新安边油田双级固井设计优化

俞忠宝，沙丽红，余海棠

(1.延长油田股份有限公司 开发部;2.延长油田股份有限公司 技工学校，陕西 延长 716000)

1 新安边油田概况

新安边油田位于陕西省定边县，与吴起县交界，主要开发区在新安边镇东南部。地面海拔1403 m－1846 m，属典型的黄土塬地区。油田属低压、低渗、致密油藏，其封固段的主要特点为油层段长、层间水活跃、上部地层承压能力低。延安组、延长组长6油层普遍含油，洛河组、延安组、延长组均有多段水层，全井地层孔隙压力梯度为0.0112 MPa/m，油层破裂压力梯度为0.016 MPa/m，存在着严重漏失问题，主要发生在中生界白垩系洛河组、延安组底部、延长组。其地层层序表见表1。

2 新安边油田固井施工所遇问题及原因分析

新安边油田特有的地层特点使其在固井施工中会有如下难点:

1)祼眼段长、层系多，油、气、水活跃，压稳需相对较高的水泥浆比重。

2)油层段跨距大，为了保障油层段水泥环足够的强度，常规比重水泥浆需求量大。

3)低漏失压力层段多，防漏需较低的水泥浆比重。

4)封固段长，施工压力、流动阻力相对较大。

由于以上难点的存在，在固井施工易出现的主要问题为:

1)油层段声幅幅值普遍较高。

2)多个层位出现漏失现象，水泥返高达不到设计要求。

新安边油田固井施工中，出现问题的原因主要有以下几点:

1)分级箍位置不合理。其分级箍安装在延长组长4+5以上200 m左右，距下部油层200 m，为了保证油层段水泥环强度，一级和二级固井的下部必须使用常规密度水泥浆，致使井筒液柱压力大。

2)低密度水泥浆密度值偏高。使用密度为1.4－1.5 g/cm3的微硅低密度水泥浆体系，与钻井液1.07 g/cm3的密度存在较大差值，在现技术能力条件下，仍有下调的空间。

3)常规水泥浆性能较差，水泥浆稠化时间偏长，易发生油、气、水侵现象;在正压差的作用下，水泥浆失水量大，影响水泥石强度。

表1 新安边油田地层层序表

3 双级固井技术

分级固井技术是深井、复杂井常用的一种固井工艺，通过使用专用的固井工具—分级箍，可按需要将环空水泥分隔成两段或多段进行注水泥作业。采用分级注水泥器进行分级注水泥作业，可降低环空静液柱压力，从而减少作业中发生井漏的可能性，降低施工压力，缩短一次注水泥施工时间，同时还可防止或减少水泥浆失重造成的油气水上串，有利于提高固井质量［1，2］。除此之外，还可选择最佳的水泥封固井段，节约水泥，降低固井成本。

在双级固井作业中，双级箍安防位置是作业成败的关键。由于新安边油田区域井漏失层段较长，无固定井深，不能确切掌握漏层数日、吸收量和漏速，在详细调查漏频顺序、漏失压力当量密度均值、平均漏层底深、井底静止温度基础上，提出分级箍安放的4个设计原则:

1)有助于提高封固水泥浆密度并防止井漏;

2)有助于减少水泥浆设计困难;

3)有助于提高裸眼段顶替效率;

4)有助于分级箍通过试压和确保密封。

其技术要求如下:

1)自位于主漏层以上，一级水泥浆可返至分级箍以上150－200 m而不压漏主漏层;

2)位于岩性稳定地层井径规则处;

3)两级水泥封固裸眼长度接近。

根据堵漏井口稳压值和钻井液密度，可以推算出主漏层以上超返水泥长度，进而可在主漏层顶界至超返水泥顶界间确定合适的分级箍位置。

此外，根据现场作业经验，由于分级箍安装在延长组长4+5以上200 m左右，距下部油层200 m，为了保证油层段水泥环强度，一级和二级固井的下部必须使用常规密度水泥浆，致使井筒液柱压力大，从而导致漏失。针对固井过程中发生漏失和油层段封固质量差的问题，对固井设计进行了优化，调整了分级箍位置，将分级箍位置上调，安装在延安组油层底以下50－80 m。同时，两级固井均采取双密度水泥浆体系，优化了水泥浆配方，调整了水泥浆的密度和稠化时间等性能参数，环空液柱压力有所降低，漏失问题得到了解决，固井质量达到了要求。

