一種防油氣水竄的水泥漿體系選擇方法
2023-10-10 01:49:44 1
專利名稱：一種防油氣水竄的水泥漿體系選擇方法
技術領域：
本發明涉及一種油田固井防油氣水竄的水泥漿體系，特別是一種防油氣水竄的水泥漿體系選擇方法。
背景技術：
隨著長慶油田開發的發展，為了進一步挖掘油田潛力，提高開發效果和採收率，都要進行調整工作，為油田調整所鑽井即為調整井。調整井與油田開發初期油氣層處於原始狀態的基礎井網相比較，存在井下壓力系統複雜，鄰井相互影響等多種問題，固井質量不易保證。近幾年長慶地區的調整更新井越來越多，固井難度越來越大，不同地區不同井深出現的問題也不一樣，井深在小於2000米以內的井，由於長期的注水開採，形成異常高壓，固井時已發生井湧；井深大於2000米就出現互竄，影響固井質量。一是安塞油田為了提高原油產量，採用了注水驅油的開採方式。由於長期的注水開採，水驅油過程中油水界面運移不平衡，地層原始壓力被打破，各層系之間的平衡狀態發生變化，造成層間壓力各異，層內壓力不平衡，產生了區部的異常高壓，在鑽井過程中，井湧現象時有發生，給固井施工帶來很多問題，嚴重的影響了固井質量。由於以上各方面的原因，導致安塞油田異常高壓井的固井存在以下難度①先注後採，地層原始壓力破壞，縱橫剖面形成多壓力系統，現有的水泥漿體系很難滿足要求。②部分出油出水的井含有原油伴生氣，水泥漿在侯凝過程中易發生氣竄。③油藏埋深相對較淺，受溫度和壓力的影響，水泥漿凝固時間長，水竄機率高。④部分區域存在油水同層或油層底水，注水後油氣水相當活躍，增大了油氣水竄的機率。二是姬塬油田為長慶油田近幾年來爭儲上產的重點區塊，年鑽井口數達到2000 多口。該油田原來以開發長2、長4+5、長6油層為主後，採取壓裂、酸化、注水、採油等措施，各井層間地層壓力不平衡，互竄嚴重。從08年開始，在原來油井井網上，又重新布井，重新打調整更新井，開採長8油層。該油田最大井深達到3200米，油層段從延安組到延長組最大跨度1200米，可能開採的油層多達10多層。該區塊固井存在的最大問題是油層段壓力異常， 多為油水同層和油層底水，地層流體異常活躍，固井時油、氣(伴生氣)、水竄，固井質量得不到保障。地層壓力平衡系統已經遭到破壞長2、長4+5、長6油層地層油氣水相當活躍；為了提高單井產量，新布井時，先布注水井後布採油井，並先期在長7、長8油層注水，由於長期注水，注水井井口壓力達到20MPa以上，注水層位2008年前多在長2、長4+5、長6油層，2008年底也開始在長7、長8油層注水。更嚴重的是，在鑽井、固井作業期間，同一井場的鄰井都不停注、不停採，建設方對我們停注的要求不採納，人為造成各層系之間的壓力平衡關係發生變化，層間壓力各異，層內壓力不平衡，縱橫剖面形成多壓力系統，油氣水相當活躍，水泥漿沒有一段時間在靜止狀態下的凝結環境，增大了油氣水竄的機率和固井難度，注水泥候凝過程中極易發生油水竄，嚴重影響油層段水泥漿的膠結質量
發明內容
本發明的目的是提供一種既要防止壓漏地層，又要保證壓穩地層流體，確保在注水泥、頂替和候凝過程中，液柱壓力P始終小於水泥漿孔隙中的靜壓力Pp +液體在孔隙中的阻力ft~f，防止水泥漿膠凝、橋堵和凝固過程中體積收縮引起失重竄槽的防油氣水竄的水泥漿體系選擇方法。本發明的目的是這樣實現的，一種防油氣水竄的水泥漿體系選擇方法，其特徵是
(1)對於油層封固段較短、油藏埋深較淺的目的層，選用速凝早強水泥配方；
(2)對於地層較複雜，層間壓力異常，地層流體活躍的目的層，可採用降失水促凝水泥漿配方或降失水膨脹水泥漿或直角稠化性能的水泥漿配方或降失水膨脹早強水泥漿配方；
