黃占盈 周文軍 謝文敏 段志鋒 余世福

（1.低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710018；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司油氣工藝研究院，陜西西安 710018；3.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司工程技術(shù)管理部，陜西西安 710018）

蘇里格氣田是目前我國(guó)開發(fā)難度極大的低滲透、低壓、低豐度的“三低”特大型氣藏，地質(zhì)構(gòu)造錯(cuò)綜復(fù)雜，巖性發(fā)育層理交錯(cuò)［1］，鉆遇地層中三疊系下統(tǒng)劉家溝組承壓能力較低，固井過程中易發(fā)生漏失。采用雙級(jí)固井，套管串中分級(jí)箍導(dǎo)致生產(chǎn)套管承壓能力與密封性下降，影響氣井生產(chǎn)壽命。單級(jí)一次全井段固井技術(shù)可有效提高套管串的承壓能力，在蘇里格氣田應(yīng)用效果顯著［2］，但部分易漏井在固井過程中發(fā)生漏失，常規(guī)水泥漿難以返出井口，固井質(zhì)量不合格。為確保水泥漿體系性能滿足單級(jí)一次全井段封固的技術(shù)要求，通過分析蘇里格氣田易漏井特點(diǎn)，優(yōu)選出低密度高強(qiáng)度防漏水泥漿體系。室內(nèi)評(píng)價(jià)與應(yīng)用效果表明，該體系可以有效防止易漏段固井漏失，提高水泥封固質(zhì)量，對(duì)實(shí)現(xiàn)蘇里格氣田高效開發(fā)具有一定的促進(jìn)作用。

1 蘇里格氣田固井井漏特點(diǎn)分析

蘇里格氣田鉆遇主要漏失地層為洛河組、延安組和劉家溝組，其中以劉家溝組地層承壓能力最低（1.20～1.35 g/cm3），在單級(jí)一次固井施工過程中很容易發(fā)生漏失，從而導(dǎo)致水泥漿返高達(dá)不到設(shè)計(jì)要求（漏失缺返100～800 m的井超過15%）。在候凝初期，由于水泥漿尚未失去流動(dòng)性，而繼續(xù)發(fā)生漏失導(dǎo)致漏失地層以上井段固井膠結(jié)質(zhì)量差，為后期開采和套管防腐保護(hù)造成了很大的影響。表1列舉了蘇里格氣田主要漏失地層的地層壓力數(shù)據(jù)與漏失類型。

表1 蘇里格氣田主要漏失層與漏失類型

由表1可以看出，漏失以裂縫性為主，不存在溶洞型等特大型或惡性漏失。從所取地層巖心判別該氣田劉家溝組以灰綠色、灰紫色、暗紫色細(xì)～粗粒砂巖夾紫紅色、棕紅色砂質(zhì)泥巖為主，砂巖與泥巖互層，底部呈微裂縫縱橫發(fā)育，以縱向發(fā)育為主，且發(fā)育較好，具備裂縫剪切錯(cuò)位形成復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)的條件，地層破裂壓力和承壓能力較低，對(duì)水泥漿密度較為敏感，一旦發(fā)生漏失，固井質(zhì)量難以保證，且無(wú)較好的補(bǔ)救措施，因此研制的固井水泥漿體系要滿足3個(gè)條件：（1）為防止固井漏失，水泥漿密度應(yīng)低于劉家溝組地層破裂壓力當(dāng)量密度（＜ 1.35 g/cm3）；（2）為防止地層流體腐蝕套管，水泥石滲透率需低于0.1 mD；（3）考慮后期生產(chǎn)過程中的壓力交變，水泥石需具備一定的強(qiáng)度。

