楊川， 袁吉祥， 鄭錕， 石慶， 陳曦

（川慶鉆探工程有限公司井下作業(yè)公司，成都 610051）

為了實現(xiàn)預(yù)定的增產(chǎn)目標，近幾年塔里木油田在輪南、輪古、東河塘等老油區(qū)布井位逐漸增加，在這種背景下，實現(xiàn)鉆井“提速、降本、增效”成了首要目標。因此，對這些區(qū)塊的開發(fā)井的井身結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，減少套管層數(shù)，形成了較多的長裸眼固井[1-3]，而且為保證油井后期長期安全生產(chǎn)，要求水泥漿一次上返成功。而長裸眼段固井中存在的大溫差、高溫高壓、裸眼段長、多套壓力層系并存等復(fù)雜情況，增加了固井難度，也給水泥漿的各項性能指標提出了更為苛刻的要求[4-5]。為了解決該區(qū)域固井的難題，在LD和GT水泥漿體系之后，塔里木油田引進了BX水泥漿體系，結(jié)合室內(nèi)實驗和現(xiàn)場實踐，完成了BX水泥漿體系在LN油田的應(yīng)用，并取得了較好的效果，為后續(xù)類似區(qū)域的固井施工提供了經(jīng)驗和借鑒。

1 地質(zhì)及工程簡況

LN油田位于塔里木盆地輪南斷壘帶，塔克拉瑪干沙漠北緣，井身結(jié)構(gòu)一開采用φ406.4 mm的鉆頭鉆至800 m，采用273.05 mm套管封固，二開采用241.3 mm鉆頭鉆至5500 m左右，某些井儲層段為定向斜井段，井斜在30～40°；該區(qū)域二開完鉆鉆井液密度為1.20～1.30 g·cm-3，聚磺體系，井底溫度在110～120 ℃之間。裸眼段包含多個層系，地層壓力系數(shù)復(fù)雜，鉆完井過程中易漏失。目的層壓力系數(shù)1.056，油氣顯示較好。

2 施工難點

2.1 多套壓力層系

二開次裸眼較長，不同巖性組合的地層在同一裸眼段內(nèi)，下部裸眼井段油氣活躍，地層壓力系數(shù)低，井壁不穩(wěn)定，易垮塌，易漏失。同一裸眼段油氣水層活躍，在固井過程中想要兼顧防漏和封固好油氣層，并且還要保證水層不竄，施工難度較大。

2.2 儲層物性參數(shù)高，易發(fā)生漏失

志留-泥盆系儲層：平均孔隙度為17%，平均滲透率為267 mD，東河塘組平均孔隙度為6.2%～18.5%，平均滲透率25～75 mD。石炭系儲層：平均滲透率為2.6～71 mD，其砂巖儲層平均孔隙度為4%～19%，平均滲透率為6～163 mD。白堊-第三系儲層：平均孔隙度為13%，平均滲透率為72 mD，中孔、中滲，物性較好。蘇維依組儲層平均孔隙度為21%，平均滲透率為386 mD。研究表明[6-9]，在候凝期間，儲層中的水泥漿易發(fā)生滲漏，導(dǎo)致二界面膠結(jié)弱化，儲層段封固質(zhì)量降低，導(dǎo)致油氣水竄。

2.3 一次性封固段較長

當水泥漿封固段變長后，增加了其失重效應(yīng)。由于該地區(qū)固井施工結(jié)束后并不能進行環(huán)空憋壓（易漏），且下部油氣水層較為活躍，一旦水泥漿在侯凝期間失重，便不能壓穩(wěn)地層，地層流體將會入侵，造成環(huán)空油氣水竄，嚴重影響固井質(zhì)量。因此，該地區(qū)對水泥漿性能提出了較為嚴苛的要求。

