【正文】 性能。 0 GFR3時發(fā)生環(huán)空氣竄的潛在危險程度為輕度； 3≤ GFR 8時為中等； GFR≥ 8時 為嚴(yán)重。 一般，當(dāng)水泥漿靜膠凝強(qiáng)度達(dá)到 240MPa時，水泥漿就有足夠的強(qiáng)度阻止氣竄。實驗發(fā)現(xiàn)，纖維對水泥的抗沖擊斷裂韌性的提高幅度取決于所用纖維的種類 、長度和加量。采用纖維增韌是一種較有效的途徑。根據(jù)超混合材料原理及斷裂力學(xué)理論，要改變水泥石的動態(tài)力學(xué)性能。這個 l臨界強(qiáng)度因子稱為水泥石的斷裂韌性，它是度量水泥石材料抵抗裂紋擴(kuò)展能力的參數(shù)。 水泥環(huán)的損傷主要有以下三方面的原因：①水泥環(huán)與套管的彈性和變形能力存在較大差異，當(dāng)受到由射孔等產(chǎn)生的動態(tài)沖擊載荷作用時發(fā)生擴(kuò)張引起水泥環(huán)徑向斷裂；②高能射孔產(chǎn)生的應(yīng)力波相互作用、相互疊加，在水泥環(huán)中 形成拉、壓高應(yīng)變區(qū)，由于水泥石材料的抗拉、抗壓強(qiáng)度相差很大，造成水泥石的內(nèi)部斷裂；③射孔和壓裂等作業(yè)的沖擊作用大于水泥石的破碎吸收能時，水泥環(huán)產(chǎn)生破碎。 （ 三 ） 水泥石抗沖擊韌性機(jī)理研究 固井施工 中由于某些原因在水泥石中形成許多初始缺陷，在射孔和壓裂等作業(yè)中產(chǎn)生的沖擊載荷作用下，初始缺陷的裂紋尖端處會形成高度的應(yīng)力集中。吉林油田三井次的 CBL/VDL 測井結(jié)果也證明了射孔對隔層封固質(zhì)量的破壞。 104MPa 的沖擊壓力，造成沖擊開裂，發(fā)生“二次竄流”，影響后續(xù)采油作業(yè)。在射孔作業(yè)時，瞬間產(chǎn)生的高溫高壓聚能射流作用 到套管 /泥環(huán) /巖體 /復(fù)合體上，可產(chǎn)生高達(dá) 4179。 2. 水泥石的脆性 水泥石屬于有先天微觀缺陷的脆性材料，并存在固有的缺陷：① 抗拉強(qiáng)度低，在 ~ 之間（為抗壓強(qiáng)度的 1/7~1/12）；② 抗破裂性能差，極限 4 延伸率為 %~%； ③ 抗沖擊強(qiáng)度低，其斷裂功為 20~80J/m2（結(jié)構(gòu)鋼為5179。模擬研究表明，水泥環(huán)界面存在 的微間隙就可發(fā)生氣竄；當(dāng)微間隙為 ，在 CBL 測井中可能出現(xiàn)較大的振幅；微間隙為 ~，則導(dǎo)致固井質(zhì)量不合格。水泥漿體體積的減少主要發(fā)生在過渡時間結(jié)束以后，即水泥漿體的收縮主要發(fā)生在終凝以后。在養(yǎng)護(hù) 120h后 HVR 超過 5%，其中發(fā)生在初凝前的最大塑性收縮量小于 %，而硬 化體收縮則占 HVR 的 %。為此我們在基礎(chǔ)固井理論及可能適用與老 168 區(qū)塊的特殊水泥漿體系進(jìn)行了一些列調(diào)研。近年來，國外對多種特種水泥的研究運用已相當(dāng)成熟，防竄、非滲透、微硅水泥，為防氣、水竄提 供了多種有效途徑；膨脹水泥，特別是彈性膨脹材料，為第一、第二界面膠結(jié)的改善創(chuàng)造了好的基礎(chǔ)；抗腐蝕水泥為保護(hù)套管、延長油井壽命起著重要作用。為了使固井工作順利進(jìn)行，不斷提高固井質(zhì)量，必須要求水泥漿和水泥石具有良好的性能。 (二 ) 研究內(nèi)容 根據(jù)勝利石油管理局重點科研項目 的要求 ，以現(xiàn)場施工情況和鉆井固井 理論為基礎(chǔ)，收集國內(nèi)外 大斜度井固井以及低滲透水泥漿體系等相關(guān) 技術(shù)現(xiàn)狀的相關(guān)資料，學(xué)習(xí)相關(guān)的固井工藝、技術(shù)；通過對資料的篩選、分析、總結(jié)，提出適合應(yīng)用于 樁西老 168 區(qū)塊固井技術(shù)的 研究方案，通過 大量的室內(nèi)研究，并開展現(xiàn)場試驗應(yīng)用，為進(jìn)一步完善 低滲透微膨脹塑性體系 以及 適應(yīng)老 168區(qū)塊的配套固井工藝措施。 