水不分散水泥漿體系在大港油田高含水區塊的應用

李小林,信婧敏,許藝馨,宗 勇,馬如然,鐘世銘

(1. 中國石油渤海鉆探工程有限公司第二固井分公司,天津 300280;2.中國石油北京項目管理公司天津設計院,天津 300280)

目前,大港油田主力開發區塊已步入高含水開發階段,長期的注水開發,油藏的層間壓力矛盾突出,形成高壓層、低壓層和欠壓層共存的多壓力層系[1-5]。由于地層中含水量增多,地層流體普遍以“溶解遷移”和“質量互換”的方式破壞水泥環結構和膠結質量,油水層間封隔質量已成為急需解決的固井難題之一,尤其是油水層間距離小、下部水體活躍的油藏,難以保證有效封隔水層,試油時出水率高,嚴重影響油井產能[7-9]。本文采用抗水沖刷性能較好的水不分散水泥漿體系,為解決大港油田高含水區塊儲層水竄、水侵情況、提高水層固井質量、加強油水層間封隔提供了一種技術方案。

1 高含水區塊固井難點及對策

1.1 固井難點分析

1)高壓水竄層的影響。以大港棗園油田為例,該區塊油水層多,地層水活躍,在鉆完井過程中常常發生嚴重水侵。區塊平均綜合含水量高達86.90%,且構造破碎、斷層多而小,固井候凝期間容易發生水竄。長期的注水開發導致部分區塊形成高壓圈閉,出現異常高壓層,在固井候凝過程中地層流體侵入環空,易發生水泥漿竄槽,對水泥環膠結造成不利影響。

2)低壓高滲層的影響。區塊主力層經過長期開采后,滲透率較原始狀態增大5～10倍,形成了低壓高滲層。低壓高滲層段易發生漏失,在水泥漿候凝過程中大量失水,產生微環隙。

3)長井段、小間隔的影響[6]。區塊油藏埋深1 100～3 200 m,平均含油井段長750 m,劃分為44個小層,平均層間間隔僅3～5 m。注水井需實施分層注水,油井分層系開采和選擇性射孔,層間有效封隔難度大。受層間間隔小、層間壓力系統紊亂影響,候凝過程中地層水極易侵入水泥漿中,使水泥環層間封隔能力失效。

1.2 解決對策

針對高含水地區的固井難題,在固井前采取壓穩油氣水層以及鉆井液性能調整、優選防水竄水泥漿體系及合理漿柱設計等技術措施。傳統的防水竄水泥漿體系通常在體系中加入膨脹劑、降濾失劑,通過利用水泥漿體系的低濾失、零析水、短候凝等特點,在一定程度上改善水竄問題[10-11]。大港棗園油田使用的水泥漿配方為:G級+JS-2(固降)+YXPZ-1(晶格型)+QJ-625(發氣型)+ALF-1(纖維),利用其失水小、過渡時間短、直角稠化、微膨脹等特點,提高防竄效果。本文借鑒建筑行業水下不分散水泥漿的經驗,針對地層水對水泥漿存在的“溶解遷移”、“質量互換”等問題,通過提高水泥漿的抗分散性,保持水泥漿具有良好的流動性和保水性,為解決固井作業中存在的問題提供新的思路[12-14]。

2 水不分散水泥漿體系性能評價

油井水泥用抗分散劑BCY-100L能夠有效提高水泥漿的抗分散性能,使水泥漿具有較好的抗水沖性能,文中對加入BCY-100L后水泥漿的抗分散性能、防竄性能、失水性能及水泥漿綜合性能等進行了評價。水泥漿配方:G級水泥+BCY-100L+抗分散調節劑BCY-110S+減阻劑BCD-210L+水。

2.1 抗分散性能評價

通過考察水泥漿在水中澆筑時抵御水的沖洗作用來評價水泥漿的抗分散性能,主要采用的方法為pH值法和稱重法,將定量的水泥漿倒入定量的水中,測定上層水的pH值及分散其中的水泥顆粒的重量。在不同溫度下,在密度為1.90 g/cm3的水泥漿中加入4.5%抗分散劑BCY-100L,由表1可以看出,水不分散水泥漿的抗分散效果明顯(圖1),上層水pH不大于8(普通水泥漿pH通常大于13),水泥漿的損失量小于1%。

