羅石瓊

【摘 要】為提高臨盤(pán)油田固井質(zhì)量，減少水泥環(huán)在外力作用下的損害，開(kāi)展了彈性水泥漿的研究，采用水泥與多組分活性礦物摻料（彈性材料、石英砂、硅粉）配級(jí)得到了彈性水泥漿體系。通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)可知，彈性水泥漿具有較低的彈性模量，彈性形變好，失水較低，24h強(qiáng)度大于20MPa，稠化時(shí)間可以調(diào)節(jié)。在P17-X15井油層套管固井現(xiàn)場(chǎng)試用表明，該井固井一界面和二界面膠結(jié)質(zhì)量均好，固井質(zhì)量?jī)?yōu)，得到甲方好評(píng)。彈性水泥漿體系在P17-X15井的成功應(yīng)用表明，該水泥漿體系可以進(jìn)一步推廣應(yīng)用到臨盤(pán)油田其它井的固井中。

【關(guān)鍵詞】固井;彈性水泥漿;彈性模量;固井質(zhì)量

中圖分類號(hào)： TE358 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）14-0155-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.14.075

Research and Application of Elastic Cement Slurry System in Linpan Oilfield

LUO Shi-qiong

（Linpan Drilling Company，Sinopec Xinan Oilfield Service Corporation，Linyi Shangdong 251500，China）

【Abstract】In order to improve cementing quality of Linpan oilfield and reduce the damage of cement ring under external force，the elastic cement slurry system was studied.The elastic cement slurry system was obtained by grading cement with multi-component active mineral admixtures（elastic material，quartz sand and silica powder）.The laboratory experiment showed that the elastic cement slurry has low elastic modulus，good elastic deformation，low water loss，24h strength greater than 20MPa，and the thickening time can be adjusted. The elastic cement slurry was used for casing cementing in P17-X15 well，the field application showed that the cementing quality of the first and second interfaces of the well is good，and the cementing quality was excellent，received favorable comments from owner.The successful application of elastic cement slurry in P17-X15 well showed the cement slurry system could be further applied to the cementing of other wells in the Linpan oilfield.

【Key words】Cementing;Elastic cement slurry;Modulus of elasticity;Cementing quality

固井施工完后，由于后期射孔、開(kāi)采過(guò)程中壓力、溫度變化對(duì)水泥環(huán)產(chǎn)生變形影響，使水泥石受到應(yīng)力作用，導(dǎo)致水泥環(huán)完整性遭到破壞，產(chǎn)生微裂縫，引起油水竄槽，導(dǎo)致采收率降低，更為嚴(yán)重的是影響油井的使用壽命，增加單井維護(hù)費(fèi)用。為了保證臨盤(pán)油田良好的封固質(zhì)量，改善水泥環(huán)與地層的二界面膠結(jié)狀況，提高固井質(zhì)量，保證目的層的長(zhǎng)期注采要求，開(kāi)展了彈性水泥漿的研究。在P17-X15井目的層段采用具有預(yù)防微裂縫產(chǎn)生的彈性水泥漿體系固井，取得了良好的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果。

1 室內(nèi)研究

1.1 干混材料的緊密堆積

優(yōu)化干混材料的顆粒級(jí)配，使水泥中大小顆粒相互填充，在保證水泥漿流變性的情況下，提高單位體積水泥漿中的堆積體積分?jǐn)?shù)PVF，就是干混合物中所有顆粒的絕對(duì)體積之和除以干混成分的散裝體積的值，PVF值越大，水泥石孔隙度和滲透率越小，性能越好[1]。彈性水泥漿體系是采用多組分活性礦物摻料（彈性材料、石英砂、硅灰），形成二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)緊密充填，使膠凝材料的密實(shí)性進(jìn)一步提高，通過(guò)調(diào)節(jié)混合物固相的不同顆粒尺寸分布，使混合物的堆積體積分?jǐn)?shù)>0.8，從而得到緊密堆積，優(yōu)化水泥漿。較細(xì)顆粒硅灰的數(shù)量應(yīng)足夠充填于緊密排列顆粒構(gòu)成的空隙中[2]，這樣能提高水泥的水化度，且與氫氧化鈣產(chǎn)生二次反應(yīng)，使水泥石結(jié)構(gòu)和界面結(jié)構(gòu)更為致密，將可能形成的滲透通道阻斷，增強(qiáng)水泥石強(qiáng)度和抗介質(zhì)腐蝕能力[3]，使水泥石的致密性、抗腐蝕性、抗?jié)B性和抗沖擊性得到提高。表1是彈性水泥漿通過(guò)緊密堆積得到的水泥漿樣品配方數(shù)據(jù)。

