胜利油田项目1-7月进展报告

1采用高分子前置液提高深井固井质量技术研究（2011年1-7月进展报告）创新点：钻井液和水泥浆均不动条件下实现泥饼固化提高固井质量。试验井钻井液体系宜与胜利油田史12-1井钻井液类似的水基钻井液。现用钻井液体系、水泥浆体系、固井工艺均不变。（1）两种前置液的配制与准备固井施工时，每口井配：第一种前置液：在水柜中直接加入GJ-Ⅰ型泥饼固化剂即白色桶的红色盖57桶、白色盖23桶，循环均匀即得2方第一种前置液。第二种前置液：以GJ-Ⅱ型泥饼固化剂为基础配置前置液2方，即先在水柜中加入GJ-Ⅱ型泥饼固化剂即蓝色桶的红色盖8桶、白色盖8桶，再加入水至2方循环均匀即得2方第二种前置液。建议两种前置液分别配制在一台车的两个水柜中，即1个水柜配制2方。（2）固井施工顺序（两种前置液的注入顺序不得错误）常规固井施工准备（管线试压等等）妥当后：第一步：打入现用前置液（若需要的前置液量超过4方的情况），此种前置液建议配制在另一台车的水柜中第二步：打入第一种前置液2方第三步：打入第二种前置液2方第四步：打入水泥浆-------等等，按常规步骤进行2011年1月至7月，中国地质大学（武汉）已为该项目投入113.5万元中国地质大学（武汉）资源学院二○一一年七月2受托方项目组（湖北省油气勘探开发理论与技术重点实验室固井完井实验室）：负责人：顾军教授主要成员：刘浩亚钟沛张辉董利飞杨易骏马超何吉标李柯李新宏3摘要1.2011年1-7月进展情况（1）完成了胜利油田深井目前固井二界面胶结性能室内实验评价48小时固井二界面胶结强度为0.039MPa，7天固井二界面胶结强度0.040MPa，15天固井二界面胶结强度0.109MPa，30天固井二界面胶结强度0.184MPa，131天固井二界面胶结强度0.181MPa，且随着养护时间延长，2～7天固井二界面胶结强度基本保持不变，即维持在0.040MPa以内，15～131天的固井二界面胶结强度也仅0.109～0.181MPa。（2）完成了泥饼固化剂提高固井二界面胶结强度的室内实验评价采用泥饼固化剂后，48小时固井二界面胶结强度0.107MPa即提高173.59%，7天固井二界面胶结强度0.202MPa即提高404.8%，15天固井二界面胶结强度0.487MPa即提高346.79%，30天固井二界面胶结强度0.708MPa即提高284.78%，131天固井二界面胶结强度2.012MPa即提高1011.6%。显然，用高分子前置液大大提高了固井二界面胶结强度，尤其是长期的固井二界面胶结强度提高得更为显著。（3）完成了高分子组合前置液的评价优选，现场试验4口井所需的GJ-Ⅰ型泥饼固化剂8.0吨和GJ-Ⅱ型泥饼固化剂1.6吨已门到门汽车全部运输到贵方所在地―东营市。（4）完成了第二种前置液（即GJ-Ⅱ型泥饼固化剂）与水泥浆和第一种前置液（即GJ-Ⅰ型泥饼固化剂）的配伍性实验第二种前置液与水泥浆各种比例混合液在90℃条件下40Bc稠化时间均大于等于132min，70Bc稠化时间均大于等于149min。第一种前置液与第二种前置液的各种比例混合液在93℃条件下分别密闭静置2小时、4.5小时后观察，均无异常现象，即前后混合液液态一致。第一种前置液和第二种前置液与水泥浆按1：1：8和1：4.5：4.5的比例混合的配伍性也良好。第一种前置液与钻井液按3：7和5：5的比例混合的配伍性也良好。4GJ-Ⅰ型泥饼固化剂和GJ-Ⅱ型泥饼固化剂均满足现场固井安全施工要求。（5）基本完成了高分子组合前置液提高界面胶结质量防窜机理的相关测试（前已测试微观结构样品26套，每套4500元，DSC、离子、红外12套），目前正在分析、总结、完善中，预计11月底能写出此部分的研究报告。2.现场固井施工方案试验井钻井液体系宜与胜利油田史12-1井钻井液类似的水基钻井液。现用钻井液体系、水泥浆体系、固井工艺均不变。（1）两种前置液的配制与准备固井施工时，每口井配：第一种前置液：在水柜中直接加入GJ-Ⅰ型泥饼固化剂即白色桶的红色盖57桶、白色盖23桶，循环均匀即得2方第一种前置液。