(3)對於油層跨度大、封固段長、層間壓力異常的目的層，依據壓穩原理選擇三凝水泥漿體系。速凝早強水泥漿配方G級水泥+ (佔水泥重量鎖水劑X 2%+減阻劑X 0.洲)，水灰比0. 44, 550C，25MPa，初始稠度^BC,稠化時間50Min。直角稠化性能的水泥漿配方G級水泥+ (佔水泥重量降失水劑X2. 5%)，水灰比 0. 44，550C，25MPa,初始稠度 22BC，稠化時間 80Min。三凝水泥漿體系配方包括
領漿G級水泥70%+粉煤灰20%+微矽10%+ (佔混合料總重量微矽增強劑X^)) 中漿G級+ (佔水泥重量降失水劑X2%+減阻劑X0. 2%+鎖水劑X0. 5%) 尾漿G級+ (佔水泥重量失水劑X2. 5%)
所述的降失水促凝水泥漿配方G級水泥+ (佔水泥重量降失水劑X2%+鎖水劑X0. 5%+減阻劑X0. 2%)，水灰比0. 44，550C，25MPa，初始稠度l!3Bc，稠化時間87Min。降失水膨脹水泥漿配方G級水泥+ (佔水泥重量降失水劑X2%+膨脹劑X3%)， 水灰比0. 44，550C，25MPa，初始稠度MBc，稠化時間86Min。降失水膨脹早強水泥漿配方G級水泥+(佔水泥重量降失水劑X 2. 5% +膨脹早強劑 X 3%)，水灰比 0. 44，450C，20MPa 初稠 22Bc，稠化 68min。
下面結合實施例及實施例附圖對本發明作進一步說明 圖1降失水促凝體系稠化曲線圖2降失水膨脹體系稠化曲線圖； 圖3直角稠化水泥漿體系稠化曲線圖； 圖4速凝水泥漿體系稠化曲線圖； 圖5膨脹早強降失水體系稠化曲線圖。
具體實施例方式一種防油氣水竄的水泥漿體系選擇方法，它按如下條件選擇水泥漿體系。(1)對於油層封固段較短、油藏埋深較淺的目的層，可採用速凝早強水泥配方，在保證固井施工安全的前提下，利用其較短的稠化時間和較強的觸變性，水泥漿快速注入目的層後能迅速水化凝固，形成較強的早期強度，阻止地層流體入侵。速凝早強水泥漿配方G級水泥+ (佔水泥重量鎖水劑X 2%+減阻劑X 0.洲)，水灰比0. 44, 550C，25MPa，初始稠度^BC,稠化時間50Min。(2)對於地層較複雜，層間壓力異常，地層流體活躍的目的層，可採用降失水促凝水泥漿配方、降失水膨脹水泥漿、直角稠化性能的水泥漿配方、降失水膨脹早強水泥漿配方，利用其降低水泥漿失水、賦予水泥漿體高粘低稠特性、維持水泥漿體系穩定性、水泥硬化後體積膨脹以補償水泥硬化時的體積收縮，更好的封閉微空間隙等特點，可減輕水泥漿失重帶來的油氣水侵危害，改善界面膠結質量，防止層間竄流的發生。直角稠化性能的水泥漿配方G級水泥+ (佔水泥重量降失水劑X2. 5%)，水灰比 0. 44，550C，25MPa,初始稠度 22BC，稠化時間 80Min。所述的降失水促凝水泥漿配方G級水泥+ (佔水泥重量降失水劑X2%+鎖水劑X0. 5%+減阻劑X0. 2%)，水灰比0. 44，550C，25MPa，初始稠度l!3Bc，稠化時間87Min。降失水膨脹水泥漿配方G級水泥+ (佔水泥重量降失水劑X2%+膨脹劑X3%)， 水灰比0. 44，550C，25MPa，初始稠度MBc，稠化時間86Min。降失水膨脹早強水泥漿配方G級水泥+(佔水泥重量降失水劑X 2. 5% +膨脹早強劑 X 3%)，水灰比 0. 44，450C，20MPa 初稠 22Bc，稠化 68min。(3)對於油層跨度大、封固段長、層間壓力異常的目的層，依據壓穩原理設計三凝水泥漿體水泥漿體系。在稠化時間上設計成當油層段水泥漿已經塑態或固態，而上部水泥漿體系還沒有稠化，能夠繼續給油層施加壓力，減小水泥漿「失重」現象可能導致的地層水
浸入環空。三凝水泥漿體系配方包括
