吳陽(yáng)， 肖志海， 沈小剛， 郭一兵， 金志軒

蘇里格氣田靖南區(qū)塊地質(zhì)上屬于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡，鉆井地層自上而下依次為新生界第四系；中生界白堊系、侏羅系、三疊系；上古生界石炭系、二疊系；下古生界奧陶系[1-3]。由于地層承壓能力低，鉆進(jìn)至三疊系劉家溝組地層時(shí)，常發(fā)生壓裂性裂縫漏失。為保證固井作業(yè)的正常進(jìn)行，常采用的辦法是先進(jìn)行堵漏作業(yè)，堵漏成功后再進(jìn)行固井作業(yè)[4-6]，但是堵漏成功后也難以保證固井期間不再產(chǎn)生漏失。因此，解決該問(wèn)題的方法之一是在該區(qū)塊使用分級(jí)固井工藝技術(shù)[7-8]，然而該區(qū)塊部分開(kāi)發(fā)井在下套管期間發(fā)生漏失，井口失返，無(wú)法建立正常的循環(huán)，常用的分級(jí)固井已經(jīng)無(wú)法滿足全井段封固的要求[9-10]。為了降低固井作業(yè)復(fù)雜風(fēng)險(xiǎn)，提高全井段封固合格率，考察了不同堵漏劑對(duì)水泥漿性能的影響，研制了一種適合蘇里格氣田靖南區(qū)塊的堵漏水泥漿體系，并針對(duì)該區(qū)塊的地質(zhì)特性，制定了特殊正注反擠施工工藝，滿足全井段封固的固井質(zhì)量要求[11-17]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)藥品與儀器

G級(jí)油井水泥，工業(yè)級(jí)；纖維混合物QD-2、植物顆粒堵漏劑、復(fù)合纖維DF-NIN，工業(yè)級(jí)。堵漏材料試驗(yàn)儀。

1.2 水泥漿堵漏性能評(píng)價(jià)方法

將配好的堵漏水泥漿倒入堵漏實(shí)驗(yàn)儀的缸體中，再選擇不同型號(hào)的裂縫板模擬地層裂縫，接好管線后，以0.014 MPa/s的升壓速率將壓力升至0.69 MPa，然后以0.069 MPa/s的升壓速率進(jìn)行升壓，當(dāng)壓力升至3.5、5.0、6.9 MPa時(shí)穩(wěn)壓5 min，并記錄排出液體的體積。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，打開(kāi)模擬通道，觀察封堵情況。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

根據(jù)靖南區(qū)塊承壓堵漏實(shí)驗(yàn)可知，該區(qū)塊劉家溝組地層的承壓當(dāng)量密度在1.35 g/cm3左右，因此選擇1.35 g/cm3輕珠水泥漿作為堵漏水泥漿基礎(chǔ)配方。輕珠是一種多孔性固體，當(dāng)其進(jìn)入地層后，能在裂縫中形成骨架結(jié)構(gòu)，因此具有一定的堵漏能力。為了提升輕珠水泥漿體系的堵漏性能，在輕珠水泥漿中加入堵漏材料，考察不同堵漏材料對(duì)輕珠水泥漿體系性能的影響，并對(duì)堵漏水泥漿體系進(jìn)行優(yōu)化。

2.1 植物顆粒對(duì)輕珠水泥漿性能的影響

在輕珠水泥漿中，改變植物顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，測(cè)定水泥漿體系常溫常壓下的流變性能及水泥石的抗壓強(qiáng)度。由表1可知，隨著植物顆粒加入量的增加，稠度系數(shù)、塑性黏度及動(dòng)切力逐漸變大，流性指數(shù)及強(qiáng)度逐漸變小。這是因?yàn)槎侣﹦┲参镱w粒具有較大的顆粒直徑，且屬于惰性材料，并不參與水泥漿的稠化反應(yīng)，因此其大大影響了水泥石的整體結(jié)構(gòu)，使水泥漿體系的稠度變大，流變性變差，水泥石強(qiáng)度降低，但是當(dāng)此水泥漿體系進(jìn)入漏層后，堵漏劑植物顆粒的特有結(jié)構(gòu)易在裂縫中形成骨架，阻止水泥漿的漏失，起到較好的堵漏效果。

