大港油田產能井固井質量技術研究與應用

吳 華，唐世忠，梁新欣，鄭麗娜，張學強

（中國石油大港油田公司采油工藝研究院，天津大港300280）

固井是油氣井建井過程中的一個重要環節，而固井質量的好壞直接關系到試油方案制訂、油水井能否正常投產投注、油氣產量以及油水井的壽命等一系列問題。大港油田產能建設正面向深層、老油田開發，深層高溫及老油田的壓力系統紊亂給固井帶來了新的挑戰，因此開展了提高固井質量對策技術研究。

1 固井質量問題及影響因素分析

1.1 固井質量存在的問題

為了定量評價固井質量，分別計算油頂到油底整個油層段一界面、二界面固井質量優質率和合格率，2011至2012年735口井的固井質量情況如下：一界面合格率大于85%，但是二界面固井質量優質率不足51%。產能井固井質量總體表現為固井質量優質率低，二界面膠結質量難以保證，層之間容易竄通。

1.2 固井質量問題影響因素

（1）調整井流體竄流影響固井質量。大港油田港西、港東、棗園、王官屯等油田的調整井經長期的注水開發，高壓層、常壓層、低壓層多種壓力體系并存，壓力系統紊亂，地層流體處于活動狀態［1］，表現為鉆井、固井過程中復雜情況較多。以港西油田為例，2012年完鉆的23口井中有7口井鉆井過程中發生油氣水侵、4口井井漏，鉆井液密度最高為1.51 g／cm3（平均井深1 252 m），水泥漿候凝過程中高壓層流體向低壓層及水泥漿中竄流，影響固井質量。

（2）鉆井液體系及性能影響固井質量。大港油田80%以上的井應用的是以聚合物、抑制性、硅基防塌這三種含固相鉆井液體系，體系普遍存在著固井含量高、膨潤土含量高的問題，見表1。研究證明，膨潤土含量高會使形成的虛泥餅厚度增加［2］，如果虛泥餅不能夠被沖洗干凈，那么隨著泥餅厚度的增加，界面的膠結強度會降低［3］，從而影響固井質量。

表1 膨潤土含量的設計值與檢測值對比

（3）低溫混配水泥漿影響固井質量。從大港油田2012年1－12月份固井質量圖中（圖1）可以看出，冬季固井質量合格率明顯偏低。分析原因主要有3個方面：①冬季配漿溫度低，水泥漿流變性能差；②入井水泥漿溫度低，對井筒起到了明顯的降溫作用，導致循環溫度降低［4］，延長稠化時間，不利于防竄；③低溫會降低外加劑的溶解以及外加劑功能的發揮。

（4）深層高溫油藏固井質量難以保證。大港油田2011年完鉆井深大于4 000 m的6口高溫深井，二界面固井質量合格率33.1%，優質率12.7%，固井質量差。主要原因有兩方面：①高溫深井目的層多為高壓低滲特低滲地層，且封固段長一般大于1 600 m，水泥漿候凝期間易發生油氣侵；②地層溫度高（大于120℃），封固段上下溫差大于50℃，常規加砂水泥漿難以保證固井質量。

圖1 2012年固井質量情況

2 提高固井質量對策研究及應用

2.1 縮短稠化時間，提高固井質量

針對調整井流體竄流問題，縮短水泥漿稠化時間，提高水泥漿體系的防竄能力。水泥漿的稠化時間是指水泥漿稠度達到100 BC所需的時間。實踐表明，縮短稠化時間可以減少未凝固的水泥漿與地層流體的接觸時間，降低地層流體對水泥漿性能的影響，有利于提高固井質量，見表2。

表2 港西油田相鄰井固井質量情況對比

港西油田2012年完鉆井的稠化時間平均比2011年縮短了27 min，二界面優質率提高了15%，表明縮短稠化時間有利于提高固井質量。因此目前大港油田產能井生產套管稠化時間均由施工時間＋60 min縮短至施工時間＋30 min。

