膨胀水泥浆体系在苏丹1／2／4区块水平井固井中的应用

・９６・　钻　采　工　艺　２００６年７月　Ｊｕｌｙ　２００６　ＤＲＩＬＬＩＮＧ＆ＰＲ０ＤＵＣＴ１０Ｎ　ＴＥＣＨＮ０ＬｏＧＹ　膨胀水泥浆体系在苏丹１／２／４　区块水平并固并中的应用　高兴原　，李国金　，李喜峰　，苏云龙　，董海玉　，刘向明２　（１吉林油田钻井技术服务公司２四川石油局国际工程公司）　高兴原等．膨胀水泥浆体系在苏丹１／２／４区块水平井固井中的应用．钻采工艺，２００６，２９（４）：９６—９７，１０９　摘要：随着苏丹１／２／４区块的深入开发，为了加快开发主力油层，提高原油产量，降低钻井成本，ＧＮＩ￣Ｃ在　此区块布置水平井开发任务。所开发的区域主要分布于Ｈｅｇｌｉｇ，Ｍｕｎｇａ，Ｓｉｍｂｉｒ，Ｂａｍｂｏｏ区块，油层所在是Ｚａｑａｒ和　Ｂｅｎｔｉｕｅ地层。此层位具有高渗透，地层温度高，易塌、气窜等复杂问题，尤其是Ｈｅｇｌｉｇ和Ｍｕｎｇａ地区井壁坍塌严　重。为此，根据地质资料、井身结构和对水平井注水泥的技术要求，科学合理设计施工工艺，优选出适合此地区固　井施工的冲洗液和隔离液，特别是经过努力实践，开发出了新型膨胀水泥浆体系，此体系具有高强度、低失水、无析　水、防气窜之功效。结合使用哈里伯顿ＣＰＴ—Ｙ４大功率固井车，精确计量和自动密度控制，该体系水泥浆目前已　在７口水平井施工中得以应用，均为优质井。现正在被大量使用，此体系的开发，解决了该固井技术难题，创造了　中国固井在海外首次水平井作业一次成功的历史记录，具有较高的经济和社会效益。　关键词：苏丹１／２／４区块；地层压力系数；钻井液；低密度；水泥浆；水平井；固井　中图分类号：ＴＥ　２５６．６　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６—７６８ｘ（２００６）Ｏ４—００９６—０２　在苏丹１／２／４区块水平井固井作业中，通过对　密度１．８９　ｇ／ｃｍ３，此层位易塌不漏；流动度≥２３０　Ｆｆｌｎｌ，易泵送；稠化时间≥２００　ｍｉｎ，３０～１００　Ｂｃ≤３０　ｍｉｎ，满足施工时间、后期强度快，防窜；失水量＜３０　地质资料（即地层高渗透、温度高、气窜等）、井身结　构、固井配方及工艺等方面进行了深入细致的研究，　经过大量的测试与实践，成功地开发出了新型膨胀　ｍＩ，失水小，起到防窜和保护油气层；抗压强度≥２１　水泥浆体系。此体系具有高强度、微膨胀、低失水的　特点。有效地解决了水泥石强度低、水泥浆凝固后体　ＭＰａ，高强度，可提高胶结质量；析水率０％，防止水　平段出现水槽；膨胀率≥５％，防止水泥浆凝固时体　积收缩。　积收缩的问题，进一步提高了胶结质量。另外，此体　系能有效控制油气中的水窜，进一步提高水泥石胶　结质量和固井质量，此体系还通过Ｊ—ＲＬ的可调　性，应用范围更加广泛，井深可达到５００～３　５００　１ＴＩ。　此体系稠化呈直角效应。具有非常好的防气窜功效。　该体系水泥浆可泵时间可调，具有非常好的流变性　二、室内配方优选　１．外加剂优选　通过大量实验，筛选出几种外加剂：（１）ｘｐ膨胀　剂，具有微膨胀、增加强度，防气窜。