低渗致密性油气田水平井水泥浆体系评价及应用研究.docx

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低渗致密性油气田水平井水泥浆体系评价及应用研究

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摘要: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。油田的西部区块地层属于低压、低渗、致密性油气田，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1000m，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。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。经过前期大量优选试验后，依据水泥浆性能试验标准，开展了水泥浆基本性能的评价，通过改变加量和配方，对水泥浆的流变、失水、强度等进行了调配与评价。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。

关键词:低压低渗；致密性油气田；出水层；水泥浆体系性能；封固质量

1西部区域水平井固井现状

目前西部地区开发水平井一般采用二级井身结构，表层使用311.5mm钻头钻至井深200m左右，下入244.5mm套管;二开使用215.9mm钻头完钻井深为2800m左右，垂深1800m左右，下入139.7mm套管。基于油田西部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;(4)在钻井液顶替水泥浆过程中，水泥浆易沿宽边推进，将与钻井液混窜，造成窜槽;(5)水平段环空间隙小，易形成沙床，导致固井施工压力高或者环空憋堵;(6)为提高顶替效率而增大排量造成的循环压力升高和固井防漏所需的环空低压之间的矛盾突出;(7)井斜段、水平段因重力作用水泥颗粒下降，井眼顶部自由水析出形成横向通道，形成窜流，同时，固相颗粒沉降导致上部水泥胶结疏松，强度下降，导致封固失败;(8)水平井后期普遍采用射孔、分段压裂的方式增产，要求水泥石具有一定的韧性以抵抗微裂缝的产生。基于以上西部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在用水泥浆体系性能评价

由于固井漏失普遍存在，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℃。结合西部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。(1)稠化时间:为减少气窜的可能性，要求稠化过渡时间＜10min，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)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。(3)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30mL以内。(4)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［4］。从表1中可以看出2种水泥浆体系均未达到技术要求。(5)水泥浆自由水性能:对于水平井，要严格控制自由水量，必须为0，因为若存在自由水，在顶部会形成空水泥段，导致密封失败，上述2种水泥浆测定均满足要求。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。

2.2水平井固井水泥浆配方优化

2.2.1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。改善水泥石的脆性要从两方面入手，第一要控制宏观裂缝的产生，第二通过提高水泥石的抗压、抗折强度，改善其脆性。通过调整处理剂配比并控制凝结时间即可消除水泥水化过程中由于固化物内部某一部位产生高应力导致其产生宏观裂缝的现象。提高抗折强度是脆性研究中的关键问题，因为裂缝对抗折强度的影响最大。在水泥浆水化产物颗粒之间存在孔隙且有的孔隙较大，即使没有宏观裂缝的产生，也不能排除微孔隙造成的微裂缝。因此通过添加某些成分，使其形成网络结构和填充微孔隙，从而减少裂纹的发生，提高强度，尤其是抗折强度。

2.2.2水泥浆外掺