2 低密度高強(qiáng)度防漏水泥漿體系優(yōu)選

2.1 常規(guī)低密水泥漿減輕材料

蘇里格氣田自2001年開始先后開發(fā)并使用了膨潤(rùn)土、粉煤灰、漂珠、微硅和礦渣［3-5］等一系列低密度水泥漿減輕材料，相應(yīng)的低密度水泥漿在低壓、易漏、低滲等油氣層固井中有著較為廣泛的應(yīng)用［6］，一般使用密度范圍為1.20～1.60 g/cm3。到目前為止，使用范圍較廣的3種典型減輕材料為粉煤灰、漂珠、GJQ復(fù)合減輕劑［7-9］，其水泥漿性能見表2。

表2 蘇里格典型減輕材料低密度水泥漿性能

由表2可以看出，粉煤灰低密度水泥漿最低使用密度為1.45 g/cm3，其強(qiáng)度和穩(wěn)定性較差，不利于提高氣井壽命和保證施工安全，在單級(jí)全井段一次固井施工中無(wú)法使用；漂珠低密度水泥漿最低使用密度為1.25 g/cm3，但是在密度較低時(shí)，體系的強(qiáng)度偏低，材料性能不穩(wěn)定，且目前漂珠材料短缺，因此不能滿足單級(jí)一次固井的工藝需求；GJQ低密度水泥漿體系最低密度可達(dá)1.20 g/cm3，與漂珠減輕材料相似，在水泥漿密度較低時(shí)強(qiáng)度偏低，穩(wěn)定性一般。

2.2 新型中空球狀微末減輕材料

為防止漏失影響水泥返高與固井質(zhì)量，單級(jí)一次全井段固井水泥漿體系需研發(fā)使用具有一定強(qiáng)度、密度更低的減輕材料。新型中空球狀微末NHST-Q是以燃煤發(fā)電廠鍋爐燃料的次生物質(zhì)為主要原料，經(jīng)過二次篩選、清洗、預(yù)熱、短時(shí)高溫焙燒后制成的一種內(nèi)部為中空狀結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)材料，外觀為灰白色固體微顆粒粉末，粒徑均勻，具有極強(qiáng)的表面活性，密度較低，其物理性能如表3所示。

表3 NHST-Q減輕材料物理性能

NHST-Q在水泥漿水化過程中能與水泥漿發(fā)生侵潤(rùn)，從而在水泥石當(dāng)中充當(dāng)物理交聯(lián)點(diǎn)的作用，在降低水泥漿密度的同時(shí)，起到補(bǔ)強(qiáng)作用。根據(jù)蘇里格氣田低壓易漏地層特點(diǎn)，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)以NHST-Q為減輕材料，研發(fā)出配方為G級(jí)水泥+減輕劑+穩(wěn)定劑+降失水劑+分散劑+緩凝劑的低密度高強(qiáng)度防漏水泥漿體系。

2.3 水泥漿體系性能評(píng)價(jià)

按照水灰比0.7～0.8，加入比例不等的減輕劑混成密度為1.15～1.35 g/cm3的固井水泥漿，針對(duì)水泥漿開展了室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，測(cè)試48 h強(qiáng)度、API失水、析水、水泥石密度差等性能（表4）。該體系最低密度可達(dá)1.15 g/cm3，且體系強(qiáng)度高，濾失量低，游離液少，水泥石上下密度差極小，具有很高的穩(wěn)定性，滿足單級(jí)一次全井段固井對(duì)水泥漿的性能要求。將研發(fā)的低密度高強(qiáng)度防漏水泥漿體系與常規(guī)低密度水泥漿體系進(jìn)行氣相滲透率對(duì)比。從表5可以看出，研發(fā)的低密度高強(qiáng)度防漏水泥漿體系氣相滲透率小于0.1 mD，遠(yuǎn)低于常規(guī)低密度水泥漿體系。

表4 低密度高強(qiáng)度防漏水泥漿體系配方及性能

表5 低密度水泥漿體系滲透率性能對(duì)比

按照（65～77）%G 級(jí)水泥 +（18～30）%NHST-Q減輕劑+5%超細(xì)穩(wěn)定劑+降失水劑+分散劑+緩凝劑配置密度1.20～1.35 g/cm3的水泥漿體系進(jìn)行凝固實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室模擬井下75 ℃條件下24 h～360 h水泥石強(qiáng)度，由圖1可以看出，低密度高強(qiáng)度防漏水泥漿體系強(qiáng)度增加較快，120 h水泥石強(qiáng)度均達(dá)到18 MPa以上，360 h水泥石強(qiáng)度均超過20 MPa，滿足固井技術(shù)要求。

