劉荊成　陳松平　謝建安　李　君　阮　彪

（1.長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北　武漢　430100；2.中國(guó)石油新疆油田勘探公司，新疆　克拉瑪依　834000；3.中國(guó)石油新疆油田監(jiān)理公司，新疆　克拉瑪依　834000）

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中拐石炭系FlexSTONE彈性膨脹水泥漿體系應(yīng)用

劉荊成1陳松平2謝建安2李君2阮彪3

（1.長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北武漢430100；2.中國(guó)石油新疆油田勘探公司，新疆克拉瑪依834000；3.中國(guó)石油新疆油田監(jiān)理公司，新疆克拉瑪依834000）

摘要中拐凸起石炭系儲(chǔ)層裂縫發(fā)育，屬于低孔、超低壓滲透油藏，油氣顯示活躍，但固井界面膠結(jié)質(zhì)量差，易發(fā)生水竄，嚴(yán)重影響了對(duì)油藏的認(rèn)識(shí)。通過(guò)前期對(duì)固井質(zhì)量影響因素分析，優(yōu)化了井身結(jié)構(gòu)，優(yōu)選了斯倫貝謝彈性膨脹水泥FlexSTONE及斯倫貝謝GASBLOK*膠乳體系，分別針對(duì)常規(guī)水泥漿體系缺點(diǎn)、地層特征和后期射孔、壓裂等施工要求，設(shè)計(jì)了膨脹率、水泥石機(jī)械性能、酸壓條件下水泥石完整性、水泥漿防竄性能測(cè)試等實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化水泥漿性能，在達(dá)到實(shí)際運(yùn)用要求后于JL-15、JL-102、JL-103、JL-16四口井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)應(yīng)用。經(jīng)CBL測(cè)試結(jié)果顯示，平均優(yōu)質(zhì)段90%以上，其中油水同層、氣水同層發(fā)育段固井質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)。

關(guān)鍵詞中拐石炭系界面膠結(jié)質(zhì)量FlexSTONE水泥漿體系固井質(zhì)量

0　引言

中拐區(qū)塊位于準(zhǔn)噶爾盆地西部，與西北緣沖斷帶毗連，屬典型的火山巖油氣藏，同時(shí)也是西北緣油氣增儲(chǔ)上產(chǎn)的一個(gè)重要區(qū)塊，但該地區(qū)石炭系地層裂縫發(fā)育，地層封隔失效事故頻發(fā)，固井膠結(jié)質(zhì)量差，易發(fā)生水竄，嚴(yán)重影響了對(duì)該地區(qū)油藏的認(rèn)識(shí)［1-2］。盡管通過(guò)優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)增加了一層技術(shù)套管下至石炭系頂部，在一定程度上減少了儲(chǔ)層浸泡時(shí)間和封固段長(zhǎng)度，對(duì)固井質(zhì)量的提高有一定效果，但仍未解決當(dāng)前該地區(qū)固井主要存在的問(wèn)題。斯倫貝謝彈性膨脹水泥FlexSTONE和GASBLOK*膠乳體系作為添加劑使用，較強(qiáng)的膨脹性及彈性性能，能夠解決常規(guī)水泥漿凝固后易產(chǎn)生微間隙及微裂縫導(dǎo)致的形變能力低、抗壓強(qiáng)度低等問(wèn)題，進(jìn)而降低水泥漿體系的滲透率和孔隙度，具有極強(qiáng)的防竄、防侵能力［3-4］。為此，在中拐區(qū)塊試驗(yàn)應(yīng)用了FlexSTONE彈性膨脹水泥和GASBLOK*膠乳體系，很好地解決了該地區(qū)固井主要存在的問(wèn)題，對(duì)該地區(qū)固井質(zhì)量的提升具有重要意義。

1　中拐石炭系固井質(zhì)量面臨主要問(wèn)題與對(duì)策

1.1主要問(wèn)題

1）中拐石炭系地層巖性較為復(fù)雜，主要有巖漿巖和正常沉積巖。井下鉆遇巖性主要以大套中基性火山巖為主，且石炭系儲(chǔ)層裂縫發(fā)育，統(tǒng)計(jì)該區(qū)塊2012-2014年9口井深超過(guò)3 000 m的地層分析資料表明，3 000 m以下封固段有多套水層和油水同層，地層流體侵入、置換對(duì)水泥漿性能破壞嚴(yán)重。

2）中拐石炭系地層（目的層）屬低孔、超低滲透油藏，儲(chǔ)層物性差，泥巖夾層不發(fā)育，地層承壓低，制約了施工排量設(shè)計(jì)，影響了頂替效率。