第二种前置液：以GJ-Ⅱ型泥饼固化剂为基础配置前置液2方，即先在水柜中加入GJ-Ⅱ型泥饼固化剂即蓝色桶的红色盖8桶、白色盖8桶，再加入水至2方循环均匀即得2方第二种前置液。建议两种前置液分别配制在一台车的两个水柜中，即1个水柜配制2方。（2）固井施工顺序常规固井施工准备（管线试压等等）妥当后：第一步：打入现用前置液（若需要的前置液量超过4方的情况），此种前置液建议配制在另一台车的水柜中。第二步：打入第一种前置液2方第三步：打入第二种前置液2方第四步：打入水泥浆-------等等，按常规步骤进行。3.受托方科研经费支出情况（1）仿地井筒的制备：目前已使用仿地井筒653个，每个原材料费200元，计13.1万元，每个加工费80元，计5.2万元，合计18.3万元。（2）购高分子前置液优选所需的试剂21种，费用约为3万元。（3）固井二界面胶结强度测试费：目前已测试样品653个，每个120元，5计7.8万元。（4）目前已测试微观结构样品26套，每套4500元，DSC、离子、红外12套，每套5000元，计17.7万元。（5）研究生津贴：参与本项目的研究生6人，每人月500元，计1.8万元。（6）差旅费：先后到胜利油田取样等3次，费用约0.9万元。（7）现场试验4口井材料费及运费，64.0万元2011年1月至7月，中国地质大学（武汉）已为该项目投入113.5万元。注：以上费用均已含10%的学校管理费和5.8%的科研税。4.下步工作安排（2011.7-2011.12）（1）鉴于迄今中国地质大学（武汉）为该项目投入资金且开展研究工作已整整半年了，目前已基本完成该项目室内研究内容，因此请贵方尽快在2011年7-8月签订项目合作研究合同，支付合同研究经费，以确保该项目按时按质的顺利完成。此外，4口井试验井的材料费64万元也请尽快落实，一并签订合同。（2）下半年继续进行相关理论的深入研究，2011年11月完成理论研究报告。（3）2011年8月至2011年10月，在胜利油田进行4口深井的现场试验，以检验技术的适应性、实用性和有效性。（4）2011年10月至2011年12月，收集和分析现场试验资料，编写成果报告，进行项目成果验收。61固井二界面胶结强度测试评价方法固井后管外冒和投产后层间窜问题是长期困扰石油工程界的一个亟待解决的复杂性工程难题。事实上，自1940年美国Jones发现顶替时残留的钻井液泥饼导致水窜问题至今已70年了，国内外就固井二界面问题开展了持之以恒的探索、研究和实践，但此问题却依然如故，似呈越来越严重之势。无疑，致此之原因颇多，但至少实验条件的局限性是一关键因素。纵观以往固井二界面问题的研究，均采用钢套筒或环氧树脂加标准砂模拟岩心，与研究对象（地层或储层）难以做到仿真，既影响实验结果，也影响应用效果。鉴于此，我们耗时近一年时间对诸如仿地井筒、泥饼形成、强度测定等进行了大量的、艰苦的、系统的探索和研究，为固井二界面问题的实用研究奠定了坚实的实验基础。1.1仿地井筒制备方法仿地井筒的制备原理是根据砂岩储层――碎屑沉积岩形成的一般规律，以河道黄砂和标准砂作为碎屑颗粒，以自制材料作为胶结物，用压力试验机的缓慢加压来模拟地层压实（即地层的漫长的沉积下限和上覆压力的逐渐增加）过程。实验室制备井筒虽无法模拟地下的温度围压条件和极其复杂的成岩流体等因素（这些因素对碎屑沉积岩的形成有直接影响），但以自制材料加水作为胶结物，其自身低渗、性能稳定等特性与沉积胶结物有较好的相似性。无疑，此仿地井筒的制作方法不仅具有原始创新性，也为固井二界面问题的实用研究奠定了试验基础。仿地井筒制备过程分为准备和压制两个部分：准备部分――①将黄砂和标准砂筛选即得到分选良好、磨圆程度为次棱角状～次圆状仿地井筒用砂；②称取一定质量比例的混合砂和自制材料，根据水灰比量取定量的自来水，拌匀待用；7③进行PVC管模具的组合和定位（内柱外径33mm，外柱内径100mm）。