（２）Ｃ　降失水　剂。控制失水量、防气窜保护油气层。（３）ＢＦ减阻　能，能有效提高水泥浆的顶替效率。因此，此体系解　决了该地区高渗透、高温、易塌、气窜地层固井的技　术难题。在苏丹１／２／４区块水平井固井作业中，新　剂，使水泥容易泵送，提高顶替效率。（４）Ｊ—ＲＬ缓　凝剂，保证施工所需时间。（５）ＸＸ消泡剂，消除水　泥浆中的气泡。　２．室内试验情况　型膨胀水泥浆体系被大量推广使用，收到了很好的　效果。　一、微膨胀水泥浆性能指标设计　依据第一水平井，Ｍｕｎｇａ　Ｓｏｕｔｈｌ１的井身结构　和设计确定实验条件，此井地层压力系数低，破裂压　根据地层层位特点，对水泥浆性能进行了设计：　收稿日期：２００６—０３—０６　力小，Ｂｅｎｔｉｕ和Ｚａｑａｒ等层位是疏松砂岩，地层成岩　＊本文系中国石油苏丹１２４区钻井技术固井项目。　作者简介：高兴原（１９７２一），工程师，１９９６年毕业于西南石油学院钻井专业。从事海外市场开发及固井工程技术工作。地址：（１３８０ｏＯ）　吉林省松原市，电话：（０４３８）６２２５７３９，Ｅ—ｍａｉｌ：ｇａｏｘｉｎｇｗｙ２２２２＠１２６．ｔｏｍ　维普资讯 http://www.cqvip.com

第２９卷第４期　Ｖ０１．２９　Ｎｏ．４　ＤＲＩＬＬＩＮＧ＆ＰＲ０ＤＵＣｒ１０Ｎ　ＴＥＣＨＮ０ＬＯＧＹ　钻　采　工　艺　・９７・　性差，易塌、易缩径，同时有的伴有气体，此层位是水　平井重点解决的水平固井封固段。从井深结构看此　井水平距离４５０　１ＴＩ左右，完井封固段为５００　ｍ。根　响稠化时间，同时体系不加ＸＰ时有析水，当加入　ＸＰ后析水为零，满足水平井固井水泥浆体系和固井　施工要求。此体系流动性好，便于泵送水泥浆和降　低泵压对现场施工极为有利。为确定此体系的膨胀　情况，根据表１的实验配方测定膨胀率。表２数据　表明，加量０．１％～０．５％时，膨胀率随加量增加增　长较为明显，当达到０．５％时基本达到膨胀点，以后　趋于平衡。因此确定Ｍｕｎｇａ　Ｓｏｕｔｈｌ１井的配方为：　Ｇ级嘉华＋ＣＨＪ（１．６６％）＋ＸＰ（０．５％）＋Ｊ—ＲＬ　（０．３％）＋ＢＦ（０．１％）。　据此情况依据垂深和混浆出口温度，确定实验温度　为６３℃，室内试验见表１。从表１中数据可知，只加　ＣＨＪ降失水剂，其失水量不能满足设计指标。随着　ＸＰ膨胀剂量的增大，失水量逐渐减小，抗压强度增　加，当加量为０．３％时失水量满足设计指标，因此，　膨胀剂ＸＰ与ＣＨＪ的配伍使用，能有效控制失水量，　配伍性好，不影响强度，稠化时间上看，ＸＰ基本不影　表１室内实验情况总结　加量（％）　序号　ＣＨＪ　ＸＰ　０　密度　流动度　析水率　（ｇ／ｃＩ￣３）　（Ｈ埘）　（％）　稠化时间　６３℃３０ｍｉｎ（３ＯＭＰａ）　６３℃　失水量　（ｍＪ）　６０　２２４ｈ　强度　（胁）　ＢＦ　Ｊ—ＲＬ　０．１　０．３　１．８９　２３０　０．０５　１　２　１．６６　初稠６Ｂｃ，２０５ｍｉｎ－－３０Ｂｃ　２２０ｍｉｎ－－１００Ｂｃ　２２３ｍｉｎ－－１００Ｂｃ　２４　１．６６　０．１　０．１　０．３　１．