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固井作业储层伤害的再认识

时间:2022-11-01 百科知识 版权反馈
【摘要】:由于在固井作业前已经有钻井液形成的泥饼,对固井水泥浆产生一定程度的阻隔作用,降低或消除了水泥浆的污染;固井作业前,一般在泵送水泥浆前会设计一段隔离液,隔离液具有一定的滤失控制能力,降低了水泥浆进入储层的趋势;钻井液污染在前,水泥浆污染在后。水泥浆的滤失是在钻井液的滤失之后,在选定与储层渗透率接近的岩心的实验条件下,岩心的滤失情况如表6-65所示。

水泥浆对储层的污染是一个相对较为复杂的过程,长期以来,人们对水泥浆的污染站在不同的立场持有不同的观点,通常来说,关于水泥浆对储层的伤害程度存在两种观点。

一类观点认为水泥浆对储层会产生较大的污染:

(1)水泥浆的密度远远高于钻井液的密度,这将导致水泥浆液柱压力增加,从而增加水泥浆进入储层的趋势;

(2)水泥浆的固相含量达到69%以上,高固相含量必定会造成高的固相污染,而且水泥浆的这种固相属于硅酸盐固相,污染一旦产生,即使采用常规的酸化措施都难以解除;

(3)水泥的主要组成是硅酸三钙C3S、硅酸二钙C2S、铝酸三钙C3A、铁铝酸四钙C4AF,所有这些水泥的矿物组成都由含有大量钙的固溶体组成,水泥在水中分散,必然产生大量的钙离子,而钙离子会与储层中的硫酸盐、碳酸盐等发生反应产生沉淀而对储层产生伤害;

(4)通常,正常水泥浆的密度为1.90g/cm3,该密度一般远远大于钻井液的密度,高密度水泥浆将产生高的压差,进而形成高的储层滤失而污染储层;

(5)水泥浆的失水一般在250mL以下,低滤失水泥浆可以控制在100mL,在储层段,需要控制其失水在50mL以下,即使50mL的失水也远远大于钻井液10mL或5mL以下的失水,高失水自然会产生高的储层污染;

(6)固井过程中,需要在高的泵速下完成水泥浆的顶替作业,高泵速产生的高环空压耗,可能使水泥浆被挤入储层而形成伤害;

(7)水泥浆的pH值较高,易于产生对黏土物质的碱性激活,造成在一定条件下的黏土物质的水化现象;

(8)在固井作业前,一般设计一段冲洗液,冲洗液主要用来破坏业已形成的钻井液泥饼,这将减少水泥浆进入储层的阻隔,增加水泥浆进入储层的趋势,造成储层伤害。

另一种看法认为水泥浆对储层没有伤害或伤害很小,则基于以下观点:

(1)固井作业时间一般控制在120~360min,时间短,对储层的污染作用有限;

(2)由于在固井作业前已经有钻井液形成的泥饼,对固井水泥浆产生一定程度的阻隔作用,降低或消除了水泥浆的污染;

(3)固井作业前,一般在泵送水泥浆前会设计一段隔离液,隔离液具有一定的滤失控制能力,降低了水泥浆进入储层的趋势;

(4)钻井液污染在前,水泥浆污染在后。水泥浆在很多情况下并不与油气直接接触,降低了水泥浆造成的直接污染;

(5)水泥浆中用于水泥水化和携带及分散水泥颗粒的水含量总量有限,一般占总体积的58%左右,而水泥浆在泵送到位后,立即进入静止候凝,环空水泥浆的体积将确定不会发生变化,这让我们看到,即使所有的水泥浆水全部进入储层,那也是有限的,对储层的侵入深度和侵入量受水泥浆滤液来源的限制而不会出现大规模的深度侵入。

水泥浆的水灰比一般为0.44,即每100g水泥需要使用44g水配制,这样配制出来的水泥浆,其密度为1.90g/cm3,造浆率为75.8mL,实际上100g水泥的实际水化硬化需水量只有22g,余下的22g水是用来分散和携带水泥颗粒的流动介质。按此计算,75.8mL水泥浆中有44mL水,而1000mL水泥浆中有580mL水。每米环空水泥浆总量为21280mL,则含12180mL水。如果在一个8.5in井眼中的水全部滤失到储层,每米的滤失量极限也只有12180mL。

在全井段岩石物性一致的情况下,不同孔隙度和不同中心距下每米储层厚度孔隙体积如表6-64所示。

表6-64 1m储层厚度孔隙体积计算

水泥浆中单位体积水量:

8.5in井眼(215.9mm)为3.66m3/100m;

5.5in套管(139.7mm)外容积为1.532m3/100m;

5.5in套管与8.5in井眼裸眼环空体积差为3.66-1.532=2.128(m3/100m),换算得21280mL/m。

根据相关公式,在5%孔隙度的情况下,水泥浆滤液推进的最大深度在离井眼中心距29.87cm处,即离井壁深度为19.07cm。在射孔距离达到120cm的情况下,水泥浆将不会对射孔完井的储层造成伤害。

从另一个方面也可以了解水泥浆在储层滤失推进的情况,即水泥浆在滤失过程中的动态变化。水泥浆固井作业一般时间受到限制,正常情况下,我们设计的首浆可能稠化时间在360min以内,通常是240~300min,而尾浆的稠化时间为120~200min之间。

从室内模拟的水泥浆岩心滤失动态变化来分析水泥浆的滤失情况。

水泥浆的滤失是在钻井液的滤失之后,在选定与储层渗透率接近的岩心的实验条件下,岩心的滤失情况如表6-65所示。岩心端面4.91cm2,如果以滤失速度为均匀的速度来计算(实际滤失速度),从表中数据可以看到基本上在4.91cm2截面65min的滤失速度在0.6mL左右,计算得每小时单位滤失为0.11mL/cm2,按照180min的稠化时间计算的滤失总量为0.33mL/cm2

表6-65 水泥浆的污染体积测定

1m储层厚度3h的滤失量为0.33×6779mL=2237mL。在表6-66的计算中,可以看到在15.8cm的井眼中心距内,除去井眼容积的岩石体积,在5%孔隙度的情况下的孔隙体积已经达到2088cm3,接近于总滤失量。计算可得,在2237mL总滤失量的情况下的水泥浆滤液在5%孔隙度储层中的推进深度为16.09cm,即推进到离井眼壁面内的储层5.29cm的深度,因此,在射孔远远大于该污染深度的情况下,水泥浆对储层的污染可以忽略不计。

表6-66 1m储层厚度孔隙体积计算

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