俞忠寶,沙麗紅,余海棠
(1.延長(zhǎng)油田股份有限公司 開(kāi)發(fā)部;2.延長(zhǎng)油田股份有限公司 技工學(xué)校,陜西 延長(zhǎng) 716000)
新安邊油田位于陜西省定邊縣,與吳起縣交界,主要開(kāi)發(fā)區(qū)在新安邊鎮(zhèn)東南部。地面海拔1403 m-1846 m,屬典型的黃土塬地區(qū)。油田屬低壓、低滲、致密油藏,其封固段的主要特點(diǎn)為油層段長(zhǎng)、層間水活躍、上部地層承壓能力低。延安組、延長(zhǎng)組長(zhǎng)6油層普遍含油,洛河組、延安組、延長(zhǎng)組均有多段水層,全井地層孔隙壓力梯度為0.0112 MPa/m,油層破裂壓力梯度為0.016 MPa/m,存在著嚴(yán)重漏失問(wèn)題,主要發(fā)生在中生界白堊系洛河組、延安組底部、延長(zhǎng)組。其地層層序表見(jiàn)表1。
新安邊油田特有的地層特點(diǎn)使其在固井施工中會(huì)有如下難點(diǎn):
1)祼眼段長(zhǎng)、層系多,油、氣、水活躍,壓穩(wěn)需相對(duì)較高的水泥漿比重。
2)油層段跨距大,為了保障油層段水泥環(huán)足夠的強(qiáng)度,常規(guī)比重水泥漿需求量大。
3)低漏失壓力層段多,防漏需較低的水泥漿比重。
4)封固段長(zhǎng),施工壓力、流動(dòng)阻力相對(duì)較大。
由于以上難點(diǎn)的存在,在固井施工易出現(xiàn)的主要問(wèn)題為:
1)油層段聲幅幅值普遍較高。
2)多個(gè)層位出現(xiàn)漏失現(xiàn)象,水泥返高達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。
新安邊油田固井施工中,出現(xiàn)問(wèn)題的原因主要有以下幾點(diǎn):
1)分級(jí)箍位置不合理。其分級(jí)箍安裝在延長(zhǎng)組長(zhǎng)4+5以上200 m左右,距下部油層200 m,為了保證油層段水泥環(huán)強(qiáng)度,一級(jí)和二級(jí)固井的下部必須使用常規(guī)密度水泥漿,致使井筒液柱壓力大。
2)低密度水泥漿密度值偏高。使用密度為1.4-1.5 g/cm3的微硅低密度水泥漿體系,與鉆井液1.07 g/cm3的密度存在較大差值,在現(xiàn)技術(shù)能力條件下,仍有下調(diào)的空間。
3)常規(guī)水泥漿性能較差,水泥漿稠化時(shí)間偏長(zhǎng),易發(fā)生油、氣、水侵現(xiàn)象;在正壓差的作用下,水泥漿失水量大,影響水泥石強(qiáng)度。
表1 新安邊油田地層層序表
分級(jí)固井技術(shù)是深井、復(fù)雜井常用的一種固井工藝,通過(guò)使用專(zhuān)用的固井工具—分級(jí)箍,可按需要將環(huán)空水泥分隔成兩段或多段進(jìn)行注水泥作業(yè)。采用分級(jí)注水泥器進(jìn)行分級(jí)注水泥作業(yè),可降低環(huán)空靜液柱壓力,從而減少作業(yè)中發(fā)生井漏的可能性,降低施工壓力,縮短一次注水泥施工時(shí)間,同時(shí)還可防止或減少水泥漿失重造成的油氣水上串,有利于提高固井質(zhì)量[1,2]。除此之外,還可選擇最佳的水泥封固井段,節(jié)約水泥,降低固井成本。
在雙級(jí)固井作業(yè)中,雙級(jí)箍安防位置是作業(yè)成敗的關(guān)鍵。由于新安邊油田區(qū)域井漏失層段較長(zhǎng),無(wú)固定井深,不能確切掌握漏層數(shù)日、吸收量和漏速,在詳細(xì)調(diào)查漏頻順序、漏失壓力當(dāng)量密度均值、平均漏層底深、井底靜止溫度基礎(chǔ)上,提出分級(jí)箍安放的4個(gè)設(shè)計(jì)原則:
1)有助于提高封固水泥漿密度并防止井漏;
2)有助于減少水泥漿設(shè)計(jì)困難;
3)有助于提高裸眼段頂替效率;
4)有助于分級(jí)箍通過(guò)試壓和確保密封。
其技術(shù)要求如下:
1)自位于主漏層以上,一級(jí)水泥漿可返至分級(jí)箍以上150-200 m而不壓漏主漏層;
2)位于巖性穩(wěn)定地層井徑規(guī)則處;
3)兩級(jí)水泥封固裸眼長(zhǎng)度接近。
根據(jù)堵漏井口穩(wěn)壓值和鉆井液密度,可以推算出主漏層以上超返水泥長(zhǎng)度,進(jìn)而可在主漏層頂界至超返水泥頂界間確定合適的分級(jí)箍位置。
