15大港油田侧钻井固井增韧防漏水泥浆技术研究及应用.doc

大港油田侧钻井固井增韧防漏水泥浆技术研究及应用宫英杰 樊松林 赵俊峰 孙亚珍天津大港油田钻采院材料所摘要：大港油田侧钻井固井具有小井眼、小间隙以及部分井低压易漏失的特点，为确保封固质量，进行了固井水泥浆技术研究。在提高水泥浆防窜、流变性等综合工程性能的基础上，采用具有提高水泥石韧性、抗冲击能力和防漏失能力的增韧防漏水泥浆体系，重点解决上述技术难题。现场施工43口井，固井质量合格率100，固井质量得到明显提高。证实了通过添加特种外加剂改善水泥浆体系的相关性能提高固井质量是一条有效的途径。关键词：侧钻井 固井 水泥浆 综合工程性能 增韧 防漏前言小井眼开窗侧钻技术作为有效开发老井油气资源的新技术新工艺，有着广阔的应用前景。但小井眼开窗侧钻井本身的特点，尤其是139.7mm套管开窗，101.6mm尾管悬挂固井完井给固井带来了一定的难度。其中水泥浆作为固井核心技术之一，对其稳定性、流动性等综合工程性能提出了较高的要求。另外，水泥基材料存在脆性大、韧性差的固有缺陷：抗拉强度低，只是抗压强度的1/71/12；抗破裂性差，极限延伸率只有0.020.06%；抗冲击强度低，断裂功为20J/280J/2。水泥环因完井（射孔）及开发过程中（酸化、压裂等）强外力作业受损伤而不能保证有效封隔地层的完整性，而小井眼、小间隙下相对薄弱的水泥环的这种可能性会更大。大港油田低压易漏区块较多，水泥浆低返会严重影响固井质量。低密度水泥浆体系作为常规的技术措施，其水泥石强度偏低、稳定性较差等缺点影响了推广应用。在确保水泥浆综合工程性能的基础上，采用具有提高水泥石韧性和水泥浆防漏能力的水泥浆技术，无疑是提高固井质量的有效技术措施，技术核心即油井水泥纤维特种外加剂。1 强外力对水泥石的损伤和油井水泥纤维特种外加剂射孔作业中，瞬间产生的高温、高压聚能射流将作用到由套管、水泥环、岩体构成的复合体上，可产生高达3000MPa4000MPa的冲击压力。由于应力波的作用，在水泥环内的局部区域会形成拉伸的高应力区，产生宏观裂纹，影响固井质量和后续的采油作业。国内各油田均有相当数量的套损井，而已经证实存在射孔前声幅测井质量为优或合格而射孔后声幅测井质量不合格的情况。调查结果表明：固井质量、射孔作业和后续增产措施是造成水泥环微间隙或水泥环损坏的主要因素之一；射孔时固井质量好的井，套管损坏少，固井质量差则套管损坏多；据对15处高强度套管损坏点分析，发现73.0%的高强度套管损坏点附近水泥环胶结不良。研究认为，纤维增强是提高水泥石韧性的有效途径，可以很好地解决水泥石脆性大，抗冲击性能差的问题。油井水泥纤维外加剂由不同尺寸、形状的有机纤维和无机纤维组成，表面经技术处理提高了亲水性能，在起到增韧作用的同时，克服了一般纤维会影响水泥浆流动性能的难题，从而得以应用于固井水泥浆。油井水泥石的一个显著特点是基体内部存在许多初始微裂纹和微孔隙，当基体受冲击力作用时微裂纹和微孔隙迅速发展，形成宏观裂纹（裂缝）。使用纤维材料之所以能得到强度、韧性的提高，其原因主要是由于纤维有效地阻滞了基体裂纹扩展。当纤维水泥受到很大的冲击载荷时，水泥基体破碎，但乱向分布的纤维将破碎的水泥基体束缚在一起，从而仍保持完整的结构，这就是油井水泥纤维特种外加剂在聚能射流作用下能防止水泥环开裂的原因所在。2 体系性能评价2.1实验材料四川嘉华G级高抗硫油井水泥、油井水泥纤维特种外加剂和降失水剂、分散剂、缓凝剂及消泡剂。其中纤维加量为2。2.2实验方法水泥浆密度、失水量、游离液及流变性等测定按照API规范10操作。