漂珠低密度防气窜水泥应用研究

重点讨论了防气窜剂(KQ)在漂珠低密度水泥中的加量,认为应以漂珠低密度水泥最终体积收缩率的10～20%来设计.室内试验及现场应用表明,漂珠低密度防气窜水泥与常用油井水泥外加剂相容性良好,水泥(浆)性能足以满足固井施工要求.     

国内外防气窜固井技术

分析了固井后环空气窜的原因、途径及其危害，阐述了国内外固井环空气窜预测、水泥浆防气窜性能评价和室内模拟实验方法，综述了近几年来国内外防气窗水泥浆体系和工艺技术，提出了今后防气窗固井技术研究的建议。     

固井水泥防气窜剂应用效果比较

本文介绍了三类固井水泥防气窜剂的作用机理和一些常用产品的现场应用效果。分析比较表明气发剂的防气窜能力最好。     

塔河油田桥古区块防气窜固井技术

桥古区块卡普沙良群、库姆格列木群地层稳定性差,易发生井壁垮塌掉块、缩径、卡钻等井下复杂情况,尾管封固段气层活跃,防气窜难度大。分析总结前期固井情况,考虑地层岩性特征,优选出微膨胀防气窜盐水水泥浆体系,具有API失水小于50 mL、SPN值小于3、24 h水泥石强度大于14 MPa的特点;结合应用新型分段气窜预测模型,考虑领、尾浆胶凝失重、水泥浆失水、井口加压等因素对气层压稳的影响,较真实地预测气层压稳状况,并对固井施工工艺和参数进行了优化和改进。现场应用2口井均取得了良好效果,封固段综合评定优质,满足了桥古区块固井作业要求。     

低成本防窜水泥浆体系固井技术

针对安塞油田和靖安油田的调整井、底水油藏井、油气水层活跃井和不平衡压力下的油气水窜固井难题．研制出了GJl01低成本防窜油井水泥浆外加剂。它由铝酸盐聚合物GJL、微膨胀材料GPZ、强触变性材料GCB和高效减水剂GJS组成。室内对GJR-1低成本防窜油井水泥浆的稠化时间、抗压强度、线性微膨胀率以及抗温性能的评价表明。该水泥浆具有低温高早强、短过渡、微膨胀、强触变的特性。现场应用表明．该水泥浆促凝作用明显，可降低顶替水泥浆的泵压．提高顶替效率；过渡时问短，增加了抗窜阻力；微触变性和内聚力高；早期抗压强度高；水泥浆硬化后具有一定的微膨胀性．可防止微裂缝、微裂隙的形成．有效地改善第一、第二界面的胶结质量．防止环空界面窜流。采用该体系固井600多口．油层段固井合格率为100％．优质率超过90％。     

双级防气窜固井技术在也门Judayaah-1井中的应用

Judayaah-1井是也门71区块的一口探井,该井三开?244.5 mm套管固井存在着相对高压气层、封固段长、气窜风险大等固井难点。为确保该井固井质量,对固井难点进行了分析,针对该井的实际情况,优选了Schlumberger公司的ISO BLOCK防气窜水泥浆体系、MUDPUSH加重隔离液以及Halliburton公司的H-ES双级固井工具。利用水泥浆“失重”压力计算式,推导出气层以上尾浆最大封固段长度计算式并进行了环空液柱结构设计。一级固井采用了循环摩阻憋压、二级固井采用了井口憋压等综合固井技术措施,确保了施工安全和固井质量。该井固井施工的成功,为该区块的后续固井作业提供了参考,同时也验证了所推导气层以上尾浆最大封固段长度计算公式的可行性。     

防气窜固井分段设计方法

为指导防气窜固井压稳设计,避免过压稳或欠压稳,研究了防气窜固井分段设计方法。基于环空水泥浆液柱中不同深度的水泥浆因温度不同导致静胶凝强度增长速度不同,以及不同深度的压力损失也不同的实际情况,对环空水泥浆的液柱压力损失进行分段计算。设定水泥浆液柱静胶凝强度的增长自上而下是线性增长,通过调整水泥浆性能控制分段水泥浆静胶凝强度的发展,使尾浆静胶凝强度达到240 Pa时,领浆平均静胶凝强度小于48 Pa,建立了水泥浆液柱压力损失精确计算模型,提出了分段设计方法和压稳判定方法。在川东北地区100多口气井固井施工设计中应用该方法,固井防气窜成功率达到100%。该方法为防气窜固井环空设计提供了理论计算模型。      