4 固井水泥浆体系

为了进一步解决目标区域的固井作业漏失问题，水泥浆应尽可能具有较低的密度，减少静液柱压力，防止松软地层破裂，保证水泥浆返出地表面，实现良好的封固。从目前低密度水泥浆的研究和应用情况来看，要获得较低的密度，主要是通过加入部分轻质充填物并适当增大水灰比来得到低密度水泥浆，而水泥被部分轻质充填物代替和增大水灰比这两个因素都不利于低密度水泥浆体系的抗压强度，应主要从外加材料的研究入手。对于水泥中的轻质充填物，最好是具有较高的活性(潜在活性)的物质，如粉煤灰、微硅、高炉矿渣等物质，以便减弱降低密度和获得较高强度之间的对立关系［3－5］。

4.1 颗粒级配原理

作业区域固井采用微硅－漂珠低密度水泥浆体系，其主要利用颗粒级配原理优化水泥与低密度充填材料之间的粒度分布，使材料之间的堆积比例达到最大，减少材料颗粒之间的空隙，从而降低水灰比，提高水泥浆体系的整体性能。漂珠颗粒密度只有0.7 g/cm3左右，颗粒直径大(平均粒径150－250×10－6m)，在水泥浆中会产生大于自身重力的浮力而上浮，使水泥浆体系失稳产生分层，固井时会造成封固段上部封固不良。微硅的平均颗粒直径0.15×10－6m，远比水泥和漂珠小，所以微硅有巨大的比表面积(15－25 m2/g)，因而与水泥混合时需要大量的水来润湿其表面，对水灰比的敏感性较强，加量与降低密度的效率也受到限制。微硅－漂珠低密度水泥浆体系正是利用漂珠和微硅各自的优点，而且又能互相克服对方的缺点，微硅颗粒小能够充填在漂珠和水泥颗粒之间的空隙，正好符合颗粒级配原理。

4.2 水泥浆综合性能

低密度水泥浆在保证低密度性能同时，必须具备较好的强度性能以及较小的失水才能满足现场作业需求，表1为原作业水泥浆的综合性能。

表2 原作业水泥浆综合性能

由表2知，原两级作业水泥浆密度均较高，特别是一级注水泥密度明显偏高，容易压漏地层，应考虑用低密度或常规密度与低密度结合的方式来缓解。水泥浆的失水偏大，低密度水泥浆达到了300 mL，这会导致浆体变稠，泵压增加，造成现场作业安全事故。此外，低密度强度也偏低。

相比之下，整体优化后的水泥浆综合性能有了明显提高，如表3所示，水泥浆的抗压强度有了提高，失水显著降低。而且优化施工工艺，将一级注水泥分为常规密度和低密度两部分，降低了浆体的液柱压力，避免了压漏事故的发生。

表3 优化后作业水泥浆综合性能

水泥浆配方:

一级常规水泥浆:宁夏赢海G级水泥+2.5%G335+0.5%G201+0.3%USZ;

一级低密度水泥浆:宁夏赢海G级水泥+20%漂珠+5%微硅+3%G335+0.8%USZ;

二级常规水泥浆:宁夏赢海G级水泥+2.5%G335+0.5%G201+0.3%USZ;

二级低密度水泥浆:宁夏赢海G级水泥+40%漂珠+8%微硅+3%G335+0.8%USZ。

5 几点认识

1)在双级固井作业中，双级箍安放位置是作业成败的关键，通过调整双级箍的位置，有效解决作业中存在的瓶颈;

2)进一步优化原有低密度水泥浆，使其综合性能更加优越，更能够满足现场固井需求。

［1］李宝贵.双级注水泥技术在低压易漏探井中的应用［J］.新疆石油科技，2002，4(12):5－6.

［2］王小利，李恒明，于珊.分级注水泥装置的使用及推广［J］.西部探矿工程，2007(1):62－63.

［3］刘崇建，黄柏宗，徐同台，等.油井注水泥理论与应用［M］.北京:石油工业出版社，2001.

［4］张德润.张旭.固井液设计及应用［M］.北京:石油工业出版社，2002.

［5］冯京海，程远方.高强度低密度水泥浆体系的研究［J］.钻井液与完井液，2007，24(5):44－46.