增韧防窜水泥浆体系在长庆油井水平井GPX-X井中的应用

谢承斌，安少辉，滕兆健，汤少兵，孙富全

（天津中油渤星工程科技有限公司，天津300451）

增韧防窜水泥浆体系在长庆油井水平井GPX-X井中的应用

谢承斌*，安少辉，滕兆健，汤少兵，孙富全

（天津中油渤星工程科技有限公司，天津300451）

GPX-X井是长庆油田在庄211井区部署的一口油井水平井，井深3765m，最大垂深1493.66m，水平段长达2006m，丼型为开发井，属伊陕斜坡构造，主要目的层为长6地层。从岩芯资料分析，庄211井区长6储层孔隙度平均为10.4%，渗透率平均为0.23mD，属于低孔、超低渗岩性油藏。在对低渗透油气藏资源开发过程中，为满足后期开采需要，固井水泥环应具有较高的弹性形变能力和抗冲击性能。常规固井水泥石极限应变较小、抗冲击性能差、脆性大，尤其是在进行射孔、压裂等作业产生的机械应力的作用下，会对水泥环造成破坏，难以满足低渗透油气藏固井的技术要求。针对以上问题，在本井应用了高韧性和抗冲击性的增韧防窜水泥浆体系。通过在水泥浆中加入增韧防窜材料，可有效降低水泥石的弹性模量，提高水泥石抗冲击功。与常规水泥石相比，其力学形变完整性的保持能力有较大的提高，可进一步改善油气井后期压裂、增产等措施对水泥环寿命的影响。增韧防窜水泥浆体系在本井成功应用，取得了很好的投产效果。

固井；水平井；超低渗；增韧防窜；水泥浆

低渗透油气藏已成为我国未来油气探勘开发的主战场，目前国内开发低渗透油藏，大多先期进行超前注水、保持地层压力，主要采用水平井完井，由于低渗油藏渗透率低，连通性差，渗流阻力大，油井自然产能很低，为了改善采收率，通常要对水平井进行多级分段压裂。然而固井前由于超前注水，导致目的层原始压力遭到破坏，造成局部地层压力异常，从而导致邻井水窜严重；在固井后射孔的冲击力、大型压裂的交变应力作用下，对水泥环造成了很大的破坏，导致层间封隔失效，进一步加剧了油气水窜现象，直接影响油气井寿命。因此水泥浆体系不仅要具有较好的防窜能力，水泥石还要具有较好的韧性，以满足后续增产措施的需要。

1 固井难点分析

（1）该区块采用先注后采的开采方式。地层原始压力被破坏，层内压力不平衡，纵横剖面形成多压力系统，传统的水泥浆体系很难满足要求；

（2）含有原油伴生气。水泥浆在候凝过程中易发生气窜，存在油水同层现象，注水后油气水相当活跃，增大了油气水窜的几率和固井难度；

（3）水平段长，下套管难度大。下套管摩阻大，易遇卡，套管附件选择困难，对固井工具及附件的可靠性要求非常高；

（4）出油、出水，漏、侵同井存在，压稳目的层钻井液密度较高，而洛河层、延长组上部层位易漏失，一次上返封固段长，固井压力窗口窄，压稳目的层和防漏失矛盾突出；

（5）水平段长，油层裸露面积大，管壁油膜难以清除，水平段封固质量难以保证；

（6）固井后体积压裂对水泥环完整性有很高要求，保证水泥环完整性难度大。

2 固井方法和主要技术措施

2.1 固井方法

本井215.9mm钻头钻深3765m，139.7mm套管下深3735m。造斜点为150m处，入窗点为1759m处，最大垂深1493.66m，水平段长2006m，裸眼段长2125m。上层244.5mm套管下深1285m。

采用一次上返方式固井。井底到上层套管鞋以上240m（1400m）采用增韧防窜水泥浆体系，水泥浆密度1.88g/cm3；1400m到井口采用密度为1.50g/cm3的轻珠水泥浆体系。

