塔北YK5井超深井尾管固井水泥漿技術(shù)

胡晉軍, 宋本嶺, 張 偉, 黃志剛

(中國(guó)石油海洋工程有限公司渤星公司)

隨著塔里木油田塔北地區(qū)的勘探開發(fā)，井深超過7 000 m的超深井逐漸增多，超深井井下條件復(fù)雜，固井難度大，固井質(zhì)量差。該地區(qū)以往固井一般采用微珠加高溫緩凝劑結(jié)合其它基礎(chǔ)材料形成的水泥漿體系。微珠水泥漿沉降穩(wěn)定性差，水泥石強(qiáng)度降低；高溫緩凝劑對(duì)溫度比較敏感，中低溫條件下水泥漿超緩凝情況嚴(yán)重；水泥漿受鹽水鉆井液體系污染嚴(yán)重；這導(dǎo)致該地區(qū)超深井的固井質(zhì)量較差。需要優(yōu)選形成一套解決塔北地區(qū)超深井固井難題的水泥漿技術(shù)。

一、固井難點(diǎn)分析及技術(shù)對(duì)策

1.固井難點(diǎn)分析

(1)超深井井底溫度、壓力高。該井電測(cè)井底靜止溫度154℃，循環(huán)溫度139℃，井底壓力90 MPa。高溫高壓條件下對(duì)水泥漿體系的性能要求高[1]。

(2)多套壓力層系。裸眼段存在三套壓力層系，三開穿過石炭系、志留系進(jìn)入奧陶系。固井過程中低壓力層易發(fā)生漏失[2]。

(3)封固段長(zhǎng)，封固段上下溫差大。封固段長(zhǎng)2 544.5 m，固井時(shí)漏失風(fēng)險(xiǎn)高；封固段上下溫差55.6℃，頂部水泥漿稠化時(shí)間長(zhǎng)，水泥石強(qiáng)度受影響。

(4)小間隙尾管。裸眼段下部?168.3 mm井眼與?139.7 mm套管接箍單邊間隙7.32 mm，重疊段上層套管與?139.7 mm套管接箍單邊間隙9.11 mm和12.26 mm，固井時(shí)憋堵風(fēng)險(xiǎn)高，為防止憋堵，固井注替排量小，影響頂替效率；施工時(shí)間長(zhǎng)，水泥漿稠化時(shí)間長(zhǎng)，水泥石強(qiáng)度發(fā)展緩慢。

(5)水泥漿受鉆井液污染嚴(yán)重。水泥漿流動(dòng)行程長(zhǎng)，水泥漿與鹽水鉆井液摻混受污染嚴(yán)重，影響施工安全，對(duì)隔離液的性能要求高。

(6)復(fù)合井眼。二開使用鉆頭?241.3 mm鉆進(jìn)至井深6 735 m，由于井下復(fù)雜情況，下復(fù)合套管?200.3 mm×10.92 mm×(0～4 888.77 m)+?206.38 mm×17.25 mm×(4 888.77～5 251.3 m)后，完成二開固井施工。三開使用?168.3 mm鉆頭鉆進(jìn)至井深7 044.5 m完鉆，產(chǎn)生“大肚子”“糖葫蘆”井眼。封固段井眼兩頭細(xì)中間粗，中間大井眼處易發(fā)生混漿污染及竄槽，影響施工安全及固井質(zhì)量。

2.技術(shù)對(duì)策[3]

(1)針對(duì)超深井井底溫度、壓力高，長(zhǎng)封固段頂部水泥漿超緩凝等問題，需要優(yōu)選高耐壓減輕增強(qiáng)材料、抗高溫緩凝劑及抗高溫降失水劑形成綜合性能良好的抗高溫高耐壓大溫差水泥漿體系。

(2)針對(duì)封固段不同壓力層系漏失風(fēng)險(xiǎn)，采用雙密度漿柱結(jié)構(gòu)，領(lǐng)漿采用1.40 g/cm3的低密度水泥漿降低液柱壓力防止井漏，尾漿采用1.90 g/cm3的常規(guī)水泥漿保證下部井段固井質(zhì)量。

