提高固井二界面胶结质量技术

1、提高固井二界面胶结质量技术在定向井中的有效应用杨立明 摘要：随着胜利油田许多区块进入开发后期，调整井和注水井数量大幅度增加，造成地层压力系统复杂，钻井液密度窗口过窄，钻井液、固井液易大量漏失，从而严重影响固井胶结质量；由于施工的水平井、定向井越来越多，套管难于居中，严重影响了水泥浆顶替效率，影响固井质量。为了切实提高难动用储层油气井和老区复杂调整井的固井质量，有效解决层间窜流问题，将一体化工作液提高固井二界面胶结质量技术应用在油田实际勘探开发中，以满足油田改造和增产措施的需要，提高油田开发效益和石油采收率。关键词：一体化工作液 潜胶凝材料 二界面 胶结质量 一、一体化工作液提高固井二界面胶结质

2、量技术的作用原理1、一体化工作液的主要组成一体化工作液是兼顾钻井、固井两大功能的油田工作液，它采用第一组分潜胶凝材料和膨润土、其它钻井液助剂及水配制成适于长期循环的钻井液流体，该钻井液流体在钻井过程中具有常规钻井液的各种功能，潜胶凝材料在此时是惰性的（对钻井液的密度、粘度等性能有轻微的影响，可通过常规的调整方法使钻井液达到工程要求的性能）；钻井完成后，不仅钻井液中含有潜胶凝材料，而且井壁泥饼中也沉积有潜胶凝成分，然后在完井钻井液中再次补充适量的活性材料并加入第二组分激活剂或聚合物等，使工作液泥饼能够凝结固化，完成一次注水泥作业。 2、一体化工作液的主要技术特点一体化工作液技术的实质就是将钻井液

3、和固井液变为一个连续的整体，即钻井时是钻井液，完钻下套管后就是泥饼可固化的固井液。因此一体化工作液技术具有许多优势，其主要特点如下：由于钻井液中含具有潜在活性的特殊材料，所以在长期循环中，整个井眼都充满了含有这种特殊材料的钻井液，而且泥饼中也聚积了大量的特殊材料，这样井眼规则度、渗透性地层的泥饼对固井液与地层的胶结影响小，从而可以避免常规水泥浆固井出现在水泥石、泥饼和地层之间形成类似于“三明治”的结构，从而提高固井二界面胶结质量。该技术特别有利于提高定向井、水平井、开窗侧钻井易形成厚泥饼的地层、窄间隙井和糖葫芦井段的界面封固质量。作为钻井液时，通过控制具有潜在活性的特殊材料的粒度分布，可以封堵

4、微裂隙地层的漏失通道，提高地层的完整性和承压能力，有利于井壁稳定和保护油气层及预防地层漏失。不需要常规固井使用的冲洗液和隔离液。3、一体化工作液提高固井二界面胶结质量的作用机理探讨国内许多学者对水泥固化体界面过渡层进行了深入的研究，认为固井水泥界面存在过渡层，除了泥饼因素外，主要是由于水泥浆与井壁表面自由水形成水膜层而成的，离子半径小的Ca2+容易扩散，移动到界面水膜层，在过渡层析出的水化物主要是Ca（OH）2，并呈结晶的定向排列。Ca（OH）2与C-S-H凝胶相比，结晶粗大，比表面积小，强度也低，如果表面形成的水膜层过厚，很容易变成空隙。一体化工作液中的潜活化胶凝粉材料含有大量活性微细矿物，

5、可以有效改善过渡层性质。胶凝材料通过活性激发剂和活性调节剂激活作用，活化胶凝材料玻璃体表面的Ca2+、Mg2+与OH-反应生成Ca（OH）2、Mg（OH）2 ，使玻璃体表面破坏，活化胶凝粉玻璃体网络结构中含钙多的连续相中的Ca-O、Mg-O键受到 OH-破坏后，为OH-进一步进入玻璃体内提供了必要的通道，而激活剂中的Na+，、K+等与Ca2+、Mg2+进行替换，连接在Si-O键上，这样就实现了对玻璃体网络结构的破坏，形成大量的活性SiO2，其中的活性SiO2和活性Al2O3能够通过活性反应吸收水化反应过程中产生的Ca(OH)2晶体，转化成耐冲蚀CaOSiO2的水化产物，其水化反应式:活性SiO

6、2+ m1Ca(OH)2+ nH2Om1CaOSiO2nH2O活性Al2O3+ m2Ca(OH)2+ nH2Om2CaOAl2O3nH2O虽然过渡层Ca（OH）2晶体不断的形成，能迅速被溶解，不断的形成C-S-H凝胶沉积，并和已形成的水化硅酸钙产生二次水化反应，使浆体逐渐变稠、硬化，浆体就逐渐由粘塑性向弹塑性最后向脆性发展，强度迅速增加，在新生的水化胶结界面，消除了削弱界面胶结强度的隐患，从而提高二界面的胶结质量。二、一体化工作液的性能评价1、安全钻井问题含有潜活性特殊材料的一体化工作液在钻井期间完全满足安全钻井要求。室内选用抑制性聚合物钻井液作为工作液的基液，优选出一体化工作液材料，基本配方

7、：现场井浆流型调节剂潜活化胶凝粉降失水剂，活性激发剂和活性调节剂固井时使用。通过对一体化工作液流变性、滤失性、润滑性等进行试验，确定各种材料的最优加量，工作液性能见表1。表1 一体化工作液的室内综合性能配方g/cm3FVsPVmPa.sYpPaG10s/10minPa/PaFLmlHTHPFLml泥饼mmPH1#1.1446176.51.575.413.40.5102#1.18531881.575.213.60.610.53#1.2355165.5255.111.60.710.54#1.2856208275.511.80.710.5从表1可已看出，一体化工作液作为钻井液时性能完全满足现场施工对

