胶乳水泥固井技术在LG地区X井的应用_工程实践

摘要

摘要：LG地区X井是一口开发井，属于大斜度定向深井，最大井斜为64.78°，完钻井深为6990m。该井Ø127.0mm尾管固井具有井底温度高、封固井段长、井斜大、间隙小、油气活跃

摘要：LG地区X井是一口开发井，属于大斜度定向深井，最大井斜为64.78°，完钻井深为6990m。该井Ø127.0mm尾管固井具有井底温度高、封固井段长、井斜大、间隙小、油气活跃、易漏失等难点，对固井水泥浆性能要求高，固井质量难以保证。针对上述固井难点，采用耐高温防气窜胶乳并结合新型聚合物缓凝剂，研发了一套适合高温长封固井段固井的胶乳防气窜水泥浆体系。实验和应用结果表明，该水泥浆流动性好、浆体稳定、滤失小、稠化时间易调、过渡时间短、顶部水泥强度发展快，综合性能良好。该套胶乳水泥浆体系结合相应的固井工艺措施，有效地解决了LG地区X井Ø127.0mm尾管固井过程中易出现的层间互窜、压漏地层、顶替效率差、顶部水泥浆超缓凝等固井难题。

关键词：深井；超深井；定向井；高温；尾管固井；胶乳水泥

0 引言

X井主要目的层为二叠系长兴组和三叠系飞仙关组。X井为大斜度开窗侧钻定向井，第五次开钻用Ø149.2mm钻头从Ø177.8mm尾管(下深6095m)5535.72m处开窗侧钻至6990m完钻。该井井身结构为Ø660.4mm钻头×92m(Ø508.0mm套管×91.7m)+ Ø444.5mm钻头×790m(Ø339.7mm套管×788.77m)+ Ø311.2mm钻头×3566m(Ø244.5mm套管×3564.4m)+ Ø215.9mm钻头×6097m(Ø177.8mm尾管×3398～6095m)+ Ø149.2mm钻头×6990m(Ø127.0mm尾管×4850～6989m)。电测资料表明，Ø127.0mm尾管固井时井底循环温度为141℃，静止温度为156℃。X井井底温度高、封固井段长，环空浆柱水泥石易超缓凝；井斜大、环空间隙小、套管难以居中，顶替效率低；井漏、油气活跃，固井时易漏、易窜，固井质量难以保证。针对X井影127.0mm尾管固井技术难题，开展技术攻关，研发了一套高温防漏、防气窜胶乳水泥浆体系，可满足高温深井、超深井固井工程的需求。

1 固井难点及固井方案

1.1 固井难点

1) 套管不易居中，顶替效率难以保证。该井属于大斜度开窗侧钻定向井，间隙小，井斜大(最大井斜为64.78°)，裸眼段长(1454.28m)，裸眼段夹杂着石膏层，下套管摩阻大，套管容易发生粘卡和挤毁。套管偏心将造成注替过程中的指进现象，水泥浆窜槽严重，严重影响水泥环层间封隔效果。

2) 地层承压能力低，易漏失。进入长兴组储层后，由于裂缝及孔隙发育，用密度为1.22g/cm³的钻井液钻入产层时发生井漏。为防止固井时发生井漏，必须采用低密度水泥浆体系固井。

3) 油气显示好，易窜槽。长兴组油气显示活跃，要求水泥浆具有良好的防气窜能力。此外，由于环空间隙小，井斜大，套管易贴边，环空水泥环较薄，水泥环应具有较好的抗冲击破坏能力。

4) 井眼深，温度高。常规水泥浆外加剂由于高温稀释作用而导致悬浮能力失效，难以保证水泥浆的高温稳定性，这个问题在大斜度井、低密度水泥浆中更为突出。

5) 尾管上下温差大，易超缓凝：该井封固段长，尾管上下静止温差达54℃。由于固井施工时间长，水泥浆中需要加入大量缓凝剂，水泥浆返至环空顶部时很容易导致长期不凝，出现超缓凝现象。

