延长油田低密度水泥浆固井技术的研究与应用

肖新礼

摘要：固井作业是钻井工程的关键环节。一旦固井质量出现问题，将会给试油、采油等油田后续工作带来被动，严重时还会造成油井的报废和资源的浪费。鄂尔多斯盆地内储层大多数有低压、低渗、低产以及水敏性较强的特点，探索和开发适合此类油层的固井水泥浆配方和固井工艺技术对于油田的开发至关重要。

关键词：固井低密度漂珠水泥浆

0引言

近年来，国内外科研机构利用颗粒级配充填堆积理论，采用多种低密度材料复配，通过不同的水泥浆外加剂的调节，研究开发了1.20～1.65g／cm3不同密度的水泥浆体系。低密度水泥浆体系，必须较好地解决低密度材料上浮，保证浆体的稳定性，同时水泥石的强度要满足射孔和改造需求，选择较好的不同粒径的材料，相互配合充填粒径间的空隙，紧密堆积以提高其抗压强度。近年来，已经应用的低密度水泥浆体系形成的水泥石的强度大幅度提高，在48h后强度能达到14MDa。鄂尔多斯盆地内储层大多数有低压、低渗、低产以及水敏性较强的特点，因此除了在钻井过程中保护好油气层外，完井固井施工过程中的油气层保护更加重要，根据对玉门青西油田孔隙裂缝型油藏采用低密度水泥浆固井调研，使用低密度水泥浆固井前，射孔投产后一般都要进行酸化后才能高产，而采用低密度水泥浆固井后直接投产后就可以获得百顿以上的高产，延长油矿通过近几年的研究和现场使用，目前低密度水泥浆固井已经成熟。

1低密度水泥浆体系的确定

1.1低密材料的优选目前，低密度水泥浆的减轻剂可分为两类，一类是自身密度较大，主要靠增大水灰比(水固比)来降低水泥浆密度的减轻剂，这类材料有粉煤灰、膨润土、膨胀珍珠岩、火山灰、水玻璃等，但为了保证浆体的稳定性、均匀性和强度，用水量受到限制，否则难于保证浆体的综合工程性能。这类减轻剂配制的低密度水泥浆的密度一般在1.50g／cm3以上，且使用温度条件要求较高。第二类是自身的密度小于水的减轻剂，如空心微珠、空气、氮气等。用这类材料作减轻剂配制低密度水泥浆，在较低水固比时，就可获得较低密度的水泥浆，从而易配制密度较低而水泥石的强度较高的水泥浆。

为了保证水泥浆具有较好的稳定性、合适的流变性和密度、较高的早期强度，根据鄂尔多斯盆地内储层的特点，选择了漂珠作为减轻剂。用漂珠作减轻剂配制低密度水泥浆，在较低液固比时，就可获得较低密度的水泥浆，从而使得水泥石的强度较高。

空心微珠具有质轻(颗粒密度为0.70g／cm3左右，其材质密度约为2.40g／cm3)、密闭(珠壳的壁厚为珠直径的5％～30％)、粒细(颗粒粒径约为40 um～250 um，比水泥颗粒大3—4倍)和活性强等特点。其壳体主要由硅铝玻璃材质组成，能与水泥水化产物Ca(OH)2和矿物中的CaS0。作用，生成具有胶凝特性的产物，从而有利于水泥石强度的发展和渗透率的降低，是一种良好的减轻剂。

1.2低密度水泥浆体系的确定在选择使用漂珠作为减轻剂的基础上，结合延长油田的实际特点，通过对国内几个添加剂生产厂家的产品的室内评价，确定了主要外加剂的型号，降失水剂TW200S、分散剂TW401、缓凝剂TW302、消泡剂TW501、增强剂PZW-A。

1.2.1含水量的确定通常，水泥浆的水灰比减小，配出的水泥浆密度就增高，流动性也变差，低密度水泥浆也符合这个规律。当水灰比增加时，水泥浆密度就下降，但整个水泥浆体系的稳定性变差，游离水增大，同时水泥石的抗压强度降低，体积收缩率增加。因此，为了确保水泥浆的性能，不能盲目地增加含水量，应该首先确定它们的正常用水量，若有必要还应该确定它们的最小用水量。