2.2 主要技术措施

本次5-1/2″生产层固井，固井封固段、水平段长，洛河组地层承压能力低，为了保证固井施工顺利完成，决定采取如下措施：

（1）提高地层承压能力，认真做好压稳计算，保证固井前钻井液密度能够压稳地层，防止油气水窜，更好保证水平段固井质量；

（2）做好产层通井钻具组合，在缩径井段反复划眼，并调整好泥浆性能，确保套管顺利下入；

（3）认真做好5-1/2″套管通径，保证下入井工具正常及扶正器数量，保证施工前井眼畅通；

（4）根据实际完钻泥浆密度、钻井排量、泵压及钻井过程中漏失情况分析，认真计算入井液柱压力计算，顶替排量及井口压力控制；

（5）水平段采用增韧防窜水泥浆体系，优选水泥浆配方，做到零析水、低失水、流变性能佳、近直角稠化、保证水泥浆的防窜性能、水泥环的膨胀性和韧性，确保封固质量；

（6）固井前合理处理钻井液粘度，降低注水泥施工前钻井液粘切和动切力，注入8m3前置冲洗液，以有效地冲洗套管内泥饼和粘滞泥浆，提高水泥浆的顶替效率，确保套管内井段的固井质量；

（7）根据实际测井图，合理加放扶正器，保证套管居中度〉67%以上。为确保套管顺利下入，确保套管居中，适当增加滚珠扶正器的数量，减少刚性扶正器的数量；

（8）采用漂浮接箍，降低摩阻，确保套管下井顺利。

3 水泥浆体系

3.1 增韧防窜水泥浆体系稠化实验及流变性能评价

增韧防窜材料与水泥浆配伍良好，能很好地分散到水泥浆体中，对水泥浆稠化时间、流变性基本没有影响(基本性能见表1)。

表1 增韧防窜材料对水泥浆稠化及流变性能影响

3.2 加入增韧防窜材料的水泥石力学性能评价[1-2]

水泥浆中加入增韧防窜材料后，在水泥的胶结作用下与孔隙四周形成了一种具有一定强度、能够约束微裂缝的产生和发展、吸收应变能的结构变形中心，有利于降低水泥石的刚性，降低水泥石的弹性模量，增加油井水泥石塑性，改善油井水泥环力学性能，有助于解决后期因水泥环完整性受损产生的固井质量问题。对加入增韧防窜材料的水泥石力学性能进行了评价，结果如表2所示：

表2 增韧防窜材料对水泥石力学性能的影响

通过表2的试验可以看出，随着增韧防窜材料掺量的增加，水泥石的弹性模量逐渐降低。

图1 加入增韧防窜材料的水泥石裂开的效果图

图1所示为进行水泥石力学性能实验后，含有增韧防窜材料的水泥石裂开截面照片，通过图1可以看出，加入增韧防窜材料后，水泥石即使裂开，也会被增韧防窜材料形成的结构连结，不仅能提高水泥石胶结质量，还能阻止微环隙或微裂缝的产生。

3.3 加入增韧防窜材料水泥石的膨胀性能评价

增韧防窜材料掺入水泥浆后，在水泥水化过程中，分散到水泥水化产物表面，增韧防窜材料一方面与水泥浆中自由水结合，形成一定的结构；另一方面与水泥水化产物形成网状的聚合物结构，两者相互作用，使得水泥石本身表现出了一定的膨胀性，使得固井后水泥环不会出现收缩，减少了出现微环隙的可能性。试验结果如表3所示。

表3 掺有增韧防窜材料的水泥石膨胀试验结果

3.4 加入增韧防窜材料水泥石的防窜性能评价[3-5]

根据SY/T 5504.5-2010行业标准，在50℃和80℃下，进行了水泥浆防窜试验，试验结果如表4所示。

通过实验证明，加入增韧防窜材料的水泥浆可以有效地阻止窜流的发生。

4 增韧防窜水泥浆应用实例

稠化试验条件：55℃×25MPa×25min。

尾浆组成：G级水泥+增韧防窜剂+降失水剂+分散剂+缓凝剂+48%现场水。

现场施工顺利，水泥浆性能完全满足现场要求。

5 结论

固平28-21井三开现场固井施工顺利，固井后

表4 掺有增韧防窜材料的水泥浆防窜实验结果

表5 增韧防窜水泥浆性能

图2 增韧防窜水泥浆稠化曲线

2006m水平段采用水力泵送桥塞体积压裂，13d完成18段66簇压裂，单井改造段数、簇数均为国内同工艺之最。该井投产第一个月平均日产油25.5t，创造了致密油水平井单井产量最高纪录。实例证明增韧防窜水泥浆体系有着良好的施工性能，其水泥石力学性能完全满足固井后压裂、增产措施的要求，取得了很好的现场应用效果。

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TE256

B

1004-5716(2015)10-0041-04

2014-10-14

2014-10-14

谢承斌（1964-），男（汉族），湖南澧县人，高级工程师，现从事固井技术研发、服务及管理工作。