3）中拐地區(qū)通常壓裂施工壓力約為50 MPa，壓裂過(guò)程中，常規(guī)低密度水泥石（漂珠水泥）結(jié)構(gòu)容易破壞，導(dǎo)致層間封隔失效，且拉裂產(chǎn)生的裂縫沿井身方向分布，易形成水竄、氣竄通道。

1.2技術(shù)對(duì)策

1）優(yōu)選水泥漿體系，改善水泥石韌性。即采用斯倫貝謝彈性膨脹水泥FlexSTONE和GASBLOK*作為水泥漿添加劑，并嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行水泥漿室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，確保水泥漿相關(guān)性能滿足設(shè)計(jì)要求。

2）優(yōu)化施工參數(shù)，要求井隊(duì)提供良好的井眼條件，確保井眼干凈、穩(wěn)定、不漏、不涌、無(wú)阻卡和穩(wěn)定，提高施工時(shí)的頂替效率。

3）優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)，表套下深為500 m，水泥反至地面；鉆揭石炭系后下中完技套，封堵石炭系以上地層，水泥返至白堊界以上50 m；油套下至井底，水泥返至三疊系白堿灘組底界以上50 m。

2　水泥漿體系及性能

2.1水泥添加劑優(yōu)選

七八個(gè)鬼子避開和吳參謀一伙糾纏，一邊追趕一邊打槍，缺一指拉著孔老一拼命往前跑，正跑著背后一顛，就直直往前撲去，孔老一翻轉(zhuǎn)過(guò)缺一指時(shí)，見(jiàn)他胸口的血像噴泉一樣噴了他一臉。

為實(shí)現(xiàn)對(duì)中拐石炭系儲(chǔ)層長(zhǎng)期有效封固，水泥添加劑選擇尤為重要，水泥添加劑的選擇必須滿足以下幾方面的標(biāo)準(zhǔn)：① 解決常規(guī)水泥石膠結(jié)收縮引起的微環(huán)空問(wèn)題；② 滿足油井后期完井射孔、壓裂造成的水泥石伸縮、承壓等要求；③ 能降低水泥漿體系的滲透率和孔隙度，水泥石頭具有良好的致密性，具有一定的防竄、防侵能力（優(yōu)選添加劑見(jiàn)表1、水泥漿配方及性能見(jiàn)表2）。

2.2水泥漿性能測(cè)試

2.2.1膨脹率測(cè)試

通過(guò)特定的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)定環(huán)形水泥石凝固后在模擬井底溫度下的線性膨脹率［5-6］，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（圖1a、1b、圖2）表明：水泥環(huán)膨脹后，裝置張開度明顯提高，水泥環(huán)膨脹率大于1.16%。

表1　添加劑及功能表

表2　水泥漿配方及性能表

圖1　水泥環(huán)膨脹前后示意圖

圖2　1.80 g/cm3彈性膨脹水泥時(shí)間與線性膨脹率關(guān)系圖

2.2.2水泥石機(jī)械性能測(cè)試

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：抗壓強(qiáng)度為42.646 MPa，彈性模量為4 616.0 MPa，泊松比為0.372。

2.2.3抗拉強(qiáng)度測(cè)定

單軸抗拉強(qiáng)度：圓盤試樣對(duì)徑受壓的劈裂試驗(yàn)，也稱巴西試驗(yàn)［7］，是典型的確定巖石抗拉強(qiáng)度的間接方法。將巖石圓盤試樣橫放在壓板中，壓縮破壞，測(cè)出最大試驗(yàn)力。根據(jù)公式δ=2p/πDt計(jì)算單軸抗拉強(qiáng)度。

式中，p為破壞過(guò)程中的最大載荷，kN/mm2；D為圓盤試樣直徑，mm；t為圓盤試樣厚度，mm。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：最大抗壓強(qiáng)度為0.722 kN，抗拉強(qiáng)度為1.876 081 077 MPa（見(jiàn)圖3）。

圖3　水泥石抗拉強(qiáng)度測(cè)試圖

砂巖地層與普通韌性水泥石機(jī)械參數(shù)對(duì)比［8-9］見(jiàn)表3。根據(jù)表3可知：斯倫貝謝彈性膨脹水泥彈性模量低于砂巖地層和國(guó)產(chǎn)韌性水泥，泊松比高于砂巖地層和國(guó)產(chǎn)韌性水泥；在同等應(yīng)力作用下，斯倫貝謝彈性水泥形變量大，橫向應(yīng)變大于縱向應(yīng)變，具有更好的抗沖擊能力。