表1 堵漏劑植物顆粒對(duì)水泥漿流變性能的影響

2.2 QD-2對(duì)輕珠水泥漿性能的影響

改變纖維混合物QD-2的加量，考察其對(duì)輕珠水泥漿體系流變性及抗壓強(qiáng)度的影響，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 QD-2對(duì)水泥漿流變性能及水泥石強(qiáng)度的影響

由表2可以看出，隨著QD-2加入量的增加，稠度系數(shù)、塑性黏度及動(dòng)切力逐漸變大，流性指數(shù)及水泥石強(qiáng)度逐漸變小，但變化均不大。纖維混合物的顆粒均勻混合于水泥漿后易交聯(lián)橋接形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)堵漏水泥漿進(jìn)入地層裂縫后，水泥顆粒填充于纖維混合物的顆粒形成的網(wǎng)孔之中，阻止水泥漿的漏失。而其顆粒直徑較小的特性使得水泥漿體系的性能變化均不大。

2.3 DF-NIN對(duì)輕珠水泥漿性能的影響

改變復(fù)合纖維DF-NIN的加量，考察DF-NIN對(duì)輕珠水泥漿常溫常壓下的流變性能及45 ℃、24 h下抗壓強(qiáng)度的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 DF-NIN對(duì)水泥漿流變性能及水泥石強(qiáng)度的影響

由表3可以看出，隨著DF-NIN加入量的增加，水泥漿的稠度、流動(dòng)性、塑性黏度、動(dòng)切力及水泥石的抗壓強(qiáng)度基本不變。這是因?yàn)镈F-NIN具有較好的可塑性及較大的比表面積，當(dāng)其加入輕珠水泥漿中后，易吸附水泥漿中的固態(tài)顆粒形成聚集體，當(dāng)復(fù)合纖維水泥漿進(jìn)入裂縫后，其形成的聚集體能在裂縫中充當(dāng)骨架結(jié)構(gòu)，并借助水泥漿水化膠結(jié)反應(yīng)，將裂縫封堵牢固，而其較好的韌性使水泥石的抗壓強(qiáng)度不會(huì)降低。

2.4 正交實(shí)驗(yàn)

通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)及水泥漿堵漏實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)可知，在輕珠水泥漿體系中加入單一的堵漏材料，其性能很難達(dá)到施工要求，因此必須優(yōu)化堵漏水泥漿體系，在進(jìn)行單因素條件的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，選擇堵漏劑植物顆粒（A）、纖維混合物QD-2（B）、復(fù)合纖維DF-NIN（C）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為考察因素，每個(gè)因素取3水平。以24 h抗壓強(qiáng)度為考察指標(biāo)，用L9（3）4正交表設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。由表4可以看出，從RA＞RB＞RC得出3因素對(duì)降凝效率的影響從主到次依次為堵漏劑植物顆粒、纖維混合物QD-2、復(fù)合纖維DF-NIN；最佳水平組合為A1B2C3，即堵漏劑植物顆粒、纖維混合物QD-2、復(fù)合纖維DF-NIN質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為2%、2%和3%。

2.5 水泥漿堵漏性能的評(píng)價(jià)

將上述最佳配比的堵漏材料加入到2 000 mL水泥漿中，進(jìn)行水堵漏性能評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)表5。水泥漿的其他性能見(jiàn)表6。

表4 正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理結(jié)果

表5 輕珠堵漏水泥漿堵漏性能評(píng)價(jià)結(jié)果

表6 輕珠堵漏水泥漿基本性能

由表5可知，在輕珠水泥漿體系中加入復(fù)合堵漏材料后，水泥漿的漏失量大幅度降低。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，打開(kāi)模擬通道可以發(fā)現(xiàn)，縫板上方均形成部分橋堵塞。這說(shuō)明該水泥漿體系可起到較好堵漏效果，并能形成較為致密的堵漏塞，可降低后續(xù)固井的漏失量，保證填充段的封固質(zhì)量和全井段封固合格率。由表6可知，該堵漏水泥漿的性能均滿足現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)要求。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

在靖南區(qū)塊鉆井，鉆至三疊系劉家溝組時(shí)，常發(fā)生壓裂性裂縫漏失，常規(guī)固井方式很難滿足固井技術(shù)要求。下面以水平井陜x井為例，探討漏失井固井工藝。