1.2 水泥石抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

將制好的4個(gè)水泥漿樣品裝入50.8mm×50.8mm×50.8mm立方試模，置于75℃的水浴養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)24h，脫模，在NYL-30微機(jī)全自動(dòng)水泥壓折試驗(yàn)機(jī)測(cè)定抗壓強(qiáng)度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表2）表明彈性材料的加量直接影響油井水泥石的抗折性能和抗壓強(qiáng)度，有個(gè)最佳加量。這是由于彈性材料在油井水泥石中的作用有兩方面[4]：一方面由于水泥石中存在大量不同種類、不同孔徑的孔隙，彈性粒子的加入在一定程度上填充了這些孔隙，導(dǎo)致其密實(shí)度升高;另一方面，彈性材料在油井水泥漿中是一種有機(jī)雜質(zhì)，增加加量相當(dāng)于增加了水泥石結(jié)構(gòu)中的不利因素，降低了水泥石的抗壓強(qiáng)度和抗折性能。當(dāng)彈性粒子加量小于最佳加量時(shí)，未填滿水泥石的孔隙，彈性粒子的有害作用表現(xiàn)為強(qiáng)勢(shì)，引起水泥石的抗壓、抗折強(qiáng)度降低;而當(dāng)彈性粒子加量為最佳加量時(shí)，水泥石中的孔隙基本被填充，密實(shí)度升高，水泥石的抗壓、抗折強(qiáng)度提高;當(dāng)超過(guò)最佳加量時(shí)，彈性粒子的有害作用又處于強(qiáng)勢(shì)，導(dǎo)致水泥石抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度降低。

1.3 水泥漿彈性模量測(cè)定

用NYK-1型數(shù)顯液壓加力彈性模量測(cè)定儀分析得到四個(gè)樣品的應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖（如圖1所示），1#-4#樣品的彈性模量（50℃，20MPa圍壓條件下）測(cè)定結(jié)果分別為4482.6MPa、3903.4MPa、3605.3MPa和3080.9MPa。彈性模量是應(yīng)力與應(yīng)變之比，材料在受到拉伸或壓縮的應(yīng)力一定時(shí)，材料的形變?cè)酱笳f(shuō)明彈性模量越小，材料的彈性形變?cè)胶谩椥阅Ａ啃?，水泥漿受應(yīng)力時(shí)更容易發(fā)生彈性變形，證明彈性形變好[5]。由圖1可以看出，1#樣品所能承受的壓力很小，極易破碎，且應(yīng)變性能最差;4#樣品彈性模量值小于2#和3#，說(shuō)明4#的彈性變形較2#和3#好，彈性材料的加入可以降低水泥石的彈性模量，水泥石受應(yīng)力時(shí)更容易發(fā)生彈性形變，這對(duì)于改善水泥環(huán)與地層二界面膠結(jié)質(zhì)量是有利的。這是由于彈性材料填充于水泥晶體顆粒之間，當(dāng)水泥石受到?jīng)_擊作用時(shí)，晶體顆粒作為水泥石骨架結(jié)構(gòu)，是沖擊力的傳遞介質(zhì)，緩沖了沖擊力，從而發(fā)生彈性形變，減少水泥石所受應(yīng)力的損害。

1.4 水泥漿稠化實(shí)驗(yàn)

