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分时挤封工艺在产层封堵中的应用

发布时间:2016-11-22 21:13:38 浏览:404 次 字体大小: | |

    摘要:水泥挤封作业中,由于水泥浆的重力沉降作用,导致了水泥浆在凝固前发生沉降分层,使挤封段局部不能封固而发生窜漏,达不到封堵的目的。针对水泥重力沉降变化特性,试验了密度分时和稠化分时挤封新工艺,有效地防止和降低了水泥浆重力沉降影响,提高了水泥封固强度,形成了一套水泥挤封作业分时方法与分时工艺。

    关键词:分时 挤水泥 工艺 技术

    随着油田向中高含水期的发展和勘探向边远难采储量的推进,在井下作业和试油过程中,为了有效地封闭已经射孔完成的油、气、水层,经常要采用水泥挤封工艺对目的层进行封堵,达到调整产层或分层试油的目的。但是,在水泥挤封作业中,由于水泥浆受储层裂缝和井身结构对水泥在挤入带分布状态的影响,挤入的水泥浆凝固前在重力沉降作用影响下发生沉降分层,使处于井筒和裂缝顶部的水泥浆密度降低,不能有效地凝固或凝固后不能形成高强度水泥石,导致水泥封固强度降低或挤封作业失败。为了有效地提高挤封成功率和挤封后抗压性能,根据对水泥浆重力沉降形态分析、沉降时间试验和沉降后强度试验,开发应用了以密度分时挤入和稠化分时挤入的分时挤封技术;有效地降低和防止了水泥浆重力沉降对水泥凝固强度的影响,并通过在吐哈油田大量的现场试验应用,总结形成了科学的分时方法和分时工艺,使裂缝性储层和水平井挤封成功率达到95%以上,取得了较好的经济效益和社会效益。

    一、工艺技术原理与方法

    1.水泥挤封窜漏原因分析

    根据对挤封失败原因分析发现,如果在挤封作业过程中水泥浆有效充满流体通道,并在挤入压力作用下,水泥浆在地层中失水后密度增大,形成高密度水泥带或失去流动性能,凝固后的水泥石具有较高的抗压强度,能够有效地封堵油井的流体通道。如果水泥浆不能有效充满流体通道或充填后发生沉降分层,封固带局部地层中充填水泥浆密度降低或水泥浆出现析出水,水泥浆在封固带形成窜漏带,则导致流体通道不能有效封堵或封固的水泥石抗压强度降低而挤封失败。不同的井身结构,发生水泥浆重力沉降后的窜漏带不同,直井的射孔孔眼和裂缝带挤封后,出现的窜漏带主要集中于孔眼和裂缝上部,水平井挤封后出现的窜漏带主要集中水平段的顶部。

    2.水泥强度与重力沉降试验

    我们在室内进行水泥浆封固强度试验中,分别取密度为1. 751.81.85G级中抗水泥浆50mL,静置至凝固后,实测水泥石抗压强度存在差异,水泥浆密度越低,凝固后的水泥石抗压强度越低,且实测的水泥石凝固体积总是小于水泥浆体积,在容器顶部总有少量的析出水出现,水泥浆密度越低,析出水越多。通过大量的水泥沉降试验、沉降形态分析和沉降后水泥凝固强度试验,不同密度和分散性能的水泥,发生大量重力沉降的形态与时间不同,常用G级中抗油井水泥,配制为密度1.8 g/cm³的水泥浆,实测平均重力沉降时间为32 min,配制为密度1.85 g/cm³的水泥浆,实测平均重力沉降时间为27 min。试验表明,要使水泥浆形成高强度的水泥石,相对提高水泥浆密度不仅能有效提高凝固后水泥石的强度,而且能够有效的降低水泥浆重力沉降分层。

    3.分时挤入法的机理与方法

    根据试验结果,提高水泥浆的密度或稠度是提高水泥挤封后抗压强度和减小重力沉降影响的重要途径。但是,现场进行挤封作业时,水泥浆密度或稠度过高将导致地面配制和管柱内泵注困难,如何解决水泥浆在替注完成后提高密度和降低流动性作为研究的重点。根据水泥浆沉降试验和流变性能试验结果,提出了分时挤入法。所谓分时挤入法,实质上就是在挤封过程中根据水泥浆的沉降特性和稠化特性分为几个时间段进行挤封作业,从而防止和降低水泥浆重力沉降影响的工艺方法,分时挤入通常主要有增密度分时挤入法和稠化分时挤入法两种分时方法。

    所谓增密度分时法,就是在挤封过程中,挤入地层一定量的水泥浆后,如果水泥浆在地层流动性能好,挤入压力过低,则停泵等待30~60min,使水泥浆在井筒和地层内发生重力沉降,增大井筒内水泥浆底部和挤入带底部的水泥浆密度,然后开泵继续挤注,将沉降形成的高密度水泥浆挤入地层,将地层中沉降后的析出水挤入到地层深部,从而提高挤封带的封固强度,达到挤封的目的。该方法主要应用于裂隙发育层段的直井或斜井挤封作业。其原理是利用水泥静止时的重力沉降,使井筒内和地层中局部的水泥浆密度增高,将井筒内高密度水泥浆挤入裂隙中,顶替地层沉降后析出水,并以高密度增大水泥浆流动阻力,迫使水泥浆在挤入过程中受阻失水,形成高强度填充封固带。