８９　２４０　０　初稠６Ｂｅ，２１２ｍｉｎ－－３０Ｂｃ　４２　２７　３　４　１．６６　０．３　０．１　０．３　１．８９　２４２　０　初稠６Ｂｃ，２１４ｍｉｎ－－３０Ｂｃ　２２５ｍｉｎ－－１００Ｂｃ　２２８ｍｉｎ－－１００Ｂｃ　２２　２８．５　１．６６　０．５　０．１　０．３　１．８９　２４５　０　初稠６Ｂｅ，２２０ｍｉｎ－－３０Ｂｃ　１５　３０．５　表２　ＸＰ膨胀率情况表　小，而此实验中３０～１００　Ｂｃ时间小于２０　ｍｉｎ，ＳＰＮ　小说明该体系具有较强的防气窜能力，有效地解决　了该区块的防窜问题。　此体系强度随时间增长的变化见表３，表３看　出随时间增加强度增加，１～５　ｄ强度增加较快，５～　三、现场施工情况及质量反馈　１．现场施工情况　１０　ｄ强度略有增长较缓慢，但不衰退，此体系强度　满足各种固井作业要求。Ｍｕｎｇａ　Ｓｏｕｔｈｌ１井室内实　验中水泥浆稠化曲线非常好，当水泥浆稠度达到３０　Ｂｃ后，曲线呈直角效应迅速增加，２０　ｒａｉｎ以内达到　（１）要求井队处理好钻井液。由于该地区水平　井一般都采用油基钻井液，所以要求有足够的粘度，　以防止地层垮塌；另外，循环要彻底，保持井筒清洁。　（２）下入足够的扶正器，采用刚性扶正器与弹性　１００　Ｂｃ。该体系对防止气窜有较好的作用，气窜能　力由ＳＰＮ决定，ＳＰＮ越小，防气窜能力越好：　ＳＰＮ＝Ｑ（￡Ｉ（）０　一１３０１／２）／３０　（１）　式中：Ｑ—ＡＰＩ失水量，６．９　ＭＰａ（３０　ｍｉｎ）；ｔ１００　一　扶正器相结合的方式，保证水平段完全居中，造斜段　无卡点。　（３）采用与钻井液乳化效果好的冲隔体系，保证　隔离液的粘度，确保对残余岩屑的冲刷和悬浮能力。　（４）精确控制水泥浆入井密度，保持密度恒定，　使水泥浆密度偏差在±０．０２　ｇ／ｃｍ０范围内，以避免　失水大或初凝时间缩短等现象的发生。　水泥浆达到１００　Ｂｃ所用的稠化时间；／３０１／２一水泥浆　达到３０　Ｂｃ所用的稠化时间；ＳＰＮ一水泥浆防气窜　性能系数。　表３强度情况表　（５）采用均一的速率，避免压力激动，防止地层　垮塌。　２．质量反馈情况　根据室内成型的配方，针对Ｍｕｎｇａ　Ｓｏｕｔｈｌ１现　由式（１）看出，Ｑ越小，ＳＰＮ越小。此体系失水　量为５　ｍｌ，失水量小，而３０～１００　Ｂｃ时间短，ＳＰＮ越　场施工，先期使用ＪＬ１０ｉ冲洗液和ＪＬ１０２＋ＣＭＣ隔　离液，共注前置液１６　ｍ３，同时发挥　（下转第１０９页）　维普资讯 http://www.cqvip.com

第２９卷第４期　Ｖｏ１．２９　Ｎｏ．４　ＤＲＩＬＬＩＮＧ＆＆　ＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　钻采工艺．１　。　Ｕ　０９。．　土，使岩石水敏性增大。　２．岩石矿物溶解后造成的地层损害　　．一ｒ　ｌ　舢　姗　　度上影响着矿物的溶解，溶解的矿物主要为硅质，其　次是铝等矿物。通过Ｎ．Ｃ．Ｎｅｄｒｉ的实验（图３、图　注蒸汽时，蒸汽温度和凝析液ｐＨ值在很大程　ｍ　。　４）可看出，随着温度和ｐＨ值的增高（即排出液碱性　增高），溶解的硅量也增加。