BX水泥浆体系在LN油田的应用

2018-03-27杨川袁吉祥郑锟石庆陈曦

钻井液与完井液 2018年6期

杨川，袁吉祥，郑锟，石庆，陈曦

（川庆钻探工程有限公司井下作业公司，成都 610051）

为了实现预定的增产目标，近几年塔里木油田在轮南、轮古、东河塘等老油区布井位逐渐增加，在这种背景下，实现钻井“提速、降本、增效”成了首要目标。因此，对这些区块的开发井的井身结构进行优化，减少套管层数，形成了较多的长裸眼固井[1-3]，而且为保证油井后期长期安全生产，要求水泥浆一次上返成功。而长裸眼段固井中存在的大温差、高温高压、裸眼段长、多套压力层系并存等复杂情况，增加了固井难度，也给水泥浆的各项性能指标提出了更为苛刻的要求[4-5]。为了解决该区域固井的难题，在LD和GT水泥浆体系之后，塔里木油田引进了BX水泥浆体系，结合室内实验和现场实践，完成了BX水泥浆体系在LN油田的应用，并取得了较好的效果，为后续类似区域的固井施工提供了经验和借鉴。

1 地质及工程简况

LN油田位于塔里木盆地轮南断垒带，塔克拉玛干沙漠北缘，井身结构一开采用φ406.4 mm的钻头钻至800 m，采用273.05 mm套管封固，二开采用241.3 mm钻头钻至5500 m左右，某些井储层段为定向斜井段，井斜在30～40°；该区域二开完钻钻井液密度为1.20～1.30 g·cm-3，聚磺体系，井底温度在110～120 ℃之间。裸眼段包含多个层系，地层压力系数复杂，钻完井过程中易漏失。目的层压力系数1.056，油气显示较好。

2 施工难点

2.1 多套压力层系

二开次裸眼较长，不同岩性组合的地层在同一裸眼段内，下部裸眼井段油气活跃，地层压力系数低，井壁不稳定，易垮塌，易漏失。同一裸眼段油气水层活跃，在固井过程中想要兼顾防漏和封固好油气层，并且还要保证水层不窜，施工难度较大。

2.2 储层物性参数高，易发生漏失

志留-泥盆系储层：平均孔隙度为17%，平均渗透率为267 mD，东河塘组平均孔隙度为6.2%～18.5%，平均渗透率25～75 mD。石炭系储层：平均渗透率为2.6～71 mD，其砂岩储层平均孔隙度为4%～19%，平均渗透率为6～163 mD。白垩-第三系储层：平均孔隙度为13%，平均渗透率为72 mD，中孔、中渗，物性较好。苏维依组储层平均孔隙度为21%，平均渗透率为386 mD。研究表明[6-9]，在候凝期间，储层中的水泥浆易发生渗漏，导致二界面胶结弱化，储层段封固质量降低，导致油气水窜。

2.3 一次性封固段较长

当水泥浆封固段变长后，增加了其失重效应。由于该地区固井施工结束后并不能进行环空憋压（易漏），且下部油气水层较为活跃，一旦水泥浆在侯凝期间失重，便不能压稳地层，地层流体将会入侵，造成环空油气水窜，严重影响固井质量。因此，该地区对水泥浆性能提出了较为严苛的要求。

3 技术措施

3.1 工艺选择

由LN油田及相邻塔北区块油层套管固井技术现状可知，简化后的二开长裸眼段固井工艺主要有3种：一次上返、双级固井、正注反挤固井。①下完套管后循环不漏，则采用一次正注，双凝双密度水泥浆，早强水泥浆密度为1.88 g·cm-3，水泥浆量考虑封固下部活跃油气水层，缓凝水泥浆密度为1.35 g·cm-3，水泥浆量考虑封上部低压井段+返出量。②下完套管后失返，则采用正注反挤固井。正注采用常规密度水泥浆，密度为1.88 g·cm-3，保证封固好下部活跃油气水层，反挤采用1.90 g·cm-3水泥浆，水泥浆量考虑至易漏层位。反挤水泥浆是否能接拢跟反挤时机及反挤水泥浆量以及套管鞋处的地破压力有着密切的关系，近年来本区块反挤接拢率较低，未超过50%。③双级固井不仅能够有效的降低一次固井环空液柱压力，防止环空给压力太高压漏地层，还有保护油气层的作用，可解决水泥浆体系因温差较大不易调节的问题。近几年该地区双级固井应用较少。主要原因如下：①如果下完套管后井口矢返，其降低固井环空压力已无实质效果；②是下完套管循环微漏，可采用低密度水泥浆固井，既节约了作业时间，又具有较强的经济优势。

本地区现场实践表明，就工艺选择对固井质量的影响而言，一次上返＞双级＞正注反挤。所以要最大程度上提高本次试验固井质量，在下完套管循环未漏或微漏的情况下，采用一次上返固井。

