浅析超细水泥封堵技术在侧钻井的应用

浅析超细水泥封堵技术在侧钻井的应用

赵宏磊

中石化中原石油工程有限公司井下特种作业公司修井试油测试工程部侧钻四队

摘 要：超细水泥是经粉碎细化的水泥,各种级别的水泥均可加工细化。超细水泥封堵工艺现已广泛应用于封管外窜、堵炮眼、油井堵水及修复套管进行二次固井等方面。本文主要是从超细水泥性能出发，对其在侧钻井的应用中的影响因素展开分析，探讨现场施工情况。

关键词：超细水泥；封堵技术；侧钻井；施工应用

当前，水泥封堵工艺已经较为成熟。但是对于侧钻井,很多新的问题又表现出来。例如侧钻井的小套结构加大了钻塞难度,同时在小套修套中需要下外径Υ48mm油管,客观上限制了施工压力,影响了施工质量。技术人员将超细水泥封堵工艺应用于侧钻井,取得了一定的成效。经过多年滚动开发,部分主力断块已进入特高含水期。油层套管长年受地层水腐蚀,破损、窜槽现象严重。单井逐层开采,射开小层多,层间距小,卡封困难,纵向上剩余油开采难度增大。加强超细水泥封堵技术的研究和推广,为高含水油藏后期开采提供有力技术支持。

1 超细水泥性能

超细水泥是经粉碎细化的水泥,各种级别的水泥均可加工细化。加工仪器为气流粉碎机。水泥细化后化学成分不变,物理性能则可得到改善和提高。以下实验中使用的超细水泥为某采油厂下属超细水泥厂产品,由G级水泥加工而成。

1.1粒度分布

按90%的粒径分析来划分,超细水泥有3个标号。其粒度分析通过激光粒度仪测试,使用的分散介质为酒精,用超声波处理60s,得出的粒度分布。可以看出,超细水泥与APIG级油井水泥相比,粒径小得多,平均粒径在4～11μm范围。

1.2穿透能力

在API泥浆失水仪中装入带割缝的过滤板,缝宽调整至0.15mm,在压力0.63MPa、温度23.9℃下,测定超细水泥浆的穿透能力。可知,水泥粒径越小,越容易进入微细缝孔,封堵效果会越好。

1.3水泥结石强度

水泥结石强度的测定条件为在常温、常压下,养护时间分别为3天、7天、28天,测定21号超细水泥石的强度。可知,随着水灰比的减小,超细水泥石的抗压、抗折强度增大;超细水泥有明显的早强特性,这是由于超细水泥颗粒小,表面积大,水化反应速度高,生成的水化物多,水泥石结构均匀致密。因此,超细水泥结石的抗渗性能也较高。

2　超细水泥在侧钻井的应用

2.1影响因素

目前,某采油厂的水泥封堵基本采用超细水泥。与普通水泥相比,超细水泥有明显优势:超细水泥具有微小粒径,比表面积是普通水泥的3倍,这两个特点使超细水泥水化速度加快更易溶解;通过窄缝的能力强、胶结致密,其抗渗性能是一般水泥的15倍,抗压强度是一般水泥的2倍。但是超细水泥应用于侧钻井封堵还是一个空白,从工艺设计到现场施工,仍存在很多问题亟待解决,主要分为以下两方面:

2.1.1水泥浆配比问题

井底温度、压力、地层矿物含量与超细水泥凝固时间成反比关系,它们将影响着超细水泥的凝固时间;如何有效的控制地面施工时间,配制出低失水泥浆有效形成水泥滤饼,对超细水泥添加剂的选配、用量比例多少至关重要。

2.1.2　侧钻井结构对封堵的影响

侧钻井具有以下特点,一是侧钻套管直径小,一般为4口寸或3口寸,二是部分井的层间距小,平均井斜度大于26°。这几个特点引出相应的问题,一是施工管柱变径多,局部水头损失及沿程水头损失大,影响洗井和正常挤注。二是井斜使固井质量一般,特别是水泥浆与地层的第二接口胶结强度低。针对以上水泥浆配比、侧钻井结构影响两方面问题,我们主要从室内实验和侧钻井施工工艺两方面进行了研究。

2.2　超细水泥室内试验

侧钻井封堵时,小套管的变径加大了管流损失,施工时间较普通井要长,因此必须保证在不影响凝结强度的条件下,延长水泥浆的凝固时间。超细水泥室内实验主要围绕这个问题进行研究:

2.2.1　添加剂用量的室内评价

封堵中,井底温度的升高会缩短水泥凝固时间。因此,结合现场的实际情况,选择了缓凝剂I和II进行试验评价。由实验数据表明2%的I缓凝剂较为理想,可以满足现场施工时间的需求,但强度不够,流动性也差;1%II缓凝剂稠化时间在2～6小时,不仅满足作业施工的可操作时间,而且强度相对较高,流动性较好,因此现场施工优先选用1%II缓凝剂。

2.2.2　不同基液性能的室内评价

室内把柴油与水泥浆混合后制备油基水泥浆作凝固评价,实验结果表明:油中水泥无凝固现象,而混合液中的水泥随水灰比的降低,凝固时间相应缩短。混合液粘度虽有所增加,流动性变差,但油基水泥浆具有不遇水不凝固,当与水充分接触后,在重力和表面张力的作用下脱油与水混合发生凝固的性质。该实验为现场施工的保险性提供了依据。

2.3　现场施工工艺

2.3.1　管柱组合计算:

通过运用柏努利方程:Z+P/r+V²/2g=常数连续性方程:Q₁=Q₂结合现场施工水泥车的排量、流速及管柱下深、管柱尺寸大小,计算出水头损失,合理计算出下井管柱组合(4寸和3寸小套管最大通径可通过2寸和1.9寸的小油管):4寸套管下入2寸油管,3寸套管下入1.9寸油管,该设计计算应用后满足现场要求。

2.3.2　对层间距小的井为预防与封堵层间窜,放大水泥量1-1.5方。

针对侧钻井尾管规格小,井斜度大,给钻塞工作带来很大难度,现场操作采取不留塞施工,即采用专用井下工具配合小油管进行施工。

2.3.3　封堵插头的研制解决了开窗水层的问题,实现了二次固井。

超细水泥是封堵施工的主要用料,关于它的工艺研究给封堵工作的提高奠定了坚实的基础,也为侧钻井的工艺配套增加了新的内容。

3 结论

3.1 侧钻井封堵设计时,前期的套管认识非常重要。各种测井手段的采用会直接影响封堵的效果和成功率。

3.2 超细水泥添加剂的研究及应用,改善了水泥浆性能,提高了封堵效果。

3.3 封堵方法、效果检验及配套工艺等几项新技术的应用,使封堵成为系统、成熟的一项工艺技术。

参考文献

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[2]陈培亮,井恩江,王玉多,王奎举,贾玲.膨胀管封隔复杂地层钻完井技术在侧钻井的应用[J].石油机械,2015,43(12):25-28.