領漿G級水泥70%+粉煤灰20%+微矽10%+ (佔混合料總重量微矽增強劑X^)) 中漿G級+ (佔水泥重量降失水劑X^1 +減阻劑X0. 2%+鎖水劑X0. 5%) 尾漿G級+ (佔水泥重量失水劑X2. 5%) 從圖1可以看出，該降失水促凝水泥漿體系具有以下特點
①水泥漿初稠低，體系流變性好，水泥漿水化過程中稠度波動不大，可泵時間長，有利於固井施工。②該體系稠化時間調節方便，有利於水泥漿配方調整和現場應用。③在體系中，降失水劑與促凝早強劑的搭配，在降低失水的同時也能縮短稠化時間及過渡時間，使得水泥漿在注入目的層後能迅速水化凝固，形成一定的膠凝強度，快速獲得較高的早期強度，阻止地層流體入侵，防止竄流的發生。降失水膨脹水泥漿配方G級水泥+ (佔水泥重量降失水劑X 2. 5% +膨脹早強劑X 3%)，水灰比0. 44，550C，25MPa，初始稠度MBc，稠化時間86Min。從圖2可以看出，降失水膨脹水泥漿配方具有以下特點
①水泥漿具有一定的初始稠度和網架結構，在注入地層後對地層流體侵入能形成一定的阻力，阻止流體入侵和對水泥漿的衝蝕運移；過渡時間較短，水泥漿在初凝後能迅速水化硬化，形成一定的膠凝強度，阻止地層流體入侵，增強了體系抗竄能力。②該體系中添加的膨脹早強劑系雙晶體膨脹材料，通過晶體膨脹源重結晶或晶型轉變產生體積增長，主要在水泥漿塑性狀態後期和硬化狀態前期發生，補充這個階段水泥漿的體積收縮，壓縮水泥石孔隙並改善孔隙分布，達到提高水泥石強度和降低滲透率的目的；並在受限狀態下產生預應力，提高水泥環的抗壓膠結強度，防止環空微間隙的產生；在體系中再輔以降失水劑，形成緻密的濾餅降低失水，減輕水泥漿失重的危害，達到防止地層流體入侵和層間竄流的目的。具有直角稠化性能的水泥漿配方G級水泥+ (佔水泥重量降失水劑X 2. 5%)，水灰比0. 44, 550C，25MPa，初始稠度22BC，稠化時間80Min。從圖2可以看出，直角稠化水泥漿體系具有以下特點
①該體系中加入的降失水劑G33S系高分子聚合物類型，其聚合物中的醯胺基團和磺酸基團等多種官能團作用鎖住水泥漿中的水分，在壓力差的作用下，形成緻密的由聚合物和水泥顆粒填充的水泥濾餅達到控制濾失的目的；其次，該降失水劑含有的磺酸基團，吸附性較好，能和井壁較好膠結，改善水泥漿和井壁的膠結質量，防止水泥收縮形成竄槽。②該體系水泥漿表現為高粘低稠，漿體流動性好，水化過程中稠度波動不大，容易達到紊流頂替；體系穩定性好，游離液接近於零；水泥漿在初凝前保持較小的稠度，作用在地層上的壓力為全部漿柱壓力，隨水化反應進行漿體稠度突然增加，過渡時間極短，接近直角稠化，說明水泥漿的快速水化和迅速凝固，形成較高的膠凝強度。這種短過渡、短侯凝水泥漿體系通過縮短水泥漿由液態一塑態一固態時間，減少水泥漿失重的時間和機會，有效阻止地層流體入侵，增強了體系抗竄阻力。速凝水泥漿配方G級水泥+ (佔水泥重量鎖水劑X2%+減阻劑X0.洲)，水灰比 0. 44，550C，25MPa,初始稠度 ^BC,稠化時間 50Min。從圖4可以看出，該速凝體系具有下述特點
①稠化時間短，具有明顯的促凝作用，在保證固井施工安全前提下，水泥漿快速注入地層後，能迅速水化硬化，形成一定的膠凝強度，阻止地層流體入侵。②初稠較高，體系觸變性較大，注入地層後靜止狀態下具有較高的結構強度，對地層流體入侵形成較大的阻力，可減少水侵和地層流體對水泥漿的衝刷稀釋作用，提高固井質量，但可泵時間較短，現場施工時應快速注入頂替。③具有較高的早期抗壓強度。膨脹早強降失水水泥漿配方G級水泥+(佔水泥重量降失水劑X2.5% +膨脹早強劑 X 3%)，水灰比 0. 44，450C，20MPa 初稠 22Bc，稠化 68min。從圖5可以看出，該膨脹早強降失水水泥漿體系具有以下特點
