四川盆地页岩气水平井固井技术.docVIP

四川盆地页岩气水平井固井技术 赵常青 　曾凡坤 刘世彬 冷永红 (川庆钻探工程公司井下作业公司研发中心) 摘要　页岩气水平井气藏因其储层物性差,大都采用大型压裂技术才能获得产能,对水泥环层间封隔性能要求较高，同时钻井液采用高密度油基（合成基）泥浆严重影响顶替效率和界面胶结质量，通过采用增韧纤维水泥浆、高效冲洗隔离液、集成应用川渝地区成熟提高长水平段顶替效率，前期三口井固井质量均满足后期增产作业，为川渝地区页岩气水平井固井提供了技术储备。 关键词　 页岩气 　水平井　增韧水泥浆　 冲洗液 固井工艺 固井质量 前 言 我国页岩气藏资源量丰富，随着常规天然气资源的不断枯竭，页岩气等非常规天然气资源正成为开发的热点。据有关专家估计四川盆地仅寒武系九洞组和志留系龙马溪组的页岩气资源就可以与四川盆地的常规天然气资源总量相媲美。页岩气藏属于典型的低孔、低渗、低产油气藏三口先导性试验井，，2.35g/cm3，高密度油基(合成基)泥浆及长水平段严重影响顶替效率及界面胶结与后期大规模、重复压裂提供需要的优质层间封隔矛盾突出。为此在三口井固井实际过程中，采用增韧纤维水泥浆体系，增加水泥石抗破碎能，减少因局部能量蓄积导致的裂纹迅速扩展；采用高效界面清洗性隔离液、冲洗液改变界面润湿性；综合应用各种技术提高固井大斜度水平井顶替效率；实现了高效优质固井。通过三口井现场探索试验，初步形成了目前技术条件下的四川盆地页岩气水平井固井技术。 增韧纤维水泥浆体系 为改善水泥石抗冲击性能通常是在水泥浆中添加适当的增韧外加剂来改变水泥石的动态力学性能，提高水泥石断裂韧性。因此，要增强水泥石的弹性，首先要研制和筛选合适水泥浆增韧外加剂。 1 增韧纤维材料选择 提高水泥韧性的方法通常是在水泥浆中加入纤维材料。纤维在水泥浆体中的主要功能是阻裂、增韧、增强、抗收缩、防腐蚀和抗渗透。其阻裂和增韧的作用机制为：在挠曲载荷作用下，提高材料形成可见裂缝时的载荷能力；在疲劳载荷作用下阻止裂缝扩展；在冲击载荷作用下对裂纹尖端应力场形成屏蔽；显著提高水泥石的断裂韧性。目前国内外建材行业和油井水泥都基于下述方法增加水泥石韧性：（1）在水泥浆中加入一定比例的长短纤维，如木质纤维、尼龙纤维、合成纤维、玻璃纤维等。利用纤维对负荷的传递，致使水泥石内部缺陷的应力集中减小，即增加水泥石抗冲击能力。（2）用聚合物水泥浆，如纤维素衍生物、树脂、胶乳或合成大分子等，由于大分子对水泥微粒之间连接作用和颗粒填充作用而增加水泥石韧性。 前期实验表明：纤维与水泥的重量比例、体积比例、长径比、以及分布状况等，对水泥浆的性能影响极大，对水泥石的塑性和其它力学性质也举足轻重。纤维过长、长径比过高都会影响水泥浆的失水性和流变性；纤维短、长径比过低，则水泥石韧性和其它力学性质增效甚小。在选择纤维种类和进行化学改性时，还应注意纤维与水泥界面粘接强度，它是影响水泥石力学性能的重要因素之一。川庆井下自主研发SD66纤维增韧剂采用的纤维长度均小于4mm，且有不同的长度分布和合适的长径比。其中含有两种不同性能复合纤维即高弹模纤维和低弹模纤维。高弹模纤在水泥石裂纹初期阻止裂纹扩展，提高水泥石抗裂性能和强度。低弹模纤维，在裂纹扩展阶段纤维提高水泥石延展性，复合纤维提高水泥石的抗裂性和延展性，增加水泥石韧性【1】。 2 纤维水泥浆性能 增韧剂能明显改变水泥石的力学性能，但一般不单独使用，须与其它水泥外加剂一起配制水泥浆，要求增韧剂与其他添加剂具有很好的相容性。该水泥浆除了有较好的力学性能外，还必须满足施工对水泥浆性能的要求。表1是，采用SD66增韧纤维及井下常用水泥浆外加剂试验。(温度高于110℃，均为加砂水泥浆) 表1 常规密度SD66系列增韧水泥浆的性能 配方编号 流动度 (cm) 析水 (%) 滤失量 (ml/30min) 稠化时间 (min)/℃ 抗压强度(MPa) 24h 48h T(℃) 1 24 0 43 297/90 27 70 2 23 0 45 276/90 32 90 3 24 0 48 480/100 14 19 120 4 24 0 47 400/100 16 20 120 5 22 0 48 340/120 17 130 表1表明SD66增韧纤维与其他水泥浆添加剂相容性好，其工程性能满足施工要求。具体表现：①浆体流动性好，初稠不高，易于泵送、施工；②析水极低，多数为零、浆体稳定，在做高温高压稠化实验过程中，中途停止搅拌15分钟后再搅拌，最大稠度约为20－25BC，经一定时间搅拌后恢复到8BC左右，这对施工短时间停泵不会带来不利影响；③ 滤失量低、抗压强度高。 在试验过程中，通过观察认为，塑性体系水泥浆有良好的稳定性，几乎无沉降，但为了用定量指标来衡量，对水泥