厄瓜多爾Parahuacu油田固井技術

李萬東

（中國石油川慶鉆探工程有限公司長慶固井公司，陜西西安710018）

Parahuacu油田位于南美奧連特盆地中北部，主要發育BT組、Napo組和Hollin組等3套砂巖儲層，其中Napo組是主力儲層。經過40多年的開發，目前Napo組儲層壓力低，應用常規密度水泥漿固井時（1.92～2.04kg/L）易發生漏失，且油層邊底水活躍，固井二界面水泥膠結質量差，儲層區域易出現水竄現象，都嚴重影響后續開采效果，導致單井產量低、含水率高。針對Parahuacu油田固井中遇到的問題，采用懸掛尾管固井工藝降低儲層區域環空壓力，使用密度2.04kg/L的水泥漿壓穩活躍水層，在控制邊底水竄流方面取得了一些效果，但水泥漿漏失問題依舊存在，儲層因受到了污染，產油量仍然不高。

為此，筆者針對常規固井前置液功能單一、常規密度水泥漿現場應用效果不佳等突出問題，研制了多效固井前置液，達到改善水泥界面膠結質量、避免儲層物性受到損害的目的；研發了一種防水竄膠乳低密度水泥漿，并確保其現場性能穩定，控制濾失量及增強防水竄性能，達到避免水泥漿向儲層漏失和防止邊底水竄流的目的，形成了厄瓜多爾Parahuacu油田固井技術，很好地解決了該油田固井中存在的問題，取得了優良效果。

1 固井難點及針對性措施

1.1 固井技術難點

Napo組地層壓力梯度13.6kPa/m，孔隙度主要為 10%～25%，滲透率主要為 10～1000mD，具有低壓、高孔、高滲特性；砂巖儲層間夾雜泥頁巖，吸水性強、分散度高、易垮塌；孔喉粗大，孔隙直徑主要為5～60μm，分布范圍廣，富含敏感性礦物，易受有害液固相侵入損害[1]；含水飽和度高，油層邊底水活躍。分析認為，其主要固井技術難點為：

1）為保證井眼穩定，主要采用聚合物鉆井液，將石灰石粉作為加重材料，固相含量高，在井壁形成的致密濾餅用普通沖洗液無法清除，嚴重影響固井二界面膠結質量；

2）固井過程中，由于環空壓差，水泥漿濾液及固相會侵入儲層孔喉，改變其原有物性，對儲層造成損害，影響后續開采效果；

3）儲層具有低壓、高孔、高滲特性，采用常規密度水泥漿固井時易發生漏失；

4）油層邊底水活躍，儲層區域易發生水竄，影響水泥環空封固質量。

1.2 針對性技術措施

針對Parahuacu油田Napo組砂巖儲層的固井技術難點，依據酸蝕原理，研制出一種酸性沖洗液，用來清除井壁表面的結構性濾餅；依據 “屏蔽暫堵” 理論，優選了隔離液中加重劑的粒徑范圍，使其在儲層表皮形成暫堵層，保護儲層物性；依據結構性凝膠對界面膠結的促進作用，研制出一種界面膠結增強劑，用來提高固井二界面的膠結質量；另外，擬使用低密度的減輕材料，為此研制出一種低密度水泥漿，同時控制濾失量，避免水泥漿向儲層漏失；擬選用新型防水竄劑，用來促進低密度水泥漿快速形成內部結構阻力，避免油層邊底水竄流。

配套的技術措施：使用整體式彈性扶正器，利用居中度模擬軟件設計裸眼段扶正器加放的數量及位置，保證套管居中度；控制固井流體的環空流態，同時考慮井眼穩定要求設計注替方案，以提高頂替效率，避免儲層漏失。

2 多效前置液的研制

固井前置液應具備驅替、隔離鉆井液，清洗套管虛濾餅及井壁油污，清除結構性濾餅，防止有害液固相侵入儲層孔喉，增加水泥界面膠結強度等作用。為此，決定在普通沖洗液基礎上加入酸性沖洗液、暫堵型隔離液和界面膠結增強劑，以形成一套多效前置液體系。

2.1 酸性沖洗液

普通沖洗液能夠清洗套管表面的虛濾餅及附在井壁的油污，但無法清除結構性濾餅。井眼中殘留的濾餅會使水泥漿產生黏稠團塊狀絮凝物質，從而嚴重影響界面膠結質量[2]。分析鉆井液濾餅發現，其主要成分為碳酸鈣，加之井壁表面為親油環境，形成的致密濾餅不易被清除，因此以15%（文中出現的百分數如未注明，皆為質量分數）鹽酸作為酸性溶蝕劑、SMSS-44L作為酸性滲透劑，并對其加量進行優化，配合K+維持井眼穩定[3]，研制出一種酸性沖洗液。

