河50区块固井水泥浆体系技术论文
摘要:河50区块是胜利油田产能建设的重点开发项目。该区块地质情况复杂,且由于施工井是老区调整井,存在地面环境受限、油水关系复杂、是典型的老油田区块。并且经过三十多年开采,已全面进入高含水期,严重制约着油田和采油厂上产大局。地下压力系统遭到破坏,给固井工程提出了严峻的挑战。常规的固井技术不能满足该地区的固井要求。为此,针对该地区大位移、小半径绕障定向井的地质结构特点,开发优化了低密度膨胀水泥浆体系,并结合其他固井工艺技术解决了现场固井技术难题。并且取得了良好的现场应用效果。
关键词:河50断块;固井工程;地质结构;低密度水泥
前言
精细油藏描述结果显示,作为整装断块的河50潜力巨大。该区块新井以大位移、小半径绕障定向井为主,存在地面施工条件差、地下井网密集防碰难度高、上部地层易缩径、下部地层压力不均衡等多项生产技术难点,施工难度非常高。不但给钻井技术面提出的新的难题,而且给固井工程也提出了较高的要求。固井设计要求固井水泥浆体系技术必须满足:水泥浆稳定性好,低失水,零自由水,早期强度发展快;水泥石抗压强度高,韧性好。满足该地区特殊的地层结构特点。
一、固井难点分析
综合以上地质特点和固井要求,该区块的主要固井难度集中在以下3个方面:
(1)大位移、小半径绕障定向井套管居中困难,在拉力和自重作用下,大斜度井段套管与上下井壁大面积接触,套管严重偏心,窄边钻井液很难被水泥浆顶替走,影响封固质量。
(2)水泥浆在大斜度井段凝固时,由于重力作用,形成上稀下稠,上侧的水泥石强度低,渗透率高,易引起油气水窜槽。
(3)固井封固段长,上部地层压实作用差、压力低,固井施工过程中极易发生漏失,常规水泥固井的施工风险大。
二、水泥浆性能要求
综合以上地质特点和固井要求,水泥浆性能具体要求以下6个方面:
(1)低滤失量。如果水泥浆滤失太大,不仅污染产层,而且水泥浆变稠,流动阻力增大,井漏的风险随着增大,因此一般要求水泥浆的API滤失量小于50mL。
(2)零游离液。控制游离液为0是提高大位移定向井固井质量的关键,游离液聚集都会在井眼高边形成积水带,成为层与层之间窜通的途径,地层流体就会通过此通道窜流。
(3)水泥浆过度时间短。稠化过度时间(30-100Bc)越短,水泥浆的抗气窜能力越强,固井效果较好。
(4)高沉降稳定性。水泥浆即使无游离液析出,仍可能发生固相沉降,使井眼高边部位水泥浆变稀,低边部位水泥浆变稠。凝固后,高边产生强度较弱的渗透性水泥石,不能充分封隔油气水层,可能导致井内流体在环空中流动。
(5)水泥石早期强度发展迅速。低密度水泥浆早期强度发展情况不满足现场固井要求,出现强度发展缓慢,或者水泥浆稠而不硬,给气窜的产生提供机会。水泥浆石渗透性高,易引起腐蚀性介质的腐蚀。同时延长了钻井周期。
(6)水泥石韧性好。水泥石抗冲击韧性、抗折强度是衡量材料塑性的量度,随两者的提高,水泥石韧性越好,能够承受更大的冲击;弹性模量则是刚性的量度,弹性模量越大,变形的能力越差,越易脆裂。
三、水泥浆体系的优选
(1)低密度泡沫水泥浆体系技术
泡沫水泥浆是一种超低密度水泥浆,它是在水泥浆中充入气体(N2或空气)并加入水泥添加剂而形成的`一种稳定水泥浆体系,其配制方法有机械充气法和化学发气法。泡沫水泥浆具有滤失量低、隔热性能好、稳定性好、稠化时间易于控制,并具有低污染和一定的堵漏性能。其突出优点是在较低密度下,仍能保持较高的强度。采用低密度化学泡沫水泥浆固井有利于解决低压易漏井和长封固段井的固井难题,有利于提高固井质量,经济效益明显。
(2)低密度漂珠水泥浆体系技术
选择漂珠为减轻剂, 具有密闭、粒细、质轻、壁薄和活性高等基本性能。可以配制出密度在1.40～1.60g/cm3的低密度水泥浆体系。该体系流动性较好,具有较高的稳定性、动切力和凝胶强度,在60℃下,失水量小于50mL,24h抗压强度大于8.0MPa。现场实验表明,低密度水泥浆体系可以应用在易漏失井上,能有效地解决这些地区底层压力低,固井时易漏的问题。 (3)塑性微膨胀水泥浆体系技术
塑性微膨胀水泥浆是通过在常规固井水泥浆内添加一定比例的膨胀剂、增韧剂等外加材料,而形成的一种新型的具有高韧性强度的固井水泥浆体系。高韧性、微膨胀性,是这种水泥浆体系的特点。所谓的高韧性,是指水泥浆中添加了纤维类增韧物质。在常规水泥浆内添加增韧剂,就如同在水泥中加入了“钢筋”一样,使“混凝土”变成“钢筋混凝土”,这样就较好地解决了原有水泥浆固化后的脆性问题。塑性微膨胀水泥所具有的微膨胀性能,可以提高水泥浆与地层间的胶结质量。
针对河50区块特殊的地质结构特点和固井设计要求,优选并开发出了适合该区块地质条件的塑性微膨胀水泥浆体系,该体系具有:(1)低滤失量(50～200mL/30min);(2)在水泥浆处于塑性状态时,产生明显的塑性膨胀以解决水泥浆在过渡时间内因水化收缩造成的胶凝失重问题,达到防窜的目的;(3)在水泥浆硬化阶段产生膨胀,解决水泥浆硬化后体积收缩剧增、诱发环空微间隙而引起窜槽的问题。此外,该水泥浆体系能大幅度提高水泥环的胶结质量,达到防窜、防渗和提高固井质量的目的。
四、应用效果
1、河50区块34口新井于全部投产。投产初期日产油能力350.5吨,目前日产油能力204.9吨,含水64.2%,平均单井日产油6.0吨,达到了区块调整目标。油层上部全部采用低密度水泥浆体系封固,油层全部采用塑性微膨胀水泥浆体系封固。水泥返高至井口,实现了真正的全井封固。
2、保护油层套管,提高油井寿命。
五、认识与建议
(1)该水泥浆体系技术在河50区块固井取得了良好的效果,实现了勘探开发的总目标。
(2)塑性微膨胀水泥浆体系,可以增加水泥石的弹性,减少射孔对水泥环的破坏,保证水泥环密封质量,同时可以有效保护油气层,有利于油井投产后各项酸化压裂等增产措施的实施。
(3)河50断块地下结构特征在胜利油田老区块具有代表性。随着该项技术在河50断块应用取得的突破,将会让老油田难以开采的薄层,油水层压力体系复杂的油藏获得重新投产的可能。
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