老 168區(qū)塊方案所設(shè)定的井位全部為定向井（水平井），井位靶點水平位移離人工島206～ 2465m，方案一水平位移 1000m 以內(nèi)的 18 口， 1000～ 1500m 的 13 口， 1500～2021m 的 12口， 2021m 以上 的 12 口，方案二水平位移 1000m 以內(nèi) 的 18 口， 1000～1500m 的 13口， 1500～ 2021m 的 10口， 2021m 的 以上 8 口，最大垂位比達(dá) ，存在大位移井的固井技術(shù)難題。本地區(qū) 絕大部分井只鉆到館上段，巖性主要為棕紅色、淺灰色泥巖與細(xì)砂巖、粉砂巖間互層，地層厚度一般在 800～ 1000m。該地區(qū)地層發(fā)育比較齊全，自下而上鉆遇了前第三系中生界、下第三系沙河街組、東營組及上第三系館陶組、明化鎮(zhèn)組、第四系平原組地層，根據(jù)油藏特點制定的開發(fā)方案有兩個，第一方案 55 口井，其中水平井 14 口，定向井 41 口。本項目的研究內(nèi) 容所涉及的內(nèi)容推廣前景非常廣闊，因此開展本項目的研究有著非常深遠(yuǎn)的意義。但是井下動態(tài)干擾較明顯，地層 孔 隙大，滲透性強(qiáng)，固井作業(yè)時既可能發(fā)生井漏，又可能因水泥漿的失重而引起油、氣竄，影響水泥環(huán)的膠結(jié)質(zhì)量；該地區(qū)井下地層水發(fā)育，往往是油層上下均存在不同的水層，在固井過程中，由于水層的干擾，造成水竄影響水泥石的強(qiáng)度，嚴(yán)重影響固井質(zhì)量。隨著海上油田開發(fā)的需求和發(fā)展，隨著大位移井，水平井鉆井技術(shù)的不斷發(fā)展，甚至多底井、多分支井的不斷應(yīng)用，對固井技術(shù) 的 發(fā)展提出了更高更快的要求 以 跟上 鉆井技術(shù)前進(jìn)的腳步。 1 樁西老 168區(qū)塊固井技術(shù)研究及應(yīng)用 勝利石油管理局渤海鉆井總公司 二 00 九年十一月 課題編號 勝 利 石 油 管理 局 科技項目研究報告 2 樁西老 168區(qū)塊固井技術(shù)研究及應(yīng)用 項目名稱： 《 樁西老 168 區(qū)塊固井技術(shù)研究及應(yīng)用 》 研究起止時間： 2021年 1 月 — 2021 年 12 月 負(fù)責(zé)人： 報告編寫人： 王軼斌 主要研究人員： 王軼斌 等 審核人： 審定人： 3 目 錄 前言????????????????????????????? 1 一、 課題來源、研究的內(nèi)容?????? ????????? ???? 2 （一）課題來源 ??????????????????????? 2 （二）研究內(nèi)容 ??????????????????????? 2 二、 課題調(diào)研 ???????????????? ??? ?????? 3 （一）課題 調(diào)研的意義 ???????????????????? 3 （ 二 ） 常規(guī)水泥漿的性能缺失 ????????????????? 3 （ 三 ） 水泥石抗沖擊韌性機(jī)理研究 ??? ?? ?????????? 4 （ 四 ） 纖維水泥漿體系防竄性能研究 ?????????????? 5 （ 五 ） 晶格膨脹劑體系的成熟 ???????????? ????? 11 （ 六 ） 微硅對水泥漿水泥石的改善作用 ????????????? 12 三、 研究的目的意義與方法步驟??????? ?????????? 15 （一） 研究的目的意義 ?????? ????????? ????? 15 （二） 水泥漿方案設(shè)計 、 選擇 ?????? ?? ????? ???? 15 （三） 室內(nèi)試驗 ???? ??????????? ???????? 21 四、現(xiàn)場應(yīng)用情況??????????????????????? 29 （一） 配套工藝措施 ????????????????????? 29 （ 二 ） 現(xiàn)場應(yīng)用情況 ?????? ??????????????? 