2.1.1 酸性溶蝕劑的優化

15%鹽酸是一種工業產品，密度為1.07kg/L，加水稀釋后可以制備得到不同質量分數的鹽酸溶液。鹽酸在水中可完全電離出H+，因此采用15%鹽酸作為酸性溶蝕劑，可以方便、精確地控制沖洗液的酸蝕能力。

在實驗室利用15%鹽酸制備等量的質量分數分別為0.5%，1.0%，1.5%和2.0%的鹽酸溶液。將模擬井壁分別置于不同鹽酸溶液中沖洗，測算沖洗前后濾餅面積的差值，得到其沖洗效率依次為77.6%，82.7%，85.8%和86.8%?？梢钥闯?，隨著鹽酸質量分數增大，酸液的沖洗效率逐漸提高；質量分數為1.5%時，沖洗效率為85.8%；繼續增大鹽酸質量分數后，沖洗效率的提高不再明顯。

2.1.2 酸性滲透劑的優化

SMSS-44L的主要成分是一種表面活性劑，在酸性溶液中發揮作用，作用原理是將濾餅的親油性改變為親水性，進一步提高酸性溶液的沖洗能力，促進井壁濾餅的剝蝕。

在實驗室制備4份等量的質量分數為1.5%的鹽酸溶液，然后依次加入0.5%，1.0%，1.5%和2.0%的SMSS-44L，攪拌使其分散均勻。通過模擬沖洗試驗，得到其沖洗效率依次為89.6%，92.7%，95.1%和95.8%?？梢钥闯?，隨著SMSS-44L加量增大，酸性溶液的沖洗效率逐漸提高；加量為1.5%時，沖洗效率達到95.1%；繼續增大SMSS-44L加量，沖洗效率的提高不再明顯。

綜合以上結果，同時考慮井眼穩定要求，確定酸性沖洗液的配方為：1.5%鹽酸+1.5%SMSS-44L+5.0%KCl。

2.2 暫堵型隔離液

固井過程中，水泥漿的濾液及固相顆粒（水泥及外摻料）在環空壓差下容易侵入儲層孔喉，造成損害[4]；傳統隔離液使用高分子聚合物作為懸浮劑，雖然能夠提黏增稠，增強隔離液的懸浮和攜帶能力，但其形成的 “膠液” 也會侵入孔喉，傷害儲層[5]。因此，對隔離液中懸浮劑與加重劑的種類和加量進行優化，研制了一種暫堵型隔離液。該隔離液不僅能隔離環空中的鉆井液與水泥漿，還對儲層具有 “屏蔽暫堵” 效果。

2.2.1 懸浮劑的優化

選取高分子聚合物類懸浮劑G404SP、XC-HV和表面活性劑類懸浮劑BCS-010L進行室內試驗，比較其懸浮能力，優選出最佳懸浮劑。

在實驗室制備等量的質量分數為1.0%的G404SP、XC-HV和BCS-010L溶液，分別加入5.0%的325目碳酸鈣，繼續攪拌至分散均勻，倒入量筒。在溫度70℃下水浴靜置20min后，觀察并估算沉降率依次為6.0%、2.0%和2.0%；用六速旋轉黏度計測定不同溶液的流變參數，結果見表1。

表1 不同懸浮劑溶液的流變性能Table1 Rheological performance of different suspending agents

由表1可知，相比G404SP，XC-HV和BCS-010L溶液的沉降率更低，流變性更好，是較好的懸浮劑。但XC-HV是高分子聚合物，而筆者采用了表面活性劑懸浮技術[6]，因此選用BCS-010L作為隔離液的懸浮劑，加量為1.0%。

2.2.2 加重劑的優化

碳酸鈣作為隔離液加重劑，具有化學惰性強、熱穩定性好、分散體系穩定及易被酸性溶液清除等諸多優點[7]。在實驗室分別選取200和325目碳酸鈣樣品，對其粒徑分布進行了分析，結果見表2。由表2可見，200目碳酸鈣粒徑分布較廣，從細到粗均有，d90為73μm；325目碳酸鈣粒徑分布較窄，在一個特定的范圍內，d90為45μm。根據屏蔽暫堵理論中的 “三分之二架橋原則”[8]，選擇325目碳酸鈣作為加重劑，更有利于粒徑匹配和暫堵儲層。

表2 碳酸鈣粒徑分布情況統計結果Table2 Statistics of size distribution of calcium carbonate particles

