水不分散水泥浆体系在大港油田高含水区块的应用

李小林,信婧敏,许艺馨,宗 勇,马如然,钟世铭

(1. 中国石油渤海钻探工程有限公司第二固井分公司,天津 300280;2.中国石油北京项目管理公司天津设计院,天津 300280)

目前,大港油田主力开发区块已步入高含水开发阶段,长期的注水开发,油藏的层间压力矛盾突出,形成高压层、低压层和欠压层共存的多压力层系[1-5]。由于地层中含水量增多,地层流体普遍以“溶解迁移”和“质量互换”的方式破坏水泥环结构和胶结质量,油水层间封隔质量已成为急需解决的固井难题之一,尤其是油水层间距离小、下部水体活跃的油藏,难以保证有效封隔水层,试油时出水率高,严重影响油井产能[7-9]。本文采用抗水冲刷性能较好的水不分散水泥浆体系,为解决大港油田高含水区块储层水窜、水侵情况、提高水层固井质量、加强油水层间封隔提供了一种技术方案。

1 高含水区块固井难点及对策

1.1 固井难点分析

1)高压水窜层的影响。以大港枣园油田为例,该区块油水层多,地层水活跃,在钻完井过程中常常发生严重水侵。区块平均综合含水量高达86.90%,且构造破碎、断层多而小,固井候凝期间容易发生水窜。长期的注水开发导致部分区块形成高压圈闭,出现异常高压层,在固井候凝过程中地层流体侵入环空,易发生水泥浆窜槽,对水泥环胶结造成不利影响。

2)低压高渗层的影响。区块主力层经过长期开采后,渗透率较原始状态增大5～10倍,形成了低压高渗层。低压高渗层段易发生漏失,在水泥浆候凝过程中大量失水,产生微环隙。

3)长井段、小间隔的影响[6]。区块油藏埋深1 100～3 200 m,平均含油井段长750 m,划分为44个小层,平均层间间隔仅3～5 m。注水井需实施分层注水,油井分层系开采和选择性射孔,层间有效封隔难度大。受层间间隔小、层间压力系统紊乱影响,候凝过程中地层水极易侵入水泥浆中,使水泥环层间封隔能力失效。

1.2 解决对策

针对高含水地区的固井难题,在固井前采取压稳油气水层以及钻井液性能调整、优选防水窜水泥浆体系及合理浆柱设计等技术措施。传统的防水窜水泥浆体系通常在体系中加入膨胀剂、降滤失剂,通过利用水泥浆体系的低滤失、零析水、短候凝等特点,在一定程度上改善水窜问题[10-11]。大港枣园油田使用的水泥浆配方为:G级+JS-2(固降)+YXPZ-1(晶格型)+QJ-625(发气型)+ALF-1(纤维),利用其失水小、过渡时间短、直角稠化、微膨胀等特点,提高防窜效果。本文借鉴建筑行业水下不分散水泥浆的经验,针对地层水对水泥浆存在的“溶解迁移”、“质量互换”等问题,通过提高水泥浆的抗分散性,保持水泥浆具有良好的流动性和保水性,为解决固井作业中存在的问题提供新的思路[12-14]。

2 水不分散水泥浆体系性能评价

油井水泥用抗分散剂BCY-100L能够有效提高水泥浆的抗分散性能,使水泥浆具有较好的抗水冲性能,文中对加入BCY-100L后水泥浆的抗分散性能、防窜性能、失水性能及水泥浆综合性能等进行了评价。水泥浆配方:G级水泥+BCY-100L+抗分散调节剂BCY-110S+减阻剂BCD-210L+水。

2.1 抗分散性能评价

通过考察水泥浆在水中浇筑时抵御水的冲洗作用来评价水泥浆的抗分散性能,主要采用的方法为pH值法和称重法,将定量的水泥浆倒入定量的水中,测定上层水的pH值及分散其中的水泥颗粒的重量。在不同温度下,在密度为1.90 g/cm3的水泥浆中加入4.5%抗分散剂BCY-100L,由表1可以看出,水不分散水泥浆的抗分散效果明显(图1),上层水pH不大于8(普通水泥浆pH通常大于13),水泥浆的损失量小于1%。