    所谓稠化分时法,就是在挤封过程中,挤入地层一定量后,如果水泥浆在地层流动性能好,挤入压力过低,则停泵等待,水泥浆在井筒或地层中发生重力沉降,使水泥浆的密度和稠度增大,在接近水泥浆初凝前30min20 min分段将已经增大密度和开始稠化的水泥浆挤入地层,置换地层中沉降形成的析出水,并在再次发生沉降前稠化初凝,形成高强度填充封固带。其原理是利用水泥浆静止时重力沉降和流变性能变化特性,在水泥浆沉降增大密度和流变性能降低后挤入地层,使进入地层的水泥浆沉降前稠化凝固,避免因水泥浆重力沉降导致分层、窜通问题出现,该方法主要应用于大裂缝或水平井作业。

    二、现场应用实例

    1Y10P井水平段堵水施工

    Y10P井是采取筛管方式完井的水平井,试油过程中发现水平段产水,与区域的油水分布不符。但该井采用筛管悬挂完井,悬挂器以下套管未固井,无法进一步分层试油确定储层真实的产液性质。研究决定,从套管位置封堵水平段,封堵后采取射孔完井,射开斜井段套管进行试油,确定产层的真实液性。

    设计采用桥塞坐封于筛管顶部水平段,桥塞顶部射孔1m后。用密度1.85 g/cm³水泥浆挤封固井。现场射孔后求得5MPa吸水量350mL/min,能够连续注入;该井地层压力较高,挤封前存在微量的溢流,水泥浆初凝试验密度1. 85 g/cm³水泥浆稠化时间为120 min。依据挤封段长度和求吸水结果,设计计算水泥浆用量为5.3m³,采取高替高挤传统挤封工艺施工,施工限压20MPa。施工时下管柱至管脚在水泥浆面以上50m,现场配制1. 85 g/cm³水泥浆5.5m³,挤入5.3 m³,挤封最高压力7MPa,井筒水泥塞面控制在射孔段以上40m,挤封后关井候凝48h,探得塞面位置符合要求,水泥塞试压15MPa合格,钻塞后试压5MP吸水量250 mL/min,能够连续注入,挤封失败。分析为高替高挤混浆带长,水平段水泥沉降分层窜漏。修改设计,采取压井后低替高挤方式进行施工。二次挤封时管柱下至射孔段底部,配制水泥浆5.4m³,替入水泥浆5.3 m³后上起管柱至水泥浆面以上50m,挤入水泥浆4.93 m³,最高挤入压力7MPa。候凝48h水泥塞试压15 MPa合格,钻塞后试压5MPa吸水量250mL/min,能够连续注入,挤封再次失败。经研究分析,失败的原因主要是挤入水泥浆过桥塞后大量流至水平段底部,桥塞前后段水平段的顶部受重力沉降作用,水泥浆沉降后水平段顶部为水泥浆析出水或低密度水泥浆,未形成高强度水泥石。根据分析研究结果,决定修改设计,在平衡压井状态下,采取低替高挤+稠化分时挤入法挤封作业。施工时配制水泥浆5.3 m³,管脚位置在射孔段底部,顶替水泥浆5. 2m³后上提管柱至设计水泥浆面以上50m,挤入水泥浆3m³后停泵,挤入压力7MPa,候沉候凝至水泥浆初凝前30min开泵挤入1.5 m³,挤入压力12MPa,继续候沉候凝至水泥浆初凝前15 min开泵挤入0.3m³,挤入压力20MPa,关井候凝48h,钻塞后试压20MPa不漏,挤封成功。挤封后射开斜井段试油,测试日产油2. 7m³/d,测试结果证明挤封后未出现渗漏。

    2N9-10裂缝储层挤封施工

    N9-10井是以裂缝为主的储层,挤封段长11.2m,射孔总孔数168孔,挤封前求吸水得出6MPa吸水量为420L/min,地层压力系数0.68。由于该区块采油时间长,地层亏损严重,加之裂缝发育,传统挤入工艺挤封成功率低于40%,根据区块的特点,该井挤封时设计水泥浆挤入量2.5 m³,采取低替高挤+密度分时挤入新工艺。施工时现场配制密度1.85 g/cm³水泥浆2.7 m³,管脚位置在射孔段底部,正替入水泥浆2.5m³后,上提管柱至水泥浆面以上50m,开泵挤入水泥浆1. 2m³,挤入压力8MPa,停泵候沉30min,开泵挤入水泥浆0.5m3,挤入压力12MPa,二次停泵候沉30min,开泵挤入水泥浆0.3m³,挤入压力27MPa,关井候凝48h钻塞后试压15MPa合格,挤封取得了一次成功。

    三、结论与认识

    (1)分时挤人工艺是一种在井下提高水泥浆密度和防沉降为主体的挤封新工艺,能够有效地解决裂缝储层和水平井挤封时水泥浆沉降分层问题,进而提高挤封质量。

    (2)分时挤入的分时时间确定必须依靠准确的稠化试验数据和水泥浆沉降试验数据确定,是保证挤封质量和安全的关键。