此外,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)經(jīng)驗(yàn),由于分級(jí)箍安裝在延長(zhǎng)組長(zhǎng)4+5以上200 m左右,距下部油層200 m,為了保證油層段水泥環(huán)強(qiáng)度,一級(jí)和二級(jí)固井的下部必須使用常規(guī)密度水泥漿,致使井筒液柱壓力大,從而導(dǎo)致漏失。針對(duì)固井過(guò)程中發(fā)生漏失和油層段封固質(zhì)量差的問(wèn)題,對(duì)固井設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化,調(diào)整了分級(jí)箍位置,將分級(jí)箍位置上調(diào),安裝在延安組油層底以下50-80 m。同時(shí),兩級(jí)固井均采取雙密度水泥漿體系,優(yōu)化了水泥漿配方,調(diào)整了水泥漿的密度和稠化時(shí)間等性能參數(shù),環(huán)空液柱壓力有所降低,漏失問(wèn)題得到了解決,固井質(zhì)量達(dá)到了要求。
為了進(jìn)一步解決目標(biāo)區(qū)域的固井作業(yè)漏失問(wèn)題,水泥漿應(yīng)盡可能具有較低的密度,減少靜液柱壓力,防止松軟地層破裂,保證水泥漿返出地表面,實(shí)現(xiàn)良好的封固。從目前低密度水泥漿的研究和應(yīng)用情況來(lái)看,要獲得較低的密度,主要是通過(guò)加入部分輕質(zhì)充填物并適當(dāng)增大水灰比來(lái)得到低密度水泥漿,而水泥被部分輕質(zhì)充填物代替和增大水灰比這兩個(gè)因素都不利于低密度水泥漿體系的抗壓強(qiáng)度,應(yīng)主要從外加材料的研究入手。對(duì)于水泥中的輕質(zhì)充填物,最好是具有較高的活性(潛在活性)的物質(zhì),如粉煤灰、微硅、高爐礦渣等物質(zhì),以便減弱降低密度和獲得較高強(qiáng)度之間的對(duì)立關(guān)系[3-5]。
作業(yè)區(qū)域固井采用微硅-漂珠低密度水泥漿體系,其主要利用顆粒級(jí)配原理優(yōu)化水泥與低密度充填材料之間的粒度分布,使材料之間的堆積比例達(dá)到最大,減少材料顆粒之間的空隙,從而降低水灰比,提高水泥漿體系的整體性能。漂珠顆粒密度只有0.7 g/cm3左右,顆粒直徑大(平均粒徑150-250×10-6m),在水泥漿中會(huì)產(chǎn)生大于自身重力的浮力而上浮,使水泥漿體系失穩(wěn)產(chǎn)生分層,固井時(shí)會(huì)造成封固段上部封固不良。微硅的平均顆粒直徑0.15×10-6m,遠(yuǎn)比水泥和漂珠小,所以微硅有巨大的比表面積(15-25 m2/g),因而與水泥混合時(shí)需要大量的水來(lái)潤(rùn)濕其表面,對(duì)水灰比的敏感性較強(qiáng),加量與降低密度的效率也受到限制。微硅-漂珠低密度水泥漿體系正是利用漂珠和微硅各自的優(yōu)點(diǎn),而且又能互相克服對(duì)方的缺點(diǎn),微硅顆粒小能夠充填在漂珠和水泥顆粒之間的空隙,正好符合顆粒級(jí)配原理。
低密度水泥漿在保證低密度性能同時(shí),必須具備較好的強(qiáng)度性能以及較小的失水才能滿足現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)需求,表1為原作業(yè)水泥漿的綜合性能。
表2 原作業(yè)水泥漿綜合性能
由表2知,原兩級(jí)作業(yè)水泥漿密度均較高,特別是一級(jí)注水泥密度明顯偏高,容易壓漏地層,應(yīng)考慮用低密度或常規(guī)密度與低密度結(jié)合的方式來(lái)緩解。水泥漿的失水偏大,低密度水泥漿達(dá)到了300 mL,這會(huì)導(dǎo)致漿體變稠,泵壓增加,造成現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全事故。此外,低密度強(qiáng)度也偏低。
相比之下,整體優(yōu)化后的水泥漿綜合性能有了明顯提高,如表3所示,水泥漿的抗壓強(qiáng)度有了提高,失水顯著降低。而且優(yōu)化施工工藝,將一級(jí)注水泥分為常規(guī)密度和低密度兩部分,降低了漿體的液柱壓力,避免了壓漏事故的發(fā)生。
表3 優(yōu)化后作業(yè)水泥漿綜合性能
水泥漿配方:
一級(jí)常規(guī)水泥漿:寧夏贏海G級(jí)水泥+2.5%G335+0.5%G201+0.3%USZ;
一級(jí)低密度水泥漿:寧夏贏海G級(jí)水泥+20%漂珠+5%微硅+3%G335+0.8%USZ;
二級(jí)常規(guī)水泥漿:寧夏贏海G級(jí)水泥+2.5%G335+0.5%G201+0.3%USZ;
二級(jí)低密度水泥漿:寧夏贏海G級(jí)水泥+40%漂珠+8%微硅+3%G335+0.8%USZ。
1)在雙級(jí)固井作業(yè)中,雙級(jí)箍安放位置是作業(yè)成敗的關(guān)鍵,通過(guò)調(diào)整雙級(jí)箍的位置,有效解決作業(yè)中存在的瓶頸;
2)進(jìn)一步優(yōu)化原有低密度水泥漿,使其綜合性能更加優(yōu)越,更能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)固井需求。
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