压制部分――①将PVC管组合模具置于压力试验机座上，倒入拌匀后的混合砂、自制材料和自来水混合体，其质量的多少控制最终成型的仿地井筒高度；②接着用直径100mm的钢制圆柱压头在混合体的上表面缓慢加压，加压速度为0.01kN/s。在达到一定压力值后，保持恒压3～5min，注意观察PVC管模具有无变形；③然后卸压，将仿地井筒与模具一起取出；④24h后，置于电热箱中加热，PVC管受热膨胀，自动剥离仿地井筒，遂取出仿地井筒，此时水泥浆已完全水化胶结，即得到完整的仿地井筒（图1）。根据胜利油田主力油层参数（即泥饼的形成主要取决于地层渗透率――渗透率大，泥饼厚而疏松；致密地层，泥饼薄而坚韧），历经长期的艰苦摸索和大量的孔渗实验，得到了相应材料配比和需加的恒压数值，制作出了渗透率为与研究区孔渗一致的仿地井筒。图1仿地井筒示意图仿地井筒33mm100mm81.2仿地井筒内壁面泥饼形成方法仿真泥饼的形成无疑是研究固井二界面问题的关键所在。实际钻井过程中，钻井液在正压差的作用下向渗透性地层失水。随着钻井液水分进入地层，钻井液中的固相颗粒便沉积或粘附在井壁上形成泥饼。为了尽可能地模拟此泥饼的形成过程，经反复研究和试验，初步得到了仿地井筒内壁面泥饼的形成技术：（1）将仿地井筒置于玻璃板或光滑木板上，同时用两面胶带和高温黄油等将仿地井筒底部密封。（2）用大型注射器向仿地井筒内轴向均匀地注入现场钻井液或配制好备用的钻井液，注入量应不超过心高为准。（3）根据温度要求将其置于恒温箱中静置2～7h（静置时间根据需要适度调节），即可制得0.5～5mm厚的泥饼（含虚泥饼――死泥浆）。（4）若需去掉虚泥饼或需要厚度的泥饼，用专用工具（靠其重力自由下落）去掉需泥饼或部分厚度泥饼，即制得所需泥饼。这种泥饼形成技术具有温度可调、厚度可控等特点，且所制得的泥饼形貌与真实泥饼的形貌有一定的相似性，也有一定的原始创新性。该项目的泥饼厚度按0.5～1.0mm制作。1.3固井二界面胶结强度测定方法经大量探索和研究，得到了较为理想（即符合现场实际）的测定固井二界面胶结强度的方法是先把内壁面已形成泥饼的仿地井筒放到一块平整的板上，再将按API规范10配制好的油井水泥浆倒入仿地井筒中间的孔洞内，并使浆体液面略高于仿地井筒上表面，用搅拌棒插捣水泥浆数次，使水泥浆体密实均匀，然后用塑料膜盖上，室内养护24h后移到预先加热到一定温度的常压蒸养箱内再养护48h，取出在室外降到室温后即得到固井二界面实验研究模型（图2），再在改9装过的压力试验机上进行界面胶结强度的测量（图2），同时量出胶结界面的高度，即可按下式计算固井二界面胶结强度：hDFP10式中：P为固井二界面胶结强度，MPa；F为压脱值，kN；h为仿地井筒高度，在本实验中为5.5cm左右；D为仿地井筒内径，本实验中均为3.3cm。仿地井筒泥饼水泥环图2固井二界面实验研究模型示意图下挡板仿地井筒压头钻井液泥饼油井水泥浆体h10图3固井二界面胶结强度测试示意图图4固井二界面胶结强度测试仪器1.4本研究的实验样品与实验条件（1）实验样品①钻井液样品。钻井液为胜利油田史12-1井钻井完井液，由甲方现场取样并提供。②水泥浆样品。水泥浆配方为APIG级油井水泥+0.4%分散剂+1.5%降失水剂+0.1%缓凝剂+44%自来水，由甲方现场取样并提供。③仿地井筒样品。模拟胜利固井封固段的仿地井筒平均渗透率和平均孔隙度分别为150×10-3μm2和15%，由乙方制备。（2）实验条件①泥饼厚度：泥饼厚度为0.5～1.0mm。②实验温度：实验温度为95℃。112室内实验评价结果2.1胜利油田深井固井二界面胶结强度和泥饼固化剂提高固井二界面胶结强度室内实验评价结果为了评价胜利油田深井目前固井二界面胶结强度（研究前）和泥饼固化剂提高固井二界面胶结强度（研究后）情况，针对油田实际，以油田样品为基础，为模拟油水层均采用浴养方式进行了大量的评价实验研究，完成实验样品数653个，实验结果列于表1。表1研究前后固井二界面胶结强度