吉林油田红岗高台子区块固井技术研究与实践

1、吉林油田红岗高台子区块固井技术研究与实践贺浩强 肖金柱 冯水山 刘春雨（大庆钻探工程公司 钻井生产技术服务二公司）摘 要:吉林油田红岗高台子区块地质结构比较复杂，同一井筒纵向既存在高压层、又存在易漏层，固井质量难以保障。针对该区块存在易漏、易窜等固井难点，我们从水泥浆体系、固井施工工艺等方面入手，研究总结出了一套以高强低密度水泥浆、微膨胀水泥浆体系为核心的固井配套工艺技术。现场应用表明，该技术有效的解决了该区块的易漏、易窜等固井难题，提高了固井质量。关 键 词：高台子油层 固井质量 水泥浆体系 防漏 顶替效率 吉林油田红岗高台子区块地质结构比较复杂，纵向剖面上油气层多，岩性、渗透性不均衡，既存

2、在浅气层、活跃的油水层又存在破裂压力比较低的易漏层。这些因素直接导致了这一地区压稳与防漏的矛盾十分突出，严重制约了该地区的固井质量。从2007年到2011年，这一地区一共完成油气层固井76口，其中优质34口、合格68口，优质率仅为44.74%，合格率仅为89.47%，远远低于吉林油田其他地区。固井质量比较差严重影响了油田的后续开发战略。为此，我们对影响该区块的固井质量的因素展开了深入的研究，重点从井眼准备、固井施工工艺及水泥浆体系入手，优化固井施工设计，系统的总结出了一套适合高台子区块的固井配套技术措施。现场的应用效果十分明显，高台子区块的的固井质量有了显著地提高。一、 固井技术难点1.一些井

3、长期存在停注不放压的现象红岗采油厂目前是三次加密调整阶段，由于长期注水开采，地层原始压力系统遭到破坏，形成异常高压区，而采油厂注水井只停注不放压，注水井最低井口压力4MPa ，个别井高达12-13MPa。2.地质结构比较复杂，层间矛盾突出同一井筒纵向既存在高压层、又存在易漏层。固井时对高压层采取措施，会引起井漏，若针对漏失层采取防漏固井措施，又会因压不稳高压层而影响固井质量，压稳与防漏的矛盾十分突出，严重制约了该地区的固井质量。3.封固段比较长，上下温差大,上部水泥浆凝结时间比较长,强度发展较慢红岗高台子地区水泥浆封固段长，上下部地层温差大，上部水泥浆凝结时间长、24小时抗压强度低，水泥浆抗窜

4、能力下降，影响油顶及上部油层段封固质量。例如红G+13-03井套管下深1524m，水泥返至地面，封固段长1524m，水泥浆分段位置在1100m左右，上下温差达20-30，水泥浆凝结时间相差2h以上。4.地层承压能力低，封固段比较长，在施工过程中易发生井漏，造成水泥浆低返，影响固井质量评价。二 、 水泥浆体系研究与选择针对高台子区块的井下特点和现场试验情况，领浆优选了普通低密度水泥浆体系（1.50 g/cm3-1.65 g/cm3）和高强低密度水泥浆体系（密度1.30 g/cm3-1.50 g/cm3），尾浆优选了微膨胀水泥浆体系。1.普通低密度水泥浆体系低密度水泥浆体系的稳定性和早期强度是衡量

5、低密度水泥浆体系性能优劣的两个主要指标,低密度水泥浆体系要求稳定性好、早期强度高。根据颗粒级配紧密堆积理论,通过优化低密度混合物中粒度分布,提高水泥浆体系的密实程度,可以使普通低密度水泥浆体系的强度和其它性能大幅度的提高1。因此,要注意以下问题:（1）较好的稳定性:水泥浆在一定的条件下,浆体不发生分层离析,形成的水泥石纵向密度分布要基本一致,析水小、体积收缩小。（2）合适的流变性和密度:选择减轻剂的类型和级别粒径,不能盲目增大用水量,用水量应严格控制在所选择减轻剂的最大允许范围内。（3）较高的早期强度:不能盲目追求水泥浆的流变性能和滤失量控制,而损害水泥浆的抗压强度和稳定性。选择不同粒径的低密

