提高温宿油田二界面固井质量技术

阿克苏温宿油田目的层段潜山组剥蚀面及石炭系段石灰岩、白云岩均存在裂隙及孔隙,钻井时经常发生地层漏失现象,固井时发生漏失水泥浆不能返出地面;目的层地层能量较大,油气浸严重,固井液密度窗口窄,施工压力、排量控制困难;软硬地层交互,井径不规则,影响顶替效率。前期固井二界面水泥胶结质量差,经过射孔、压裂后井筒环空出现窜水、出砂的现象。为提高二界面固井质量,对固井冲洗液体系外加剂进行了优选,构建了冲洗液体系配方;开展水泥外加剂的优选及室内对各种外加剂配伍性的实验,进行水泥石力学性能测试,通过室内配方实验及现场应用试验,持续完善优化水泥浆配方,建立了适合温宿油田地层的微膨胀增韧防窜水泥浆体系;为在固井中防漏及压稳地层,固井时优化施工参数,固井工艺上采用了免钻分级箍配合使用管外封隔器技术。经过研究形成了提高二界面固井质量技术,经过现场10口井的应用实践,固井质量合格率达100%,其中二界面优质率达94.60%,满足了油气开发的需要。

固井二界面封隔能力评价方法研究

利用测井评价方法和界面胶结强度评价方法均难以获得固井二界面的实际封隔能力。基于固井二界面封隔失效机理,设计了固井二界面封隔能力仿真评价装置,建立了固井二界面封隔能力评价方法。该方法把固井二界面作为独立的测试对象,直接沿固井二界面来评价流体的窜通能力,并以固井二界面当量渗透率为指标,实现了固井二界面封隔能力的定量评价。同时,解决了固井二界面胶结强度评价方法无法模拟环空窜槽的问题。验证结果表明,该方法能比较客观地反映固井二界面的实际封隔能力,可为难采储层薄隔层压裂工艺的选择提供科学依据。

MTC固井液二界面胶结强度实验研究

常规水泥浆体系固井二界面胶结强度较低,为了解决这一问题,进行了MTC固井液二界面胶结强度实验研究。结果表明,MTC固化体的体积收缩率远小于水泥石的体积收缩率。与低密度水泥浆体系相比,MTC固化体系与泥饼之间能够实现整体固化胶结,MTC固化体二界面胶结强度受井壁界面性质影响较小,尤其在有一定泥饼存在的情况下更是如此。但由于MTC固化体的抗压强度较低,在地层压力或注入压力较高的井中应谨慎使用。

固井二界面泥饼仿地成凝饼与凝灰岩成岩的关联性

为了解固井二界面泥饼仿地成凝饼(MTA)的地质成岩作用,采用XRD、TG、SEM+EDX和XRF荧光分析测试技术对MTA与凝灰岩火山沉积作用成岩反应的关联性进行研究。结果表明:泥饼改性剂在MTA成岩反应中所起的作用与火山碎屑物质在凝灰岩成岩反应中所起的作用相类似,且物相和化学组成基本一致;凝饼形成剂将凝灰岩火山沉积作用成岩流体的缓慢形成过程直接化为一种现存成岩流体,加快了成岩反应速度,控制了反应产物的类型,二者的特征成岩现象和反应产物均有相似性,且均存在FeS2垃圾矿物析晶现象;随着养护时间延长,MTA凝饼的硅和铝含量均降低,而钙含量增加,即MTA的固化反应过程与火山灰质材料被碱激发后发生的'脱铝—结硅—吸钙'化学反应模式相一致。

变温条件下泥饼对二界面胶结强度的影响

研究变温条件下泥饼对二界面封固系统的影响有助于改善二界面封隔性能。利用自行设计的二界面胶结强度实验装置测定了不同温度变化条件下,岩心表面水湿、岩心表面涂有泥饼等情况的二界面胶结强度。分析发现:温度变化时会使界面胶结强度降低,且温度变化幅度越大,界面胶结强度降低幅度越大,温度循环变化时比单次温度变化时的界面胶结强度降低的幅度更大;与岩心表面水湿时相比,岩心表面有泥饼时二界面胶结强度对温度变化更加敏感,降低幅度更大。研究结果可用于指导设计和施工,以降低温度变化对界面封隔性能的不良影响。

不同条件下泥饼固化提高固井二界面胶结强度的实验研究

采用室内模拟实验方法,对不同养护温度与泥饼厚度条件下泥饼固化提高固井二界面胶结强度的情况进行了实验研究。结果表明:在养护温度为45℃的条件下,泥饼厚度为0.5mm和1.0mm时,泥饼固化后固井二界面胶结强度分别提高了230.86%～4 538.74%和757.30%～106 537.50%;在养护温度为80℃的条件下,泥饼厚度为0.5mm和1.0mm时,泥饼固化后固井二界面胶结强度分别提高了656.28%～1 979.69%和331.19%～5 258.82%。通过红外光谱测试结果,探讨了泥饼固化提高固井二界面胶结强度的主要原因,并对其影响因素进行了分析。