1.2 固井方案

采用Ø127.0mm尾管悬挂固井，悬挂器位置为4850m，重合段长为685.72m；采用防漏、防窜、增韧低密度+加砂常规密度的两凝胶乳水泥浆体系，4850～6400m井段采用密度为1.35g/cm³的高强低密度缓凝胶乳水泥浆封固，6400～6990m井段采用密度为1.88g/cm³的快干加砂胶乳水泥浆封固。稠化时间要求：领浆为430～460min，尾浆为180～210min。

2 胶乳水泥浆组成及性能

2.1 胶乳水泥浆组成

高温胶乳水泥浆组成[¹^～4]见表1。

表1 高温胶乳水泥浆组成表

材料	主要成分	功能
胶乳BCT-800L	丁苯胶乳	防气窜、防腐蚀、降滤失、增韧
降失水剂BXF-200L	AMPS多元共聚物	降滤失、适度分散、有利于直角稠化
缓凝剂BCR-230L	AMPS低聚物	调节水泥浆稠化时间、有利于尾管顶部水泥强度发展
消泡剂D50、G603	—	抑泡、消泡
硅粉	SiO₂	防止高温下水泥石强度退化
增强剂PZW-A	超细混合材料	提高水泥浆稳定性和水泥石强度、降低水泥石渗透率
漂珠	—	降低水泥浆密度

2.2 胶乳水泥浆性能

2.2.1常规性能

高温胶乳水泥浆分为领浆和尾浆，低密度领浆按紧密堆积原理设计^[5～6]，各项实验性能见表2。

表2 水泥浆常规性能表

类型	密度(g/cm³)	温度(℃)	上下密度差(g/cm³)	n	K(Pa·sⁿ)	失水量(mL)	t(min)
领浆	1.35	141	0.04	0.85	0.37	46	440
尾浆	1.88	141	0.02	0.83	0.48	48	196

由表2可知，水泥浆浆体稳定，滤失量小，流性指数(竹)高，稠度系数(K)较低，有利于实施提高顶替效率的工艺技术措施。

2.2.2稠化时间的影响因素

分别考察了缓凝剂加量(占灰重)、密度波动、隔离液及钻井液污染对水泥浆稠化时间的影响，稠化条件均为141℃×100MPa(见表3～5)。

表3 缓凝剂加量对领浆稠化时间的影响表

BCR-230L加量(%)	t_{40 Bc}(min)	t_{100 Bc}(min)
3.0	432	440
3.3	477	484
3.6	540	548

表4 密度波动对水泥浆稠化时间的影响表

类型	密度(g/cm³)	t_{40 Bc}(min)	t_{100 Bc}(min)
领浆	1.35	432	440
领浆	1.40	359	366
尾浆	1.88	193	196
尾浆	1.93	161	164

表5 隔离液、钻井液污染对领浆稠化时间的影响表

泥浆类型	体积比	t_{40 Bc}(min)	t_{100 Bc}(min)
领浆、隔离液	95:5	445	455
领浆、隔离液	70:30	＞430	＞430
领浆、钻井液	70:30	297	310
领浆、隔离液、钻井液	70:10:20	310	325
领浆、领浆药水、隔离液、钻井液	70:5:10:20	＞430	＞430

从表3可知，稠化时间与缓凝剂加量呈较好线性关系，在稠化时间超长(超过7h)情况下缓凝剂量增大20%仍能做稠，说明BCR-230L缓凝剂作用温和，不敏感，不会出现长期不凝的情况。此外，过渡时间短(均低于10min)，接近直角稠化，有利于防止气窜的发生。

从表4可知，在水泥浆密度波动时，稠化时间随之波动，领浆稠化时间缩短74min，尾浆稠化时间缩短32min，均在可接受范围，没有出现急剧变短的情况，为现场固井施工提供了安全保证。