6、度材料紧密堆积辅以外加剂以提高早期强度。普通低密度水泥浆体系性能数据表水泥：漂珠：微硅外 加 剂 加 量 , % 水灰比流 动 度 ,m m密 度 , g/c m3稠 化 时 间 , m i n失 水 量 , ml2 4 h 抗 压 强 度 ,M p aG302G203USZGH-1条 件时 间条 件失 水条 件强 度75：12：131.82.50.60.10.552 3 01.654830min 30Mpa1544830min 30Mpa156024h 常压10.470：20：101.82.50.600.552 3 01.604830min 30Mpa1494830min 30Mpa1260

7、24h 常压10.260：25：151.82.50.600.552 3 01.504830min 30Mpa1614830min 30Mpa196024h 常压10.0从表中数据可以看出，试验调整后的普通低密度水泥浆失水量低、流动性好、稠化时间可调性好、24h抗压强度能达到10MPa，水泥浆总体性能相对比较稳定，各项性能指标达到了设计要求。2.高强低密度水泥浆 1）材料的选择减轻材料：漂珠，是一种空心、密闭、壁薄、粒细的玻璃球体，视密度为0.7g/cm3左右，外壳含硅铝，有活性。合成钠硼微珠减轻剂密度0.38g/cm3，耐压性能最高可达18000psi，粒度1080m。增强材料：PZW，是一种

8、具有合理颗粒级配的活性超细胶凝材料，其中部分材料为自然成型的球体材料，而研磨的粉体材料采用气流研磨技术，提高粉体材料的圆形系数 ，可与水泥水化生成的Ca（OH）2反应，生成低碱度的C-S-H凝胶，形成更致密的结构，增强剂中的超细颗粒的充填作用，形成更紧密的堆积，实现紧 密堆积的效果。2）高强低密度水泥浆性能高强低密度水泥浆性能表水 泥：: 增 强材 料 : 漂 珠外 加 剂 加 量 ，%水灰比流 动 度 ,m m密 度 ,g/cm3稠 化 时 间 ， m i n失 水 量 ，m l2 4 h 抗 压 强 度 ，M p aG 3 0 2G 2 0 3G H - 1U S Z条件时间条件失水条件强

9、度4 0: 3 4: 2 61.82.50.10.60.5 52 3 01.3 55 020min 20Mpa1685 030min 7Mpa286 0 2 4 h 常压12.44 4 ： 3 2 ：2 41.82.500.60.5 52 3 01.4 05 020min 20Mpa1655 030min 7Mpa256 0 2 4h 常压12.44 8 ：3 0 ：2 21.82.500.60.5 52 3 0 1.4 55 020min 20Mpa1575 030min 7Mpa256 0 2 4 h 常压12 .8从表中数据可以看出，高强低密度体系性能稳定，失水量小于50ml，密度较普通

10、低密度更低，能够更好的降低液柱压力，稠化时间可调，各项性能达到了设计要求。3.微膨胀防窜水泥浆体系在井下环空内，晶体膨胀材料产生的膨胀压主要作用于滤饼/地层系统，而不是套管/水泥环系统，故在硬地层（非渗透）和薄滤饼（或无滤饼）的环境中，只要水泥浆体不发生体积收缩即可胶结良好，但在软地层（渗透性地层）和存在厚滤饼的条件下，水泥浆体必须具有足够的膨胀量（增大膨胀剂掺量）方可获得优质的胶结性能。因此，水泥浆硬化后能否产生有效的体积膨胀（特别是在高压条件下）是选择优质水泥膨胀剂的主要性能指标。我们根据试验情况优选了膨胀剂F17A，该膨胀剂是以非金属矿物和有机物单体为原料，经过特殊的物理化学方法聚合而成

11、，可在不同的水泥浆水化阶段保持稳定的体积膨胀。在塑性体状态下，反应活性较高的组分与水化产物反应，使水泥浆体积膨胀。在硬化体状态，反应活性较低的组分起主要作用，晶体生长压驱使水泥石体积膨胀，从而达到防窜目的。微膨胀防窜水泥浆体系性能数据表水泥外加剂加量 ，%水灰比流动度，mm密度，g/cm3稠化时间，min失水量，ml24h抗压强度，MpaGG302GH-1USZ条件时间条件失水条件强度G1.500.80.422301.95020min 20Mpa1085030min 7Mpa206024h常压21.5G1.50.10.80.422301.95030min 30Mpa1455030min 7Mp