在實驗室制備等量的質量分數1.0%的BCS-010L溶液，分別加入5.0%的200目和325目碳酸鈣，攪拌至分散均勻，選取Napo組儲層巖心，將上述2種溶液按照巖心入井流體儲層傷害評價方法進行巖心驅替試驗，以評估不同粒徑范圍碳酸鈣的儲層保護效果。根據結果，滲透率恢復率分別為64.0%和83.0%，隨著碳酸鈣粒徑范圍變窄，滲透率恢復率變大，這說明儲層巖心孔隙用325目碳酸鈣進行暫堵效果更好。繼續對不同質量分數的325目碳酸鈣溶液的儲層保護效果進行評價，結果見圖1。

圖1 不同加量下碳酸鈣溶液的滲透率恢復率Fig.1 Permeability recovery of calcium carbonate solution with different adding amounts

從圖1可以看出，隨著碳酸鈣加量增大，巖心滲透率恢復率逐漸增大；碳酸鈣加量為20.0%時，滲透率恢復率超過90.0%；繼續增大加量，滲透率恢復率變化不大。而不添加碳酸鈣條件下，滲透率恢復率僅60.0%左右，這說明隔離液的暫堵能力對儲層保護具有重要作用。

綜合以上結果，確定暫堵型隔離液配方為：1.0%BCS-010L+20.0%325目碳酸鈣。固井施工時，需根據儲層保護和環空壓力要求來確定隔離液密度，密度一般為1.32～1.56kg/L。隔離液密度為1.32kg/L時，325目碳酸鈣的加量為20.0%，如需提高密度，可增大碳酸鈣加量。

2.3 界面膠結增強劑

ULTRA SS-5L是一種無機硅酸鹽溶液，可提高水泥漿特別是低密度水泥漿的早期膠結強度。其作用原理是在井壁與水泥漿接觸后，反應生成一種結構性凝膠，在水泥漿稠化早期阻止地層流體竄流，加快固井界面膠結過程。為此，選擇ULTRA SS-5L作為界面膠結增強劑。

在實驗室制備了等量的質量分數為2.5%，5.0%，7.5%和10.0%的ULTRA SS-5L溶液。首先用酸性沖洗液沖洗模擬井壁，然后用清水和不同質量分數的ULTRA SS-5L溶液沖洗，最后灌注水泥漿，在溫度87℃下養護相應齡期后測定界面膠結強度，結果見表3。

表3 ULTRA SS-5L 加量對界面膠結強度的影響Table3 Effect of different adding amounts of ULTRA SS-5L on interfacial cementing strength

由表3可知，隨著ULTRA SS-5L加量增大，水泥界面膠結強度呈增加趨勢；加量為7.5%時，3d和14d膠結強度分別為無ULTRA SS-5L組的7.7倍和5.0倍；加量繼續增大，膠結強度增加幅度不大。

綜合以上試驗結果，確定界面膠結增強劑ULTRA SS-5L的加量為7.5%。

3 防水竄膠乳低密度水泥漿的研制

選用空心玻璃微珠作為減輕材料，降低水泥漿密度。確定液固比設計窗口，保證低密度水泥漿現場性能穩定。同時，控制濾失量，增強其防水竄性能。

3.1 空心玻璃微珠的選擇

空心玻璃微珠是一種中空的圓球狀超輕質無機非金屬材料，是近年來發展起來的一種用途廣泛、性能優異的新型減輕材料，具有質量小、體積大、導熱系數小、抗壓強度高和流動性好等特點[9]。Parahuacu油田開發井垂深一般不超過3048m，儲層壓力不高于41.4MPa。美國某公司生產的HGS6000型空心玻璃微珠抗壓強度為41.4MPa，在該壓力范圍內能保持較好的完整性，性能相對穩定，因此選其作為低密度水泥漿的減輕材料。

3.2 液固比設計

加入減輕材料會使水泥漿的強度發展受到影響，同時減輕材料在干灰混合物中含量的變化極易引起水泥漿性能的改變，現場應用中往往會導致環空封固質量不穩定，影響低密度水泥漿的使用效果。為了消除空心玻璃微珠密度低及干灰分層帶來的影響，通過控制低密度水泥漿液固比來保證漿體性能穩定。

液固比可通過液體體積分數（liquid volume fraction，LVF）來量化，即水泥漿中的液體體積與水泥漿總體積的比率。通常情況下，LVF≤0.38時，水泥漿會因為黏度太大而無法用常規固井設備泵送；LVF≥0.50時，水泥漿漿體會不穩定，出現水泥顆粒沉降以及抗壓強度發展差等結果。目前，水泥車混漿操作以水泥漿密度作為控制參數，當設計LVF=0.50時，現場所用干灰經過多次轉混及運輸顛簸，其內部減輕材料含量已發生變化或出現物料分層，如果繼續按照設計密度混漿，水泥漿實際LVF可能已變為0.52，那么漿體將會變得極不穩定；當設計LVF=0.38時，同樣的原因可能造成水泥漿難以混配及泵送。因此，為了保證現場低密度水泥漿的性能穩定及施工安全，LVF設計窗口確定為0.44～0.48。