2.2 優選鉆井液體系，提高固井質量

有利于提高固井質量的鉆井液應該具有以下特點：①流變性好、切力低，容易被頂替；②抑制性強，能夠保證良好的井眼質量；③泥餅質量好，利于水泥漿和地層膠結。

大港油田近兩年開展了硅基防塌鉆井液優化為鉀鹽聚合物鉆井液體系的試驗。F25－46斷塊同期開鉆的兩口鄰井，分別使用了硅基防塌鉆井液體系和鉀鹽聚合物鉆井液體系。室驗結果和應用情況表明：鉀鹽聚合物鉆井液體系粘切低，流變性好；巖屑回收率高，且現場返出的巖屑粒徑規則，沒有大的掉塊，形成的井眼井徑更規則，表現出較強的抑制性；膨潤土含量低，形成的泥餅較薄，有韌性，更有利于保證固井質量。使用鉀鹽聚合物鉆井液體系完鉆的F25－42井固井質量優質率提高了52.6%，該體系在其他區塊應用也取得了較好的效果，二界面的優質率提高了66%，表明鉀鹽聚合物鉆井液體系有利于提高固井質量，見表3。

表3 相鄰井不同鉆井液完鉆井固井質量對比

2.3 提高配漿溫度，確保冬季水泥漿體系的流變性能

為了研究配漿溫度對水泥漿性能的影響，分別測定大港油田在用的新型聚合物高溫水泥漿、膠乳水泥漿體系在不同的配漿溫度下的流變性能。實驗方法是將水泥混灰和配漿水，放入冰柜模擬冬季地面溫度，按API標準配漿后立即測定水泥漿在該溫度下的流變性能。結果表明，兩種水泥漿體系表現出相同的規律，配漿溫度小于15℃，水泥漿體系的流變性差，因此建議配漿溫度大于15℃。保障措施是在配液站將配漿水加熱30℃以上，水罐運輸車安裝保溫套或安裝自加熱裝置，延緩水溫下降速度。

2.4 優選新型聚合物高溫水泥漿體系［5－6］

新型聚合物高溫水泥漿體系配方：G級＋石英砂＋微硅WG＋降失水劑G33S＋緩凝劑GH－9＋膨脹劑G401＋分散劑GF－1

該體系的優點是抗溫性能較好，最高抗溫可達到160℃，降失水劑通過分子鏈束聚集使水泥漿形成致密濾餅來降低失水，水泥漿所形成的濾餅可以有效改善第二膠結面提高膠結強度，從而有效提升固井質量。

為了評價體系的性能，根據 GB／T 19139－2003《油井水泥試驗方法》開展實驗，通過改變不同外加劑的加入量，測試水泥漿體系在高溫（循環溫度130℃）下的各項性能。實驗結果表明，該水泥漿體系在高溫下稠化曲線比較穩定，同時稠化時間易于調整，呈直角稠化；通過加入WG，自由水可降為零；同時膨脹劑可明顯提高水泥石的界面膠結強度，適用于高溫深井固井。

新型聚合物高溫水泥漿體系在濱深8井區、塘沽油田、板南深層、房25－46等區塊廣泛應用，固井質量取得了較好的效果，與2011年井深大于4 000 m的井相比，2012年使用新型聚合物高溫水泥漿體系固井后二界面優質率平均提高了40%，見表4。

表4 新型聚合物抗高溫水泥漿體系固井質量情況

3 結論

（1）縮短稠化時間可以減少竄流對水泥漿性能的影響，有利于提高調整井固井質量。

（2）強抑制性鉆井液體系流變性好、抑制性強、泥餅質量好，有利于提高界面膠結強度。

（3）配漿溫度大于15℃能夠保證水泥漿體系的流變性，有利于保證冬季固井質量。

（4）新型聚合物高溫水泥漿體系在高溫條件下性能穩定，失水小，防竄性能強，對高溫深井有較好的適應性。

［1］ 舒秋貴.注水區塊調整井固井水侵機理研究［J］.西部探礦工程，2004，9（3）：72－74.

［2］ 周風山，趙明方.泥餅厚度影響因素研究［J］.西安石油學院學報，1999，14（5）：26－28.

［3］ 楊智光.固井封固理論與應用技術［D］.黑龍江大慶：大慶石油學院，2007.

［4］ 劉洋，艾正青，李早元，等.注水泥循環溫度影響因素探討［J］.西南石油大學學報（自然科學版），2012，34（1）：154－158.

［5］ 劉崇建，黃柏宗，徐同臺.油氣井注水泥理論與應用［M］.北京：石油工業出版社，2001.