圖1 水不分散水泥漿

表1 水不分散水泥漿抗分散性能評價

采用水陸強度比進一步評價水不分散水泥漿抗分散能力,方法為:將強度模具放入40 cm高的水中,再將水泥漿從水面上方倒入,待模具內盛滿水泥漿后取出養護。由表2可以看出,未加入抗分散劑BCY-100L的,由于水泥漿抗分散性很差,24 h養護后水下未形成有強度的水泥石,隨著抗分散劑BCY-100L加量的不斷增大,水泥漿表現出明顯的抗分散效果,水泥漿損失量不大于1%,pH不大于9,水陸強度比不小于0.75,具有較好的抗水侵效果。

表2 水不分散水泥漿水陸強度比

2.2 防竄性能評價

采用靜膠凝測試儀和防竄性能測試儀考察水不分散水泥漿的防竄性能,由圖2可知,水不分散水泥漿靜膠凝強度發展過渡時間短,小于10 min,同時在60 ℃溫度條件下,測試加入質量分數為4.0%的BCY-100 L的水泥漿未發生氣竄,與凈漿相比,防竄性能明顯提高(圖3)。

圖2 水不分散水泥漿靜膠凝曲線(80 ℃)

圖3 防竄性能評價

2.3 失水性能評價

考察不同摻量抗分散劑BCY-100L下常規密度水泥漿在80 ℃時的失水量,結果如圖4所示,可以看出,BCY-100L加量大于3.5%時,水泥漿失水量都可以控制在50 mL以內,表明BCY-100L具有良好的抗分散作用,也具有良好的降失水性能。

圖4 抗分散劑加量對水泥漿失水量的影響

2.3 綜合性能評價

考察一定溫度條件下(75 ℃)抗分散劑BCY-100L對水泥漿綜合性能的影響,由表3可知,BCY-100L加量增大,水泥漿流動度略有下降,失量均控制在50 mL以內,對于稠化性能和抗壓強度無明顯影響。為了保證施工安全性,開展了停機實驗,如圖5所示,停機20 min后,開啟電機,水泥漿稠度升高至40 Bc后,迅速下降至20 Bc,滿足現場安全施工的要求規范。

圖5 停機實驗

表3 綜合性能評價

3 現場應用

水不分散水泥漿體系在大港油田高含水區塊的J30-17、W46-12、D6-14-1、D101-1、D7-34-1、G5-10-1、G5-10-2等7口井中成功應用,與同區塊鄰井相比較,測井解釋發現油氣水層的封隔質量均有不同程度的提高。J30-17井為棗園油田官18斷塊的一口生產井,完鉆井深2 629 m,采用雙凝水泥漿設計,尾漿采用水不分散水泥漿(同力G級+5%BCY-100L +0.14%BCY-110S+0.7%BCD-210L+0.8%膨脹劑),在實驗溫度66 ℃、實驗壓力34 MPa條件下,尾漿性能如表4所示,性能滿足施工要求,現場施工順利。由表5可知,與J29-22井和J29-20井相比較,J30-17井使用水不分散水泥漿體系后,對于水層、油層以及油水同層的封隔質量明顯提高,說明BCY-100L的加入能夠有效地改善封隔質量,有利于提高固井質量。

表4 尾漿性能

表5 與鄰井固井質量對比

4 結論

1)油井水泥用抗分散劑BCY-100L能夠有效提高水泥漿的抗分散性能,使水泥漿具有較好的抗水沖性能,對于固井作業中存在的“溶解遷移”和“質量互換”提供了新的解決思路。

2)抗分散劑BCY-100L的加入,能夠明顯提高水泥漿的抗分散性能、防竄性能,BCY-100L可以替代降失水劑,具有降低水泥漿失水量的作用,對水泥漿的稠化時間和抗壓強度影響不大,水泥漿的綜合性能表現良好,滿足現場施工要求。

3)水不分散水泥漿體系在大港油田高含水區塊成功應用7井次,對于水層、油層以及油水同層的封隔質量顯著提高,有利于提高固井質量。