(3)針對(duì)注替行程長(zhǎng)、水泥漿受污染嚴(yán)重、竄槽等問題，需要優(yōu)選抗高溫抗鹽沖洗劑配制綜合性能良好的高抗污染隔離液。要求密度達(dá)到1.37 g/cm3，流動(dòng)性能良好，高溫下穩(wěn)定性良好，與鉆井液及水泥漿有良好的相容性；作為前隔離液、后隔離液、中間保護(hù)液分段注入；防止水泥漿污染影響施工安全。

(4)針對(duì)小間隙尾管固井憋堵風(fēng)險(xiǎn)高，注替排量受限，復(fù)合井眼頂替效率低等難題；加放旋流剛性扶正器，并應(yīng)用壁面剪應(yīng)力理論，優(yōu)化入井流體動(dòng)切力，提高頂替效率。

二、水泥漿體系優(yōu)選

根據(jù)YK5井三開井下條件，采用抗高溫高耐壓大溫差水泥漿體系。

1.水泥漿材料的優(yōu)選[4]

1.1 高耐壓減輕材料的優(yōu)選

通過表1性能對(duì)比，減輕增強(qiáng)材料BCE-610S可有效降低水泥漿密度并可增強(qiáng)水泥石的強(qiáng)度，耐壓達(dá)100 MPa，綜合性能好。因此優(yōu)選BCE-610S作為該水泥漿體系的減輕材料。

表1 減輕材料性能對(duì)比

1.2 高溫緩凝劑的優(yōu)選

通過表2試驗(yàn)對(duì)比，高溫緩凝劑BCR-260L摻量敏感性適中且大溫差下頂部強(qiáng)度發(fā)展快。因此優(yōu)選BCR-260L作為該水泥漿體系的緩凝劑。

1.3 高溫降失水劑的優(yōu)選

通過表3試驗(yàn)對(duì)比，降失水劑BXF-200L及BCF-200S滿足抗高溫性能要求。BXF-200L作為液體材料有利于改善水泥漿的流動(dòng)性能。因此優(yōu)選出BXF-200L作為該水泥漿體系的緩凝劑。

表3 降失水劑性能對(duì)比

由此，高耐壓減輕增強(qiáng)材料BCE-610S配合高溫緩凝劑BCR-260L、高溫降失水劑BXF-200L及其它材料形成了滿足要求的BCE型抗高溫耐壓大溫差水泥漿體系。

2.隔離液材料的優(yōu)選

根據(jù)YK5井三開井下鉆井液特點(diǎn)，采用高抗污染隔離液。試驗(yàn)溫度90℃，要求密度1.37 g/cm3的隔離液，頂端和低端密度差小于0.05 g/cm3；抗鹽能力可以達(dá)到30%(BWOW)；與鉆井液及水泥漿相容，能夠稀釋和改善水泥漿流變性；通過改變懸浮劑和稀釋劑的摻量可以調(diào)節(jié)隔離液的流變性。

沖洗劑的優(yōu)選見表4。

表4 抗高溫沖洗劑性能對(duì)比

通過對(duì)比，沖洗劑BCS-110L有較強(qiáng)的潤(rùn)濕翻轉(zhuǎn)特性，有利于改善隔離液的流動(dòng)性能，因此優(yōu)選出BCS-110L作為該隔離液的沖洗劑。配合稀釋劑BCS-021L及其它材料形成了流變性能良好的BCS型高抗污染隔離液。

三、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

1.BCE型抗高溫耐高壓水泥漿體系

(1)低密度領(lǐng)漿。體系配方：阿克蘇G級(jí)水泥+25%硅粉+75%減輕增強(qiáng)材料BCE-610S+12%降失水劑BXF-200L+5.5%緩凝劑BCR-260L+4%減阻劑+0.1%消泡劑+110%水+16.5%鹽。

水泥漿性能：水泥漿密度1.40 g/cm3；稠化時(shí)間(139℃×90 MPa×90 min)534 min；密度高點(diǎn)1.44 g/cm3；稠化時(shí)間492 min；初始稠度19Bc；游離液0 mL；失水量42 mL；沉降穩(wěn)定性0.03 g/cm3；48 h頂部(94℃)抗壓強(qiáng)度7.5 MPa。稠化曲線見圖1。

