中拐石炭系FlexSTONE弹性膨胀水泥浆体系应用

2016-07-25刘荆成陈松平谢建安

天然气技术与经济 2016年3期

关键词：石炭系水泥石固井

刘荆成　陈松平　谢建安　李　君　阮　彪

（1.长江大学石油工程学院，湖北　武汉　430100；2.中国石油新疆油田勘探公司，新疆　克拉玛依　834000；3.中国石油新疆油田监理公司，新疆　克拉玛依　834000）

中拐石炭系FlexSTONE弹性膨胀水泥浆体系应用

刘荆成1陈松平2谢建安2李君2阮彪3

（1.长江大学石油工程学院，湖北武汉430100；2.中国石油新疆油田勘探公司，新疆克拉玛依834000；3.中国石油新疆油田监理公司，新疆克拉玛依834000）

摘要中拐凸起石炭系储层裂缝发育，属于低孔、超低压渗透油藏，油气显示活跃，但固井界面胶结质量差，易发生水窜，严重影响了对油藏的认识。通过前期对固井质量影响因素分析，优化了井身结构，优选了斯伦贝谢弹性膨胀水泥FlexSTONE及斯伦贝谢GASBLOK*胶乳体系，分别针对常规水泥浆体系缺点、地层特征和后期射孔、压裂等施工要求，设计了膨胀率、水泥石机械性能、酸压条件下水泥石完整性、水泥浆防窜性能测试等实验，优化水泥浆性能，在达到实际运用要求后于JL-15、JL-102、JL-103、JL-16四口井现场试验应用。经CBL测试结果显示，平均优质段90%以上，其中油水同层、气水同层发育段固井质量优质。

关键词中拐石炭系界面胶结质量FlexSTONE水泥浆体系固井质量

0　引言

中拐区块位于准噶尔盆地西部，与西北缘冲断带毗连，属典型的火山岩油气藏，同时也是西北缘油气增储上产的一个重要区块，但该地区石炭系地层裂缝发育，地层封隔失效事故频发，固井胶结质量差，易发生水窜，严重影响了对该地区油藏的认识［1-2］。尽管通过优化井身结构增加了一层技术套管下至石炭系顶部，在一定程度上减少了储层浸泡时间和封固段长度，对固井质量的提高有一定效果，但仍未解决当前该地区固井主要存在的问题。斯伦贝谢弹性膨胀水泥FlexSTONE和GASBLOK*胶乳体系作为添加剂使用，较强的膨胀性及弹性性能，能够解决常规水泥浆凝固后易产生微间隙及微裂缝导致的形变能力低、抗压强度低等问题，进而降低水泥浆体系的渗透率和孔隙度，具有极强的防窜、防侵能力［3-4］。为此，在中拐区块试验应用了FlexSTONE弹性膨胀水泥和GASBLOK*胶乳体系，很好地解决了该地区固井主要存在的问题，对该地区固井质量的提升具有重要意义。

1　中拐石炭系固井质量面临主要问题与对策

1.1主要问题

1）中拐石炭系地层岩性较为复杂，主要有岩浆岩和正常沉积岩。井下钻遇岩性主要以大套中基性火山岩为主，且石炭系储层裂缝发育，统计该区块2012-2014年9口井深超过3 000 m的地层分析资料表明，3 000 m以下封固段有多套水层和油水同层，地层流体侵入、置换对水泥浆性能破坏严重。

2）中拐石炭系地层（目的层）属低孔、超低渗透油藏，储层物性差，泥岩夹层不发育，地层承压低，制约了施工排量设计，影响了顶替效率。

3）中拐地区通常压裂施工压力约为50 MPa，压裂过程中，常规低密度水泥石（漂珠水泥）结构容易破坏，导致层间封隔失效，且拉裂产生的裂缝沿井身方向分布，易形成水窜、气窜通道。

1.2技术对策

1）优选水泥浆体系，改善水泥石韧性。即采用斯伦贝谢弹性膨胀水泥FlexSTONE和GASBLOK*作为水泥浆添加剂，并严格按照设计要求进行水泥浆室内实验，确保水泥浆相关性能满足设计要求。

2）优化施工参数，要求井队提供良好的井眼条件，确保井眼干净、稳定、不漏、不涌、无阻卡和稳定，提高施工时的顶替效率。

3）优化井身结构，表套下深为500 m，水泥反至地面；钻揭石炭系后下中完技套，封堵石炭系以上地层，水泥返至白垩界以上50 m；油套下至井底，水泥返至三叠系白碱滩组底界以上50 m。

