MTA方法防气窜固井技术在涩北气田的应用

柴达木盆地涩北气田为第四系疏松砂岩气藏,气层分布段较长,浅层气窜问题突出,尤其是固井二界面的胶结质量难以保证.为此,拟采用在油井中成功应用的泥饼仿地成凝饼（mud cake to agglomerated cake,简称MTA）方法来解决气层段固井防气窜难题.该方法分为3个步骤：①分别对GM-Ⅱ型泥饼改性剂与钻井液流变性、GA-Ⅲ型凝饼形成剂与水泥浆稠化时间进行了室内评价,观察其对钻井液流变性、固井水泥浆稠化时间的影响;②钻开气层前在钻井液中缓慢加入一定量GM-Ⅱ型泥饼改性剂,并维持此比例至完井;③以GA-Ⅲ型凝饼形成剂为基础配制3 m3前置液,确保它与井壁泥饼的接触时间达到1.5～2 min.开展了6口井施工作业,生产现场固井施工一次成功率达100％,固井质量一次合格率达100％,固井一、二界面胶结质量优质率分别为95.16％～100％,80.01％～98.11％.采用MTA方法防气窜固井技术,可使固井二界面胶结强度大幅度提高6.53～23.21倍,为解决浅层气井固井质量问题提供了新的技术手段.

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。

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。

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。

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。

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。