水平井固井浆体技术在川西的应用

一、川西水平井的特点
       今年以来，川西上了一大批水平井，川西水平井的特点主要是：
       1、井的斜深一般在2500-3500m左右，个别井有的达到或超过4000m。
       2、井的垂深在2500-2700m左右。
      3、造斜点大多在1000-1400m左右，造斜段长一般400-500m左右，因此造斜率较高、全角变化率都较大，有的井全角变化率(°/30m)达到10°以上。
      4、水平井段长一般在900-1000m左右。
      5、井身结构多为三开结构，个别井为二开结构：
      6、生产套管多用139.7mm套管，在215.9井眼中固井施工的间隙较大。
      7、地层极易水化膨胀垮塌，水平井段普遍使用仿油基泥浆。
      8、目的层蓬莱镇组和沙溪庙组承压能力相对较高，部分井承压当量达到2.0g/cm3。
      9、完井电测时，有的井可能无法测水平井段的井径。
二、川西水平井固井的技术难点
      1、水平段也是气层段，要求水泥浆零析水并具有较好的稳定性和防气窜性能。
      2、泥浆中普遍含油(3%-5%)，油会附着在套管和井壁上影响界面胶结质量，要求前置液体系具有较强的驱油能力。
      3、泥浆性能差，粘度高、静切力高，根据顶替理论模型，要求水泥浆具有较高的动切力以提高顶替效率。
      4、注替过程环空返速较低，普遍小于1m/s，水泥浆流型难以达到紊流，顶替效率难以保证，也要求水泥浆具有相对较高的动切力。
      5、川西井场位于农业平原地区，环保要求严格，需要水泥浆准备过程和施工过程避免污染。
      6、川西地区钻井生产进度快，要求水泥浆候凝时间短，水泥石强度发展快。
      7、水平段套管虽然带有扶正器，但是套管靠下井壁的趋势始终存在，仍然有套管与下井壁间隙小的问题。
      8、水平段的岩屑床难以清洗干净，影响下井壁的固井质量问题。
三、水平井固井浆体技术的主要措施
      1、调整水泥浆体零析水。水泥浆的沉降稳定性≤0.02。
      2、使用缓凝剂BS200R-2和膨胀剂BS500，实现水泥浆直角稠化和晶格膨胀达到较好的防气窜效果。
      3、提高界面胶结质量
       影响界面胶结质量的主要因素有：假泥饼、油膜、沉砂和微间隙。
       针对假泥饼，使用渗透能力较强的冲洗液和冲刷、悬浮能力较强的隔离液，冲洗液破坏假泥饼的结构并带走部分固相，隔离液将假泥饼剥离并带走。
       针对油膜，使用驱油能力较强的冲洗液。冲洗液中的表面活性材料具有强的相转换能力并能充分湿润界面，提高水泥石和两个界面的联接力；其中碱性材料与表面活性剂协同作用，进一步提高了驱油效果。
       针对沉砂，除了使用悬浮能力较强的隔离液之外，在工艺方面要作好洗井工作。
       针对微间隙，使用微膨胀水泥浆体系避免体积收缩，同时使水泥石与交界面产生应力作用，提高胶结面质量。
    4、提高顶替效率
        紊流顶替是提高顶替效率的最好流型，139.7mm套管在215.9mm井眼内，环空达到紊流的临界条件为：顶替排量≥5m3/min（水泥浆密度1.90g/cm3,表观粘度200mPa.s左右）、或者水泥浆表观粘度≤45mPa.s（水泥浆密度1.90g/cm3,顶替排量1.5m3/min左右）。但是，这两条都无法实现。
        在现有条件下，根据顶替理论可以使用高动切力水泥浆体系来达到较好的顶替效率，高动切力水泥浆体系也具有较高的粘度，因此也可以利用粘度优势来提高顶替效率。
        密度优势也可以提高顶替效率，但是受到井眼条件和成本的限制。
        在满足地面施工的前提下，采用水泥浆体系和隔离液体系具有以下性能来提高顶替效率：
