聚合物驱影响水泥环胶结质量的因素分析

2023-01-07赵东亮

石油和化工设备 2022年5期

关键词：固井水泥浆钻井液

赵东亮

（大庆油田钻探工程公司剩余油项目经理部黑龙江大庆 163000）

聚合物驱是高含水后期提高采收率的一种强化采油方法，聚合物注入井有一部分是老井，由于老井的固井质量较差且高压注聚，从而造成聚合物驱区块层间窜与套损较为严重，出现了许多新的问题，对今后的固井质量提出了更高的要求。

1 聚合物驱后影响固井质量的因素分析

由于聚合物溶液在地下的滞留，改变了地层的物性及地层孔隙流体的性质，对钻井固井的影响主要表现在地层物性的改变和地层孔隙流体的影响二个方面，其中地层流体的影响主要表现在地层压力和聚合物侵入量二个方面。

1.1 对钻关的影响

由于聚合物在地层孔隙中的滞留，堵塞了地层的孔隙，减小了地层孔隙直径，增大了地层流体的流动阻力；同时地层孔隙流体的粘度增大，地层流体上返需要的动力增大，从而造成注入井停注放溢困难，主要表现在溢流量较少甚至没有，地层压力下降缓慢，放溢时间较长。因此，对于聚合物驱区块钻井的钻关控制应重新考虑，合理设计钻关范围及放溢时间。固井时的钻关控制时间及范围也应重新考虑。

1.2 地层压力的影响

由于高压注入和泄压困难，聚合物驱区块地层压力较高，低渗层和高压层的固井矛盾更加突出。

1.3 聚合物滞留量对泥浆和水泥浆的影响

聚丙烯酰胺可以作为泥浆和水泥浆的提粘剂或降失水剂。钻遇聚合物注入层段，聚合物侵入井筒中，造成泵压急据升高，循环钻井液困难；钻井液应提前进行处理，降低钻速，从而保证安全顺利钻进。在聚合物区块钻井完井电测易遇阻，完井时应大排量充分洗井。固井泵压升高较大，替压较高，水泥浆返速较低；应采用高密度钻井液进行压井，尽量缩短下套管与固井施工之间的时间差，水泥车高压大排量施工。水泥候凝时，从声幅的微幅度可以推测出在聚合物注入井段有聚合物侵入发生。

1.4 地层物性的影响

地层的孔隙度、渗透率下降，地层对流体的阻渗能力增大，结果造成地层流体侵入环空的能力变强，低渗层地层流体的渗流对水泥环胶结质量的影响加剧。由于高渗层渗透率下降，钻井液和水泥浆对中低渗透层的侵入加剧，而中低渗透层又是聚驱后调整的主要层位，故应加强中低渗透层油气层保护技术的研究。

1.5 聚合物井的窜槽、套损的影响

注聚井窜槽、套损使聚合物注入其他层位或沿断层等构造面进入其他层位，造成地层流体压力的升高，地层渗透率下降，形成泄压困难的局部高压区。同时，由于聚合物溶液进入地层孔隙中，改变了地层孔隙流体压力在平面上和纵向上的分布规律，形成局部高压区，为了保证安全钻井固井，聚合物驱区块的地层压力预测技术需要进一步的研究，搞好单井地层压力预测是至关重要的。

2 国内外可借鉴的固井技术

2.1 油井水泥

近年来，国内外基础水泥已有了很大的发展，主要有13种基本水泥品种。13种基本水泥为波特兰水泥（API基本水泥五类：A、B、C、D、E）、高铝水泥、市售低密度水泥、市售膨胀水泥、微细水泥、微细波特兰水泥和微细高炉矿渣混合物、高细度水泥、高炉矿渣BFS、微细高炉矿渣、波特兰水泥和高炉矿渣的混合物、可存贮式液态水泥、酸溶性水泥、合成树指水泥。鉴于聚合物驱后油层的特点，应侧重应用膨胀水泥、高炉矿渣、合成树脂水泥等。

膨胀水泥是在普通硅酸盐水泥中加入无水磺化铝酸钙、硫酸钙和石灰即可，其膨胀性的来源被认为是由于形成了钙矾石晶体。钙矾石晶体是在硫酸盐和硅酸盐水泥中的铝酸三钙反应时形成的，这个钙矾石晶体比铝酸三钙大得多，它代替了水泥的晶格结构，产生了一个内部应力而使水泥大量膨胀，体积膨胀可达0.05%至0.2%。

高炉水粹矿渣（简称BFS），是冶金工业的主要废料，在高炉中与铁一起熔炼时产生，生成物主要是硅酸钙（镁）与硅铝酸钙的液渣，一般在1400℃～1600℃以熔融状从高炉中排出，经水淬快速冷却而转化为颗粒状玻璃态物质，再将其研磨到需要的细度用于固井材料。

合成树脂水泥是一种有机固井材料，主要是环氧树脂，其与聚合物体系较为接近，具有良好的相容性，其流动性能较好，有利于井眼的充分顶替，其注入环空后通过加热或放射性使其固化，该水泥环具有很好的弹性，其抗破坏冲击性较高，有利于强化采油措施的开展，有望提高聚驱的全面固井质量，且能对层间窜井进行修井密封，聚合物体系的塞流比紊流更有利于顶替，是一种非常有前途的聚驱后的固井材料。

2.2 外加剂

水泥外加剂近几年发展较快，现按其功能分为15类（实际为13类），现在发展趋势是多种材料综合考虑，水泥外加剂的研究投入在减小。

15种分类为基本水泥（包括13种水泥）、促凝剂和盐、充填剂和减轻剂、游离液和固体悬浮剂和沉降稳定剂、分散剂、胶结增强和膨胀剂和表面活性剂、降失水剂、减少和阻止强度衰退抑制材料、缓凝剂、防气窜剂、抑泡剂和消泡剂、增密剂和加重剂、减少漏失的外掺料和填充剂、隔离液和化学冲洗液和前置液、特种水泥混合物等。

由于聚驱后泄压缓慢，固井侯凝期间聚合物易侵入井筒，影响二界面的胶结，从而导致层间窜的发生。聚驱后加密调整的是表外储层和中低渗透层，阻渗层的渗透率下限为1×10-3um2。故应发展促凝剂、膨胀剂、冲洗隔离液等的研究。

促凝剂主要有CaCl2、KCl、NaCl、Na2CO3、甲酰胺、甲酸钙、硅酸钠等，有助于缩短凝结时间和过渡时间，从而减少地层流体侵入环空的液量，保证环空封密的实现。膨胀剂主要是铝盐和硫酸盐，可以使A级水泥具有微膨胀性，达到膨胀水泥的性能。

隔离液和冲洗液有利于提高顶替效率，且可以改善一、二界面的胶结性能，提高两个界面的胶结质量。冲洗隔离液的材料可以是丙酮、丁二烯、醇类、醚类和苛性碱等的水溶液，有助于提高界面胶结强度。应研制对聚合物冲洗效率高的冲洗液。

2.3 套管设计

套管设计包括聚驱影响套管损坏系数的测定和适合于聚驱的套管级别，这涉及到安全性、经济性及油水井的寿命等。套管设计的影响因素为a)聚驱后钻井和采油期间的载荷条件；b)套管在地层物性条件下的强度特征；c)生产过程中油水井的使用寿命。根据聚驱存在的套损和腐蚀问题，有必要进行套管钢级的优选并进行评价，以保证聚驱的固井质量满足后继强化采油的要求。