河50区块固井水泥浆体系技术1
摘要：针对河50区块地区大住移，小半径绕障定向井的地质结构特点，开发优化了低密度膨胀水泥浆体系，并结合其他固井工艺技术解决了现场固井技术难题。并且取得了良好的现场应用效果。
关键词：河50断块；固井工程；地质结构：低密度水泥
河50区块是胜利油田产能建设的重点开发项目。固井设计要求固井水泥浆体系技术必须满足：水泥浆稳定性好，低失水，零自由水，早期强度快：水泥石抗压强度高。韧性好。满足该地区特殊的地层结构特点。
1 层简况
河50断块区位于东营凹陷中央隆起带西段，是现河采油厂的重要产油区块。含油面积2.6km2，地质储最875万吨，纵向含油层系多。主力油层分布于沙一、沙二、沙二稳、沙三段。上部地层压力系数较低，属于易漏地层；沙一～沙二段原始地层压力21.25MPa，压力系数1.0，属常温常压系统；沙二稳原始地层压力36.67MPa，压力系数1.2～1.3，属常温、常一中压系统；沙三段地层压力为47MPa，压力系数1.5，属常温高压系统。
2 固井难点分析
综合以上地质特点和固井要求，该区块的主要固井难度集中在以下两个方面：
(1)大位移、小半径绕障定向井套管居小困难，在拉力和自重作用下，大斜度井段套管与上下井壁大面积接触，套管严重偏心，窄边钻井液很难被水泥浆顶替走，影响封固质量。
(2)层问压力不均衡，沙二和沙三段油层压力系数较高，采用长封固段固井容易造成油气窜。
(3)水泥浆在大斜度井段凝固时，由于重力作用，形成上稀下稠，上侧的水泥石强度低，渗透率高，易引起油气水窜槽。
(4)固井封固段长，上部地层压实作用差、压力低，固井施工过程中极易发生漏失，常规水泥固井的施工风险大。
3 水泥浆性能要求
(1)低滤失量。(2)零游离液。(3)水泥浆过度时间短。(4)高沉降稳定性。(5)水泥石早期强度发展迅速。(6)水泥石韧性好。
4 技术措施
针对河50固井难点问题，推荐采用的固井措施为：上部地层采用低密度水泥浆(泡沫或者漂珠)固井，减小固井作业巾作用在上部地层的液注压力，减小井壁内外压差，消除固井施工过程中的漏失，使水泥浆安全返到地面，达到保护套管的目的。油层段采用塑性微膨胀水泥浆体系，防止水泥浆在侯凝过程中由于失重引起的油气水窜问题，改善第一、二界面的固井质量采用这两种水泥浆体系可以很好的解决上述固井难点。
4.1低密度泡沫水泥浆体系技术
泡沫水泥浆是一种超低密度水泥浆，它是在水泥浆中充入气体(N2或空气)并加入水泥添加剂而形成的一种稳定水泥浆体系，其配制方法有机械充气法和化学发气法。 泡沫水泥浆具有滤失量低、隔热性能好、稳定性好、稠化时间易于控制，并具有低污染和一定的堵漏性能。其突出优点是在较低密度下，仍能保持较高的强度。采用低密度化学泡沫水泥浆固井有利于解决低压易漏井和长封固段井的固井难题，有利于提高固井质量，效益明显。
泡沫水泥浆与其它低密度水泥相比具有本质上的区别，其技术指标与特点如下：密度低、正常地层压力下适用井深在3000m以内、强度高、导热率低(其导热率在0.25～0.7w／M·℃)、浆体具有可压缩性、水泥石具有可膨胀性，能够补偿水泥浆在凝固过程中的液柱压力和体积损失。因而具有防油、气、水窜能力。
4.2低密度漂珠水泥浆体系技术