    　在地面和循环温度条件下：水泥浆粘度＞隔离液粘度＞泥浆粘度；水泥浆动切力≥40Pa。
　    5、水泥浆材料全部采用干混，施工直接采用清水配浆，降低环保风险。
　    6、影响水泥石强度发展的主要因素是缓凝剂，目前选用的BS200R-2型宽幅缓凝剂，对温度的敏感性小，可以使水泥浆在稠化时间满足设计要求的情况下顶部强度发展快：12小时抗压强度7.5MPa，24小时抗压强度达到10MPa。该缓凝剂的水剂产品BS200R在川东北地区得到广泛应用并取得了较好的效果。
    　7、针对套管与下井壁间隙小的问题，可采用套管“漂浮”工艺。
    　8、采用塑性水泥浆体系，水泥石力学性能好，可以较大程度的减少扫塞作业对水泥环的破坏作用，有利于保持固井质量。
四、施工的过程控制要点
　    1、外加剂进行严格取样工作，确保外加剂的性能稳定。
　    2、对不是直接参与的环节（混灰、装灰、卸灰）派专人监控。
    　3、现场每罐灰都必须取样检测。
　    4、相溶性实验所使用的隔离液、先导浆、泥浆必须是现场配好、准备入井的大样。
　    5、在小样实验过程中把稠化时间调整到较长的区间。以避免缓凝剂混拌不均匀出现局部稠化时间偏短的问题（依据是BS200R-2型宽幅缓凝剂，对温度的敏感性小，可以使水泥浆在稠化时间满足设计要求的情况下顶部强度发展快）。
　    6、施工时配有备用水泥车，注替的排量尽可能大一些，最好在1.8m3/min左右，以实现环空返速达到1m/s。
　    7、由于浆体稠施工泵压可能较高，要按高压施工要求进行准备。
五、实施效果
       1、什邡109-1H井固井质量评价：
　   固井质量评价：声幅曲线质量为优，经统计固井质量优。主要油气层段固井质量:水平段储层固井质量优良，同时气层上下30m封固质量优秀。   
        影响固井质量因素分析：
       不利因素：水平段井径未测水泥浆量无法准确确定、泥浆粘度较高(55s)、静切力较高(6pa/18pa)、动切力较高(15pa)；
       有利因素：密度差优势较突出(泥浆密度1.45g/cm3，水泥浆密度1.92g/cm3)、水泥浆体稠动切力高、水泥浆量充足(循环出水泥浆10m3)；使用了强力的冲洗液和冲刷、悬浮能力较强的隔离液；大斜度井段和水平井段使用了旋流减阻刚性扶正器。
        2、什邡3-1H井固井质量评价：
　　固井质量评价：声幅曲线质量为优。经统计三开固井质量优。解释较好的储层固井质量优良，围岩封隔性好。
        影响固井质量因素分析：
       不利因素：水平段井径未测水泥浆量无法准确确定、泥浆粘度较高(64s)、水泥浆动切力较低(11pa)；
       有利因素：密度差优势较突出(泥浆密度1.48g/cm3，水泥浆密度1.89g/cm3)、泥浆静切力较低(3pa/10pa)、注替排量较高(1.8m3/min)；使用了强力冲洗液和冲刷、悬浮能力较强的隔离液；大斜度井段和水平井段使用了旋流减阻刚性扶正器。
        3、洛蓬2-1H井固井质量评价
　   固井质量评价：声幅曲线质量为优。经统计固井质量优质。本层所封的已测油气层段封固质量优良为主，同时气层上下30米封固质量优秀。
　   影响固井质量因素分析：
  　不利因素：水平段井径未测水泥浆量无法准确确定、隔离液密度1.26g/cm3只比井浆密度高0.01g/cm3；
　  有利因素：密度差优势较突出(泥浆密度1.25g/cm3，水泥浆密度1.59g/cm3)、泥浆静切力较低(2pa/8pa)、水泥浆动切力较高(62pa)；使用了强力冲洗液和冲刷、悬浮能力较强的隔离液；大斜度井段使用了刚性扶正器、水平井段使用了旋流减阻刚性扶正器。
        4、什邡3-3HF井固井质量评价
　    固井质量评价：声幅曲线质量为优。固井质量优质。本层所封的已测油气层段封固质量优良，气层上下30米封固质量优秀。