3.1 陜x井概況

陜x井是長(zhǎng)慶油田部署于靖南區(qū)塊的一口天然氣水平井。二開(kāi)完鉆井深為3 930 m，井底靜止溫度為95 ℃，鉆井液循環(huán)溫度為80 ℃，劉家溝組底界為3 065 m，全井段平均環(huán)空容積為18.09 L/m，平均井徑為23.27 cm，井徑擴(kuò)大率為4.81%，環(huán)容為71.09 m3。二開(kāi)完鉆時(shí)鉆井液性能：密度為1.30 g/cm3，黏度為65 s，失水量小于3 mL，泥餅厚度小于0.3 mm，含砂量小于0.3%，pH值為9。

3.2 陜x井異常情況

該井正常鉆進(jìn)至井深2 900 m（劉家溝組）時(shí)發(fā)生漏失，漏失速率為30 m3/h，井隊(duì)采取隨鉆堵漏及水泥漿堵漏，堵住漏層后，井隊(duì)正常鉆進(jìn)至完鉆。當(dāng)套管下至井深3 000 m循環(huán)時(shí)發(fā)生漏失，鉆井液漏失速率為50 m3/h，繼續(xù)下套管至井底，循環(huán)時(shí)失返。

3.3 陜x井固井工藝設(shè)計(jì)思路

為確保該漏失井填充段固井質(zhì)量，針對(duì)該區(qū)塊的地層特性，采用一次上返結(jié)合反擠施工。具體固井工藝設(shè)計(jì)思路為：①對(duì)劉家溝組上部洛河組、延長(zhǎng)組等薄弱地層進(jìn)行承壓試驗(yàn)，確保地層承壓在4 MPa以上，防止反擠施工時(shí)從洛河組、延長(zhǎng)組擠開(kāi)地層，導(dǎo)致填充段空段過(guò)長(zhǎng)；②準(zhǔn)確收集裸眼完井井徑數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)計(jì)算環(huán)空容積，確保正注水泥漿上返至劉家溝組中部；③候凝24 h后進(jìn)行反擠施工，反擠施工時(shí)，小排量（0.2 m3/min）擠開(kāi)地層，防止排量過(guò)高，憋開(kāi)洛河組、延長(zhǎng)組地層；④擠開(kāi)地層后，先注入隔離液，沖洗油污及虛泥餅，使裸眼段及套管外壁潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)，提高膠結(jié)質(zhì)量；再注入堵漏水泥漿，將裂縫封堵牢固，再注入粉煤灰水泥漿，從而達(dá)到正注段與反擠段的銜接，確保全井段封固。⑤反擠施工結(jié)束后，及時(shí)關(guān)閉懸掛器兩側(cè)倒流閥門(mén)，防止水泥漿下沉，破壞膠結(jié)質(zhì)量。

3.4 固井質(zhì)量分析

陜X井固井質(zhì)量聲幅圖見(jiàn)圖1。由圖1可知，該井全井段一界面固井質(zhì)量合格率為95%，二界面固井質(zhì)量合格率為99%，且在劉家溝組實(shí)現(xiàn)了正注段與反擠段的銜接。后續(xù)在靖南區(qū)塊以該固井工藝設(shè)計(jì)思路試驗(yàn)8井次，其一界面固井質(zhì)量合格率均在95%以上，二界面固井質(zhì)量合格率均在99%以上。這說(shuō)明使用輕珠堵漏水泥漿體系及該固井施工工藝能大幅度提高靖南區(qū)塊漏失井填充段固井質(zhì)量。但在該區(qū)塊，井口至劉家溝組裸眼井段還存在洛河組、延長(zhǎng)組等薄弱地層，反擠施工時(shí)易從該井段擠開(kāi)，不能確保正注段與反擠段的銜接，使得正注段與反擠段之間空段較長(zhǎng)。因此該固井施工工藝存在一定的局限性，只適合上部地層承壓能力較強(qiáng)的井段。

圖1 陜X井固井質(zhì)量聲幅圖

4 結(jié)論

1.通過(guò)對(duì)堵漏材料的篩選及優(yōu)化，得到了一種輕珠堵漏水泥漿體系，該水泥漿體系的各項(xiàng)性能均能滿足現(xiàn)場(chǎng)固井施工技術(shù)質(zhì)量的要求。

2.針對(duì)靖南區(qū)塊漏失井地質(zhì)特征，制定了一套新的固井工藝技術(shù)以提高填充段合格率；現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明，該堵漏水泥漿體系及該固井施工工藝能大幅度提高填充段固井質(zhì)量。但該固井施工工藝存在一定的局限性，需在今后的工作中繼續(xù)探討研究。

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