水泥浆防气窜关键性能及防气窜能力评价方法

在油田开发过程中,固井的质量直接影响到油气开采的效率影响。在实际的施工中,水泥特性、水泥浆流动规律、压力平衡和井身质量等因素都会影响到固井的质量,因此需要对这些因素进行合理应用,提高固井质量。气窜是水泥浆施工过程中常见的问题,出现气窜之后,会对油气田的开采造成多方面的不利影响,轻则影响油井的开采效率,影响生产安全,严重的话会导致油井报废,给企业带来巨大的经济损失,因此加强水泥浆防气窜的研究具有重要意义。基于此,文章对水泥浆防气窜的关键性能进行了研究,并且探讨了防气窜能力评价方法。

防气窜泡沫水泥浆的研究与应用

长庆气田属低压低渗透气田,气层多,含气井段长,压力梯度不等,固井时易发生气侵窜槽,造成水泥石界面胶结不良。针对长庆气田的特点,研究出了防气窜泡沫水泥浆,外加剂由氮气发气剂GFQ-1和GFQ-2、稳泡剂GWP和缓凝剂GH-2组成。GFQ-1和GFQ-2与GWP之问的最佳比例为4 g∶5 mL∶8 mL。现场试验表明,GFQ-1-与GFQ-2的反应平稳,气体量易控制;泡沫封闭稳定,渗透率低,泡沫细小、均匀,不易破裂,在浆体中均匀分布;浆体稳定性和流动性好,游离液为零;水泥石抗压强度高,水泥浆密度低;水泥浆具有可膨胀性和可压缩性,直角稠化,水泥石胶结强度高,可有效防止油气水窜,防气窜泡沫水泥浆配方简单,施工方便,成本低。气层井段优质率为87％,合格率为100％。

SN井区抗高温液硅-胶乳防气窜水泥浆

SN井区井底静止温度高,气层非常活跃,压稳与防漏难度大,单纯胶乳防气窜水泥浆体系应用效果不理想。液硅乳液作为纳米级防气窜剂,活性SiO_2颗粒可参与水泥水化反应,具有增强水泥石强度、降低水泥石弹性模量和渗透率作用。在优化硅粉加量和粗细硅粉复配的基础上,研制出抗高温液硅-胶乳防气窜水泥浆,其具有API失水量小于50 mL、直角稠化、SPN值小于1、防气窜效果好、沉降稳定性好等特点;SEM和XRD分析显示,水泥石致密性好,水化产物中无Ca(OH)_2,而具有较多的雪钙硅石和硬钙硅石,高温下水泥石表现出良好的强度稳定性。液硅-胶乳防气窜水泥浆在SN井区进行了入井应用,实现了对高压气层的有效封固,取得了良好的效果。

微膨增韧胶乳防气窜水泥浆的实验研究

针对庆深气田深井气井防气窜固井的需求，在胶乳水泥浆基础上，通过加入纤维和膨胀剂研制出了微膨增韧胶乳防气窜水泥浆。用冲击功实验和水泥浆膨胀仪对纤维和膨胀剂的适宜加量进行了优选。性能评价结果表明，加入0．5％纤维和1．5％～2．0％膨胀剂，对水泥浆的流动度、游离液、失水无影响，但提高了水泥石抗压强度；该水泥浆具有理想的直角稠化曲线，有利于防止气窜的发生，而且稠化时间可调。该水泥浆在庆深气田4口深井气井中进行了试验应用，4口井均没有发生气窜且固井质量好，表明，该水泥浆能够满足深井气井固井施工的要求。

