三塘湖水平井增韧防窜水泥浆技术研究与应用

周芝琴， 王忠华， 蒋理波， 刘新忠， 王品德， 李 瑞

(1吐哈油田工程技术研究院 2清海油田井下作业公司)

三塘湖油田储量丰富，油藏储层物性较差，为了提升开发效果和效益，2014年三塘湖油田确定了“水平段固井+大型体积压裂”的开发思路，但水平段的固井质量差的问题一直存在，2013年水平井固井质量合格率仅为80%，优质率仅为10%，很多井因固井质量不合格无法压裂甚至报废，造成了巨大的经济损失。部分井即使固井质量合格，因水泥石的硬脆性，压裂中出现环空窜流。固井质量已经成为制约三塘胡水平井开发效果的瓶颈。本文设计了新型增韧防窜水泥浆体系用于三塘湖水平井固井，该体系流动性好、施工性能优越，同时在防窜、抗冲击、改善水泥石力学性能等方面具有明显的优势。

一、 固井难点分析

1．水泥石脆性影响油气开发

常规水泥石脆性大，射孔冲击及大型压裂冲击会使水泥石产生裂缝，将底水与油气层沟通，油气生产中可能会出现底水锥进现象，影响油气正常生产[1]。

2.固井设计参数难确定

水平井井眼呈椭圆状，井径不准确或无井径，顶替排量及水泥量确定缺乏依据，固井质量及施工风险较大[2]。

二、增韧防窜水泥浆技术

水平井固井要求水泥浆除满足施工性能外还要有良好的沉降稳定性、低失水、零游离液，后期射孔及大型压裂对水泥石强度、韧性高的要求[3]。

1.增韧防窜水泥浆体系的设计

通过大量室内试验，优选设计的增韧防窜水泥浆体系配方为：天山G中+1.5%BCF-200S+0.7%USZ+0.4%KQ-B+2.0%BCG-300S+2%微硅+0.1%TW302。

2.增韧防窜水泥浆性能评价

2.1 水泥浆防窜性能评价

该水泥浆体系主要通过添加增韧防窜剂BCG-300S达到防窜目的，表1是防窜试验结果。

表1 防窜试验结果

试验数据表明，随着高分子柔性聚合物增韧剂加量的增加，防窜性能更好，加量大于3%的配方均未发生窜流，具有良好的防窜性能[4]。

2.2 力学性能评价

(1)水泥石韧性评价结果见表2。

表2 水泥石韧性评价结果

注：水泥浆在温度80℃条件下养护7 d。

(2)水泥石抗冲击性能评价见表3。

表3 水泥石抗冲击性能评价结果表

注：水泥浆在温度80℃条件下养护7 d。

表2、表3 的试验数据表明，随着增韧剂掺量增加，弹性模量不断降低，水泥石韧性增强，并且其水泥石抗冲击功不断增加，抗冲击能力增强。

(3)水泥膨胀实验。增韧防窜剂本身为高分子柔性聚合物，掺入水泥浆后，在水泥水化过程中分散到水泥水化产物表面，吸水溶胀，聚合成膜，使得水泥石本身表现为体积膨胀[5](见表4)。

表4 线性膨胀率测试结果

三、现场应用效果

马56-8H井目的层是二叠系条湖组，该井水平段长达到创吐哈油田记录的1 229.26 m，固井难度较大。具体管柱结构如下：

Ø139.7 mm旋转自导向浮鞋+Ø139.7 mm短套管1根+Ø139.7 mm浮箍+Ø139.7 mm套管1根+Ø139.7 mm浮箍+Ø139.7 mm套管串+Ø139.7 mm免钻漂浮接箍+Ø139.7 mm套管串+Ø139.7 mm免钻漂浮接箍+Ø139.7 mm套管串+联顶节。

2014年10月5日，经声幅/变密度测井显示：马56-8H井水平段固井质量优质率达95%以上。2014年11月20日该井采用桥塞分段+分簇射孔+复合压裂技术，分8级共加砂586.7 m3、液量8 080.4 m3，施工压力50～80 MPa大型体积压裂后顺利投产，水泥环和界面封隔经受住考验，投产初期日产液达64.8 m3，产油42.27 t。

截至2015年10月，固井质量评审59口水平井，固井质量一次合格率100%，优质率94.9%较2013年、2014年固井质量有了大的提高，满足勘探开发的要求，见表5。

表5 三塘湖油田固井质量年度情况对比

四、结论与认识

(1)结合水平井固井的特殊要求和三塘湖区块的地层特点，设计出增韧防窜水泥浆体系，其流动性好、施工性能优越，同时具有防气窜、低弹性模量、低失水等特点，在防窜、抗冲击、改善水泥石力学性能等方面具有明显的优势。

(2)通过现场应用证明，增韧防窜水泥浆体系有着良好的施工性能，其水泥石力学性能完全满足固井后压裂、增产措施的要求，取得了很好的现场应用效果，可在吐哈油田整体推广应用。

[1]郑永刚，方铎,郝俊芳.水平井注水泥的理 论 与 试 验 研 究[M].北京：中国科学院上海冶金研究所，2000.

[2]林立新,田少雄,鲁来宾,等.宝浪油田H-4水平井固井技术[J].河南石油,2003,20(3):18-20.

[3]刘崇建,谢应权，郭小阳，等.水泥浆凝结过程的气窜问题[J].西南石油学院学报,1998,20(4):47- 52.

[4]李坤,徐孝思，黄柏宗.紧密堆积伏化水泥浆体系的优势与应用[J].钻井液与完井液,2002,19(1):1-9.

[5]孙莉,黄晓川,向兴华，等.国内水平井固井技术及发展[J].钻采工艺,2005，28(5)：23-26.