將4個(gè)樣品用CTE高溫高壓稠化儀進(jìn)行水泥漿稠化實(shí)驗(yàn)，設(shè)置實(shí)驗(yàn)溫度75℃，壓力30MPa。由表3實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，隨著彈性材料的加入，可降低水泥漿的密度、失水，增加流動(dòng)度，稠化時(shí)間略微升高，稠化時(shí)間可以根據(jù)固井施工條件調(diào)節(jié)，完全滿足現(xiàn)場(chǎng)固井要求。

2 現(xiàn)場(chǎng)固井應(yīng)用

2.1 應(yīng)用井地質(zhì)工程情況

在P17-X15井油層套管固井現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用了彈性水泥漿體系。該井構(gòu)造位置為臨盤(pán)油田P53-X1塊西部沙三下構(gòu)造高部位，鉆探目的為完善P53-X1塊沙三下注采井網(wǎng)。目的層為沙三下，該塊沙三下孔隙度19%～32.6%，平均孔隙度27.2%，滲透率42～97610-3m2，平均38910-3m2。該塊沙三下為受構(gòu)造控制的中孔中高滲常溫常壓斷塊層狀常規(guī)稠油油藏。該井完鉆井深2208m，垂深2010.59m，造斜點(diǎn)井深1398.36m，最大井斜50.63°，水平位移491.11m，鉆井周期11天18小時(shí)，建井周期19天20小時(shí)。

2.2 應(yīng)用井固井設(shè)計(jì)與施工

該井重點(diǎn)封固段為1440m～2134m，水泥返高800m。固井水泥漿設(shè)計(jì)：領(lǐng)漿+中間漿+尾漿，在重點(diǎn)封固段的尾漿應(yīng)用了彈性水泥漿體系，具體配方：彈性水泥10%（彈性材料1.3%+石英砂0.91%+LS-3 1.6%+硅粉0.86%）+G級(jí)水泥+增韌劑1%+膨脹劑1%+G301 8%+水，測(cè)試性能為：密度1.94g/cm3，失水48mL，強(qiáng)度30MPa，流動(dòng)度25cm，稠化時(shí)間78min，滿足現(xiàn)場(chǎng)固井施工要求。

該井下入外徑139.7mm，鋼級(jí)N80、壁厚9.17、7.72mm油層套管，下深2201.11m，阻流環(huán)位置：2194.72m。固井施工前，循環(huán)帶砂干凈、調(diào)整好鉆井液性能，用泥漿泵注入輕漿17.0m3，用固井車泵入沖洗液10.0m3和隔離液6.0m3，而后注G級(jí)水泥77.0t（井段800.00～1000.00m為領(lǐng)漿：水泥漿平均密度1.67g/cm3，井段1000.00～1400m為中間漿：水泥漿平均密度1.83g/cm3，井段1400.00～2201m為彈性水泥尾漿：水泥漿平均密度1.98g/cm3），頂膠塞4.0m3，替漿21.0m3替壓14.0MPa，清水2.5m3，碰壓至20.0MPa，泄壓至0MPa候凝24h后測(cè)聲幅，固井質(zhì)量檢測(cè)為優(yōu)質(zhì)井（該井固井一界面和二界面膠結(jié)質(zhì)量均好，尤其是二界面質(zhì)量有較大提高），得到甲方好評(píng)，甲方后期施工評(píng)價(jià)長(zhǎng)期效果好，要求多應(yīng)用幾口井。

3 結(jié)論與建議

（1）彈性水泥漿失水低，24h抗壓強(qiáng)度大于20MPa，稠化時(shí)間可以根據(jù)固井施工條件調(diào)節(jié)，完全滿足現(xiàn)場(chǎng)固井要求。

（2）彈性水泥漿彈性模量低，具有很好彈性形變，能抵抗外力作用下水泥環(huán)所受的破壞，保證水泥環(huán)的完整性，改善二界面膠結(jié)情況，提高固井質(zhì)量，長(zhǎng)期效果好，可在臨盤(pán)油田現(xiàn)場(chǎng)固井進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

（3）彈性水泥漿體系作為一種新型的水泥漿體系，建立與之特性相適用的評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)新方法，如楊氏模量實(shí)驗(yàn)等非常重要。

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