抗折强度：将配好的浆体倒入1cm1cm6cm的模型中，置于50（80）水浴中养护24h和48h后脱模，在冷水中冷却至室温，然后利用KZY30型电动抗折仪测试抗折强度。抗冲击功强度：将配好的浆体倒入1cm1cm6cm的模型中，置于50（80）水浴中养护24h、48h和7天后脱模，在冷水中冷却至室温，然后利用XCJ40型冲击试验机测试净浆水泥石和试样浆水泥石的冲击功。2.3测试结果2.3.1体系工程性能水泥浆的稠化性能、滤失量、流变性及析水率是非常重要的技术指标，与油气井固井作业的安全及封固质量密切相关。纤维特种外加剂具有较好的配伍性，与常用水泥浆外加剂配制成纤维水泥浆体系的工程性能见表1。表1 增韧防漏水泥浆体系固井工程性能配方密度g/cm3析水率%API失水mL稠化时间20 MPa抗压强度（80/24h）MPa流变参数nKPa.sn11.85042176/6520.620.4790.55321.85048187/6520.080.5120.77531.85048182/6520.560.5080.772 体系的稠化性能见图1。图1 增韧防漏水泥浆体系稠化曲线2.3.2抗折强度增韧防漏水泥浆体系水泥石抗折强度（增量）测试数据见表2。表2 增韧防漏水泥浆体系水泥石抗折强度增量样品抗折增量，5024h5048h8024h8048h116.1621.4223.9419.87225.3829.7927.3022.40318.7622.3422.1722.452.3.3抗冲击功 增韧防漏水泥浆体系水泥石抗冲击功（增量）测试数据见表3。表3 增韧防漏水泥浆体系水泥石试样的冲击功增量样品冲击功增量，%508024h48h7d24h48h7d174.9750.6420.3140.1545.8820.07287.9158.8936.4843.5641.1320.32385.2649.8827.6542.1839.8621.052.3.4小结经实验评价，纤维特种外加剂可与常用外加剂友好配伍，增韧防漏水泥浆体系的韧性（抗折强度和抗冲击能力）较净浆有较大幅度的提高，克服了水泥基材料自身的缺陷，应用于小井眼、小间隙侧钻井固井具有极好的针对性。3 现场应用经室内研究和评价后，增韧防漏水泥浆体系先后应用于官962-6K、港261K、乌19-8K、港5-57K、西新5-12K等40余口井，固井成功率100,固井质量合格率100。下面以官962-6K井为例说明。官962-6K侧钻井固井。该井是低压小井眼、小间隙固井。井深1830m，井底压力系数0.56，1.10g/cm31.15g/cm3钻井液钻井过程漏失严重，121mm井眼下101.6mm尾管，环空间隙太小，循环摩阻高。考虑固井质量与使用寿命，未采用低密度水泥浆体系，二是选用了增韧防漏水泥浆体系，纤维外加剂掺量2，水泥浆密度1.85g/cm3，综合工程性能良好。整个施工过程顺利，48h声变测井固井质量优质。4 结论（1）增韧防漏水泥浆体系综合工程性能优良：失水，流变性、稳定性、稠化性能好，抗压强度无损失。（2）纤维特种外加剂亲水，配伍性好，通过改善水泥基材料的微观结构提高体系的抗折强度（比较净浆）15以上，提高体系的抗冲击功20以上。（3）体系通过40余口小井眼、小间隙侧钻井，特别是官962-6K、港5-57K等低压易漏失井的成功应用，证实了增韧防漏水泥浆体系的优良性能，为提高小井眼、小间隙和低压易漏侧钻井固井质量提供了新的技术保证。参考文献：1、何生辉等，钻井工程技术（下），石油工业出版社，1999.82、姚洪田，套管损坏原因与修井效果，大庆石油地质开发，2001，20（1）3、刘大为，现代固井技术，辽宁科