调整井固井难点分析及水泥浆体系优化研究

沈元波，和鹏飞，徐 彤，袁洪水，程福旺

（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452）

保证油田开发后期固井质量是固井工程中的一个重大技术问题[1-4]。为控制绥中油田综合含水上升速度、提高产层的最终采收率，油田近几年来开始实施厚层层内细分注采的开发方案。为确保对薄油层的有效开采，固井质量要求更高，受上述因素影响，油田固井一次合格率相比前期有所下降。调整井固井质量降低，直接影响了油田的细分开发，因此有必要找出影响调整井固井质量的主要因素，并采取切实可行的措施，提高高含水区块调整井固井质量，以满足对油田后期开发中的固井要求。

1 调整井固井工艺技术难点[5-10]

（1）地层压力系统复杂。注水开发是最广泛采用的保持油田油藏产能的开发方式，调整井所钻位置往往是主要的长期高压注水油藏，其地层非均质性特征和局部注采不平衡问题突出。原始压力系统被破坏，地下压力重新分布，在地层孔隙压力平面内，从注水井到产油井往往形成压降漏斗。在纵向上形成高压层、低压层和常压层的多套压力系统。层间压差较大，高压与亏空层共存，易发生层间窜流。地层流体渗流对水泥环的冲刷严重影响调整井固井质量。此外，为了降低钻井成本，在井结构设计中，每个油田都尽量减少或没有技术套管（通常是两口开到井底），导致固井段过长。

（2）井眼尺寸不规范。在调整井钻井过程中，地层易发生出水，导致井壁坍塌，井径扩大率高。如果钻井液性能较差，局部大肚子和糖葫芦形状井眼出现较多。当井眼扩大率大于15%时，井壁滤饼厚度可达3 mm～5 mm，形成钻井液滞留带，直接影响固井水泥浆封固。

（3）固井质量要求高。布局调整井的主要目的是开发主力油藏间混合的薄、差油层等，即进行层内细分开采，在固井过程中，必须防止调整后薄油层的互窜以及调整后薄油层与老油层的互窜，由此固井质量要求提高。

（4）水泥浆性能要求特殊。地层水进入水泥浆后，将直接影响水泥浆的凝固过程，影响水泥硬化体的性能。研究表明，地层流体以“溶蚀运移”的方式对水泥环的结构和胶结质量造成损害，这种损害比气侵造成的损害更为严重。因此，防水窜水泥浆体系应区别于防气窜体系，其技术指标应更具有特殊性。

2 影响调整井固井质量的主要因素分析

针对绥中油田的实际情况，通过对现场施工资料的研究、分析并结合对河南注水开采油田的固井质量研究结果，认为影响油田调整井固井质量的主要因素有以下几个方面。

（1）停注半径的影响。为了减少注水井对固井质量的影响，各油田根据实际情况制定了不同的停井方案。绥中油田实施的是“周边注水井（井位500 m范围内）可能对钻井作业造成影响，建议注水井钻开油气层前24 h开始停注，注聚井钻开油气层前48 h开始停注，直到固井结束48 h后。同时建议在这期间，周边350 m范围内的生产井适当降低产液量以避免加剧钻完井液的污染程度。”绥中K20井固井质量出现了明显的不合格井段。通过对绥中K20井的弱水淹、中水淹、强水淹进行统计分析看：不合格率较高的层位为强水淹层，这一情况也说明地下注采层位的动态对固井质量具有较大的影响。

（2）层间压差的影响。由于注水开发与采出程度的差异，层间压力变化很大。

（3）泄压速度的影响。根据资料研究和软件模拟可知，注水井停注以后，强渗透性地层，停注以后井口压力可以很快恢复到零；差渗透性地层且注水压力较高，停止注水以后泄压速度较慢。此外，从钻井和固井的实际看，地下的压力情况变化也较大，表现在一些井上设计的泥浆密度不能平衡地层压力。

3 调整井固井水泥浆体系优选与评价

3.1 水泥浆体系优化研究

针对疏松砂岩衰竭稠油油藏的固井，在该地质条件下，砂体骨架易碎裂，水泥浆密度不宜过高，在注水开采的情况下，地层压力分布不平衡，易漏易窜，因此以低密高强水泥浆体系配方为基础（该水泥浆体系由减轻剂：漂珠CP-61、增强剂CRET1、API油井水泥：“G”级、降失水剂：G80L组成，低密高强体系的基本配方：“G”级水泥+水+25%漂珠+26.5%增强剂+4%降失水剂+0.3%消泡剂+缓蚀剂+分散剂，密度1.50 sg），纤维用于堵漏增韧，提高防漏性能，增加韧性；液体微硅用于防窜；氮气发气剂用于膨胀剂和粘接剂，减少体积收缩，减小微间隙，并提高水泥石胶结能力。因此，确定优选基本配方为：“G”级水泥+25%漂珠+26.5%增强剂+4%降失水剂+1%纤维材料+4%液体微硅+2%氮气膨胀剂+0.3%消泡剂。