圖1 低密度領(lǐng)漿稠化曲線圖

(2)常規(guī)密度尾漿。水泥漿體系配方：阿克蘇G級(jí)水泥+35%硅粉+6%降失水劑BXF-200L+4%緩凝劑BCR-260L+4%減阻劑+0.1%消泡劑+53%水+7.95%鹽。

圖2 常規(guī)密度尾漿稠化曲線圖

水泥漿性能：水泥漿密度1.90 g/cm3；稠化時(shí)間(139℃×90 MPa×90 min)375 min；溫度高點(diǎn)144℃；稠化時(shí)間297 min；初始稠度16 Bc；游離液0 mL；失水量45 mL；沉降穩(wěn)定性0.02 g/cm3；24 h頂部(154℃)抗壓強(qiáng)度26.4 MPa。稠化曲線見圖2。

2.BCS型高抗污染隔離液

隔離液配方(BWOW)：水+5%沖洗液BCS-110L+6%懸浮劑+2%稀釋劑+10%降失水劑+5%緩凝劑+0.3%消泡劑+15%鹽+45%加重劑。按照不同比例進(jìn)行摻混試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)條件：139℃×90 MPa×90 min，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 相容性試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

分析得出，水泥漿與鉆井液污染試驗(yàn)稠化時(shí)間未能滿足安全施工要求，通過應(yīng)用BCS高抗污染隔離液對(duì)水泥漿與鉆井液進(jìn)行隔離，其污染稠化時(shí)間達(dá)到了安全施工要求。

3.優(yōu)化入井流體流變參數(shù)

通過優(yōu)化入井流體的流變參數(shù)(見表6)，隔離液的動(dòng)切力大于鉆井液的動(dòng)切力，保證隔離液對(duì)鉆井液的有效驅(qū)替，有效驅(qū)替大井眼處不參與流動(dòng)的鉆井液，降低的竄槽風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)隔離液具有一定的懸浮性能充分?jǐn)y帶井眼內(nèi)的巖屑，清潔井眼，降低蹩泵風(fēng)險(xiǎn)。領(lǐng)漿的動(dòng)切力大于隔離液的動(dòng)切力，有效驅(qū)替隔離液；且領(lǐng)漿的流動(dòng)性好可以對(duì)井壁的濾餅進(jìn)行有效沖刷剝離，攜砂能力強(qiáng)可以清潔井內(nèi)的濾餅及砂子，提高膠結(jié)質(zhì)量。尾漿的動(dòng)切力大于領(lǐng)漿的動(dòng)切力，有效驅(qū)替領(lǐng)漿，提高頂替效率。

表6 入井流體流變性能

4.應(yīng)用與效果

該水泥漿體系及隔離液各項(xiàng)性能滿足固井設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)要求，塔北YK5井三開尾管固井，隔離液注入15 m3，低密度水泥漿注入51 m3，常規(guī)密度尾漿注入15 m3，固井施工正常，電測(cè)質(zhì)量?jī)?yōu)良，固井質(zhì)量?jī)?yōu)于以往的水泥漿。

四、結(jié)論

(1)以耐高壓減輕增強(qiáng)材料BCE-610S、高溫緩凝劑BCR-260L及高溫降失水劑BXF-200L為主劑調(diào)配的BCE型抗高溫耐壓大溫差水泥漿體系具有良好的綜合性能，能夠滿足塔北地區(qū)超深井高溫高壓長(zhǎng)封固段小間隙尾管固井需求。

(2)以抗高溫抗壓沖洗劑BCS-110L為主劑調(diào)配的BCS型高抗污染隔離液抗污染性能良好，能夠有效解決塔北地區(qū)鹽水鉆井液對(duì)水泥漿污染影響施工安全的問題。

(3)應(yīng)用避免剪應(yīng)力理論優(yōu)化入井流體流變參數(shù)，使隔離液動(dòng)切力大于鉆井液動(dòng)切力，領(lǐng)漿動(dòng)切力大于尾漿動(dòng)切力，能夠有效提高頂替效率，能有效提高塔北地區(qū)復(fù)雜超深井小間隙尾管固井提高固井質(zhì)量。