泥饼固化提高固井二界面胶结强度的微观分析

采用XRD、ESEM-EDX和TG-DSC测试分析方法,对泥饼固化提高固井二界面胶结强度的机理进行了研究。结果表明,泥饼固化法制备的固井二界面凝饼中生成了水化硅酸钙(C-S-H)凝胶和沸石类凝胶。它们是由泥饼改性剂中的活性物质、黏土矿物被溶蚀析出的活性物质、水泥水化产生的水化离子和凝饼形成剂共同作用形成的。这些胶凝物质填充在黏土矿物和钻井岩屑之间,并将之粘接在一起,相互胶结形成了连续相,实现了固井二界面的整体固化胶结。

MTA方法固井二界面整体固化胶结实验

基于泥饼仿地成凝饼的科学构想,采用力学性能评价（如胶结强度）、微观结构分析（如X射线粉末衍射分析、热失重分析、环境扫描电子显微镜分析）和流体溶蚀实验等方法对MTA方法固井二界面整体固化胶结进行了实验研究。研究结果表明：随着养护时间的延长,用MTA方法得到的固井二界面胶结强度较目前提高了37.81%-1 606.31%;泥饼与水泥浆发生了局部的同步水化硬化反应,且生成了少量的团状水化硅酸钙（CSH（Ⅰ））凝胶和片沸石类凝胶,显示固井二界面整体固化胶结;流体溶蚀实验表明,采用目前方法,养护成型的样品浸泡28 d后,泥饼还原成了浑浊的稀钻井液,而用MTA方法得到的凝饼与水泥硬化体已胶结为一体,且凝饼未被溶蚀,表现为杯内流体仍清澈。这印证了两个事实：一是泥饼仿地成了凝饼,二是固井二界面已整体固化胶结。

水侵压力对调整井固井二界面性能的影响

针对老区调整井地层压力系统紊乱、地层水容易在候凝过程中侵入环空、进而影响固井二界面处水泥浆凝结的问题。通过固井水泥浆水侵模拟评价装置,结合多功能材料表面性能试验机、扫描电镜等分析手段,研究了水侵对固井二界面性能的影响及其作用机理。结果表明:水侵导致二界面处水泥浆的稠化时间延长、滤失量增大,加剧水侵对界面处水泥浆的破坏,严重影响二界面的封固质量。同时,界面水泥浆被水侵入后凝结形成的水泥石不仅导致弹性模量大幅降低,而且疏松多孔,从而导致二界面剪切胶结强度降低和层间封隔性能变差。

养护时间和泥饼改性剂对固井二界面胶结强度的影响

建立了切合实际的固井二界面仿真实验系统和评价方法,包括仿地井筒制备、泥饼形成、样品养护和固井二界面胶结强度测试。以取自油田的相关样品为基础,研究了养护时间和泥饼改性剂加量对固井二界面胶结强度的影响。在38℃、75℃、90℃下,无论泥饼改性剂是2%或是3%,固井二界面胶结强度均随养护时间的延长而增大,且从2 d到7 d增长较快,而从7 d到14 d增长趋于平缓,最大胶结强度达1.142 MPa。在上述不同温度、不同养护时间条件下,泥饼改性剂加量由0%增至3%,固井二界面胶结强度逐渐增加。在3%泥饼改性剂加量、养护时间14 d的条件下低温养护下的二界面胶结强度高于高温养护下的强度。论述了泥饼改性剂和凝饼形成剂的联合作用所产生的胶凝效应和微骨料效应。

环空扰动固井二界面胶结性能评价装置及方法

为了评价扰动条件下固井胶结性能,设计并制造了一套扰动条件下固井二界面胶结性能评价装置,建立了实验方法,实现了不同地层、泥饼是否存在、井下水泥浆是否受压差影响、不同井下温度及地层水流动状态等对二界面胶结影响的模拟,较好地还原了水泥浆体系在井下候凝状态受到流动地层水冲刷和侵蚀的过程;同时,实现了对固井二界面水力胶结强度的测试,丰富了固井质量的评价手段,为研究各因素对固井二界面胶结性能影响程度,以及提高固井二界面质量措施提供参考。

考虑多因素的固井二界面胶结抗拉强度室内评价方法

受井壁表面粗糙度、钻井液残留和温压扰动等因素的影响,固井二界面是整个环空封隔的最薄弱环节,且极易发生张拉破坏导致环空密封失效,但已有的评价方法只能获得固井二界面的胶结剪切强度,不能很好地评价固井二界面抗拉破裂性能。为此,考虑岩性、界面粗糙度、钻井液残留、冲洗液清洗和水泥浆等主要因素,建立了一种固井二界面胶结抗拉强度室内评价方法,从冲洗效率、胶结细观结构、抗拉强度、破裂形貌等多个维度对固井二界面胶结抗拉性能进行了系统评价。研究结果表明,该评价方法科学合理、步骤清晰、简单适用、试验结果离散性小,不同因素下测试结果区分度好,进一步完善了固井二界面胶结强度评价方法,具有较高的推广应用价值。

