河南油田稠油井一體化固井技術研究

張鵬偉，先 花，田 旭，藺紅軍，顧 軍，耿 蘭

（1.中國石化河南油田分公司石油工程技術研究院，河南南陽473132；2.中國石化河南石油勘探局鉆井工程公司；3.中國地質大學；4.中國石化河南油田分公司第一采油廠）

河南油田稠油井由于井深淺，地層疏松，形成的泥餅厚且疏松，固井時不能固化，經注汽開發后，第二界面易形成汽竄［1-5］。據統計熱采區塊汽竄井超過220口，稠油井固井質量直接影響了油田開發效益。經分析，產生這些固井質量問題的根源都是油井水泥與地層界面密封失效所致［6］。為此，開展了一體化固井技術研究，實現水泥環-泥餅-地層的整體膠結，大幅度提高了固井二界面的膠結強度，解決了長期以來鉆井液泥餅不可固化的技術難題，膠結強度可提高200%以上。

1 室內實驗評價

1.1 配伍性實驗

為確保一體化固井技術使用的各種處理劑不會破壞現有鉆井液及水泥漿性能，影響現場施工及井下安全，在不改變現有鉆井液及水泥漿體系的情況下，進行了配伍性實驗。

1.1.1 泥餅改性劑（GM-I）與鉆井液的配伍性實驗

實驗用鉆井液配方為：（3～5）%膨潤土＋（0.3～0.5）%純堿＋（0.5-0.7）%FA367＋（0.5～1）%SHN-1＋（0.3～0.5）%XY-27＋（1～2）%ZRH-2＋（2～3）%單封＋加重劑。從表1可看出，加入GM-1高速攪拌后，有輕度起泡現象，對鉆井液流變性參數影響較小，且能滿足鉆井施工要求。

表1 GM-I與鉆井液配伍性實驗情況

1.1.2 凝餅形成劑（GA-Ⅱ）與水泥漿污染實驗

實驗用水泥漿配方為33.3%砂＋2%TW200S＋2.5%W-99＋0.5%USZ＋2.16%HN-B3；配方1為水泥漿＋10%凝餅形成劑GA-Ⅱ＋適量XP；配方2為水泥漿＋5% 凝餅形成劑GA-Ⅱ＋適量XP。配方1、2污染實驗中水泥漿稠化曲線平滑，實驗過程中水泥漿均無“閃凝”現象，水泥漿40 Bc以下分別為95 min、100 min。從表2中可看出，凝餅形成劑GA-Ⅱ對水泥漿的性能影響較小，可以滿足現場固井安全施工。

1.1.3 凝餅形成劑（GA-Ⅱ）與鉆井液、水泥漿污染實驗

取凝餅形成劑GA-Ⅱ與現場用水按質量15∶85配成一體化前置液，然后直接與干水泥混配成水泥漿（水灰比為0.58，密度為1.87 g／cm3），在溫度38 ℃、50 ℃和90 ℃三種測試條件下，測其稠化時間，并混入一定比例的鉆井液進行污染實驗（表3）。從中可看出：①一體化前置液對水泥漿的影響較小，可以滿足現場固井安全施工；②從兩組污染實驗的結果看，一體化前置液和與5%、10%摻有GM-I×2%的鉆井液混合進行污染實驗，對水泥漿的性能影響較小，可以滿足現場固井安全施工。

表2 GA-Ⅱ與水泥漿的污染實驗

表3 GA-Ⅱ與水泥漿、鉆井液的污染實驗

水泥漿配方為GHSR 水泥600.0g＋一體化前置液373.0g＋石英砂200.0g＋W99 12.0g＋G203 14.0g＋USZ2.4 g＋消泡劑2 mL；鉆井液配方為（3～5）%膨潤土＋（0.3～0.5）%純堿＋（0.5～0.7）%FA367＋（0.5～1）%SHN-1＋（0.3～0.5）%XY-27＋（1～2）%ZRH-2＋（2～3）%單封＋加重劑。

1.2 膠結強度實驗

1.2.1 實驗材料及作用

實驗為井樓油田常用鉆完井液＋1%～3%泥餅改性劑（自制），實驗用前置液配方為自來水＋18%凝餅形成劑（自制）；選用井樓油田固井常用的水泥漿體系；自制仿地井筒（滲透率和孔隙度模擬井樓油田地層主要封固段），內筒外徑33 mm，外筒內徑100 mm。