选择漂珠为减轻剂，具有密闭、粒细、质轻、壁薄和活性高等基本性能。可以配制出密度在1.40～1.60 g／cm3的低密度水泥浆体系。该体系流动性较好，具有较高的稳定性、动切力和凝胶强度，在60℃下，失水量小于50 mL，24 h抗压强度大于8.0 MPa。现场实验表明，低密度水泥浆体系可以应用在易漏失井上，能有效地解决这些地区底层压力低，固井时易漏的问题。
低密高强漂珠水泥浆体系是基于紧密堆积理论和颗粒级配理论设计的，复合超活性材料(即增强剂)后更具有了良好的性能。浆体超低密度、高强、低渗透、适用井深范围大(漂珠水泥浆适用井深可达到4000m)。此外水泥石具有一定的微膨胀性，具有良好的界面胶结能力，可有效防止收缩和气窜的发生，有利于防止酸性气体对水泥环柱及套管的腐蚀。
4.3塑性微膨胀水泥浆体系技术
塑性微膨胀水泥浆是通过在常规固井水泥浆内添加一定比例的膨胀剂、增韧剂等外加材料，而形成的一种新型的具有高韧性强度的固井水泥浆体系。高韧性、微膨胀性，是这种水泥浆体系的特点。所谓的高韧性，是指水泥浆中添加了纤维类增韧物质。在常规水泥浆内添加增韧剂，就如同在水泥中加入了“钢筋一样，使“混凝土”变成“钢筋混凝土”，这样就较好地解决了原有水泥浆固化后的脆性问题。
针对河50区块特殊的地质结构特点和固井设计要求，优选并开发出了适合该区块地质条件的塑性微膨胀水泥浆体系，该体系具有：(1)低滤失量(50～200mL／30min)：(2)在水泥浆处于塑性状态时，产生明显的塑性膨胀以解决水泥浆在过渡时间内因水化收缩造成的胶凝失重问题，达到防窜的目的：(3)在水泥浆硬化阶段产生膨胀，解决水泥浆硬化后体积收缩剧增、诱发环空微间隙而引起窜槽的问题。此外，该水泥浆体系能大幅度提高水泥环的胶结质量，达到防窜、防渗和提高固井质量的目的。
由表2可知塑性微膨胀水泥比未加塑性剂的水泥石抗冲击韧性提高20％以上，抗折强度提高了10～15％，弹性模量则下降了约20％。因此，该水泥体系能有效减少水泥基体收缩而引发的微裂缝，延缓与阻止基体中微裂缝的扩展，有利于把局部应力传递给整个水泥石基体。
图3、4为塑性微膨胀水泥与原浆水泥石抗冲击对比试验，由图可知，塑性微膨胀水泥环抗冲击韧性好，减轻或消除了射孔造成的裂缝，这对提高固井射孔段的水泥石抗冲击能力，防止因射孔作业造成水泥环破裂而形成环空窜槽，防止地层流体帘层，延长油井寿命有重要作用。
由图5可知，在试验条件相同情况下，塑性微膨胀水泥水泥浆在凝固后，体系略大于原浆水泥石，塑性微膨胀水泥浆体系在水泥浆的胶凝过程中能够产生体积的膨胀(图5)，消除了水泥浆在侯凝失重情况下产生的油气窜，有效的提高了第一、二界面的固井质量。
5 应用效果
河50区块34口新井于全部投产。投产初期日产汕能力350.5吨，目前日产油能力204.9吨，含水64.2％，平均单井日产油6.0吨，达到了区块调整日标。汕层上部全部采用低密度水泥浆体系封固，汕层全部采用魁性微膨胀水泥浆体系判固。水泥返高至井口，实现了真正的全井封固。
认识与建议
(1)该水泥浆体系技术在河50区块固井取得了良好的效果，实现了勘探开发的总目标。
(2)塑性微膨胀水泥浆体系，可以增加水泥石的弹性，减少射孔对水泥环的破坏，保证水泥环密封质量，同时可以有效保护油气层，有利于油井投产后各项酸化压裂等增产措施的实施。
(3)河50断块地下结构特征在胜利油田老区块具有代表性。随着该项技术在河50断块应用取得的突破，将会让老油田难以开采的薄层，油水层压力体系复杂的汕藏获得重新投产的可能。