减弱泥饼对二界面胶结质量影响的方法与技术

钻井液上返时会在井壁发生滤失形成泥饼,虽然在固井前会对井壁进行冲刷,但仍无法完全清除井壁上的泥饼。泥饼强度低,与水泥浆相容性差,固化时会收缩并产生裂缝,导致固井二界面胶结质量差,使固井质量达不到要求,产生油气井窜流等现象。为了减弱泥饼对二界面胶结强度的影响,相继提出了MTC、MTA等方法,通过消除井壁的泥饼及在钻井液中加入添加剂改善泥饼的强度、韧性、致密度等方面来提高固井质量。综述了这些技术和方法的原理、应用情况及发展方向。

提高二界面胶结强度的多元硅钻井液

根据大庆油田 3次加密调整钻井的需要 ,以及油田长期开发造成的多压力地层状况 ,研制出了多元硅钻井液 ,通过室内实验和 5口井的现场试验 ,证明这种钻井液可以有效地改进二界面胶结强度 ,有利于提高二界面固井质量。

固井二界面问题与泥饼仿地成凝饼科学构想

研究了固井二界面封隔失效机理,给出了相应的实验证据。实验研究表明,固井二界面问题的根源是镶嵌于水泥浆与地层岩石之间的泥饼。据此提出了泥饼仿地成凝饼(MTA)解决固井二界面问题的科学构想,并阐述了MTA的研究方法和技术关键。结论认为,实现基于MTA的油井水泥浆-泥饼-地层岩石的整体固化胶结,才能从源头上解决固井二界面问题,满足油气开采的需要。

固井二界面定量评价新方法研究

本文针对套管井中第二界面定量评价的问题,首先开展了套管井中地层波的影响因素的研究,为定量评价第二界面的胶结质量奠定了基础;接着,通过有效确定地层波到达时间,以及地层波信号提取及能量计算,并在充分考虑地层岩性影响的基础上修订了传统的第二界面胶结指数公式,建立了一套完整的定量评价固井二界面胶结质量的新方法;最后通过实际资料处理与评价,证明所提出的定量评价固井二界面胶结质量方法取得了满意的效果。

固井二界面泥饼固化剂与水泥浆滤液的反应机理

固井二界面封隔失效已是制约油气高效开采的重要因素,而提高固井二界面胶结质量是解决这一工程难题的主要途径。基于提出的MCS(mud cake solidification)技术,采用现代分析测试技术,研究了固井二界面泥饼固化剂与水泥浆滤液的反应机理。研究结果表明,在压差的作用下泥饼固化剂的有效成分将发生向泥饼方向的迁移扩散,进而吸附在泥饼表面且渗透进入泥饼本体;泥饼固化剂与水泥浆滤液反应,生成水化硅酸钙(C—S—H)、水化铝酸钙(C3AH6)等胶凝物,且随着养护时间的延长,这些胶凝物可由低聚态的硅酸阴离子逐渐聚合为高聚态水化硅酸胶凝物,即在最初的3 h内,硅酸阴离子单聚体的量急剧下降,同时二聚体的量先增多后减少,最终生成高聚物,进而固化泥饼,提高固井二界面胶结质量。

对固井二界面问题的一些认识

对固井二界面进行了介绍,阐述了二界面的破坏对油气生产的重大危害,对其受破坏的原因进行了分析,对影响固井二界面胶结质量的因素进行了总结,从方法手段到工艺技术提出了一些自己的观点和认识。

一种新型的固井二界面胶结质量评价方法

为了更真实地模拟并定量评价固井二界面胶结质量,建立一种新型固井二界面评价方法,此种评价方式以二界面胶结强度和等效渗透率为评价手段。研究结果表明,该评价方法简单适用、数据重复性好、对比性强,能够较为真实地模拟二界面与水泥浆的胶结情况。此评价方法一方面可以量化二界面胶结强度;另一方面可以间接的表征出界面的渗透率,为固井二界面胶结质量提供定性定量的数据参考。

油气井固井二界面封固系统及其破坏模型

油气井固井二界面封隔能力问题是一个亟待解决的复杂性工程难题，它会直接影响勘探开发的效呆和效益。文章从油气田开采的角度，提出了固井二界面封固系统的概念，分析了系统组分对固井二界面封固系统的作用和影响，完善了系统的状态变化模型和动态破坏模型。研究认为，固井二界面封固系统是由5个间歇界面，即纯水泥浆与受污染水泥浆之间的界面、受污染水泥浆与死泥浆之间的界面、死泥浆与水泥饼之间的界面、水泥饼与滤饼之间的界面和滤饼与地层壁面之间的界面和4种不同物质组成的复合体，其中死泥浆是指注替过程中无法或难以参与循环的那部分老化物质，滤饼是滤饼和水泥饼的组合。因此，固井二界面问题的研究和解决必须要从系统的角度出发，才能从根本上解决固井二界面的胶结问题。