防水竄固井技術與應用

引言：結合水竄機理，確定防水竄條件，重點對防水竄配套固井技術與應用進行了論述，以期提高固井質量。

引言

當前，勝利油田的勘探開發進入中后期，由于整個調整井區塊長期注水開發，采用常規固井技術已無法解決調整井固井質量受高壓水竄影響的問題，給油田后期開發造成極大的經濟損失。為解決固井質量受高壓水竄影響的問題，從研究固井水竄問題入手，在水竄機理分析、防水竄條件確定、防水竄配套固井技術這三個方面進行綜合分析。運用體系防竄、機械防竄、工藝防竄、綜合防竄等技術，提高固井質量。

一、水竄機理

（1）普通水泥漿在膠凝過程中的壓力變化

隨著環空水泥漿柱的內部結構力的不斷增長即膠凝強度的增強，逐步消失傳遞壓力的能力，形成“失重”，環空壓力下降。

由于環空壓力的缺失，當液柱壓力小于地層水壓力的時候，水竄開始發生，環空壓力也開始回升。如圖1所示。

圖1 取一定的上覆壓力作出的水竄壓力變化圖

（2）水竄流量的變化

當水泥漿壓力降到與地層水壓力相等時，并未發生水竄，而是低于地層水壓力一定值時才發生水竄，并且到達一定時間后，水竄流量開始逐漸減少。如表1所示。

表1 水泥漿在不同時間的水侵速率數據表

（3）水泥漿水化過程中自由水的析出

水泥漿在深入水化過程，過多的配漿水析出，聚集成細小水流，因重力差，水流會沿軸向方向向上流動，不斷聚集成更大的水流即水帶。這些水流的槽縫和水帶為水竄創造了先期條件，使它們降低了對地層的壓力，從而引發地層水流竄。

（4）水泥漿固結后的體積變化

水泥漿在凝結硬化過程中，由于物理和化學反應的影響，形成的水泥石的體積縮小，水泥環與套管和地層之間產生微間隙，從而引發高壓地層流體上竄。如圖3所示。

圖2 收縮率變化圖

（5）水泥漿頂替效率因素

固井施工過程中如果水泥漿頂替效率低將會形成水泥漿夾帶的竄槽，因而造成環空水泥與套管或地層膠結面質量差，產生環隙空間，這些環縫隙會導致環空地層水竄的發生。

因此，在固井施工中，防止水竄需滿足以下條件：（1）水泥漿液柱壓力與水泥漿抗竄阻力之和要大于地層水壓力；（2）環空不能有地層水竄流的通道。

二、防水竄配套固井技術

（1）防水竄水泥漿體系的選擇

晶格膨脹劑水泥漿體系可在水泥漿凝固時產生輕度體積膨脹，可以封閉環空微隙，改善水泥環與套管、地層的界面膠結狀況，特別提高第二界面固井質量。解決了由于水泥漿硬化后環空水泥石體積的收縮導致高壓水竄的難題。

晶格微膨脹水泥漿體系具有失水低、強度高，流動性好、稠化時間可調、零析水；且有改善水泥漿力學性能、降低滲透率的特性，可有效提高水泥漿體防竄能力，對環境無不利影響。該體系適合于正常密度（即水泥漿密度≥1.85g/cm3）的調整井油層固井。

（2）雙凝水泥漿體系的應用

雙凝水泥漿體系由具有良好的流變性、稠化時間較長的領漿和具有稠化過渡時間短、低失水、微膨脹的短侯凝尾漿組成，實現水泥漿體系雙級凝固，減少水泥漿因失重引起的油氣水竄，達到壓穩地層的目的。

（3）防竄工具的配合使用技術

管外封隔器是用于高壓井中有效防止地層流體外竄的固井井下工具，主要用來封閉環空，并能在其以下井段的水泥漿中儲存能量，壓穩高壓地層流體。旋流發生器能改變流體的運動狀態，增加流體的橫向作用力，可有效清除井壁虛泥餅、驅動大井徑和套管窄邊的“死”泥漿，提高水泥漿的頂替效率。

三、固井技術措施應用

堅持“靜態環境”下固井。注水泥后的地下液體流動，水泥漿在凝固過程中受到地下動態的干擾，水泥漿被稀釋與沖蝕；因此，鉆井施工前，同區塊臨近注水井必須停注與泄壓，待測聲幅后始能恢復注水。

靜動結合。固井時要求靜態，又要兼顧到采油、注水任務的完成。解決這對矛盾的具體做法是在鉆井、固井過程中，把一定半徑范圍內的采油井、注水井停下來，范圍以外的井繼續生產，造成動、靜結合，提高了固井質量又堅持了生產。

采用雙凝或多凝水泥漿體系，減少水泥漿因失重引起的油氣水竄通問題。該水泥漿體系由緩凝領漿和短侯凝尾漿兩部分組成。緩凝領漿應具有良好的流變性能、稠化時間較長的特點，起到提高頂替效率和壓穩地層的作用；短侯凝尾漿應具有稠化過渡時間短、低失水、微膨脹的特點；尾漿用量控制在超過油層50-100m之間，與領漿的初凝時間差為1小時左右。

局部封堵，全井防竄。采用套管外封隔器（ECP）對主要油氣層進行管外封隔。使高壓油、氣、水無法上竄下擾，達以局部截阻，全井防竄的目的。

使用優質鉆井液鉆進，控制井徑擴大率小于15%。保證井眼規則，杜絕下部油層井段出現“糖葫蘆” 井眼，在大井眼處，易存有死泥漿無法驅替干凈，影響界面膠結質量。

提高頂替效率。固井施工過程中如果水泥漿頂替效率低將會形成水泥漿夾帶的竄槽，因而造成環空水泥與套管或地層膠結面質量差，產生環隙空間，這些環縫隙會導致環空地層水竄的發生。

改善水泥漿流變性能。在保證施工安全的條件下，要求水泥漿要有短的過渡時間，快速的強度增長，稠化時間應控制在施工時間+2030min，強度在30℃常壓下3～4小時達到3.5MPa以上，即采用短候凝固井技術；水泥漿應控制失水，具有一定的觸變性。水泥漿應有較強的內聚力，增強水泥漿抗水侵能力，在一般水流下不分散，改善水泥漿的流變性能，使之容易達到紊流頂替的狀態；水泥漿中應有吸水材料，凝固后的水泥，應有較大的膨脹量，最好能控制膨脹量達到0.3%。

防水竄固井技術能明顯提高固井雙界面封固質量，利于提高油井的采收率，延長油井的使用壽命。

（作者單位：勝利石油工程有限公司黃河鉆井總公司固井公司）

作者簡介

熊威（1981—），男，四川省大竹縣人，大學本科，工程師。