3.2 性能评价

（1）流变性。对优选的配方及对比配方，按API标准配浆，用旋转黏度计进行测试，60℃养护20 min测得数据（见表1）。

表1 黏度计读数

由表1可以看出，加入各种特效添加剂后，水泥浆变稠，但流变性能和流变参数仍能满足现场的施工要求。

（2）稠化时间。选取60℃，30 MPa为稠化条件，对优选的配方进行了变缓凝剂加量的实验研究，得出的稠化时间（见表2，图1）。

表2 H21L加量对水泥浆稠化时间的影响

由表2和图1，优选的配方与缓凝剂H21L有很好的配伍性，并具有可调性，可以适应不同井深的井况。初始稠度适宜，有利于泵送的顺利进行，稠化过渡时间（40 BC～100 BC）均小于20 min，水泥浆胶凝强度会迅速增大，可有效地阻止气体窜流，说明优选配方水泥浆具有良好的防窜能力。

（3）稳定性和游离液含量。对优选配方进行沉降稳定性实验和游离液测试，水泥浆的稳定性（密度差）为0.01 g/cm3，水泥浆游离液为0，满足固井施工的要求。

（4）滤失量。试样的滤失量在高温高压失水仪上进行，加压6.9 MPa，收集滤液30 min。分别对优选配方和对比样进行实验，结果表明特殊外加剂的加入，使原配方的滤失量增大，但仍小于50 mL，满足固井要求。

图1 H21L加量对水泥浆稠化时间的影响

（5）抗压强度。由于缓凝剂加量对最终强度的影响很大，因此有必要对不同缓凝剂加量的抗压强度进行比较。变换缓凝剂加量，按API标准配浆，将配好的水泥浆倒入模具中，在75℃、18 MPa下养护24 h，制备水泥石试块各若干块。养护完成后，在压力试验机上测试水泥石的抗压强度。水泥石的抗压强度与缓凝剂的加量有很大关系，因此对不同加量缓凝剂的水泥石抗压强度进行了评价。结果表明，随缓凝剂加量的增加，水泥石的抗压强度有降低的趋势，但基本都可满足大于14 MPa的需要，满足固井施工的要求。

（6）堵漏性能。将优选的水泥浆配方按API标准配制，对其堵漏性能进行评价，结果表明，原始配方放入堵漏实验设备在不加压的情况下就全部漏光，而优选配方，放入堵漏实验设备后，有少量瞬时漏失，加压后仍可保持，不断增加上部压力，直至5 MPa才开始进一步漏失，直至漏光。以上实验表明，优选配方具有良好的堵漏性能，可以保证万一井下出现压裂的情况下，水泥浆自身具有一定的堵漏能力，使不致压漏地层。并且比较前面只加纤维的情况发现，PC-MB和P-CP1的加入，与PCF-1共同作用，有更好的堵漏能力。

（7）防窜能力。根据绥中油田固井的设计统计，进行防窜能力评价，假定油顶地层孔隙当量为1.1 sg时，进行防窜能力分析，当水泥浆静胶强度达到126 Pa时，地层压力等于水泥孔隙压力，此时最易发生窜流。防窜实验在水泥浆静胶强度达126 Pa时进行，比较不同水泥浆的防窜能力。实验表明常规配方加压至0.2 MPa时，即发生窜流；优选配方加压至2.5 MPa时仍未有窜流出现，说明优选配方的抗窜能力大幅改进，说明优选配方能压稳地层孔隙压力当量为1.1 sg的地层。

图2 CBL固井质量测井图（K9井）

图3 CBL固井质量测井图（K14井）

4 现场应用

优选的水泥浆配方在绥中K14、绥中K9等5口井中进行了应用，固井质量优良，钻后固井质量测井结果（见图2，图3）。

5 结论

（1）低密度水泥浆可以保证在多压力体系下不致压漏地层，可防压碎壁面砂体结构，以免造成水窜。

（2）在低密度水泥浆中，加入氮气膨胀剂可以减少水泥石的收缩，增大界面粘接力；加入纤维可以起到增韧堵漏的作用，有利压稳多压力体系的非均质地层；加入液体微硅可以起到很好的防窜目的。

（3）应用表明，优选的水泥浆体系对储层压力体系复杂的调整井具有良好的固井封固效果。