圖1 不同密度水泥漿體系強(qiáng)度發(fā)展曲線

將研發(fā)的低密度高強(qiáng)度防漏水泥漿體系與常規(guī)低密度水泥漿體系進(jìn)行成本對(duì)比，可以看出，本文水泥漿體系成本低于常規(guī)低密度水泥漿體系（表6）。按照蘇里格氣田使用低密度高強(qiáng)度防漏水泥漿體系平均井深2 500 m計(jì)算，?215.9 mm井眼使用水泥漿90 m3，單井節(jié)約水泥材料費(fèi)用23.6萬(wàn)余元。

表6 低密度水泥漿體系價(jià)格對(duì)比

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2013年在蘇里格氣田低壓易漏區(qū)塊應(yīng)用低密度高強(qiáng)度防漏水泥漿體系5井次，水泥漿一次上返井口，固井質(zhì)量一次合格率100%。以蘇東F2-F3X3井為例，該井完鉆井深3 303 m，一開使用?311 mm鉆頭，?244.5 mm表層套管下深500 m，二開使用?215.9 mm鉆頭，?114.3 mm生產(chǎn)套管下深3 296.95 m。為提高易漏井段膠結(jié)質(zhì)量，避免因完鉆后堵漏無(wú)法清除厚濾餅而影響界面膠結(jié)質(zhì)量，在鉆穿劉家溝地層后堵漏。完鉆電測(cè)后充分循環(huán)鉆井液，并在套管下入井底后稀釋好鉆井液，保證井壁穩(wěn)定的情況下降低鉆井液黏度至50～60 s，并維持黏度性能循環(huán)一周以上開始固井作業(yè)。劉家溝地層破裂壓力當(dāng)量密度1.28 g/cm3，應(yīng)用單級(jí)一次全井段固井工藝，水泥漿采用三凝體系，其中領(lǐng)漿封固劉家溝組至地面的上部地層，中漿封固氣層上部石千峰組，尾漿封固下部氣層井段，固井水泥漿體系性能見表7。

表7 蘇東F2-F3X3井固井水泥漿體系性能

蘇東F2-F3X3井固井采用批混工藝，保證水泥灰混配均勻，固井作業(yè)較常規(guī)井相比，排量略低，避免出現(xiàn)水泥漿漏失。該井固井施工順利，未發(fā)生水泥漿漏失，后期測(cè)井顯示水泥膠結(jié)正常，固井質(zhì)量良好，無(wú)空套管、混漿井段，劉家溝組易漏層第一界面膠結(jié)良好率96.87%，第二界面良好率88.81%。應(yīng)用效果表明，低密度高強(qiáng)度防漏水泥漿體系能有效滿足蘇里格氣田低壓易漏井單級(jí)一次全井段封固的技術(shù)要求。

4 結(jié)論

（1） 蘇里格氣田地層普遍存在低壓易漏層，單級(jí)一次固井對(duì)水泥漿密度等性能要求較高。

（2） 研發(fā)出表面活性強(qiáng)、物理穩(wěn)定性好的新型減輕材料NHST-Q，較常規(guī)減輕材料相比，具有來(lái)源廣泛且價(jià)格低廉的特點(diǎn)，滿足蘇里格氣田低成本開發(fā)戰(zhàn)略需求。

（3） 評(píng)價(jià)優(yōu)選出低密度高強(qiáng)度防漏水泥漿體系，最低密度可達(dá)1.15 g/cm3。應(yīng)用效果顯示，固井無(wú)漏失，界面膠結(jié)良好，建議在蘇里格氣田低壓易漏井推廣應(yīng)用。

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