GJ-1保护气层防气窜水泥浆体系研究

分析了低渗透气田气层对水泥浆性能的要求和水泥浆抗气窜的机理,研制出了GJ-1保护气层防气窜水泥浆体系。对该水泥浆体系从宏观到微观,从水泥浆性质到水泥石特性进行了试验。结果表明,GJ-1水泥外加剂调整了水泥石内部的微观结构,提高了水泥石的韧性和抗冲击性;低失水量降低了水泥浆对产层的污染性;该水泥浆体系具有塑性胶乳特性,可使水泥浆具有良好的束缚自由水和固相微粒的能力和提高界面胶结的能力,在低失水量条件下具有形成致密坚韧的胶膜的特性,使水泥浆在候凝期间具有较强的防止地层流体窜入环空的作用,降低了水泥石的弹性系数,改善了水泥石的抗冲击韧性,提高了气层的封固质量,能防止油气水窜,保护油气层。

超高密度水泥浆体系高温性能室内研究

通过分析高温高压油气井固井常遇到的一些问题，提出了选用特定粒径分布的高密度锰铁矿粉作为加重刺，构建密度可达2．80g／cm^3抗高温的超高密度聚合物水泥浆体系。文章对超高密度水泥浆体系作了简要的介绍，通过对水泥浆高温下的流变性、稳定性以及失水与强度性能试验研究发现，该水泥浆体系具有流变性好、浆体稳定性高、失水量低、水泥石强度发展迅速、防窜能力强的优点，其综合性能能够满足深井、超深井固井作业要求，具有良好的应用前景。

葡浅189-14、205-20浅层气井防气窜固井技术

葡浅189-14、205-20井所属于葡194-16区块,该地区油气藏地质条件复杂,施工难度大,在以往钻井过程中多次发生油气水侵及井喷事故。针对葡194-16区块黑帝庙浅层气井开发过程中井况复杂、防气窜困难等固井施工作业难点,通过对水泥添加剂和水泥浆体系的反复筛选与评价,固井施工方案的研究与论证,优选出了适合于该区块的抗气窜水泥浆体系和固井工艺技术,固井质量达到优质,为下一阶段葡浅气井开发提供了有利的技术支持。

超轻防气窜水泥浆:天然气井的极佳解决办法

超轻防气窜水泥浆（ULWGMS）在委内瑞拉东部Anaco城的San Joaquin及Santa Rosa气田取得了卓越的应用成果。在Anaco地区有几个气田，那里具有极复杂的井况：破裂压力梯度低，有高压水层和低压气层，含有H2S及CO2，呈泥质砂岩；在一些地层还存在微裂缝，这些砂岩中有页岩夹层，具有圈闲水气，在钻井过程中会漏失大量矿物油基泥浆。所有这些特征使得过去初次注水泥作业失败，其原因在于水泥浆设计不合理，以及水泥浆性能不适合处理以上井况。统计数据显示，在该气田有三分之二的气井未能成功开采，原因是漏失问题，需要补注水泥以控制水／气窜流。目前设计出的超轻水泥浆除了能抗H2S和Co2腐蚀外，还具有优良的力学性能（韧性和强度）。第一种密度为9．2ppg的超轻水泥浆在2003年初次用于San Joaquin气田，通过测井显示，具有极好的层间封固性。之后，在Anaco地区18口不同的气井内使用了密度为9～11ppg的超轻水泥浆，测井显示出极好的层间隔离性，水气窜小，胶结性良好。

ANACO浅层气固井气窜分析与固井工艺技术

ANACO气田位于委内瑞拉东北部,天然气储量丰富,约占委内瑞拉天然气总产量60%。但该气田具有储层结构复杂,气、水层自上而下分布广,地表以下分布着多套不同压力体系的气层,具有地层破裂压力低,孔隙压力高,安全压力窗口窄等特征;部分区块有高压气、水圈闭层,形成异常高压气窝和水带,能量大,压力高。钻井通常为五开井身结构,以封固不同压力体系地层。上部一开~三开浅层高压气固井,受地层承压能力限制,缺乏有效的井口环空压力补偿和控制手段,难以发挥多凝压稳水泥浆体系优势;上部井眼尺寸大,顶替效率低,易发生环空混窜,使水泥浆受到污染,加上水泥浆防气窜性能差及胶凝失重等因素的作用,导致固井封隔质量差,使环空气窜、井口冒气现象时有发生,严重影响气田开发。通过对水泥浆稳定性、静胶凝强度和SPN性能系数等防气窜能力的实验研究,控制水泥浆静胶凝强度发展的风险区间小于25 min、SPN小于3,并采取在大尺寸套管固井以0.55 m^3/min的低排量进行塞流注替作业,以及套管外环空插管回注高密度防气窜水泥浆,置换混窜污染水泥浆并实现双凝压稳作用等工艺技术措施,取得了良好的防漏、压稳、防窜效果,成功解决了ANACO气田浅层气固井封固质量问题。