固井防窜剂的优选试验研究

针对固井过程中经常发生的环空气窜问题，在分析其机理的基础上，对胜利油田及周边地区常用的5种防窜剂的性能进行了试验评价。结果表明：防窜剂DZP2和PZ-2具有较强的抗侵蚀能力，且为微膨胀类型；DZP-2可以提高水泥石抗折强度，PZ-2可以较大幅度地提高水泥石抗压强度；DZP-2和PZ-2具有很好的防窜性能，SPN值都小于3；在试验条件下，DZP-2和PZ-2的最佳加量分别为1．5％～2．0％和1．25％～1．50％。     

防气窜泡沫水泥浆的研究与应用

长庆气田属低压低渗透气田．气层多．含气井段长，压力梯度不等，固井时易发生气侵窜槽．造成水泥石界面胶结不良。针对长庆气田的特点，研究出了防气窜泡沫水泥浆，外加剂由氮气发气剂GFQ-1和GFQ-2、稳泡剂GWP和缓凝剂GH-2组成，GFQ-1和GFQ-2与GWP之问的最佳比例为4g：5mL；8mL。现场试验表明，GFQ-1与GFQ-2的反应平稳，气体量易控制；泡沫封闭稳定，渗透率低，泡沫细小、均匀．不易破裂．在浆体中均匀分布；浆体稳定性和流动性好．游离液为零；水泥石抗压强度高。水泥浆密度低；水泥浆具有可膨胀性和可压缩性．直角稠化，水泥石胶结强度高，可有效防止油气水窜．防气窜泡沫水泥浆配方简单．施工方便，成本低。气层井段优质率为87％，合格率为100％。     

低密度防气窜水泥在定向井中的应用

低密度防气窜水泥，是由漂珠与ＤＢＩＣ非渗透剂组成的水泥体系。它ＡＰＩ失水小，流变性能好，初终凝间隔时间短，具有防漏，防气窜的作用，在松南地区定向井固井中取得了良好效果。固井合格率１００％，油气层段固井质量优质率达８０％以上。     

缅甸D区块Y-1井高压防气窜固井技术

Y-1井是缅甸D区块最深的一口探井,固井时存在高压油气层、地层漏失与垮塌严重、压力窗口窄等难题,可借鉴的邻井资料有限。为确保达到良好的固井质量,通过颗粒级配和优选添加剂等措施筛选出具有良好沉降稳定性的高密度防气窜水泥浆体系,并通过停机试验等方法全面评价了水泥浆性能,确保其能够适应井下各种工况条件。现场作业中,采取先导钻井液技术提高顶替效率,采取井口压力控制以防止漏失的发生,采用封隔式悬挂器、井口憋回压等措施增强防气窜效果。该井现场施工顺利,测井结果显示固井质量良好,达到测试等后期完井作业要求。Y-1井固井作业的成功,为该区块的油气勘探工作打下良好基础。     

川东北地区高压防气窜固井技术

川东北地区地层条件复杂,井深,气层压力高,固井防气窜的难度大.要提高高压气井的固井质量需要设计合理的液柱结构确保压稳,应用具有良好防气窜能力的高密度水泥浆体系,并采取合理的固井工艺.通过采用Gaudin-schutzmann粒度分布方程来优化高密度水泥浆体系的粒度分布,使其达到紧密堆积状态;优选防气窜能力强的添加剂,来提高水泥浆体系防气窜性能;应用新型分段气窜预测模型来进行防气窜预测与压稳设计,以优化环空液柱结构.高密度防气窜水泥浆体系在川东北地区的河坝2井、元坝2井等应用了10井次,入井水泥浆最高密度2.41 kg/L,气层固井质量均达到优质.     

大庆深层气井防窜固井新技术

大庆深层气井具有地温梯度高、封固段长、固井后环空易气窜、套管及水泥石腐蚀等技术难点,在近年成功开发高效冲洗隔离液、 DHL丁苯胶乳抗高温防窜水泥浆体系、套管及水泥石防腐技术的基础上,针对环空气窜开展了"庆深气田防气窜固井技术研究"等重大新技术科研攻关,开发了抗高温微膨、增韧防气窜水泥浆体系和环空气窜阻断工具,并优化了固井施工工艺,发展了大庆油田深层气井固井技术,取得了良好效果.     

