度(℃)
上下密度差(g/cm3)
n
K(Pa·sn)
失水量(mL)
t(min)
領(lǐng)漿
1.35
141
0.04
0.85
0.37
46
440
尾漿
1.88
141
0.02
0.83
0.48
48
196
由表2可知，水泥漿漿體穩(wěn)定，濾失量小，流性指數(shù)(竹)高，稠度系數(shù)(K)較低，有利于實施提高頂替效率的工藝技術(shù)措施。
2.2.2稠化時間的影響因素
分別考察了緩凝劑加量(占灰重)、密度波動、隔離液及鉆井液污染對水泥漿稠化時間的影響，稠化條件均為141℃×100MPa(見表3～5)。
表3 緩凝劑加量對領(lǐng)漿稠化時間的影響表
BCR-230L加量(%)
t40 Bc(min)
t100 Bc(min)
3.0
432
440
3.3
477
484
3.6
540
548
表4 密度波動對水泥漿稠化時間的影響表
類型
密度(g/cm3)
t40 Bc(min)
t100 Bc(min)
領(lǐng)漿
1.35
432
440
1.40
359
366
尾漿
1.88
193
196
1.93
161
164
表5 隔離液、鉆井液污染對領(lǐng)漿稠化時間的影響表
泥漿類型
體積比
t40 Bc(min)
t100 Bc(min)
領(lǐng)漿、隔離液
95:5
445
455
70:30
＞430
＞430
領(lǐng)漿、鉆井液
70:30
297
310
領(lǐng)漿、隔離液、鉆井液
70:10:20
310
325
領(lǐng)漿、領(lǐng)漿藥水、隔離液、鉆井液
70:5:10:20
＞430
＞430
    從表3可知，稠化時間與緩凝劑加量呈較好線性關(guān)系，在稠化時間超長(超過7h)情況下緩凝劑量增大20%仍能做稠，說明BCR-230L緩凝劑作用溫和，不敏感，不會出現(xiàn)長期不凝的情況。此外，過渡時間短(均低于10min)，接近直角稠化，有利于防止氣竄的發(fā)生。
    從表4可知，在水泥漿密度波動時，稠化時間隨之波動，領(lǐng)漿稠化時間縮短74min，尾漿稠化時間縮短32min，均在可接受范圍，沒有出現(xiàn)急劇變短的情況，為現(xiàn)場固井施工提供了安全保證。
    固井施工時間加起鉆、正循環(huán)洗井的時間為370min，附加安全時間60～90min。從表5可知，領(lǐng)漿與隔離液混合后稠化時間足夠長，可保證施工安全；如果領(lǐng)漿與鉆井液接觸，則稠化時間縮短較多，表明領(lǐng)漿和鉆井液應(yīng)避免直接接觸；加入部分隔離液后稠化時間仍偏短，再加入少量領(lǐng)漿藥水，則稠化時間超過430min。所以在固井施工時隔離液的量應(yīng)足夠多，并可考慮在隔離液前后加適量領(lǐng)漿藥水。
2.2.3強度性能
    領(lǐng)漿先在稠化儀中按稠化實驗條件升溫，到141℃后穩(wěn)定60min，然后在60min內(nèi)將溫度降至90℃，從稠化儀中取出，放入超聲波強度測試儀中，在102℃(喇叭口溫度)下養(yǎng)護觀察水泥石強度發(fā)展趨勢，同時觀察靜膠凝強度發(fā)展。此外，按同樣程序?qū)㈩I(lǐng)漿和尾漿在高溫高壓強度養(yǎng)護儀中養(yǎng)護，養(yǎng)護溫度分別為102℃和156℃(井底靜止溫度)，測試24h和48h抗壓強度，實驗結(jié)果見表6。
表6 水泥漿強度性能表
類型
溫度(℃)
24h抗壓強度(MPa)
48h抗壓強度(MPa)
領(lǐng)漿
102
—
8.0
尾漿
156
18.2
29.8
從表6可以看出：領(lǐng)漿48h內(nèi)在喇叭口的強度就已大于3.5MPa，達到8.0MPa，具有快速的強度發(fā)展性能，尾漿24h強度也大于14MPa，可滿足工程需求。超聲波實時監(jiān)測領(lǐng)漿強度發(fā)展結(jié)果表明，32h時強度開始發(fā)展，48h時強度達到7.0MPa，靜膠凝過渡時間(48～240Pa)為18min。
2.2.4防氣竄性能
    如何評價水泥漿的防氣竄能力是一個爭議較多的問題，雖無定論，但普遍認為防氣竄水泥最好具備下列條件：水泥漿失水低，控制在50mL/30min以下；稠化曲線過渡時間短，控制在10min以內(nèi)；靜膠凝強度發(fā)展快。該膠乳水泥漿在失水控制、稠化過渡時間、靜膠凝強度發(fā)展等方面均滿足這些要求，此外，膠乳水泥體系自身的特點[1～2]也保證了該水泥漿具有良好的防氣竄性能。
    從上述實驗結(jié)果可以看出：設(shè)計的高溫防漏防竄膠乳水泥漿流動性好、漿體穩(wěn)定、濾失小、稠化時間與緩凝劑摻量線性關(guān)系較好、過渡時間短、抗壓強度發(fā)展快且高，具有良好的綜合性能，可以滿足X井Ø127.0mm尾管固井施工要求。
3 現(xiàn)場應(yīng)用
    2008年9月24日實施固井作業(yè)。注入緩凝藥水4m3、密度為1.30g/cm3隔離液20m3、密度為1.35g/cm3緩凝水泥漿13m3、密度為1.88 /cm3速凝水泥漿5m3，泵注排量為0.6～1m3/min，替漿總量為55.7m3，碰壓正常，環(huán)空憋壓5MPa候凝。整個施工過程順利，沒有發(fā)生漏失。測井結(jié)果：統(tǒng)計井段為4858～6935m，其中水泥膠結(jié)優(yōu)良井段為40.56%，中等井段為50.43%，差井段為9.01%，7個儲層均封隔良好。
4 結(jié)論
   1) 針對X井高溫、小間隙、大斜度、漏失、多產(chǎn)層等特點，設(shè)計了高溫防漏防氣竄膠乳水泥漿體系，結(jié)合相應(yīng)的固井施工工藝措施，有效地解決了該井Ø127.0mm尾管固井過程中易出現(xiàn)的層間互竄、壓漏地層、頂替效率差、水泥環(huán)薄且分布不均勻、頂部水泥漿易超緩凝等固井難題，固井施工順利安全，固井質(zhì)量合格。
    2) 高溫膠乳水泥技術(shù)在四川油氣田深層大斜度小間隙尾管固井中的成功應(yīng)用，將有力地促進四川油氣田深層天然氣的勘探開發(fā)步伐，同時該井的成功經(jīng)驗可為以后的高溫深井、超深井固井提供良好的范例。
參考文獻
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(本文作者：鄒建龍1，2 姚坤全3 湯少兵2 趙寶輝2 王種2 魏偉3 1.天津大學化工學院；2.中國石油集團海洋工程有限公司固井事業(yè)部；3.中國石油西南油氣田公司)