徐深气田固井技术

徐深气田是目前保证大庆油气产量稳中求升的主要接替区块之一,针对现在国内外深层气固井技术发展现状,结合大庆油田徐深气田地质特征,展开了徐深气田固井技术研究,通过一系列室内研究、现场应用取得了突破性的进展,并形成了一套稳定的固井体系和配套措施。

临兴地区浅层气井钻固井技术研究与应用

针对临兴地区上部压力高下部压力低、浅层气地层成岩性较差,可钻性好,造浆性强,钻进过程中易发生憋漏现象,固井作业需要全封,井底压力高,易发生漏失的问题。通过井身结构优化,采用一开导管封固技术、强封堵高密度钻井液技术、随钻压力控制技术、防气窜水泥浆+管外封隔器固井技术等,形成一套高效钻井技术,成功地解决了浅层气井开发难题,实现了安全、高效开发。

Thingadong-1复杂高压气井大尺寸套管固井技术

Thingadong-1井是缅甸D区块上的一口预探井,在钻至井深1 712.32 m处时发生了气侵溢流,用密度为1.48 g/cm3的钻井液建立了井下压力平衡。电测解释有水层14套、含气水层19套、气水同层1套、二开井底气层1套(裸眼测试)。下套管结束后循环钻井液时发生了失返性漏失,低排量间断性地泵入堵漏浆264 m3后静止堵漏46 h,堵漏成功(未验证井下承压能力)。施工后的水泥浆在失重状态下,气侵、水窜等因素易影响固井质量。应用低黏度、低切力先导钻井液,加重隔离液,微膨胀、非渗透、多凝阶梯密度防漏防气窜水泥浆体系等技术措施,完成固井施工作业。在施工中漏失5 m3水泥浆,随着水泥浆的漏失,浆体中的橡胶堵漏剂和纤维堵漏剂发挥了防漏堵漏效果。产层段封隔优质,满足了测试要求。

缅甸PATOLON-2复杂气井固井技术

PATOLON．2井在钻井的过程中多次发生钻井液失返性漏失。在边堵漏边钻进时遇高压气层，发生井涌。当压井液密度高于1．30g／cm^3时中上部井段漏失，而压井液密度低于1．42g／cm^3时井下气侵严重，形成了下吐上漏复杂的井下条件。为完成地质测井和0339．7mm技术套管的固井作业，电测及固井前上部0～1345m井段采用密度1．30g／cm^3钻井液，1345m～井底采用密度2．00g／cm^3的钻井液。采取了非常规的正、反注水泥作业，实现了固井过程中的替净、压稳、防漏和防气窜等要求，结合先导钻井液，加重隔离液，微膨胀、防漏、防气窜水泥浆体系和上下双胶塞等固井工艺措施，完成了复杂地质条件下高压气井的固井作业，固井质量优质。该井固井施工的顺利进行，对类似复杂井固井，有一定的参考意义。