3 技術(shù)措施

3.1 工藝選擇

由LN油田及相鄰塔北區(qū)塊油層套管固井技術(shù)現(xiàn)狀可知，簡化后的二開長裸眼段固井工藝主要有3種：一次上返、雙級固井、正注反擠固井。①下完套管后循環(huán)不漏，則采用一次正注，雙凝雙密度水泥漿，早強水泥漿密度為1.88 g·cm-3，水泥漿量考慮封固下部活躍油氣水層，緩凝水泥漿密度為1.35 g·cm-3，水泥漿量考慮封上部低壓井段+返出量。②下完套管后失返，則采用正注反擠固井。正注采用常規(guī)密度水泥漿，密度為1.88 g·cm-3，保證封固好下部活躍油氣水層，反擠采用1.90 g·cm-3水泥漿，水泥漿量考慮至易漏層位。反擠水泥漿是否能接攏跟反擠時機及反擠水泥漿量以及套管鞋處的地破壓力有著密切的關(guān)系，近年來本區(qū)塊反擠接攏率較低，未超過50%。③雙級固井不僅能夠有效的降低一次固井環(huán)空液柱壓力，防止環(huán)空給壓力太高壓漏地層，還有保護油氣層的作用，可解決水泥漿體系因溫差較大不易調(diào)節(jié)的問題。近幾年該地區(qū)雙級固井應(yīng)用較少。主要原因如下：①如果下完套管后井口矢返，其降低固井環(huán)空壓力已無實質(zhì)效果；②是下完套管循環(huán)微漏，可采用低密度水泥漿固井，既節(jié)約了作業(yè)時間，又具有較強的經(jīng)濟優(yōu)勢。

本地區(qū)現(xiàn)場實踐表明，就工藝選擇對固井質(zhì)量的影響而言，一次上返＞雙級＞正注反擠。所以要最大程度上提高本次試驗固井質(zhì)量，在下完套管循環(huán)未漏或微漏的情況下，采用一次上返固井。

3.2 水泥漿體系選擇

3.2.1 水泥漿體系應(yīng)用情況

本區(qū)塊近幾年在用水泥漿體系主要分為3種：①LD水泥漿體系是在LN油田應(yīng)用較為廣泛的體系，進入?yún)^(qū)塊較早，水泥漿性能穩(wěn)定，以LD806降失水劑為主劑的中高溫外加劑性能，基本滿足該地區(qū)固井需求，稠化時間易調(diào)，穩(wěn)定性較好。②GT水泥漿體系進入LN區(qū)塊時間較晚，但憑借以GT11系列抗高溫耐鹽聚合物降失水劑為主劑的外加劑體系能夠有效控制水泥漿失水量不大于50 mL，稠化時間易調(diào)，適用性強，配伍性好，能夠適應(yīng)水泥漿密度1.2～2.5 g·cm-3，溫度變化對性能影響較小。經(jīng)過近幾年逐步現(xiàn)場應(yīng)用后，在LN油田現(xiàn)場實踐已比較成熟。③BX水泥漿體系，已在中國多個油田成功應(yīng)用并推廣，現(xiàn)剛剛進入LN油田，試驗應(yīng)用了幾井次，取得了不錯的效果。

3.2.2 水泥漿體系優(yōu)選

根據(jù)LN油田二開裸眼段地質(zhì)情況存在的問題，為防止?jié)B漏導(dǎo)致固井質(zhì)量差的問題發(fā)生，采用“靜止堵漏”的原理[10]，提高水泥漿配方中尾漿的屈服值和塑性黏度，根據(jù)現(xiàn)場施工情況嚴格控制尾漿稠化時間，實現(xiàn)壁面剪應(yīng)力固井工藝。總結(jié)上述地質(zhì)特點對固井水泥漿性能的要求，就是要“高溫站得?。ㄓ|變性強，不易滲漏）、結(jié)構(gòu)發(fā)育快（靜膠凝強度過渡時間短）、尾漿稠化短”。對不同水泥漿體系的流變性能進行了評價，結(jié)果見表1。基本配方如下。

BX水泥漿配方：阿克蘇G級+自愈合劑BCY-200S+降失水劑BXF-200L+緩凝劑BCR-200L+分散劑BCD-210L

GT水泥漿配方：阿克蘇G級+微硅+降失水劑GT-11LH+緩凝劑GT21-LH+分散劑GT31-LH

LD水泥漿配方：阿克蘇G級+降失水劑806L+緩凝劑605L+分散劑906L+微硅

表1 不同體系水泥漿的流變性能

由表1可知，BX水泥漿體系高溫養(yǎng)護后，稠度系數(shù)升高，流性指數(shù)值下降，出現(xiàn)高溫增稠情況；GT和LD體系高溫養(yǎng)護后稠度系數(shù)下降，流性指數(shù)值升高，表現(xiàn)為高溫稀釋現(xiàn)象；同時，BX體系水泥漿高溫觸變性增強且發(fā)展迅速，初、終切差值在高溫環(huán)境下增加了78%，并且5 min終切值為10 min終切值的92%。說明了，BX水泥漿體系較GT、LD體系高溫下的觸變性強，在滲漏地層“高溫站得住”、可減少漏失的發(fā)生。

