长庆油田老井改造酸溶水泥浆体系的应用初探_李志宏.pdf

2021年第1期西部探矿工程 * 收稿日期 2020-04-16修回日期 2020-04-17 第一作者简介 李志宏 （1983-） ， 男 （汉族） ， 山西岚县人， 工程师， 现从事固井水泥浆与工艺研究工作。 长庆油田老井改造酸溶水泥浆体系的应用初探 李志宏*1， 2， 陈宁 1， 2， 刘小坤1， 2 （1.川庆钻探工程有限公司工程技术研究院， 陕西 西安 710018； 2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室， 陕西 西安 710018） 摘要 长庆油田已步入中后期开发阶段， 对老油田的二次开发势在必行。2017年， 长庆油田成立 “万口油井挖潜增效” 项目组， 开展针对长停井的复产增产技术攻关， 老井复产改造首当其冲的措施 是需要对储层进行封堵或暂闭。目前， 封堵措施均采用常规油井水泥， 但常规水泥酸溶蚀效果差， 在 后期储层改造过程中储层流通能力恢复较慢， 从而影响油井产量。为保证储层流体流动通道畅通， 要求封堵的水泥石应具有较强的酸溶性， 在后期酸洗后能被完全溶蚀， 能尽快恢复储层原始渗透率， 达到保护储层的目的。为恢复流体的流动通道， 要求封堵的水泥石应具有较强的酸溶性， 为提高开 发过程中对暂闭层或封堵层的解封能力， 亟需开发一套酸溶性水泥浆体系， 为油田二次开发的封堵 和暂闭提供技术保障。 关键词 酸溶水泥浆； 暂堵； 渗流通道 中图分类号 TE26 文献标识码 B 文章编号 1004-5716202101-0075-03 本文针对长庆油田长停井的复产增产封堵或暂 闭技术难点， 通过对酸溶材料配比的研究， 确定了酸溶 水泥浆材料组成， 形成的酸溶水泥浆体系， 该体系强度 发展好， 后期衰退缓慢， 在52℃/24h条件下强度大于 7.0MPa。酸溶水泥石在12倍盐酸中浸泡1h酸溶率达 80。开发配套的降失水剂及缓凝剂。形成一套酸溶 性水泥浆体系， 有效解决了油田二次开发封堵和暂闭 的技术难题。 1酸溶性水泥浆体系研究 1.1酸溶性水泥浆酸溶机理研究及评价方法 在硅酸盐水泥体系中， 主要采用在硅酸盐水泥中 掺加碳酸钙的方式来提高配制硅酸盐水泥浆的盐酸溶 蚀率。这种酸溶水泥里面含有大量的碳酸钙晶核， 将 水泥石用盐酸溶解时， 主要是碳酸钙与盐酸发生反 应。碳酸钙与盐酸的反应式如下 CaCO3＋2HClCaCl2＋CO2↑＋H2O 其次是水泥石与盐酸的化学反应。水泥水化后的 产物为氢氧化钙、 C-S-H凝胶、 钙钒石、 单硫型水化硫 铝酸钙及其固溶体。它们与盐酸的反应机理如下 氢氧化钙 CaOH2＋2HClCaCl2＋2H2O 尽管硅酸盐水泥在水化后形成了复杂的水化产 物， 水泥石被盐酸溶解的过程中发生化学反应所消耗 盐酸量可视为CaO、 Al2O3、 Fe2O3、 fCaO与盐酸反应所 耗盐酸量， SiO2不与盐酸发生化学反应， 因此， 即使加 入过量的盐酸， 仍会有不溶物SiO2存在。 反应关系式如下 CaO～2HClAl2O3～6HClFe2O3～6HCl 酸溶率评价方法 采用10盐酸进行试验， 记录不 同酸溶时间的水泥石的酸溶率， 通过酸溶率与时间关 系表征水泥石的酸溶性， 酸溶率计算 （反应前水泥石 质量-反应后水泥石质量） /反应前水泥石质量。 1.2酸溶性水泥浆体系填充材料研究 技术思路 （1采用多模型颗粒级配设计， 易酸蚀材料石灰 石粉微米级CaCO3和纳米级CaCO3与水泥浆进行密 实充填。 （2利用纳米级CaCO3材料的纳料特性 （晶核效应 及微集料效应） ， 提高硅酸盐水泥石水化反应活性、 强 度、 耐久性。 根据上述思路， 确定酸溶性水泥浆配方， 配方为 油井水泥60轻质超细CaCO3（1250目） 40纳米 75 2021年第1期西部探矿工程 CaCO3增强剂G401A12.5降失水剂G409F12.5 减阻剂G408FCJ， 0.4水灰比0.48， 溶蚀率与不同纳米 CaCO3加量关系图见图1， 加入盐酸前后水泥石反应对 比见图2。 结果表明①未加入纳米CaCO3的基础配方中， 水 泥石试件酸溶率为84。②随着纳米CaCO3掺量增 加， 各试件前20min内的酸溶速率明显加快， 表明纳米 CaCO3能够有效地改善水泥石的初始酸溶效果； ③当 掺量从1增加至3时， 水泥浆的最终酸溶率从84提 升至91.8， 说明在此掺量条件下纳米CaCO3的溶蚀促 进效果明显。 1.3酸溶性水泥浆综合性能 为满足固井施工要求， 对水泥浆在不同井况下的 强度、 流动度、 稠化时间、 失水量等指标进行评价。酸 溶性水泥浆综合性能实验数据见表1。 图1溶蚀率与不同纳米CaCO3加量关系图 注 采用水泥石浸泡在12倍体积盐酸 （浓度10） 测得的溶 蚀率， 水泥浆配方为油井水泥60轻质超细CaCO3（1250目） 40 纳 米 CaCO3 增 强 剂 G401A12.5 降 失 水 剂 G409F12.5减阻剂G408FCJ0.4水灰比0.48。 图2加入盐酸前后水泥石反应对比 配方 1 2 3 4 5 密度g/cm3 1.85 1.85 1.85 1.85 1.85 实验温度 （℃） 50 60 70 80 90 流动度 （cm） 22 22.5 22 23 22.5 稠化时间 （min） 275 244 255 245 231 失水量 （mL） 18.1 9.3 10.2 11 15.5 24h抗压强度 （MPa） 18.6 19.3 20.4 21.9 23.6 表1酸溶性水泥浆综合性能 注 基础配方为油井水泥60轻质超细CaCO3（1250目） 40纳米CaCO33增强剂G401A12.5降失水剂G409F12.5减 阻剂G408FCJ， 0.4水灰比0.48， 1号配方为基础配方油井水泥用缓凝剂G407R1 0.05， 2号配方为基础配方油井水泥用缓凝剂 G407R1 0.08， 3号配方为基础配方油井水泥用缓凝剂G407R1 0.11， 4号配方为基础配方油井水泥用缓凝剂G407R1 0.15， 5 号配方为基础配方油井水泥用缓凝剂G407R1 0.25。 76 2021年第1期西部探矿工程 由表1可知 酸溶水泥浆在50℃～90℃范围内， 稠 化时间可调， 强度发展良好， 失水可控制在50mL以下， 可满足现场施工要求。 2现场应用 2.1长庆油田某井现场施工 完井方式 3 -1/2″防腐小套管封固修复双层套 管射孔。 浆柱结构设计 正注采用二凝水泥浆体系。 领浆 低密度水泥浆体系， 密度1.45g/cm3， 封固段 1300～0m。 尾浆 酸溶水泥浆体系， 密度 1.85g/cm3， 封固段 2300～1300m井段。 现场施工酸溶水泥浆体系配方性能见表2。 现场施工顺利， 酸溶解封后， 增产效果明显。后期 密度 （g/cm3） 1．85 水灰比 0.48 析水率 （） 0 失水量 （mL） （50℃/30min） 12 抗压强度 （MPa） （50℃/24h） 18．