水泥式附件在塔河油田的改進(jìn)與應(yīng)用

路飛飛，李 斐，赫英狀

(中石化西北油田分公司石油工程技術(shù)研究院)

塔河油田碳酸鹽巖儲(chǔ)層埋藏深，多為深井、超深井(6 000～7 000 m)，為滿足固井需求必須使用鋁合金附件，但附件掃塞時(shí)間長，不利于降低鉆井周期。為實(shí)現(xiàn)降本增效，決定對常規(guī)水泥式固井附件進(jìn)行改進(jìn)，替代鋁合金附件，縮短掃塞時(shí)間。目前，塔河油田已開始大規(guī)模應(yīng)用改進(jìn)型水泥式附件，為實(shí)現(xiàn)在分公司的全面推廣提供技術(shù)支撐。

一、問題分析

塔河油田深井、超深井多采用三級、四級或五級井身結(jié)構(gòu)，為防止附件在固井施工中發(fā)生異常，全井使用鋁合金固井附件[1]。但是鋁合金附件硬度大，PDC鉆頭無法掃凈，中完作業(yè)必須更換牙輪鉆頭，由此帶來以下影響：

(1)牙輪鉆頭掃除固井附件，機(jī)械鉆速低，掃塞時(shí)間長，降低鉆井時(shí)效。

(2)單獨(dú)更換牙輪鉆頭必須進(jìn)行一趟起下鉆作業(yè)，影響鉆井周期。

(3)隨井深增加，井身結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，鉆井開次越多，掃塞給鉆井周期帶來的影響越大。

針對此問題，對比鋁合金式和水泥式兩種附件特點(diǎn)：①鋁合金式附件加工周期短，但鉆塞時(shí)間長(1～2 h/只)；②水泥式附件鉆塞時(shí)間短(≤0.5 h/只)，但水泥強(qiáng)度發(fā)展緩慢，加工周期長。由于水泥式附件的掃塞優(yōu)勢，且井較淺，東部油田已廣泛使用[2-3]，而塔河油田井較深，受水泥式附件質(zhì)量影響而無法使用。因此，對水泥漿配方進(jìn)行改進(jìn)，以滿足深井、超深井固井要求。

二、水泥式附件性能改進(jìn)

1. 水泥式附件存在問題

為保證施工安全，塔河油田固井附件必須全部進(jìn)行反向承壓檢測[4]。前期水泥式附件?508～?127 mm尺寸范圍內(nèi)，反向承壓能力已達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SYT 5618-2009的最高等級(III級)[3-6]，但仍存在以下幾個(gè)問題：

(1)塔河油田深井、超深井溫度150℃～180℃，水泥石高溫下強(qiáng)度衰退，附件抗溫能力無法滿足固井要求。

(2)使用早強(qiáng)微膨脹抗?jié)B混凝土澆筑，附件滲透率仍然較高(>0.3 mD)，穩(wěn)壓期間會(huì)出現(xiàn)滲漏問題，清水試壓合格率較低。

(3)混凝土澆筑的“出汗”現(xiàn)象，也會(huì)增加滲透率，降低附件致密性和抗壓強(qiáng)度。

2. 水泥漿配方改進(jìn)

(1)選擇80目和120～180目硅粉復(fù)合[7-10]，既降低加砂粒度，增加吸水能力，又防止高溫下水泥石強(qiáng)度衰退。

(2)摻入二級粉煤灰[11]，增加需水率，吸收多余水分。

(3)對固相顆粒進(jìn)行粒度級配，增加水泥石致密性，并保證澆筑件性能均勻。

(4)加入納米液硅，它是平均顆粒粒徑為0.16 μm的懸濁液，不僅有充填作用，降低滲透率，還參與水泥水化反應(yīng)，增強(qiáng)水泥石強(qiáng)度。

將改進(jìn)配方在180 ℃×常壓條件下養(yǎng)護(hù)后，測試水泥石力學(xué)性能明顯改善：滲透率<0.01 mD，抗壓強(qiáng)度>45 MPa，具體數(shù)據(jù)如表1。使用超聲波靜膠凝強(qiáng)度分析儀測試高溫下水泥石強(qiáng)度在180 ℃×10 d條件下強(qiáng)度不衰退，如圖1所示。

表1 水泥石力學(xué)性能

注：①養(yǎng)護(hù)條件180 ℃×常壓；②水泥漿配方為G級+復(fù)合硅粉+粉煤灰+納米液硅+降失水劑+早強(qiáng)劑+膨脹劑+消泡劑+膨潤土+44%水。

圖1 180 ℃水泥石超聲波強(qiáng)度發(fā)展曲線

3. 改進(jìn)型水泥式附件

目前，塔河油田已應(yīng)用的改進(jìn)型水泥式附件，具有以下特點(diǎn)：

(1)閥體材料為工程塑料，填充材料為高強(qiáng)度致密水泥，可鉆性優(yōu)于鋁合金附件。

(2)具有良好的耐沖蝕性，反向承壓能力等級高，按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5618-2016規(guī)定[12]，除?339.7 mm附件壓力級別為II級，其余尺寸均達(dá)到III級；為保證施工期間附件處于最佳狀態(tài)，反向試壓時(shí)要降低一個(gè)等級，性能如表2。

(3)滿足150℃～180℃抗高溫需求。

表2 水泥式浮箍、浮鞋性能表

以塔河油田使用的最小尺寸固井附件為例，描述其清水試壓情況如下：?127 mm浮鞋反向試壓30.4 MPa，試壓5 min，壓降<0.5 MPa；?127 mm浮箍反向試壓30.5 MPa，試壓5 min，壓降<0.5 MPa，水泥式附件檢測合格率為100%。

三、現(xiàn)場應(yīng)用

1.管串組合

根據(jù)套管尺寸、井深和固井類型，合理設(shè)計(jì)各開次管串組合。

(1)除鉆開目的層前的最后一開次，其余開次固井質(zhì)量不影響儲(chǔ)層測試，可全部使用水泥式附件，管串組合：1個(gè)浮鞋+2個(gè)浮箍。

(2)為保證深井固井施工安全，鉆開目的層前的最后一開次固井和小尺寸尾管(?139.7 mm和?127 mm等)固井，使用“水泥式+金屬式”組合附件：1個(gè)水泥式浮鞋+1個(gè)水泥式浮箍+1個(gè)鋁合金浮箍。

2.現(xiàn)場應(yīng)用

2016年7月，水泥式固井附件在YK25井試驗(yàn)成功。目前，塔河油田新井已全井推廣使用水泥式附件，并推廣至順北油田表層套管固井中。無回壓閥失靈事故，直接使用PDC鉆頭掃塞，附件掃除難度顯著降低，較鋁合金材質(zhì)掃塞速度提高1.73倍，單井可節(jié)約鉆井周期1.29 ～5.25 d，鉆井綜合效率提高。至今，已累計(jì)節(jié)約鉆井費(fèi)用5 000萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

四、結(jié)論與建議

(1)通過改進(jìn)水泥漿配方，提高水泥式附件的力學(xué)性能和抗溫性，滿足了塔河深井、超深井固井要求。

(2)水泥式附件較鋁合金附件掃塞速度提高1.73倍，直接使用PDC鉆頭掃塞，單井節(jié)約鉆井周期1.29～5.25 d。

(3)繼續(xù)驗(yàn)證深井水泥式附件可靠性，實(shí)現(xiàn)所有開次全部使用水泥式附件固井，并將該技術(shù)全面推廣至順北油田。