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(fā)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(fā)的發(fā)展，為了進一步挖掘油田潛力，提高開發(fā)效果和采收率，都要進行調整工作，為油田調整所鉆井即為調整井。調整井與油田開發(fā)初期油氣層處于原始狀態(tài)的基礎井網(wǎng)相比較，存在井下壓力系統(tǒng)復雜，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(qū)的調整更新井越來越多，固井難度越來越大，不同地區(qū)不同井深出現(xiàn)的問題也不一樣，井深在小于2000米以內(nèi)的井，由于長期的注水開采，形成異常高壓，固井時已發(fā)生井涌；井深大于2000米就出現(xiàn)互竄，影響固井質量。一是安塞油田為了提高原油產(chǎn)量，采用了注水驅油的開采方式。由于長期的注水開采，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(tài)發(fā)生變化，造成層間壓力各異，層內(nèi)壓力不平衡，產(chǎn)生了區(qū)部的異常高壓，在鉆井過程中，井涌現(xiàn)象時有發(fā)生，給固井施工帶來很多問題，嚴重的影響了固井質量。由于以上各方面的原因，導致安塞油田異常高壓井的固井存在以下難度①先注后采，地層原始壓力破壞，縱橫剖面形成多壓力系統(tǒng)，現(xiàn)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(fā)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，水竄幾率高。④部分區(qū)域存在油水同層或油層底水，注水后油氣水相當活躍，增大了油氣水竄的幾率。二是姬塬油田為長慶油田近幾年來爭儲上產(chǎn)的重點區(qū)塊，年鉆井口數(shù)達到2000 多口。該油田原來以開發(fā)長2、長4+5、長6油層為主后，采取壓裂、酸化、注水、采油等措施，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(wǎng)上，又重新布井，重新打調整更新井，開采長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，可能開采的油層多達10多層。該區(qū)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(tǒng)已經(jīng)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(chǎn)量，新布井時，先布注水井后布采油井，并先期在長7、長8油層注水，由于長期注水，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，在鉆井、固井作業(yè)期間，同一井場的鄰井都不停注、不停采，建設方對我們停注的要求不采納，人為造成各層系之間的壓力平衡關系發(fā)生變化，層間壓力各異，層內(nèi)壓力不平衡，縱橫剖面形成多壓力系統(tǒng)，油氣水相當活躍，水泥漿沒有一段時間在靜止狀態(tài)下的凝結環(huán)境，增大了油氣水竄的幾率和固井難度，注水泥候凝過程中極易發(fā)生油水竄，嚴重影響油層段水泥漿的膠結質量
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種既要防止壓漏地層，又要保證壓穩(wěn)地層流體，確保在注水泥、頂替和候凝過程中，液柱壓力P始終小于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(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，一種防油氣水竄的水泥漿體系選擇方法，其特征是
(1)對于油層封固段較短、油藏埋深較淺的目的層，選用速凝早強水泥配方；
(2)對于地層較復雜，層間壓力異常，地層流體活躍的目的層，可采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)對于油層跨度大、封固段長、層間壓力異常的目的層，依據(jù)壓穩(wěn)原理選擇三凝水泥漿體系。速凝早強水泥漿配方G級水泥+ (占水泥重量鎖水劑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+ (占水泥重量降失水劑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%+微硅10%+ (占混合料總重量微硅增強劑X^)) 中漿G級+ (占水泥重量降失水劑X2%+減阻劑X0. 2%+鎖水劑X0. 5%) 尾漿G級+ (占水泥重量失水劑X2. 5%)
所述的降失水促凝水泥漿配方G級水泥+ (占水泥重量降失水劑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+ (占水泥重量降失水劑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+(占水泥重量降失水劑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(fā)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)對于油層封固段較短、油藏埋深較淺的目的層，可采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后能迅速水化凝固，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+ (占水泥重量鎖水劑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)對于地層較復雜，層間壓力異常，地層流體活躍的目的層，可采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(wěn)定性、水泥硬化后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(fā)生。直角稠化性能的水泥漿配方G級水泥+ (占水泥重量降失水劑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+ (占水泥重量降失水劑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+ (占水泥重量降失水劑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+(占水泥重量降失水劑X 2. 5% +膨脹早強劑 X 3%)，水灰比 0. 44，450C，20MPa 初稠 22Bc，稠化 68min。(3)對于油層跨度大、封固段長、層間壓力異常的目的層，依據(jù)壓穩(wěn)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(jīng)塑態(tài)或固態(tài)，而上部水泥漿體系還沒有稠化，能夠繼續(xù)給油層施加壓力，減小水泥漿“失重”現(xiàn)象可能導致的地層水
浸入環(huán)空。三凝水泥漿體系配方包括