2　水泥浆体系及性能

2.1水泥添加剂优选

七八个鬼子避开和吴参谋一伙纠缠，一边追赶一边打枪，缺一指拉着孔老一拼命往前跑，正跑着背后一颠，就直直往前扑去，孔老一翻转过缺一指时，见他胸口的血像喷泉一样喷了他一脸。

为实现对中拐石炭系储层长期有效封固，水泥添加剂选择尤为重要，水泥添加剂的选择必须满足以下几方面的标准：① 解决常规水泥石胶结收缩引起的微环空问题；② 满足油井后期完井射孔、压裂造成的水泥石伸缩、承压等要求；③ 能降低水泥浆体系的渗透率和孔隙度，水泥石头具有良好的致密性，具有一定的防窜、防侵能力（优选添加剂见表1、水泥浆配方及性能见表2）。

2.2水泥浆性能测试

2.2.1膨胀率测试

通过特定的实验装置测定环形水泥石凝固后在模拟井底温度下的线性膨胀率［5-6］，实验结果（图1a、1b、图2）表明：水泥环膨胀后，装置张开度明显提高，水泥环膨胀率大于1.16%。

表1　添加剂及功能表

表2　水泥浆配方及性能表

图1　水泥环膨胀前后示意图

图2　1.80 g/cm3弹性膨胀水泥时间与线性膨胀率关系图

2.2.2水泥石机械性能测试

实验结果：抗压强度为42.646 MPa，弹性模量为4 616.0 MPa，泊松比为0.372。

2.2.3抗拉强度测定

单轴抗拉强度：圆盘试样对径受压的劈裂试验，也称巴西试验［7］，是典型的确定岩石抗拉强度的间接方法。将岩石圆盘试样横放在压板中，压缩破坏，测出最大试验力。根据公式δ=2p/πDt计算单轴抗拉强度。

式中，p为破坏过程中的最大载荷，kN/mm2；D为圆盘试样直径，mm；t为圆盘试样厚度，mm。

实验结果：最大抗压强度为0.722 kN，抗拉强度为1.876 081 077 MPa（见图3）。

图3　水泥石抗拉强度测试图

砂岩地层与普通韧性水泥石机械参数对比［8-9］见表3。根据表3可知：斯伦贝谢弹性膨胀水泥弹性模量低于砂岩地层和国产韧性水泥，泊松比高于砂岩地层和国产韧性水泥；在同等应力作用下，斯伦贝谢弹性水泥形变量大，横向应变大于纵向应变，具有更好的抗冲击能力。

表3　砂岩地层与不同韧性水泥石机械参数对比表

2.2.4韧性膨胀水泥性能在酸压下完整性模拟

运用斯伦贝谢CemSTRESS*软件模拟酸压过程对水泥石的影响。实验条件：酸压最大压力50 MPa，井底温度33℃，地层温度66℃，实验假设机械性能见表4，根据韧性膨胀水泥性能在酸压下的完整性模拟结果（图4）可知，在假设酸压条件下，优化后的弹性水泥在酸压条件下不会产生机械破坏。

表4　实验假设水泥石机械性能表

图4　韧性膨胀水泥性能在酸压下的完整性模拟图

2.2.5水泥浆防窜性能测试

1.80g/cm3水泥浆中混入5%、10%、15%后测试性能变化，模拟不同地层水侵强度下水泥浆性能变化（表5）表明水泥浆在受到低于10%比例水侵后，密度、失水量、抗压强度仍能满足要求。

3　现场应用

3.1施工井概况

JL-15、JL102、JL-103、JL-16四口井均位于准噶尔盆地西部隆起中拐凸起且钻探目的层为石炭系，以JL-15井为例，JL-15井设计井深为3 000 m，第三次开钻井段（2 871～3 000 m）钻遇地层为石炭系，优化前后井身结构对比见图5。

图5　JL-15井井身结构优化前后对比图

3.1现场施工工序

为保证入井水泥浆密度准确，以及在混灰在配浆水中的充分预水化，施工采用批混水泥浆工艺，现场备有两个过渡管用于批混水泥浆以确保水泥浆密度均匀及达到设计密度1.80 g/cm3，并在JL-15、JL102、JL-103、JL-16四口井现场试验应用，现场施工程序以JL-15井为例（表6）。

3.2固井质量评价

JL-15、JL-102、JL-103、JL-16井完井固井质量评价采用RCB-RCD声幅测井技术，可评价水泥环第一、第二界面的胶结情况以及环空水泥石填充密度。根据4口井测井资料显示，4口井位于油藏段的声幅值在0～1格（0～10 mV），且胶结良好，JL-15、JL-102、JL-103、JL-16井CBL测井结果全井段均合格，平均优质段在90%以上（图6），其中油水同层、气水同层段发育段固井质量优质。