①具有明顯的促凝作用，稠化時間短，過渡時間短，直角稠化效果顯著，表明該體系抗水侵防竄能力較好。②初稠較低，體系流動性好，可降低頂替水泥漿的泵壓，提高頂替效率。③加入的膨脹早強劑具有微膨脹性和促凝早強功能，能明顯縮短稠化時間並形成較高的早期抗壓強度，滿足井淺溫低的要求。經過膨脹實驗表明該體系在水泥漿硬化後具有一定的膨脹性，不加膨脹劑F17D的水泥硬化體膨脹率M小時和48小時比較，基本無變化；加入膨脹劑F17D的水泥硬化體膨脹率M小時是0. 062%,48小時是0. 071%,膨脹率明顯增大，膨脹效果明顯，這種膨脹效果，可補償因水泥漿硬化產生的體積收縮，防止微裂縫、 微間隙的形成，有效改善一、二界面的膠結質量，防止環空竄流。
權利要求
1.一種防油氣水竄的水泥漿體系選擇方法，其特徵是1)對於油層封固段較短、油藏埋深較淺的目的層，選用速凝早強水泥配方；2)對於地層較複雜，層間壓力異常，地層流體活躍的目的層，可採用降失水促凝水泥漿配方或降失水膨脹水泥漿或直角稠化性能的水泥漿配方或降失水膨脹早強水泥漿配方；3)對於油層跨度大、封固段長、層間壓力異常的目的層，依據壓穩原理選擇三凝水泥漿體系。
2.根據權利要求1所述的一種防油氣水竄的水泥漿體系選擇方法，其特徵是所述的速凝早強水泥漿配方G級水泥+(佔水泥重量鎖水劑X2%+減阻劑X0.洲)，水灰比0. 44， 550C，25MPa，初始稠度^BC,稠化時間50Min。
3.根據權利要求1所述的一種防油氣水竄的水泥漿體系選擇方法，其特徵是所述的直角稠化性能的水泥漿配方G級水泥+ (佔水泥重量降失水劑X2.5%)，水灰比0.44， 550C，25MPa，初始稠度22BC，稠化時間80Min。
4.根據權利要求1所述的一種防油氣水竄的水泥漿體系選擇方法，其特徵是所述的三凝水泥漿體系配方包括領漿G級水泥70%+粉煤灰20%+微矽10%+ (佔混合料總重量微矽增強劑X^))中漿G級+ (佔水泥重量降失水劑X2%+減阻劑X0. 2%+鎖水劑X0. 5%)尾漿G級+ (佔水泥重量降失水劑X2. 5%)根據權利要求1所述的一種防油氣水竄的水泥漿體系選擇方法，其特徵是所述的降失水促凝水泥漿配方G級水泥+ (佔水泥重量降失水劑X2%+鎖水劑X0. 5%+減阻劑X0. 2%)，水灰比0. 44，550C，25MPa，初始稠度l!3Bc，稠化時間87Min。
5.根據權利要求1所述的一種防油氣水竄的水泥漿體系選擇方法，其特徵是所述的降失水膨脹水泥漿配方G級水泥+ (佔水泥重量降失水劑X 2%+膨脹劑X3%)，水灰比 0.44，550C , 25MPa，初始稠度 MBc，稠化時間 86Min。
6.根據權利要求1所述的一種防油氣水竄的水泥漿體系選擇方法，其特徵是所述的降失水膨脹早強水泥漿配方G級水泥+ (佔水泥重量降失水劑X2. 5% +膨脹早強劑 X 3%)，水灰比 0. 44，450C，20MPa 初稠 22Bc，稠化 68min。
全文摘要
本發明涉及一種油田固井防油氣水竄的水泥漿體系，特別是一種防油氣水竄的水泥漿體系選擇方法，其特徵是(1)對於油層封固段較短、油藏埋深較淺的目的層，選用速凝早強水泥配方；(2)對於地層較複雜，層間壓力異常，地層流體活躍的目的層，可採用降失水促凝水泥漿配方或降失水膨脹水泥漿或直角稠化性能的水泥漿配方或降失水膨脹早強水泥漿配方；(3)對於油層跨度大、封固段長、層間壓力異常的目的層，依據壓穩原理選擇三凝水泥漿體系。它既防止壓漏地層，又要保證壓穩地層流體。
文檔編號C09K8/42GK102444392SQ20111035010
公開日2012年5月9日 申請日期2011年11月8日 優先權日2011年11月8日
發明者馮文革, 馮旺成, 武美平, 畢慶豐, 王大權, 賈芝, 邢鵬舉 申請人:中國石油集團川慶鑽探工程有限公司長慶固井公司