新安邊油田雙級(jí)固井設(shè)計(jì)優(yōu)化

俞忠寶，沙麗紅，余海棠

(1.延長(zhǎng)油田股份有限公司 開發(fā)部;2.延長(zhǎng)油田股份有限公司 技工學(xué)校，陜西 延長(zhǎng) 716000)

1 新安邊油田概況

新安邊油田位于陜西省定邊縣，與吳起縣交界，主要開發(fā)區(qū)在新安邊鎮(zhèn)東南部。地面海拔1403 m－1846 m，屬典型的黃土塬地區(qū)。油田屬低壓、低滲、致密油藏，其封固段的主要特點(diǎn)為油層段長(zhǎng)、層間水活躍、上部地層承壓能力低。延安組、延長(zhǎng)組長(zhǎng)6油層普遍含油，洛河組、延安組、延長(zhǎng)組均有多段水層，全井地層孔隙壓力梯度為0.0112 MPa/m，油層破裂壓力梯度為0.016 MPa/m，存在著嚴(yán)重漏失問題，主要發(fā)生在中生界白堊系洛河組、延安組底部、延長(zhǎng)組。其地層層序表見表1。

2 新安邊油田固井施工所遇問題及原因分析

新安邊油田特有的地層特點(diǎn)使其在固井施工中會(huì)有如下難點(diǎn):

1)祼眼段長(zhǎng)、層系多，油、氣、水活躍，壓穩(wěn)需相對(duì)較高的水泥漿比重。

2)油層段跨距大，為了保障油層段水泥環(huán)足夠的強(qiáng)度，常規(guī)比重水泥漿需求量大。

3)低漏失壓力層段多，防漏需較低的水泥漿比重。

4)封固段長(zhǎng)，施工壓力、流動(dòng)阻力相對(duì)較大。

由于以上難點(diǎn)的存在，在固井施工易出現(xiàn)的主要問題為:

1)油層段聲幅幅值普遍較高。

2)多個(gè)層位出現(xiàn)漏失現(xiàn)象，水泥返高達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

新安邊油田固井施工中，出現(xiàn)問題的原因主要有以下幾點(diǎn):

1)分級(jí)箍位置不合理。其分級(jí)箍安裝在延長(zhǎng)組長(zhǎng)4+5以上200 m左右，距下部油層200 m，為了保證油層段水泥環(huán)強(qiáng)度，一級(jí)和二級(jí)固井的下部必須使用常規(guī)密度水泥漿，致使井筒液柱壓力大。

2)低密度水泥漿密度值偏高。使用密度為1.4－1.5 g/cm3的微硅低密度水泥漿體系，與鉆井液1.07 g/cm3的密度存在較大差值，在現(xiàn)技術(shù)能力條件下，仍有下調(diào)的空間。

3)常規(guī)水泥漿性能較差，水泥漿稠化時(shí)間偏長(zhǎng)，易發(fā)生油、氣、水侵現(xiàn)象;在正壓差的作用下，水泥漿失水量大，影響水泥石強(qiáng)度。

表1 新安邊油田地層層序表

3 雙級(jí)固井技術(shù)

分級(jí)固井技術(shù)是深井、復(fù)雜井常用的一種固井工藝，通過使用專用的固井工具—分級(jí)箍，可按需要將環(huán)空水泥分隔成兩段或多段進(jìn)行注水泥作業(yè)。采用分級(jí)注水泥器進(jìn)行分級(jí)注水泥作業(yè)，可降低環(huán)空靜液柱壓力，從而減少作業(yè)中發(fā)生井漏的可能性，降低施工壓力，縮短一次注水泥施工時(shí)間，同時(shí)還可防止或減少水泥漿失重造成的油氣水上串，有利于提高固井質(zhì)量［1，2］。除此之外，還可選擇最佳的水泥封固井段，節(jié)約水泥，降低固井成本。

在雙級(jí)固井作業(yè)中，雙級(jí)箍安防位置是作業(yè)成敗的關(guān)鍵。由于新安邊油田區(qū)域井漏失層段較長(zhǎng)，無固定井深，不能確切掌握漏層數(shù)日、吸收量和漏速，在詳細(xì)調(diào)查漏頻順序、漏失壓力當(dāng)量密度均值、平均漏層底深、井底靜止溫度基礎(chǔ)上，提出分級(jí)箍安放的4個(gè)設(shè)計(jì)原則:

1)有助于提高封固水泥漿密度并防止井漏;

2)有助于減少水泥漿設(shè)計(jì)困難;

3)有助于提高裸眼段頂替效率;

4)有助于分級(jí)箍通過試壓和確保密封。

其技術(shù)要求如下:

1)自位于主漏層以上，一級(jí)水泥漿可返至分級(jí)箍以上150－200 m而不壓漏主漏層;

2)位于巖性穩(wěn)定地層井徑規(guī)則處;

3)兩級(jí)水泥封固裸眼長(zhǎng)度接近。

根據(jù)堵漏井口穩(wěn)壓值和鉆井液密度，可以推算出主漏層以上超返水泥長(zhǎng)度，進(jìn)而可在主漏層頂界至超返水泥頂界間確定合適的分級(jí)箍位置。

此外，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，由于分級(jí)箍安裝在延長(zhǎng)組長(zhǎng)4+5以上200 m左右，距下部油層200 m，為了保證油層段水泥環(huán)強(qiáng)度，一級(jí)和二級(jí)固井的下部必須使用常規(guī)密度水泥漿，致使井筒液柱壓力大，從而導(dǎo)致漏失。針對(duì)固井過程中發(fā)生漏失和油層段封固質(zhì)量差的問題，對(duì)固井設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化，調(diào)整了分級(jí)箍位置，將分級(jí)箍位置上調(diào)，安裝在延安組油層底以下50－80 m。同時(shí)，兩級(jí)固井均采取雙密度水泥漿體系，優(yōu)化了水泥漿配方，調(diào)整了水泥漿的密度和稠化時(shí)間等性能參數(shù)，環(huán)空液柱壓力有所降低，漏失問題得到了解決，固井質(zhì)量達(dá)到了要求。