1.2.2减轻剂掺量的确定减轻剂在不同掺量下，为达到同一设计密度的水泥浆，可以通过其不同含水量来实现。减轻剂掺量较小时，若加水量较大，水泥石的收缩率也较大。随着减轻剂掺量的增加，水泥石强度也逐渐增大，这是由于减轻剂浓度增大的缘故。当掺量达到与水泥的比例一定时，在正常含水量的情况下，其水泥石的抗压强度最高，这时，减轻剂与水泥的比称为正常比，而其正常加水量称为最佳含水量，每种减轻剂的正常比和最佳含水量都是不同的。

1.2.3低密度水泥浆体系配方及性能对于封固井段静止温度低于60℃的情况。根据选择的减轻剂和水泥添加剂，通过试验得到密度1 30～1 50g／cm3，低密度水泥浆的典型配方及主要性能(见表)。

由表可见，使用TW系列添加剂配制的密度1.30-1.50g／cm3低密度水泥浆的综合性能协调性较好。水泥浆的失水可控制在50ml左右，浆体稳定无自由水，稠化时间可调整的范围较大，有利于适应不同的施工时间的要求。

3固井质量工艺研究

要获得良好的固井质量，采取合理的施工工艺技术与使用优质的水泥浆同等重要，且它们不能相互替代，缺一不可。众所周知，套管的居中程度、井径规则程度、钻井液、隔离液、水泥浆流变性匹配情况、顶替流态与紊流接触时间、水泥浆密度的均匀程度、固井前钻井液性能的调整结果等等，对固井质量均有不同程度的影响。

3.1井眼准备：在钻进过程中保证井径规则程度，减少“大肚子”、“糖葫芦”之类的井眼，保证井眼稳定减少掉块和井壁坍塌，及时堵漏提高地层承压能力，固井前调整好钻井液性能等。这些工作的目的是为国井提供一个良好的井眼条件。

3.2合理的加放扶正器使套管居中：要尽量降低套管在井眼中的偏心程度，目前所采取的措施是在套管上安装套管扶正器。对于斜井或井斜角较大的直井，应用扶正器安放位置设计软件进行模拟设计，以保证套管居中度不低于66 7％的要求。对于直井，按关键井段(如油气层段)每根套管一个扶正器安放，其余可每二根套管一个扶正器。

3.3固井前调整钻井液性能并充分循环：尽管钻井液的流变性能因受地层等因素制约使可调整的范围有限，但为提高顶替效率，应在条件许可的情况下尽可能按固井需求进行调整。调整钻井液性能，其技术实质是改善流变性。调整原则是：在保证井下安全的前提下尽量降低其塑性粘度、动切力和静切力，减小触变性影响。在固井前充分循环也是被证明的一项提高固井质量的措施，因为充分循环可将井内沉砂洗出，有利于提高顶替效率，也可以清除井壁上的虚泥饼，置换“死”泥浆，有利于水泥与地层的胶结。

3.4制定合理的施工参数：根据完井的井眼条件，确定合理的施工参数，采用适量的前置液，保证水泥浆具有好的流变性，替浆尽量采用紊流顶替，延长紊流接触时间及增大紊流程度等。

3.5根据施工设计进行注水泥浆施工：各种液体的用量按设计注入，水泥浆密度按设计进行控制，替浆排量与泵压按设计要求实施，特殊情况现场可据情况进行适当调整的幅度应事先进行过相关计算。

4低密度水泥浆体系的现场应用

通过对室内试验配方的分析，结合开发需求和油层固井的施工条件，确定了油层固井的水泥浆密度范围为1.45—1.50 g／cm3，通过几年的现场使用评价及水泥浆配方的不断优化，低密度水泥浆固井有效地避免了固井施工的井漏问题，并且将油层固井对地层的损害减少到最低，有效的保护了油气层，为油田的开发做出了一定的贡献。

5结论及认识

5.1通过试验及现场施工检验，对密度1.30g／cm3、1 40g／cm3、1.45g／cm3、1 50g／cm3低密度水泥浆配方进行了筛选和优化，并确定了较成熟的低密度水泥浆体系，结果表明，固井质量良好。

5.2通过固井施工及油田开发的检验说明低密度水泥浆体系的是满足杏子川采油厂油田油层固井要求的。