6 稠化时间 （min） （50℃/25MPa） 158 溶蚀率 （） 92 表2现场施工酸溶水泥浆体系配方性能 注 采用水泥石浸泡在12倍体积盐酸 （浓度10） 测得的溶蚀率， 酸溶水泥浆配方为油井水泥60轻质超细CaCO3（1250目） 40纳米CaCO33增强剂G401A1 2.5降失水剂G409F12.5减阻剂G408FCJ0.4油井水泥用缓凝剂G407R1 0.05。 井号 某井1 某井2 某井3 某井4 某井5 尾浆水泥类型 酸溶性水泥浆 酸溶性水泥浆 酸溶性水泥浆 酸溶性水泥浆 酸溶性水泥浆 复产类型 小套管封固修复双层套管射孔酸溶解封 小套管封固修复双层套管射孔酸溶解封 小套管封固修复双层套管射孔酸溶解封 小套管封固修复双层套管射孔酸溶解封 小套管封固修复双层套管射孔酸溶解封 层位 延10 延9 延10 延9 延10 措施前日产油 （m3） 0 0 0 0 0 措施后日产油m3 0.52 0.82 0.54 0.76 0.56 表3现场试验情况统计 又在同区块试验4井次， 均获得成功。 2.2应用效果评价 通过5口井现场试验， 酸溶性水泥浆体系射孔酸洗 后能被完全溶蚀， 能尽快恢复储层原始渗透率， 达到恢 复流体流动通道之目的， 为油田二次开发的封堵和暂 闭提供技术保障。现场试验情况统计见表3。 3结论 （1针对长庆油田长停井的复产增产封堵或暂 闭技术难点， 形成酸溶水泥浆体系， 该体系在50℃～ 90℃内稠化时间可调、 失水低、 强度发展良好， 可满足 现场施工需要。有效解决了油田二次开发封堵和暂闭 的技术难题。 （2酸溶水泥浆体系酸溶率高， 最高可达92， 通过 现场5口井试验， 增产效果明显， 是油田老井改造的一 剂良方。 参考文献 [1]于继良， 张宁， 顾法钊， 等.可酸化凝固型堵漏技术在胜利油 田车 66 区块的应用[J].西安石油大学学报 自然科学版， 2009， 24 （3） 41-44. [2]申威， 高强， 苏坚.酸溶性固化材料 ASC-1 的研究 [J].钻采工 艺， 1996， 19 （4） 65-70. [3]刘四海， 张元星， 张传进， 等.DL-93 堵漏剂的研制及应用 [J]. 探矿工程， 1996 （3） 42-44. [4]米远祝， 罗跃， 李建成， 等.油基钻井液聚合物增黏剂的合成 及性能研究 [J]. 钻井液与完井液， 2013， 30 （2） 6-9. [5]隋跃华， 成效华， 李春歧， 等 .可酸化凝固型堵漏技术的研究 与应用 [J]. 钻井液与完井液， 2002， 19 （l） 17-20. [6]李顺禧， 陈若堂， 车天勇， 等.酸溶性水泥浆体系的研究 [J]. 中国石油和化工， 2016 （S1） 14-15. [7]吉永忠， 曾秀清， 申威， 等.高承压酸溶性堵漏剂 ZC6-6 室 内 研 究 [J]. 油 田 化 学， 2000， 9 （25） 193-196， 233. [8]王翔宇.酸溶水泥浆体系在哈法亚地区的研究与应用[J]. 中 国石油和化工标准与质量， 2018 （20） 94-95. [9]姚晓， 赵新， 冯时雨.酸溶性水泥的室内研究[J]. 钻井液与完 井液， 1995， 12 （6） 40-43. [10]李早元， 靳东旭， 周超， 等.镁氧水泥用于油井堵漏及暂闭 的室内研究[J].西南石油大学学报 自然科学版， 2011， 33 （5） 152-156. 77