3.2 水泥浆体系选择

3.2.1 水泥浆体系应用情况

本区块近几年在用水泥浆体系主要分为3种：①LD水泥浆体系是在LN油田应用较为广泛的体系，进入区块较早，水泥浆性能稳定，以LD806降失水剂为主剂的中高温外加剂性能，基本满足该地区固井需求，稠化时间易调，稳定性较好。②GT水泥浆体系进入LN区块时间较晚，但凭借以GT11系列抗高温耐盐聚合物降失水剂为主剂的外加剂体系能够有效控制水泥浆失水量不大于50 mL，稠化时间易调，适用性强，配伍性好，能够适应水泥浆密度1.2～2.5 g·cm-3，温度变化对性能影响较小。经过近几年逐步现场应用后，在LN油田现场实践已比较成熟。③BX水泥浆体系，已在中国多个油田成功应用并推广，现刚刚进入LN油田，试验应用了几井次，取得了不错的效果。

3.2.2 水泥浆体系优选

根据LN油田二开裸眼段地质情况存在的问题，为防止渗漏导致固井质量差的问题发生，采用“静止堵漏”的原理[10]，提高水泥浆配方中尾浆的屈服值和塑性黏度，根据现场施工情况严格控制尾浆稠化时间，实现壁面剪应力固井工艺。总结上述地质特点对固井水泥浆性能的要求，就是要“高温站得住（触变性强，不易渗漏）、结构发育快（静胶凝强度过渡时间短）、尾浆稠化短”。对不同水泥浆体系的流变性能进行了评价，结果见表1。基本配方如下。

BX水泥浆配方：阿克苏G级+自愈合剂BCY-200S+降失水剂BXF-200L+缓凝剂BCR-200L+分散剂BCD-210L

GT水泥浆配方：阿克苏G级+微硅+降失水剂GT-11LH+缓凝剂GT21-LH+分散剂GT31-LH

LD水泥浆配方：阿克苏G级+降失水剂806L+缓凝剂605L+分散剂906L+微硅

表1 不同体系水泥浆的流变性能

由表1可知，BX水泥浆体系高温养护后，稠度系数升高，流性指数值下降，出现高温增稠情况；GT和LD体系高温养护后稠度系数下降，流性指数值升高，表现为高温稀释现象；同时，BX体系水泥浆高温触变性增强且发展迅速，初、终切差值在高温环境下增加了78%，并且5 min终切值为10 min终切值的92%。说明了，BX水泥浆体系较GT、LD体系高温下的触变性强，在渗漏地层“高温站得住”、可减少漏失的发生。

图1 BX水泥浆体系静胶凝强度过渡时间曲线

表2 不同体系水泥浆防窜评价实验数据（95 ℃）

由表2和图1可知，BX水泥浆体系较GT、LD体系有较短的静胶凝强度过渡时间，缩短了水泥浆的失重时间，在候凝过程中水泥浆能够在较短的时间内，形成一定的结构强度。同时，采用SPN值法考察不同体系水泥浆的防窜能力。由表4还可以看出，BX水泥浆体系API失水较小，30 Bc至100 Bc稠度值过渡时间最短，因此，BX水泥浆体系的SPN值最低，防窜能力最强。

综上所述，BX水泥浆体系具有高温增稠、触变性强、失水量小、静胶凝强度过渡时间短及防窜能力强等特点。对渗漏性储层在静止侯凝过程中具有一定的防漏、堵漏作用；静胶凝强度过渡时间短、防窜能力强的性能更加适合油气显示活跃的地层固井。这与LN油田二开长裸眼地层的地质特点相一致，解决了该地质条件下的固井难题。

3.2.3 性能分析

BX水泥浆体系的配方简单，仅是降失水剂、缓凝剂、分散剂等必须处理剂外，引入了自愈合剂，其中，BX体系高温触变特性主要源自其降失水剂，并不同于GT、LD体系需要引入一定的微硅协助提高体系的高温触变及降失水能力。同时，针对油气显示活跃的地质特征引入遇油气膨胀，对微缝隙进行封堵的自愈合剂确保水泥环空密封完整性。

降失水剂具有以下特点：①降失水剂为人工合成的多元共聚产品，包括AM、AMPS等单体材料，单体材料不含羧酸基团；②单体配比中在确保一定分子量、分子量分布的前提下尽量降低AM的用量；③聚合物降失水剂除具有刚性较强的高分子链外，还具有一定的微交联的高分子链结构，抗高温能力强。一定的分子量及分布，刚性较强的高分子链，以及空间上具有的微交联结构的这些优异性能，使得BX水泥浆体系具有强触变、低失水、短过渡、能防窜的浆体性能。自愈合剂是BX水泥浆体系中最具特点的处理剂，该处理剂遇油气膨胀对微裂缝进行封堵，确保水泥环的完整性。扫描电镜见图2。

图2 加入自愈合剂的BX水泥浆体系扫描电镜图

3.3 水泥浆柱结构优化

水泥浆柱结构是根据地层压力、地层漏失压力、泥浆泵压力、最大静压差4个参数确定的。所以在设计两凝界面时要考虑：①环空水泥浆柱既能压稳地层又不压漏地层；②施工过程中的静压差要在合理范围内；③施工过程中的泵压不能超过泥浆泵额定压力。针对下部井段承压能力低的问题，1.35 g·cm-3水泥浆封固井口至易漏层位，1.88 g·cm-3水泥浆封固易漏层至井底，能够在满足封固质量的情况下有效地降低环空液柱压力。