表3　砂巖地層與不同韌性水泥石機(jī)械參數(shù)對(duì)比表

2.2.4韌性膨脹水泥性能在酸壓下完整性模擬

運(yùn)用斯倫貝謝CemSTRESS*軟件模擬酸壓過(guò)程對(duì)水泥石的影響。實(shí)驗(yàn)條件：酸壓最大壓力50 MPa，井底溫度33℃，地層溫度66℃，實(shí)驗(yàn)假設(shè)機(jī)械性能見(jiàn)表4，根據(jù)韌性膨脹水泥性能在酸壓下的完整性模擬結(jié)果（圖4）可知，在假設(shè)酸壓條件下，優(yōu)化后的彈性水泥在酸壓條件下不會(huì)產(chǎn)生機(jī)械破壞。

表4　實(shí)驗(yàn)假設(shè)水泥石機(jī)械性能表

圖4　韌性膨脹水泥性能在酸壓下的完整性模擬圖

2.2.5水泥漿防竄性能測(cè)試

1.80g/cm3水泥漿中混入5%、10%、15%后測(cè)試性能變化，模擬不同地層水侵強(qiáng)度下水泥漿性能變化（表5）表明水泥漿在受到低于10%比例水侵后，密度、失水量、抗壓強(qiáng)度仍能滿足要求。

3　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1施工井概況

JL-15、JL102、JL-103、JL-16四口井均位于準(zhǔn)噶爾盆地西部隆起中拐凸起且鉆探目的層為石炭系，以JL-15井為例，JL-15井設(shè)計(jì)井深為3 000 m，第三次開鉆井段（2 871～3 000 m）鉆遇地層為石炭系，優(yōu)化前后井身結(jié)構(gòu)對(duì)比見(jiàn)圖5。

圖5　JL-15井井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后對(duì)比圖

3.1現(xiàn)場(chǎng)施工工序

為保證入井水泥漿密度準(zhǔn)確，以及在混灰在配漿水中的充分預(yù)水化，施工采用批混水泥漿工藝，現(xiàn)場(chǎng)備有兩個(gè)過(guò)渡管用于批混水泥漿以確保水泥漿密度均勻及達(dá)到設(shè)計(jì)密度1.80 g/cm3，并在JL-15、JL102、JL-103、JL-16四口井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)施工程序以JL-15井為例（表6）。

3.2固井質(zhì)量評(píng)價(jià)

JL-15、JL-102、JL-103、JL-16井完井固井質(zhì)量評(píng)價(jià)采用RCB-RCD聲幅測(cè)井技術(shù)，可評(píng)價(jià)水泥環(huán)第一、第二界面的膠結(jié)情況以及環(huán)空水泥石填充密度。根據(jù)4口井測(cè)井資料顯示，4口井位于油藏段的聲幅值在0～1格（0～10 mV），且膠結(jié)良好，JL-15、JL-102、JL-103、JL-16井CBL測(cè)井結(jié)果全井段均合格，平均優(yōu)質(zhì)段在90%以上（圖6），其中油水同層、氣水同層段發(fā)育段固井質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)。

表6　JL-15井現(xiàn)場(chǎng)施工程序表

圖6　固井質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)率評(píng)價(jià)圖

4　結(jié)論

1）斯倫貝謝韌性水泥FlexSTONE膨脹率、水泥石機(jī)械性能、酸壓下水泥石完整性、水泥漿防竄性能明顯優(yōu)于普通國(guó)產(chǎn)韌性水泥，優(yōu)選合適的水泥添加劑是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)中拐石炭系儲(chǔ)層長(zhǎng)期有效封固最為有效的方法。

2）FlexSTONE彈性水泥及GASBLOK*膠乳體系作為水泥添加劑具有一定彈性及膨脹性，能維持水泥環(huán)長(zhǎng)期有效的層間封隔，具有較好的防竄、防侵能力。

3）FlexsTONE彈性膨脹水泥漿體系的應(yīng)用，是JL-15、JL-102、JL-103、JL-16四口井固井平均優(yōu)質(zhì)段達(dá)到90%以上的重要保障。

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（編輯：李臻）

修訂回稿日期：2016-05-09

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：2095-1132（2016）03-0049-04

doi：10.3969/j.issn.2095-1132.2016.03.013

作者簡(jiǎn)介：劉荊成（1992-），碩士研究生，研究方向?yàn)殂@完井工藝技術(shù)。E-mail：664602416@qq.com。