12、a286024h常压22.2G1.50150.80.422301.95030min 30Mpa1415030min 7Mpa156024h 常压22.1由表数据可以看出，微膨胀防窜水泥浆的性能优良：流动度好、失水量低、水泥石抗压强度高、稠化时间易于调节，达到了固井设计的要求。微膨胀水泥浆稠化曲线图气窜分析曲线从微膨胀水泥浆水泥浆的稠化曲线我们可以看出，曲线近似直角稠化，过渡时间非常短；从气窜分析曲线也可以验证出，微膨胀水泥浆体系防窜性能良好。调整后的微膨胀水泥浆性能：流动度：>220mm 密度：1.85-1.95g/cm3失水量：<50mL 自由液：0mL 稠化时间：根据要求可调

13、30-100Bc用时:<20min24h抗压强度：>20.0MPa 沉降密度差:<0.02 g/cm3微膨胀防窜水泥浆防窜性能评价水泥浆体系能否防止油气水窜，最关键的性能是水化阶段该体系对油气水窜的相对渗透率及内部阻力变化的大小。水泥浆对地层流体不渗透能力形成越快，窜槽的机率就越小；另一个要考虑的因素是水泥浆的失水特性。把水泥浆的渗透性和失水两项需要考虑的性能归结为一个参数即水泥浆性能系数SPN。水泥浆失水量与时间的平方根成近似线性关系，SPN的计算式为：式中API失水水泥浆30min、6.9MPa条件下的失水量，mL；水泥浆达到100Bc的时间，min；水泥浆达到30Bc的

14、时间，min；应用SPN值，可以对水泥浆进行防窜评价。SPN值越小，水泥浆防窜能力越强，评价标准见下表。水泥浆性能系数评价标准SPN值1-33-7>7评价标准较好中等差采用水泥浆性能系数对水泥浆SPN进行评价，结果均小于3，可以看出通过加入膨胀剂，提高了早期强度，增强了水泥浆的防窜能力，配合其它的综合防窜措施，能满足防窜的要求。防窜水泥浆的SPN值序号失水量，mL，min，min过渡时间，minSPN118106116102.08225130142122.44320125137121.75三、 应用的主要技术措施1.防漏配套工艺技术措施1）做好堵漏工作，提高地层承压能力钻入漏失层顶部在钻

15、井液中加入堵漏材料进行堵漏，为固井防漏创造条件。2）做好地层承压实验，为固井防漏设计提供依据完钻后，根据模拟固井施工中环空承受最大动液柱压力并附加2.0-3.5MPa，在井口蹩压。若有漏失，进一步堵漏。3）控制套管下放速度防止由于套管下放速度过快对地层产生较大的激动压力，压漏薄弱地层。4）优化固井施工设计，合理的设计固井施工参数按照地层压力合理设计环空液柱结构及水泥浆密度、分段位置，保证液柱压力小于最薄弱的地层所能承受压力。采用变排量顶替工艺，替量前期采用紊流顶替，后期采用塞流顶替。并用固井施工软件对整个施工过程进行动态模拟，确保在整个固井施工工程中不压漏薄弱地层2。软件模拟红G1-51环空压

16、力分布2.提高顶替效率的技术措施1）制定合理的钻关方案与新钻井位距离400米以内的注水井提前15天停注，确保钻开油层前井口压力降到3.0 MPa以下,超过3.0 MPa的井需要放溢流降压，满足开钻和环保要求。钻控后采取分步恢复注水做法，逐渐恢复地层压力。对距新钻井位50米以内的采油井，或连通关系较好的一线采油井,在钻开油层时到固井后48小时之内关井，固井后48小时后开井生产。2）做好井眼准备工作下套管前，认真通井，净化井眼和钻井液；下套管前用原钻具通井，下入过程中分段大排量循环，循环过程中活动管柱，使井眼更规则，到底后充分循环2周以上，强化固控设备的使用，确保岩屑清除分离出来，循环至振动筛无岩

17、屑，然后用泥浆泵泵入清扫液洗井3。3）合理加放套管扶正器，提高套管居中度油层段每一根套管加一个限位弹性扶正器，油层段以上每两根套管加一个限位弹性扶正器，在井径大且不规则处每一根套管加一个限位弹性扶正器，充分保证套管的居中度，提高顶替效率，形成均匀的水泥环。4）控制好固井前钻井液性能在保证井下安全和井壁稳定的情况下，下套管前认真按照钻井设计要求调整钻井液性能，尽量降低钻井液粘度、切力和磨阻，保证钻井液性能达到低粘、低切、低失水，钻井液能平衡压稳地层压力4。5）上下活动套管特别是水泥浆出套管鞋后，通过上下活动套管改变环空宽窄分布，套管接箍和扶正器上下移动动态改变液体流场，提高横向波及范围，利用上下