8、钻井液的要求。2、一体化工作液老化问题经过长时间钻井作业后，一体化工作液能保持原有的可固化潜活性性能，在固井施工时可有效激活。一体化工作液在加入活化胶凝粉以后，工作液的钻井液性能是否会受到影响，是否会提前活化固结或失去活性，在室内通过进行静止存放和模拟井下温度时的滚动老化实验进行验证。表2 含活化胶凝粉的一体化工作液老化后的性能活性材料含量实验条件g/cm3PV，mPa.sYpPaAPI FLmlPH0135滚动48h1.061776.2910%135滚动48h、3.5MPa1.151875.310室内模拟现场升温、放置30天后2085.31020%135滚动48h、3.5MPa1.28197

9、.5510室内模拟现场升温、放置30天后2485.210.5从实验可知，30天后钻井液流动性好，各项钻井液性能指标合适，潜活性胶凝材料处于惰性状态，对钻井液性能无大的影响。3、泥饼固化问题一体化工作液被激活固化时，能使泥饼、水泥浆同步固化。老化后将泥饼进行固化，由于一体化工作液的泥饼内部含有胶凝成分，激活剂通过扩散渗透作用进入泥饼使泥饼固化，而且由于滤失， 泥饼内部的活化胶凝粉浓度偏高，固化时强度有升高的趋势，此时的泥饼不仅不存在不相容问题，而且成为固化体不可分割的一部分，可以大幅度提高固井二界面胶结质量。三、一体化工作液提高固井二界面胶结质量技术在现场的应用1、提高固井二界面胶结质量技术在永

10、12-平20井的应用永12-平20井是部署在济阳坳陷东营凹陷坨-胜-永断裂构造带永12断块的一口生产井 (老区水平井)，该井设计垂深1747.50m，A靶垂深1737.00m，B靶垂深1747.50m，AB靶间水平距离119.52m。完钻层位沙三段。钻探目的是完善注采井网，利用水平井控制面积较大的优势，开发永12块断块反向屋脊式油藏层沙二下321(设计分层沙三段，主要目的层相当于永12-37井1749.4-1752.4m的沙二下321层。）油层的剩余油储量，提高储量动用程度，为改善开发效果，提高采收率，对固井二界面胶结质量要求高，决定在16002102.64m（斜深）段采用提高固井二界面胶结质

11、量技术，提高封堵强度，增强其界面胶结力，本井二开在1300m改小循环并在1600米将钻井液转化为一体化工作液钻进，转化后的一体化钻井液具有良好的流变性，无固化、絮凝等现象，一体化钻进井段井径规则,平均井径扩大率为5.4%,平均机械钻速20.8m/h；固井采用激活剂激活和水泥浆辅助激活的技术进行水泥固井，综合激活的PH值大于13，固井液返至地面。固井后36h后声幅和变密度测井表明，固井合格率100%，其中二界面胶结质量优质率达80%以上，油层井段第一、二界面固井质量达到了优质标准。与邻井永12-平18、19井的二界面胶结质量形成了鲜明的对比。2、提高固井二界面胶结质量技术在营26-斜18井的应用

12、营26-斜18井是部署在济阳坳陷东营凹陷中央断裂背斜带营26断块的一口生产井 (老区斜井)，设计垂2375.00m，设计斜深2540.36，井斜设计44.93°，实际最大井斜47.67°，A靶垂深2135.00m，B靶垂深2260.00m，AB靶间水平距离120.42m，完钻层位沙三上，钻探目的是完善注采井网，主要目的层相当于营26-13井沙二段1砂组1小层- 6砂组4小层 2138.1-2336.9m井段为水淹层、油水同层及含油水层，对固井二界面胶结质量要求高，决定在20502100m（斜深）段采用提高固井二界面胶结质量技术，提高封堵强度，增强其界面胶结力，本井二开在15

13、00m改小循环并在2100米前将钻井液转化为一体化工作液钻进，转化后的一体化钻井液具有良好的流变性，一体化钻进井段井径规则,平均井径扩大率6.2%,平均机械钻速18.4m/h；采用激活剂激活和水泥浆辅助激活的技术进行水泥固井，综合激活的PH值大于13，固井液返至1088.3米。固井后36h后声幅和变密度测井表明，固井合格率100%，其中二界面胶结质量优质率达85%以上，油层井段第一、二界面固井质量达到了优质标准（与邻井营26-斜16、3井的二界面胶结质量对比提高幅度很大。3、永12-平20井、营26-斜18井与邻井相比预防水淹窜层的比较永12-平20井、营26-斜18井在投产后与邻井比较含水率

14、明显下降，可以说由于固井二界面质量的提高有效的预防了高低压油气水层的相互窜通，满足了油田改造和增产措施的需要，提高了油田开发效益和石油采收率（见下表）。永12-平20井、营26-斜18井含水率与邻井比较表序 号井 号日产液（m3）日产油（m3）含水率%1永12-平2032.421.4342永12-平19114.39.791.53永12-平18271.46.097.84永12-XX5营26-斜1817.71515.36营26-斜1626.1196.27营26-3241.2958营26-XX四、结论与建议、一体化工作液在作业时能够兼顾普通钻井液、前置液以及固井液的配套使用，通过加入潜在活性材料，钻井时作为钻井液，具有常规钻井液的功能，完钻后，通过激活剂和水泥浆辅助激活的综合激活技术使其形成的泥饼固化，可以大幅度提高固井二