領漿G級水泥70%+粉煤灰20%+微硅10%+ (占混合料總重量微硅增強劑X^)) 中漿G級+ (占水泥重量降失水劑X^1 +減阻劑X0. 2%+鎖水劑X0. 5%) 尾漿G級+ (占水泥重量失水劑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，有利于固井施工。②該體系稠化時間調節(jié)方便，有利于水泥漿配方調整和現(xiàn)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后能迅速水化凝固，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(fā)生。降失水膨脹水泥漿配方G級水泥+ (占水泥重量降失水劑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(wǎng)架結構，在注入地層后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沖蝕運移；過渡時間較短，水泥漿在初凝后能迅速水化硬化，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(chǎn)生體積增長，主要在水泥漿塑性狀態(tài)后期和硬化狀態(tài)前期發(fā)生，補充這個階段水泥漿的體積收縮，壓縮水泥石孔隙并改善孔隙分布，達到提高水泥石強度和降低滲透率的目的；并在受限狀態(tài)下產(chǎn)生預應力，提高水泥環(huán)的抗壓膠結強度，防止環(huán)空微間隙的產(chǎn)生；在體系中再輔以降失水劑，形成致密的濾餅降低失水，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+ (占水泥重量降失水劑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，其聚合物中的酰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，形成致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(xiàn)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(wěn)定性好，游離液接近于零；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(tài)一塑態(tài)一固態(tài)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+ (占水泥重量鎖水劑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后，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，注入地層后靜止狀態(tài)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沖刷稀釋作用，提高固井質量，但可泵時間較短，現(xiàn)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+(占水泥重量降失水劑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并形成較高的早期抗壓強度，滿足井淺溫低的要求。經(jīng)過膨脹實驗表明該體系在水泥漿硬化后具有一定的膨脹性，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(chǎn)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(huán)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，其特征是1)對于油層封固段較短、油藏埋深較淺的目的層，選用速凝早強水泥配方；2)對于地層較復雜，層間壓力異常，地層流體活躍的目的層，可采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)對于油層跨度大、封固段長、層間壓力異常的目的層，依據(jù)壓穩(wěn)原理選擇三凝水泥漿體系。
2.根據(jù)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，其特征是所述的速凝早強水泥漿配方G級水泥+(占水泥重量鎖水劑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(jù)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，其特征是所述的直角稠化性能的水泥漿配方G級水泥+ (占水泥重量降失水劑X2.5%)，水灰比0.44， 550C，25MPa，初始稠度22BC，稠化時間80Min。
4.根據(jù)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，其特征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%+微硅10%+ (占混合料總重量微硅增強劑X^))中漿G級+ (占水泥重量降失水劑X2%+減阻劑X0. 2%+鎖水劑X0. 5%)尾漿G級+ (占水泥重量降失水劑X2. 5%)根據(jù)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，其特征是所述的降失水促凝水泥漿配方G級水泥+ (占水泥重量降失水劑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(jù)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，其特征是所述的降失水膨脹水泥漿配方G級水泥+ (占水泥重量降失水劑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(jù)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，其特征是所述的降失水膨脹早強水泥漿配方G級水泥+ (占水泥重量降失水劑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(fā)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，其特征是(1)對于油層封固段較短、油藏埋深較淺的目的層，選用速凝早強水泥配方；(2)對于地層較復雜，層間壓力異常，地層流體活躍的目的層，可采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)對于油層跨度大、封固段長、層間壓力異常的目的層，依據(jù)壓穩(wěn)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(wěn)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(yōu)先權日2011年11月8日
發(fā)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:中國石油集團川慶鉆探工程有限公司長慶固井公司