18、活动剪切应力破坏泥浆胶凝结构，改变泥浆流变性，提高顶替效率。6）优选了性能良好的JSS-1冲洗液和NCH-2加重隔离液 JSS-1冲洗液由清水、高聚物、降失水剂和抑制剂组成，具有低失水的特点，能够防止油层受到污染，有效冲洗井壁泥饼，隔离钻井液和水泥浆，给水泥浆提供一个清洁干净的胶结环境，提高水泥浆顶替效率和固井质量。 JSS-1冲洗液性能项目单位指标密度g/ cm³1.03塑性粘度mPa.s3-7滤失量ml< 50热稳定性0-150NCH-2隔离液由清水、高聚物、降失水剂、抑制剂、悬浮剂和加重材料组成，能够高效携带残留泥浆泥饼和沉淀岩屑，隔离钻井液和水泥浆，防止泥页岩膨胀、减少

19、油气层污染，压稳下部水泥浆液柱防止发生气窜。NCH-2隔离液性能项目单位指标密度g/ cm³1.20-1.30塑性粘度mPa.s13-20滤失量ml< 50热稳定性0-1507）按照地层压力合理设计环空液柱结构及水泥浆密度、分段位置，在保证液柱压力小于最薄弱的地层所能承受压力同时，又可实现水泥浆自下而上阶梯凝固，减缓水泥浆失重影响。水泥浆产生环空窜流的根本原因是由于水泥浆自身的胶凝特征而引起的，水泥浆在凝结过程中，不发生窜流的基本条件是P环+P阻P地，即环空液柱有效压力和气侵阻力之和大于地层流体压力时，地层流体就不会侵入环空发生窜流。固井侯凝过程中水泥浆处于失重状态，环空液柱压

20、力不能再往下传递时，如果水泥基质的防窜能力差，环空液柱压力加上水泥自身的内部阻力低于地层的压力，活跃的流体就会侵入到水泥环中，无法实现压稳，引起层间互窜，从而难以实现层间的有效封隔，地层流体上窜，影响固井质量，严重的造成固井失败。为此高台子地区设计使用了双凝的水泥浆结构，通过合理设计首浆与尾浆的分段位置及稠化时间，避免水泥浆失重，导致层间窜流或高压地层油气水窜入井筒，起到压稳下部油层的作用。8）加强固井施工管理，实现固井标准化施工固井中队到达固井施工现场，要全面彻底检查水泥车动力、液力部分及操作控制机构，确保工作正常，上水良好，能达到额定排量和水泥浆密度。认真检查压风机，确保工作正常。下灰车气

21、路不堵、不漏，连接可靠。固井车到达井场后，合理摆放，进行试运转，有问题时及时排除，确保水泥车、灰罐车、压风机、流量计运转正常，不出现机械故障。固井施工作业前召开现场技术交底会，把固井设计内容详细交代给固井施工指挥和各个岗位操作人员，确保每一名参加固井施工人员掌握固井施工流程和技术要求。固井施工时严格按照固井施工设计要求控制各项施工参数，确保水泥浆的密度、注水泥浆排量和置替水泥浆排量等各项参数达到设计要求。专人负责观察钻井液返出情况，一旦发现异常现象及时通报施工指挥人员，以便采取应急措施，确保固井地面施工质量。四、 现场应用在充分的固井前准备、性能优良的水泥浆体系、合理的固井施工工艺等一系列技术

22、措施的保障下，红岗高台子调整区块的固井质量有了明显的提高。2012至2013年，现场一共应用10口井，全部，合格率100%，优质7口，优质率70%。2007年-2013年固井质量统计表时间完成口数合格口数优质口数合格率，%优质率，%20072317973.9139.13200833110033.3320091413792.8650201010959050201126261210046.15201244310075201366410066.67红G1-51井油层套管固井现场应用1、井深结构示意图2、固井基本数据油气层顶界，m1218套管下深，m1637油气层底界，m1607完钻井深，m2342阻流环位置，m1627短套管位置，m1208-1218水泥返深，m280双凝界面，m10683、水泥浆体系首浆低密度水泥浆体系水泥浆类型低密度流动度，mm220水泥浆密度，g/cm31.55-1.65抗压强度，MPa(24h)12稠化时间，min130-160造浆量，m3/t0.9初始稠度，Bc30失水量，ml50水泥浆体系：68（G级）:22(漂珠):10(硅粉)+2.5