圖1 BX水泥漿體系靜膠凝強度過渡時間曲線

表2 不同體系水泥漿防竄評價實驗數(shù)據(jù)（95 ℃）

由表2和圖1可知，BX水泥漿體系較GT、LD體系有較短的靜膠凝強度過渡時間，縮短了水泥漿的失重時間，在候凝過程中水泥漿能夠在較短的時間內(nèi)，形成一定的結(jié)構(gòu)強度。同時，采用SPN值法考察不同體系水泥漿的防竄能力。由表4還可以看出，BX水泥漿體系A(chǔ)PI失水較小，30 Bc至100 Bc稠度值過渡時間最短，因此，BX水泥漿體系的SPN值最低，防竄能力最強。

綜上所述，BX水泥漿體系具有高溫增稠、觸變性強、失水量小、靜膠凝強度過渡時間短及防竄能力強等特點。對滲漏性儲層在靜止侯凝過程中具有一定的防漏、堵漏作用；靜膠凝強度過渡時間短、防竄能力強的性能更加適合油氣顯示活躍的地層固井。這與LN油田二開長裸眼地層的地質(zhì)特點相一致，解決了該地質(zhì)條件下的固井難題。

3.2.3 性能分析

BX水泥漿體系的配方簡單，僅是降失水劑、緩凝劑、分散劑等必須處理劑外，引入了自愈合劑，其中，BX體系高溫觸變特性主要源自其降失水劑，并不同于GT、LD體系需要引入一定的微硅協(xié)助提高體系的高溫觸變及降失水能力。同時，針對油氣顯示活躍的地質(zhì)特征引入遇油氣膨脹，對微縫隙進行封堵的自愈合劑確保水泥環(huán)空密封完整性。

降失水劑具有以下特點：①降失水劑為人工合成的多元共聚產(chǎn)品，包括AM、AMPS等單體材料，單體材料不含羧酸基團；②單體配比中在確保一定分子量、分子量分布的前提下盡量降低AM的用量；③聚合物降失水劑除具有剛性較強的高分子鏈外，還具有一定的微交聯(lián)的高分子鏈結(jié)構(gòu)，抗高溫能力強。一定的分子量及分布，剛性較強的高分子鏈，以及空間上具有的微交聯(lián)結(jié)構(gòu)的這些優(yōu)異性能，使得BX水泥漿體系具有強觸變、低失水、短過渡、能防竄的漿體性能。自愈合劑是BX水泥漿體系中最具特點的處理劑，該處理劑遇油氣膨脹對微裂縫進行封堵，確保水泥環(huán)的完整性。掃描電鏡見圖2。

圖2 加入自愈合劑的BX水泥漿體系掃描電鏡圖

3.3 水泥漿柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化

水泥漿柱結(jié)構(gòu)是根據(jù)地層壓力、地層漏失壓力、泥漿泵壓力、最大靜壓差4個參數(shù)確定的。所以在設(shè)計兩凝界面時要考慮：①環(huán)空水泥漿柱既能壓穩(wěn)地層又不壓漏地層；②施工過程中的靜壓差要在合理范圍內(nèi)；③施工過程中的泵壓不能超過泥漿泵額定壓力。針對下部井段承壓能力低的問題，1.35 g·cm-3水泥漿封固井口至易漏層位，1.88 g·cm-3水泥漿封固易漏層至井底，能夠在滿足封固質(zhì)量的情況下有效地降低環(huán)空液柱壓力。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

BX水泥漿體系在LN油田進行了現(xiàn)場應(yīng)用，其平均固井質(zhì)量得到大幅提升，全井固井質(zhì)量合格率較以往提高了40%以上，達到了78.3%，優(yōu)質(zhì)率提高了30%以上，達到了55.7%，見表3。

表3 BX體系在LN油田實踐井儲層段固井質(zhì)量統(tǒng)計

5 結(jié)論

1.結(jié)合LN油田目前廣泛采用的工藝技術(shù)現(xiàn)狀，水泥漿的應(yīng)用情況，進行了BX水泥漿體系應(yīng)用適應(yīng)性評價。

2.BX水泥漿體系具有高初始稠度、強觸變性、防竄性能好等特點，更能夠適用于LN油田的地質(zhì)特征，在水泥漿侯凝期間起到一定的防漏堵漏作用。

3.雙密雙凝水泥漿設(shè)計，能有效降低液柱壓力，降低施工過程中壓漏地層的風險，提高整體固井質(zhì)量，能夠滿足低壓裸眼長封固段固井需求。