固井施工时间加起钻、正循环洗井的时间为370min，附加安全时间60～90min。从表5可知，领浆与隔离液混合后稠化时间足够长，可保证施工安全；如果领浆与钻井液接触，则稠化时间缩短较多，表明领浆和钻井液应避免直接接触；加入部分隔离液后稠化时间仍偏短，再加入少量领浆药水，则稠化时间超过430min。所以在固井施工时隔离液的量应足够多，并可考虑在隔离液前后加适量领浆药水。

2.2.3强度性能

领浆先在稠化仪中按稠化实验条件升温，到141℃后稳定60min，然后在60min内将温度降至90℃，从稠化仪中取出，放入超声波强度测试仪中，在102℃(喇叭口温度)下养护观察水泥石强度发展趋势，同时观察静胶凝强度发展。此外，按同样程序将领浆和尾浆在高温高压强度养护仪中养护，养护温度分别为102℃和156℃(井底静止温度)，测试24h和48h抗压强度，实验结果见表6。

表6 水泥浆强度性能表

类型	温度(℃)	24h抗压强度(MPa)	48h抗压强度(MPa)
领浆	102	—	8.0
尾浆	156	18.2	29.8

从表6可以看出：领浆48h内在喇叭口的强度就已大于3.5MPa，达到8.0MPa，具有快速的强度发展性能，尾浆24h强度也大于14MPa，可满足工程需求。超声波实时监测领浆强度发展结果表明，32h时强度开始发展，48h时强度达到7.0MPa，静胶凝过渡时间(48～240Pa)为18min。

2.2.4防气窜性能

如何评价水泥浆的防气窜能力是一个争议较多的问题，虽无定论，但普遍认为防气窜水泥最好具备下列条件：水泥浆失水低，控制在50mL/30min以下；稠化曲线过渡时间短，控制在10min以内；静胶凝强度发展快。该胶乳水泥浆在失水控制、稠化过渡时间、静胶凝强度发展等方面均满足这些要求，此外，胶乳水泥体系自身的特点^[1～2]也保证了该水泥浆具有良好的防气窜性能。

从上述实验结果可以看出：设计的高温防漏防窜胶乳水泥浆流动性好、浆体稳定、滤失小、稠化时间与缓凝剂掺量线性关系较好、过渡时间短、抗压强度发展快且高，具有良好的综合性能，可以满足X井Ø127.0mm尾管固井施工要求。

3 现场应用

2008年9月24日实施固井作业。注入缓凝药水4m³、密度为1.30g/cm³隔离液20m³、密度为1.35g/cm³缓凝水泥浆13m³、密度为1.88 /cm³速凝水泥浆5m³，泵注排量为0.6～1m³/min，替浆总量为55.7m³，碰压正常，环空憋压5MPa候凝。整个施工过程顺利，没有发生漏失。测井结果：统计井段为4858～6935m，其中水泥胶结优良井段为40.56%，中等井段为50.43%，差井段为9.01%，7个储层均封隔良好。

4 结论

1) 针对X井高温、小间隙、大斜度、漏失、多产层等特点，设计了高温防漏防气窜胶乳水泥浆体系，结合相应的固井施工工艺措施，有效地解决了该井Ø127.0mm尾管固井过程中易出现的层间互窜、压漏地层、顶替效率差、水泥环薄且分布不均匀、顶部水泥浆易超缓凝等固井难题，固井施工顺利安全，固井质量合格。

2) 高温胶乳水泥技术在四川油气田深层大斜度小间隙尾管固井中的成功应用，将有力地促进四川油气田深层天然气的勘探开发步伐，同时该井的成功经验可为以后的高温深井、超深井固井提供良好的范例。

参考文献

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(本文作者：邹建龙^1，2 姚坤全³ 汤少兵² 赵宝辉² 王种² 魏伟³ 1.天津大学化工学院；2.中国石油集团海洋工程有限公司固井事业部；3.中国石油西南油气田公司)