30 五、綜合評測????????????????????????? 33 （一） 綜合效益分析 ????????????????????? 33 （二） 存在和需要解決的問題 ????????????????? 33 （三） 結(jié)論和建議 ?????????????????????? 33 （ 四 ） 推廣意見 ??????????????????????? 33 （ 五 ） 項目 創(chuàng)新點 ?????????????????????? 33 1 前 言 伴隨著勝利油田投入開發(fā)四十多年的步伐，勝利油田可采、易采 石油儲量不斷減少。為盡量保持勝利油田穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的局面，水平井、定向 大位移井 不斷增多，石油勘探開發(fā)的重心也由陸上逐漸向海上轉(zhuǎn)移 ， 近年來攤淺海鉆井及海油陸采井已經(jīng) 成為 勝利 油田油氣產(chǎn)量新的重要增長點。 老 168 區(qū)塊 為 2021 年局重點開發(fā)區(qū)塊 ， 該區(qū)塊地層復(fù)雜，油 埋藏深度淺，地層壓力屬正常壓力范疇，鉆井液密度為 ，個別油井地層壓力較高。 因此，急需針對該地區(qū)地質(zhì)特征和固井難點，開展固井技術(shù)研究，研制開發(fā)適合老 168 區(qū)塊的低滲透塑性微膨脹水泥漿體系，制定出一套較完善現(xiàn)場施工工藝技術(shù)措施，有效地解決老 168 區(qū)塊復(fù)雜的固井工藝問題，為在老油區(qū)復(fù)雜區(qū)塊的完井提供有效的技術(shù)支持。 2 一、 課題來源、研究的內(nèi)容 （一） 課題來源 老 168 區(qū)塊為 2021 年局重點開發(fā)區(qū)塊 ，位于老河口油田的北部，其南與樁106 塊相鄰，東部為老 163 塊，區(qū)域構(gòu)造位于埕東凸起北部緩坡帶上。第二方案 49口井，其中水平井 12 口，定向井 37 口。實測 油層溫度為 57～ 62℃，地溫梯度平均為 ℃ /100m，屬常溫系統(tǒng)。 根據(jù)老 168 塊 4 口井的地層水分析化驗資料，館上段地層水總礦化度平均3464mg/L，氯離子平均含量為 1672mg/L，重碳酸根含量平均為 511mg/L，水型為NaHCO3。 3 二、 課題調(diào)研 （一）課題調(diào)研的意義 油井 水泥漿及水泥石的性能與固井作業(yè)的質(zhì)量有著直接的關(guān)系，是固井設(shè)計、安全施工、保證固井質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)。尤其是隨著固井技術(shù)的進(jìn)步，深井、超深井、大位移井、疑難井 越來越多，對水泥漿性能要求越來越高。國內(nèi)在特種水泥漿體系方面也逐步向國際看齊，但因為起步較晚，差距還是明顯的。 （二）常規(guī)水泥漿 的 性能缺失： 水泥漿體的體積收縮 Sabins將水泥漿體的體積收縮 (HVR)分為兩部分：塑性體收縮和硬化體收縮。 HVR 的 90%以上是在水泥漿的強(qiáng)度達(dá)到 ASTM終凝值（ ）之后。水泥漿體的收縮伴隨著水泥石孔隙率的增大，對于水泥石的滲透率（抗腐蝕能力）和抗壓強(qiáng)度（膠結(jié)性能）均有不良的影響。上述結(jié)果證實了 Drecq 的觀點 ：“水泥漿體的收縮是造成地層流體竄流的核心，如不設(shè)法解決漿體的收縮問題，采取再多的工藝措施也是徒勞的”。 105 J/m2）；④ 彈性模量高（ ~），泊松比?。?~）。 103~2179。國內(nèi)外已有部分實踐證實：射孔前 CBL/VDL/SBT 測井固井質(zhì)量為優(yōu)質(zhì)，而射孔后 CBL/VDL/SBT 測井質(zhì)量不合格。大慶油田統(tǒng)計了 722 口套損井的 990個套損點，其中在射孔井段附近的套損點占 %，中原油田的 764口套損井，有 258 口井在射孔段，占 %。依斷裂力學(xué)理論，隨著應(yīng)力水平的發(fā)展，一旦斷裂強(qiáng)度因子大于材料的斷裂韌性，裂紋將迅速擴(kuò)展，繼