蘇里格氣田易漏井固井水泥漿體系的研究與應用

黃占盈 周文軍 謝文敏 段志鋒 余世福

（1.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，陜西西安 710018；2.中國石油長慶油田公司油氣工藝研究院，陜西西安 710018；3.中國石油長慶油田公司工程技術管理部，陜西西安 710018）

蘇里格氣田是目前我國開發難度極大的低滲透、低壓、低豐度的“三低”特大型氣藏，地質構造錯綜復雜，巖性發育層理交錯［1］，鉆遇地層中三疊系下統劉家溝組承壓能力較低，固井過程中易發生漏失。采用雙級固井，套管串中分級箍導致生產套管承壓能力與密封性下降，影響氣井生產壽命。單級一次全井段固井技術可有效提高套管串的承壓能力，在蘇里格氣田應用效果顯著［2］，但部分易漏井在固井過程中發生漏失，常規水泥漿難以返出井口，固井質量不合格。為確保水泥漿體系性能滿足單級一次全井段封固的技術要求，通過分析蘇里格氣田易漏井特點，優選出低密度高強度防漏水泥漿體系。室內評價與應用效果表明，該體系可以有效防止易漏段固井漏失，提高水泥封固質量，對實現蘇里格氣田高效開發具有一定的促進作用。

1 蘇里格氣田固井井漏特點分析

蘇里格氣田鉆遇主要漏失地層為洛河組、延安組和劉家溝組，其中以劉家溝組地層承壓能力最低（1.20～1.35 g/cm3），在單級一次固井施工過程中很容易發生漏失，從而導致水泥漿返高達不到設計要求（漏失缺返100～800 m的井超過15%）。在候凝初期，由于水泥漿尚未失去流動性，而繼續發生漏失導致漏失地層以上井段固井膠結質量差，為后期開采和套管防腐保護造成了很大的影響。表1列舉了蘇里格氣田主要漏失地層的地層壓力數據與漏失類型。

表1 蘇里格氣田主要漏失層與漏失類型

由表1可以看出，漏失以裂縫性為主，不存在溶洞型等特大型或惡性漏失。從所取地層巖心判別該氣田劉家溝組以灰綠色、灰紫色、暗紫色細～粗粒砂巖夾紫紅色、棕紅色砂質泥巖為主，砂巖與泥巖互層，底部呈微裂縫縱橫發育，以縱向發育為主，且發育較好，具備裂縫剪切錯位形成復雜裂縫網絡的條件，地層破裂壓力和承壓能力較低，對水泥漿密度較為敏感，一旦發生漏失，固井質量難以保證，且無較好的補救措施，因此研制的固井水泥漿體系要滿足3個條件：（1）為防止固井漏失，水泥漿密度應低于劉家溝組地層破裂壓力當量密度（＜ 1.35 g/cm3）；（2）為防止地層流體腐蝕套管，水泥石滲透率需低于0.1 mD；（3）考慮后期生產過程中的壓力交變，水泥石需具備一定的強度。

2 低密度高強度防漏水泥漿體系優選

2.1 常規低密水泥漿減輕材料

蘇里格氣田自2001年開始先后開發并使用了膨潤土、粉煤灰、漂珠、微硅和礦渣［3-5］等一系列低密度水泥漿減輕材料，相應的低密度水泥漿在低壓、易漏、低滲等油氣層固井中有著較為廣泛的應用［6］，一般使用密度范圍為1.20～1.60 g/cm3。到目前為止，使用范圍較廣的3種典型減輕材料為粉煤灰、漂珠、GJQ復合減輕劑［7-9］，其水泥漿性能見表2。

表2 蘇里格典型減輕材料低密度水泥漿性能

由表2可以看出，粉煤灰低密度水泥漿最低使用密度為1.45 g/cm3，其強度和穩定性較差，不利于提高氣井壽命和保證施工安全，在單級全井段一次固井施工中無法使用；漂珠低密度水泥漿最低使用密度為1.25 g/cm3，但是在密度較低時，體系的強度偏低，材料性能不穩定，且目前漂珠材料短缺，因此不能滿足單級一次固井的工藝需求；GJQ低密度水泥漿體系最低密度可達1.20 g/cm3，與漂珠減輕材料相似，在水泥漿密度較低時強度偏低，穩定性一般。

2.2 新型中空球狀微末減輕材料

為防止漏失影響水泥返高與固井質量，單級一次全井段固井水泥漿體系需研發使用具有一定強度、密度更低的減輕材料。新型中空球狀微末NHST-Q是以燃煤發電廠鍋爐燃料的次生物質為主要原料，經過二次篩選、清洗、預熱、短時高溫焙燒后制成的一種內部為中空狀結構的無機材料，外觀為灰白色固體微顆粒粉末，粒徑均勻，具有極強的表面活性，密度較低，其物理性能如表3所示。