        影响固井质量因素分析：
　   不利因素：水平段井径未测水泥浆量无法准确确定、泥浆粘度较高(65s)、动切力较高(21pa)；
　   有利因素：密度差优势较突出(泥浆密度1.48g/cm3，水泥浆密度1.87g/cm3)、水泥浆动切力较高(51.5pa)、泥浆静切力较低(1/5pa)、施工排量较高(1.8m3/min)；使用了强力冲洗液和冲刷、悬浮能力较强的隔离液；大斜度井段和水平井段使用了旋流减阻刚性扶正器。
        5、新繁1-1H井固井质量评价
　   固井质量评价：声幅曲线质量为优(优质率：98.5%；良好率：1.5%)。
   　影响固井质量因素分析：
　  不利因素：水平段井径未测水泥浆量无法准确确定、泥浆粘度较高(68s)；
  　有利因素：密度差优势较突出(泥浆密度1.38g/cm3，水泥浆密度1.90g/cm3)、水泥浆动切力较高(56pa)、施工排量较高(1.8m3/min)；使用了强力冲洗液和冲刷、悬浮能力较强的隔离液；大斜度井段和水平井段使用了旋流减阻刚性扶正器。
        6、马蓬25-1HF固井质量评价
　   固井质量评价：声幅曲线质量为优。套管柱试压合格。
       影响固井质量因素分析：
　   不利因素：水平段井径未测水泥浆量无法准确确定、泥浆粘度较高(58s)、切力高(7.5/17.5pa)；
　   有利因素：密度差优势较突出(泥浆密度1.58g/cm3，水泥浆密度1.87g/cm3)、水泥浆动切力较高(47pa)、施工排量较高(1.8m3/min)；使用了强力冲洗液和冲刷、悬浮能力较强的隔离液；大斜度井段和水平井段使用了旋流减阻刚性扶正器。
         7、马井18井固井质量评价
　   固井质量评价：声幅曲线质量为优。　影响固井质量因素分析：
  　不利因素：泥浆密度高(1.90g/cm3）、水泥浆密度2.04g/cm3无明显密度差优势；
  　有利因素：泥浆动切力12 pa水泥浆动切力117pa有非常明显的动切力差优势、施工排量较高(1.7m3/min)；使用了强力冲洗液和冲刷、悬浮能力较强的隔离液；平均井径242.77mm(扩大率12.45%)扩径不大，直井段和斜井段都使用了扶正器。
        8、什邡17-1HF井固井质量评价
　   固井质量评价：声幅曲线质量为优，变密度曲线质量为优，主要储层的固井质量评价为优，其围岩封隔性较好。套管柱试压合格。　
       影响固井质量因素分析：
       不利因素：水平段井径未测水泥浆量无法准确确定，泥浆性能差：粘度高(75s)、切力高(静切力5/17pa，动切力18.5pa)；
   　有利因素：密度差优势较突出(泥浆密度1.44g/cm3，水泥浆密度1.90g/cm3)、水泥浆动切力较高(52pa)有动切力优势、施工排量大(1.8m3/min)；使用了强力的冲洗液和冲刷、悬浮能力较强的隔离液；大斜度井段和水平井段使用了旋流减阻刚性扶正器。
　　　
 六、认识和看法
        通过实践，可以得出如下初步认识和看法：
　    1、泥浆静切力高、动切力高不利于保证固井质量。
　    2、水泥浆对泥浆密度差优势突出的，有利于保证固井质量
　    3、大排量施工有利于保证固井质量。
　    4、水泥浆高动切力有利于提高固井质量。
　    5、使用的冲洗液、隔离液、水泥浆体系等水平井浆体技术在仿油基泥浆水平井固井见到了一定的效果。
　    6、水平井段使用旋流减阻刚性扶正器有利于套管居中和克服下井壁水泥环薄甚至无水泥环的问题，也有利于水平井段的顶替效率提高。
    　7、B靶点比A靶点高的水平井保证固井质量的难度大。
　    8、水平井固井大多是高泵压施工。
　    9、固井是一个系统工程，必须得到钻井工程的理解和支持。