夏42-斜2井低密度水泥浆固井技术

夏42-斜2井是在玉皇庙地区夏42断块构造高部位上的一口滚动井,在东二段底部和沙一段底部均有火成岩裂缝性地层,地层压力系数较低(不超过1.08),钻进中极易发生井漏,固井时易发生水泥浆漏失,导致固井施工失败。夏42-斜2井采取反常规固井作业,不再僵化地坚持“先堵漏再固井”的传统方案,而是采用低密度水泥浆固井技术,配合全井换轻质钻井液的技术,并采用以下现场技术措施以完钻循环钻井液排量作为固井施工中替浆排量的上限,避免因排量过大压漏地层;优化水泥浆初凝时间和初凝到终凝的过渡时间,使水泥浆填充到位后快速达到凝胶强度,保证了固井施工一次成功．封固质量优良。     

吐哈巴喀油田防气窜固井技术

巴喀油田浅气层活跃，地层压力系数变化大，其固井的主要难点是防气窜。本文分析了该油田的气窜原因，研究了防气窜固井综合配套技术在该油田的应用情况。     

阿姆河右岸气田油层套管防气窜固井技术

阿姆河右岸气田是土库曼斯坦每年向中国供应300×10⁸ m³天然气的重要气源地。该气田2008年之前投产的天然气井固井质量均较差,环空带压井比率高达40%。为此,针对气井带压形成的不同原因,根据不同的压力系统分别应用了微硅水泥浆体系,常规G级水泥浆体系和加重水泥浆体系。在6口井开展了适合该气田特点的固井前的井筒准备、水泥浆性能控制和注水泥工艺的配套技术应用试验,通过采用多凝水泥浆柱结构、多级注水泥工艺、先悬挂后回接固井工艺及提高套管内外压差,补偿环空水泥浆失重所导致的液柱压力损失,保证固井候凝期间的压力平衡。在总结试验成果的基础上,开展了39口井的推广应用,CBL测井质量优质率达到45.27%,合格率达到77.31%,大幅度提高了该气田的固井质量,环空带压情况由2008年之前的40%下降到目前的6%,并形成了一套能有效预防该气田固井作业气窜发生的综合固井技术措施。     

联合使用SEP膨胀剂和KQ防气窜剂提高固井质量

深井、超深井固井作业中,水泥浆失重和徽环隙的出现严重影响固井质量。联合使用SEP油井水泥膨胀剂和KQ防气窜剂,配制出用于深井、超深井及开发井的水泥浆体系。现场应用表明,加有这两种外加剂的低滤失量膨胀防窜水泥浆体系流变性能好、水泥石抗压强度高,固井质量优良。SEP膨胀剂和KQ防气窜剂均为惰性外加剂,与其它外加剂有良好的配伍性。     

顺南井区高温高压防气窜尾管固井技术

顺南井区井温超高,地层压力系统复杂,气层异常活跃,防气窜固井难度大,导致固井质量不合格。为解决气体窜通和水泥石高温强度衰退的难题,开展高温高压防气窜固井优化研究。通过优化外加剂,得到了新型胶乳液硅防气窜水泥浆体系。研究结果表明,用粒径为0.18、0.125或0.09 mm的硅砂复配,能够克服178℃下水泥石高温强度衰退的难题;胶乳水泥浆体系加入液硅后,防气窜能力增大;加入纤维可以使水泥石弹性模量降低48%,抗冲击性好;水泥浆呈直角稠化,具有较好的防气窜能力。优化前置液结构,使用加重隔离液技术实现低速紊流顶替。为防止水泥浆失重导致气层不稳,替浆后反循环洗井并尽快进行环空憋压,实现以快治窜。同时,配套抗高温气密封固井工具与附件,以保证防气窜固井质量。顺南井区φ177.8 mm尾管防气窜固井质量得到良好改善,为该工区高温高压防气窜固井提供重要的技术支撑。      

SN井区抗高温液硅-胶乳防气窜水泥浆

SN井区井底静止温度高,气层非常活跃,压稳与防漏难度大,单纯胶乳防气窜水泥浆体系应用效果不理想。液硅乳液作为纳米级防气窜剂,活性SiO₂颗粒可参与水泥水化反应,具有增强水泥石强度、降低水泥石弹性模量和渗透率作用。在优化硅粉加量和粗细硅粉复配的基础上,研制出抗高温液硅-胶乳防气窜水泥浆,其具有API失水量小于50 mL、直角稠化、SPN值小于1、防气窜效果好、沉降稳定性好等特点;SEM和XRD分析显示,水泥石致密性好,水化产物中无Ca（OH）₂,而具有较多的雪钙硅石和硬钙硅石,高温下水泥石表现出良好的强度稳定性。液硅-胶乳防气窜水泥浆在SN井区进行了入井应用,实现了对高压气层的有效封固,取得了良好的效果。      

新的固井防窜理论及措施

环空窜流是固井质量的难点,它损害储层,影响产能。介绍了一种新的防窜理论——微裂缝-微环隙理论。该理论对窜流的形成原因和过程进行了分析,指出窜流的发生主要取决于P_环与P_阻叠加之和与P_地的大小,如P_环与P_阻之和大于P_地就不会发生窜流。提出消除微裂缝-微环隙的防窜措施,是在固井水泥浆中添加海绵铁及合成橡胶粉。