鑒于井樓油田固井質量檢測時間為2 d左右，且欲觀察固井第二界面膠結強度的發展趨勢，因此，選擇的力學性能實驗樣品養護時間為2 d、7 d和14 d，養護方式為浴養，養護溫壓為38～90 ℃-常壓，泥餅厚度為0.5～1.0mm，前置液與泥餅的接觸時間為2 min。膠結強度實驗結果見表4。研究前泥餅形成條件為現場鉆井液，研究后泥餅形成條件為現場井漿＋GM-Ⅰ型泥餅改性劑（取自批量產品）；研究前后水泥漿配方為現場干混好的水泥＋1.4%TW-502；研究后前置液為GA-Ⅱ型凝餅形成劑配制（接觸時間≥2 min）；泥餅厚度0.5～1 mm?，F場試驗時，確定GM-Ⅰ型泥餅改性劑的加量為鉆井液重量的3%。

1.2.2 實驗結果分析

分析一：①GM-Ⅰ型泥餅改性劑的加量為2%～3%時，養護2 d以上，即可實現了使固井二界面膠結強度較井樓油田現有水平提高200%以上，且隨著養護時間延長，固井二界面膠結強度顯著提高；②隨著GM-Ⅰ型泥餅改性劑的加量增大，固井二界面膠結強度增大。

分析二：溫度對固井二界面膠結強度無明顯影響，該實驗中隨著溫度升高，固井二界面膠結強度有所下降，可能是水泥漿添加劑TW-502 膨脹所引起，因為養護時不能加壓而導致溫度高，引起水泥石膠結疏松。

1.2.3 油井水泥-泥餅-地層一體化膠結實驗結果

（1）水泥硬化體-凝餅界面環境掃描電鏡（ESEM）分析。因泥餅與水泥硬化體是分離的，因此無法獲得界面膠結樣品。圖1為水泥硬化體-凝餅界面的ESEM 測試結果，圖中左邊為凝餅，右邊為水泥硬化體。從中可看出，凝餅表面形成了一層均勻的硬化體，凝餅與水泥硬化體已緊密地膠結為一個整體，結構致密，孔洞很少，且左右兩部分之間有少量相互滲透，界面處沒有裂縫，表明凝餅與水泥硬化體兩部分的體積變化系數基本相同，在干燥過程中能夠協同變形，從而保證了凝餅與水泥硬化體的良好粘接性能。還可看出，凝餅中均勻分布有粘土顆粒，且被水化產物所包裹。這些都說明凝餅與水泥硬化體已經實現了整體固化膠結，用肉眼觀察發現兩部分已充分膠結為一體，難以用簡單的物理方法從結合界面處將業已膠結為一體的兩部分分開，即二者已一體化膠結。

表4 研究前后固井二界面膠結強度評價結果

圖1 水泥硬化體-凝餅界面的ESEM 圖

（2）流體溶蝕分析。為了更直觀地驗證泥餅仿地成凝餅和固井二界面整體固化膠結，進行了流體溶蝕實驗。由研究前（泥餅）后（凝餅）流體溶蝕實驗結果可以看出，浸泡28 d后泥餅已消失，即泥餅還原成為渾濁的稀鉆井液，而研究后則泥餅變成了凝餅，表現為杯內自來水清澈且凝餅與水泥硬化體已膠結在了一起，固井二界面整體固化膠結顯而易見。

2 現場應用效果分析

為驗證稠油井一體化固井技術應用效果，對河南油田井樓區塊6口井進行了現場試驗，結果見表5。

2.1 加入泥餅改性劑后鉆井液粘度變化及維護情況

表5 現場試驗情況

在鉆井液中按2%～3%加入GM-Ⅰ型泥餅改性劑，鉆井液粘度變化及維護情況見表6，固井前鉆井液各項性能指標見表7。數據表明，這些均可滿足現場固井施工要求。

表6 現場鉆井液性能變化及維護情況（混配GM-Ⅰ）

表7 固井前鉆井液性能

2.2 固井質量情況

一體化固井施工的6口井，固井施工順利，固井質量合格率100%。經VDL 測井解釋，固井第一、二界面使用一體化固井技術段與未使用段的膠結質量有了明顯提高，其中三口全井優質，三口優質段占全井的75%以上，樓11020井第一、二界面固井質量均為優質。

3 結論與建議

（1）一體化固井技術在河南油田現場試驗6口井，固井二界面膠結質量較鄰井顯著提高，其中樓11020井投產后經二輪注汽，產油500 t，目前油井生產正常。

（2）GM-Ⅰ型泥餅改性劑的加量為2%～3%時，養護2 d以上，即可實現固井二界面膠結強度較井樓油田現有水平提高200%以上，且隨著養護時間的延長，固井二界面膠結強度顯著提高。

（3）ESEM 測試和流體溶蝕實驗表明，凝餅與水泥硬化體膠結為一體，且凝餅未被溶蝕，說明實現了油井水泥-泥餅-地層的一體化膠結。

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［5］ Ladva H K J，Craster B，Jones T G J.The cementto-formation interface in zonal isolation［R］.SPE 88016，2004.

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