表3 NHST-Q減輕材料物理性能

NHST-Q在水泥漿水化過程中能與水泥漿發生侵潤，從而在水泥石當中充當物理交聯點的作用，在降低水泥漿密度的同時，起到補強作用。根據蘇里格氣田低壓易漏地層特點，室內實驗以NHST-Q為減輕材料，研發出配方為G級水泥+減輕劑+穩定劑+降失水劑+分散劑+緩凝劑的低密度高強度防漏水泥漿體系。

2.3 水泥漿體系性能評價

按照水灰比0.7～0.8，加入比例不等的減輕劑混成密度為1.15～1.35 g/cm3的固井水泥漿，針對水泥漿開展了室內評價實驗，測試48 h強度、API失水、析水、水泥石密度差等性能（表4）。該體系最低密度可達1.15 g/cm3，且體系強度高，濾失量低，游離液少，水泥石上下密度差極小，具有很高的穩定性，滿足單級一次全井段固井對水泥漿的性能要求。將研發的低密度高強度防漏水泥漿體系與常規低密度水泥漿體系進行氣相滲透率對比。從表5可以看出，研發的低密度高強度防漏水泥漿體系氣相滲透率小于0.1 mD，遠低于常規低密度水泥漿體系。

表4 低密度高強度防漏水泥漿體系配方及性能

表5 低密度水泥漿體系滲透率性能對比

按照（65～77）%G 級水泥 +（18～30）%NHST-Q減輕劑+5%超細穩定劑+降失水劑+分散劑+緩凝劑配置密度1.20～1.35 g/cm3的水泥漿體系進行凝固實驗，實驗室模擬井下75 ℃條件下24 h～360 h水泥石強度，由圖1可以看出，低密度高強度防漏水泥漿體系強度增加較快，120 h水泥石強度均達到18 MPa以上，360 h水泥石強度均超過20 MPa，滿足固井技術要求。

圖1 不同密度水泥漿體系強度發展曲線

將研發的低密度高強度防漏水泥漿體系與常規低密度水泥漿體系進行成本對比，可以看出，本文水泥漿體系成本低于常規低密度水泥漿體系（表6）。按照蘇里格氣田使用低密度高強度防漏水泥漿體系平均井深2 500 m計算，?215.9 mm井眼使用水泥漿90 m3，單井節約水泥材料費用23.6萬余元。

表6 低密度水泥漿體系價格對比

3 現場試驗

2013年在蘇里格氣田低壓易漏區塊應用低密度高強度防漏水泥漿體系5井次，水泥漿一次上返井口，固井質量一次合格率100%。以蘇東F2-F3X3井為例，該井完鉆井深3 303 m，一開使用?311 mm鉆頭，?244.5 mm表層套管下深500 m，二開使用?215.9 mm鉆頭，?114.3 mm生產套管下深3 296.95 m。為提高易漏井段膠結質量，避免因完鉆后堵漏無法清除厚濾餅而影響界面膠結質量，在鉆穿劉家溝地層后堵漏。完鉆電測后充分循環鉆井液，并在套管下入井底后稀釋好鉆井液，保證井壁穩定的情況下降低鉆井液黏度至50～60 s，并維持黏度性能循環一周以上開始固井作業。劉家溝地層破裂壓力當量密度1.28 g/cm3，應用單級一次全井段固井工藝，水泥漿采用三凝體系，其中領漿封固劉家溝組至地面的上部地層，中漿封固氣層上部石千峰組，尾漿封固下部氣層井段，固井水泥漿體系性能見表7。

表7 蘇東F2-F3X3井固井水泥漿體系性能

蘇東F2-F3X3井固井采用批混工藝，保證水泥灰混配均勻，固井作業較常規井相比，排量略低，避免出現水泥漿漏失。該井固井施工順利，未發生水泥漿漏失，后期測井顯示水泥膠結正常，固井質量良好，無空套管、混漿井段，劉家溝組易漏層第一界面膠結良好率96.87%，第二界面良好率88.81%。應用效果表明，低密度高強度防漏水泥漿體系能有效滿足蘇里格氣田低壓易漏井單級一次全井段封固的技術要求。

4 結論

（1） 蘇里格氣田地層普遍存在低壓易漏層，單級一次固井對水泥漿密度等性能要求較高。

（2） 研發出表面活性強、物理穩定性好的新型減輕材料NHST-Q，較常規減輕材料相比，具有來源廣泛且價格低廉的特點，滿足蘇里格氣田低成本開發戰略需求。

（3） 評價優選出低密度高強度防漏水泥漿體系，最低密度可達1.15 g/cm3。應用效果顯示，固井無漏失，界面膠結良好，建議在蘇里格氣田低壓易漏井推廣應用。

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