当ｐＨ值大于１０时，溶　解硅量增大很快，说明硅质对强碱性相当敏感。　图３　ｐＨ值与溶解的ｓｉ０２的关系　五、结论　（１）引起研究区储层损害的潜在因素主要是粘　一　土矿物、碱敏和水敏，其次是矿物产状、速敏、酸敏和　昌　一　盐敏。　（２）蒸汽驱采油对储层敏感性矿物的影响因素　坦　主要是凝析液ｐＨ值和温度。　４　参考文献　排出液的ｐＨ值　［１］　崔辉，王世信．吐鲁番一哈密盆地油气田开发工程　图４石英砂的溶解　［Ｍ］．北京：石油工业出版社，１９９８：４６—６８．　１．３温度的影响　［２］刘爱永，陈刚，刘林玉．吐哈盆地三叠系砂岩的孔隙类　虽然在注蒸汽时，蒸汽的高温可降低原油的粘　型及次生孔隙形成机理探讨［Ｊ］．石油实验地质，　度，但其对岩石尤其是其中的粘土矿物会产生影响，　２００２，２４（４）：３４５—３４７．　结果使得粘土产状的稳定性受到一定程度的破坏，　［３］罗蛰潭，王允诚．油气储集层的孔隙结构［Ｍ］．北京：科　粘土微粒含量增加，造成运移，堵塞喉道。在一定温　学出版社，１９８６：７２—９３．　［４］吴胜和，熊琦华．油气储层地质学［Ｍ］．北京：石油工业　度下，ＳｉＯ２能够与油层中诸如高岭石和方解石等其　出版社，１９９８：１０５—１２８．　它矿物发生反应，形成象蒙脱石之类的可膨胀性粘　（编辑：包丽屏）　（上接第９７页）ＣＰＴ—Ｙ４大功率固井泵车的优点，密　的问题，进一步提高了胶结质量。　度偏差控制在±０．０２　ｇ／ｃｍ３范围内。采用常规固　（２）此体系具有较强的防气窜能力，能有效控制　井方法，施工顺利，一次成功。从Ｍｏｎｇａ　Ｓｏｕｔｈｌ１井　油气水窜进一步提高水泥石胶结质量和固井质量。　声辐检测曲线可看出，此声辐辐值均维持在５％以　（３）此体系通过Ｊ—ＲＬ的可调性使其应用范围　内，辐值较小，被评定为优质井，受到苏丹甲方的好　更广，使用井深５００－－３　５００　ｍ。　评。根据此井的固井情况，甲方又提供两口水平井　（４）水泥浆体系稠化呈直角效应，并且具有较低　固井作业，分别对Ｂａｍｂｏｏ　ｗｅｓｔ２６（７３℃）和ＵＳＳ一５　的失水，起到很好的防气窜能力。　（８５℃）井进行室内实验，根据此体系由Ｊ—ＲＬ缓凝　（５）此体系不仅应用于水平井的固井作业，以后　剂可调节稠化时间的特性，将此体系应用范围进一　可推广到直井斜井调整井等高难度井作业中。　步扩大，实用于井深８００～３　５００　ｍ。Ｂａｍｂｏｏ　ｗｅｓｔ２６　（７３℃）和ＵＳＳ一５（８５℃）采用此体系进行现场施　参考文献　工，施工顺利，声辐检测为优质。该体系的研制和开　［１］徐惠峰．钻井技术手册（三）［Ｍ］．北京：石油工业出版　发，为在苏丹和其它国际市场的声誉进一步拓宽奠　社，１９９０．　定了坚实的基础。　［２］张德润，张旭．固井液设计及应用［Ｍ］．北京：石油工　业出版社，２０００．　四、结论和设想　［３］刘崇建，黄柏宗，徐同台，等．油气井注水泥理论与应　（１）此体系具有高强、微膨胀、低失水的特点，有　用［Ｍ］．北京：石油工业出版社，２００１．　（编辑：包丽屏）　效地解决了水泥石强度低，水泥浆凝固后体积收缩