图1 水不分散水泥浆

表1 水不分散水泥浆抗分散性能评价

采用水陆强度比进一步评价水不分散水泥浆抗分散能力,方法为:将强度模具放入40 cm高的水中,再将水泥浆从水面上方倒入,待模具内盛满水泥浆后取出养护。由表2可以看出,未加入抗分散剂BCY-100L的,由于水泥浆抗分散性很差,24 h养护后水下未形成有强度的水泥石,随着抗分散剂BCY-100L加量的不断增大,水泥浆表现出明显的抗分散效果,水泥浆损失量不大于1%,pH不大于9,水陆强度比不小于0.75,具有较好的抗水侵效果。

表2 水不分散水泥浆水陆强度比

2.2 防窜性能评价

采用静胶凝测试仪和防窜性能测试仪考察水不分散水泥浆的防窜性能,由图2可知,水不分散水泥浆静胶凝强度发展过渡时间短,小于10 min,同时在60 ℃温度条件下,测试加入质量分数为4.0%的BCY-100 L的水泥浆未发生气窜,与净浆相比,防窜性能明显提高(图3)。

图2 水不分散水泥浆静胶凝曲线(80 ℃)

图3 防窜性能评价

2.3 失水性能评价

考察不同掺量抗分散剂BCY-100L下常规密度水泥浆在80 ℃时的失水量,结果如图4所示,可以看出,BCY-100L加量大于3.5%时,水泥浆失水量都可以控制在50 mL以内,表明BCY-100L具有良好的抗分散作用,也具有良好的降失水性能。

图4 抗分散剂加量对水泥浆失水量的影响

2.3 综合性能评价

考察一定温度条件下(75 ℃)抗分散剂BCY-100L对水泥浆综合性能的影响,由表3可知,BCY-100L加量增大,水泥浆流动度略有下降,失量均控制在50 mL以内,对于稠化性能和抗压强度无明显影响。为了保证施工安全性,开展了停机实验,如图5所示,停机20 min后,开启电机,水泥浆稠度升高至40 Bc后,迅速下降至20 Bc,满足现场安全施工的要求规范。

图5 停机实验

表3 综合性能评价

3 现场应用

水不分散水泥浆体系在大港油田高含水区块的J30-17、W46-12、D6-14-1、D101-1、D7-34-1、G5-10-1、G5-10-2等7口井中成功应用,与同区块邻井相比较,测井解释发现油气水层的封隔质量均有不同程度的提高。J30-17井为枣园油田官18断块的一口生产井,完钻井深2 629 m,采用双凝水泥浆设计,尾浆采用水不分散水泥浆(同力G级+5%BCY-100L +0.14%BCY-110S+0.7%BCD-210L+0.8%膨胀剂),在实验温度66 ℃、实验压力34 MPa条件下,尾浆性能如表4所示,性能满足施工要求,现场施工顺利。由表5可知,与J29-22井和J29-20井相比较,J30-17井使用水不分散水泥浆体系后,对于水层、油层以及油水同层的封隔质量明显提高,说明BCY-100L的加入能够有效地改善封隔质量,有利于提高固井质量。

表4 尾浆性能

表5 与邻井固井质量对比

4 结论

1)油井水泥用抗分散剂BCY-100L能够有效提高水泥浆的抗分散性能,使水泥浆具有较好的抗水冲性能,对于固井作业中存在的“溶解迁移”和“质量互换”提供了新的解决思路。

2)抗分散剂BCY-100L的加入,能够明显提高水泥浆的抗分散性能、防窜性能,BCY-100L可以替代降失水剂,具有降低水泥浆失水量的作用,对水泥浆的稠化时间和抗压强度影响不大,水泥浆的综合性能表现良好,满足现场施工要求。

3)水不分散水泥浆体系在大港油田高含水区块成功应用7井次,对于水层、油层以及油水同层的封隔质量显著提高,有利于提高固井质量。