4 固井水泥漿體系

為了進(jìn)一步解決目標(biāo)區(qū)域的固井作業(yè)漏失問題，水泥漿應(yīng)盡可能具有較低的密度，減少靜液柱壓力，防止松軟地層破裂，保證水泥漿返出地表面，實(shí)現(xiàn)良好的封固。從目前低密度水泥漿的研究和應(yīng)用情況來看，要獲得較低的密度，主要是通過加入部分輕質(zhì)充填物并適當(dāng)增大水灰比來得到低密度水泥漿，而水泥被部分輕質(zhì)充填物代替和增大水灰比這兩個(gè)因素都不利于低密度水泥漿體系的抗壓強(qiáng)度，應(yīng)主要從外加材料的研究入手。對(duì)于水泥中的輕質(zhì)充填物，最好是具有較高的活性(潛在活性)的物質(zhì)，如粉煤灰、微硅、高爐礦渣等物質(zhì)，以便減弱降低密度和獲得較高強(qiáng)度之間的對(duì)立關(guān)系［3－5］。

4.1 顆粒級(jí)配原理

作業(yè)區(qū)域固井采用微硅－漂珠低密度水泥漿體系，其主要利用顆粒級(jí)配原理優(yōu)化水泥與低密度充填材料之間的粒度分布，使材料之間的堆積比例達(dá)到最大，減少材料顆粒之間的空隙，從而降低水灰比，提高水泥漿體系的整體性能。漂珠顆粒密度只有0.7 g/cm3左右，顆粒直徑大(平均粒徑150－250×10－6m)，在水泥漿中會(huì)產(chǎn)生大于自身重力的浮力而上浮，使水泥漿體系失穩(wěn)產(chǎn)生分層，固井時(shí)會(huì)造成封固段上部封固不良。微硅的平均顆粒直徑0.15×10－6m，遠(yuǎn)比水泥和漂珠小，所以微硅有巨大的比表面積(15－25 m2/g)，因而與水泥混合時(shí)需要大量的水來潤濕其表面，對(duì)水灰比的敏感性較強(qiáng)，加量與降低密度的效率也受到限制。微硅－漂珠低密度水泥漿體系正是利用漂珠和微硅各自的優(yōu)點(diǎn)，而且又能互相克服對(duì)方的缺點(diǎn)，微硅顆粒小能夠充填在漂珠和水泥顆粒之間的空隙，正好符合顆粒級(jí)配原理。

4.2 水泥漿綜合性能

低密度水泥漿在保證低密度性能同時(shí)，必須具備較好的強(qiáng)度性能以及較小的失水才能滿足現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)需求，表1為原作業(yè)水泥漿的綜合性能。

表2 原作業(yè)水泥漿綜合性能

由表2知，原兩級(jí)作業(yè)水泥漿密度均較高，特別是一級(jí)注水泥密度明顯偏高，容易壓漏地層，應(yīng)考慮用低密度或常規(guī)密度與低密度結(jié)合的方式來緩解。水泥漿的失水偏大，低密度水泥漿達(dá)到了300 mL，這會(huì)導(dǎo)致漿體變稠，泵壓增加，造成現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全事故。此外，低密度強(qiáng)度也偏低。

相比之下，整體優(yōu)化后的水泥漿綜合性能有了明顯提高，如表3所示，水泥漿的抗壓強(qiáng)度有了提高，失水顯著降低。而且優(yōu)化施工工藝，將一級(jí)注水泥分為常規(guī)密度和低密度兩部分，降低了漿體的液柱壓力，避免了壓漏事故的發(fā)生。

表3 優(yōu)化后作業(yè)水泥漿綜合性能

水泥漿配方:

一級(jí)常規(guī)水泥漿:寧夏贏海G級(jí)水泥+2.5%G335+0.5%G201+0.3%USZ;

一級(jí)低密度水泥漿:寧夏贏海G級(jí)水泥+20%漂珠+5%微硅+3%G335+0.8%USZ;

二級(jí)常規(guī)水泥漿:寧夏贏海G級(jí)水泥+2.5%G335+0.5%G201+0.3%USZ;

二級(jí)低密度水泥漿:寧夏贏海G級(jí)水泥+40%漂珠+8%微硅+3%G335+0.8%USZ。

5 幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

1)在雙級(jí)固井作業(yè)中，雙級(jí)箍安放位置是作業(yè)成敗的關(guān)鍵，通過調(diào)整雙級(jí)箍的位置，有效解決作業(yè)中存在的瓶頸;

2)進(jìn)一步優(yōu)化原有低密度水泥漿，使其綜合性能更加優(yōu)越，更能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)固井需求。

［1］李寶貴.雙級(jí)注水泥技術(shù)在低壓易漏探井中的應(yīng)用［J］.新疆石油科技，2002，4(12):5－6.

［2］王小利，李恒明，于珊.分級(jí)注水泥裝置的使用及推廣［J］.西部探礦工程，2007(1):62－63.

［3］劉崇建，黃柏宗，徐同臺(tái)，等.油井注水泥理論與應(yīng)用［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2001.

［4］張德潤.張旭.固井液設(shè)計(jì)及應(yīng)用［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2002.

［5］馮京海，程遠(yuǎn)方.高強(qiáng)度低密度水泥漿體系的研究［J］.鉆井液與完井液，2007，24(5):44－46.