川中蓬莱气区超深短尾管悬挂固井技术

四川盆地川中蓬莱气区灯影组储层埋深超7000 m,PS1井是区域内一口风险探井,目的尾管段固井施工中存在的主要难点为:①裸眼段井径不规则,大肚子井段多,水泥浆量少,冲洗时间短,顶替效率难以保证;②井底温度163℃,气层离喇叭口近,水泥浆需具备抗高温防强度衰退、防气窜、强度发展快等性能;③尾管下入井深超7000 m,尾管段长422 m,重量较轻,倒扣丢手是否成功难以验证,对尾管悬挂器质量及操作要求高。针对存在难点,通过增加冲洗隔离液体积量、强化扶正器安放以提高套管居中度来保证顶替效率;采用加砂柔性防气窜水泥浆体系,并配合憋压候凝的方式,确保水泥浆压稳气层;尾管悬挂器中心管长度加长至2.8 m,降低超深短尾管倒扣丢手验证难度。该井采用∅127 mm尾管悬挂固井,施工顺利,固井质量一界面合格率95.33%,二界面合格率100%,该系列技术在后续2口井进行了推广应用,固井施工顺利,且固井质量良好,为类似超深活跃气层短尾管悬挂固井提供技术借鉴。

提高大庆浅气区调整井固井质量技术研究

针对大庆喇嘛甸油田北东区块和采油四厂杏7区块浅层气及气顶气发育易发生固井窜槽和气窜,严重影响固井质量的技术难题,大庆油田钻探工程公司钻井二公司应用双凝水泥浆和低温浅层防气窜两套水泥浆体系,并根据地层压力分布情况采用套管外封隔器固井技术,制定了"压稳"和"防窜"相结合来提高固井质量的技术措施,实现了该区块完井安全和固井质量的双重保障。采用该技术后喇嘛甸气库区固井优质率达到94.23%,提高了2.5个百分点;采油四厂杏7区块固井优质率达到90.14%,提高了10.14个百分点。应用结果表明,这套技术措施能够大幅度提高大庆油田浅气区调整井固井质量,应用前景广阔。

桥口油田深探井固井技术研究

桥口油田是目前中原油田深层气开发的重点区块之一 ,该地区由于油气层埋藏深 ,分布广 ,井底温度高 ,在固井过程中易发生油气窜槽 ,在高温条件下水泥石强度也会急聚衰退。针对桥口油田固井的特点 ,着重分析研究了高温高压条件下的防气窜水泥体系 ,提出了一些有针对性的技术措施 ,通过 1 999年以来 1 0口井的固井实际应用 ,达到了固井一次合格率1 0 0 % ,优质率 70 %的良好效果 ,固井技术在该地区日臻完善。

镇平277-2浅层漏失水平井固井技术

镇平277-2井是浅层漏失水平井,因底层压力低、孔隙发育,在钻井过程中发生多次漏失,使固井水泥返高难以保证;水平井段不测井径,水泥量难以把握;套管在重力和弯曲应力作用下,贴靠井壁,套管居中度差;岩屑在重力作用下沿井眼径向沉降在井眼下侧,且采用油基钻井液钻井,致使顶替效率低,严重影响水泥与地层及管柱的胶结强度。由此提出了一系列固井技术措施,进行了冲洗隔离液设计,采用防漏、低失水量、零析水、高沉降稳定性、微膨胀水泥浆体系,避免了水泥石体积的收缩,应用复合流态顶替、下套管摩阻预测、合理选择及安放扶正器等技术,获得了较好的固井质量。

阜东5井区不下技术套管固井技术研究与应用

阜东5井区位于准噶尔盆地中央坳陷阜康凹陷东斜坡北74井北侏罗系头屯河组岩性圈闭。该井区简化井身结构采用二开结构,裸眼井段增加。根据测井和录井显示在2720-2891m井段为油气显示段,气测值由18000升至56000ppm,部分井地层有出水现象,对水泥浆抗水侵、防气侵的性能要求较高。由于二开采用复合井眼井径不规则,井壁虚泥饼和井筒岩屑不易携带干净,存在着下套管下不到底,固井施工时出现蹩泵的风险。通过分析研究,总结出一套适合长裸眼井段不下技术套管的配套工艺技术,全年完成8口探井固井作业,固井质量合格率100%,优质率82%。