3.3 水泥漿配方及性能

3.3.1 濾失性能

研究表明，水泥漿濾液對儲層物性有較大影響。隨著濾失量增大，儲層滲透率下降，試驗條件下滲透率損害率最大可達77.6%，因此控制水泥漿濾失量是固井儲層保護的重要措施[10]。BXF-200L為AMPS類降濾失劑，耐溫耐鹽，具有一定的分散性能，不會增大水泥漿稠度，能在寬溫度范圍內保持優良的降濾失性能[11]。

在不同BXF-200L加量下，在實驗室配制密度為1.74kg/L的水泥漿，對其API濾失量進行了測試。試驗結果表明：BXF-200L加量分別為0.5%，1.0%，1.5%，2.0%，2.5%和3.0%時，API濾失量依次為 187，95，58，36，20 和 18mL?？梢钥闯?，濾失量隨BXF-200L加量增大而降低，BXF-200L加量為2.5%時，濾失量為20mL；繼續增大BXF-200L加量，效果不再明顯?？紤]降濾失劑加量過大對水泥漿膠凝強度發展速度、初凝終凝時間和抗壓強度都有一定影響[12]，因此將BXF-200L的加量確定為2.5%。

3.3.2 防水竄性能

膠乳水泥漿具有一定的防油氣水竄能力[13]，但就抑制邊底水竄流而言，水泥漿膠凝結構快速形成而產生的內部結構阻力是關鍵[14]。CA-13L屬于無機鹽類防水竄劑，頂替結束后能在水泥漿內部產生膠凝網狀結構，通過增大水泥漿膠凝強度來增大其內部結構阻力，阻止水泥漿凝固前發生邊底水竄流[15]。

利用六速旋轉黏度計測量分析CA-13L加量對水泥漿膠凝強度的影響，結果見表4。

表4 CA-13L 加量對水泥漿膠凝強度的影響Table4 Effect of different adding amounts of CA-13L on gel strength of cement slurry

從表4可以看出，加入CA-13L后，水泥漿的膠凝強度明顯增大，且加量增大后強度繼續提高。

圖 2 所示為 87℃、35MPa條件下，利用超聲波水泥分析儀測繪的加入4.0%CA-13L后水泥漿的靜膠凝強度發展曲線。

從圖2可以看出，140min后水泥漿的靜膠凝強度迅速提高，48～240Pa 的過渡時間短于 10min。

綜合考慮水泥漿防水竄性能及作業安全要求，確定CA-13L的加量為4.0%。3.3.3 水泥漿配方及綜合性能

綜合以上研究結果，確定防水竄膠乳低密度水泥漿配方為：西班牙G級水泥+5.00%HGS6000+2.50%BXF-200L+4.00%CA-13L+2.00%BCT-800L+2.00%EXC-13+0.26%BXR-200L+0.20%D50+0.10%G603。該水泥漿的密度為1.74kg/L，LVF 為 0.47，析水率為 0，API濾失量為 20mL，沉降密度差小于 0.02kg/L；70℃、35MPa 條件下初始稠度 22Bc，70Bc 稠化時間 110min，稠化性能優良，如圖3所示（0～60min，模擬現場水泥漿批混過程）；87℃、35MPa 條件下水泥石強度發展良好，20h抗壓強度為22.4MPa，如圖4所示；水泥石滲透率小于 0.05mD，收縮率為 0。

圖3 防水竄膠乳低密度水泥漿稠化曲線Fig.3 Thickening test curve of the low-density cement slurry with anti-channeling latex

圖4 防水竄膠乳低密度水泥漿強度曲線Fig.4 Strength curve of the low-density cement slurry with anti-channeling latex

圖2 加入 4.0%CA-13L 后水泥漿的靜膠凝強度發展曲線Fig.2 Static gel strength curve of cement slurry with4.0%CA-13L added

4 現場應用

Parahuacu油田固井技術已在5口井進行了現場應用，施工中儲層區域未發生漏失、水竄，施工后固井質量優良，單井產量較高。下面以PRH-X井為例介紹具體應用情況。

PRH-X井為三開定向開發井，φ215.9mm三開井段下入φ177.8mm 尾管固井，完鉆井深 3648.30m，井底垂深 3061.40m，井底水平位移 1864.00m，3390.40～3648.30m 為裸眼段，平均井斜角 26.6°。下尾管鉆具組合φ139.7mm 鉆桿×1735.20m+φ127.0mm鉆桿×1376.00m+φ127.0mm 加重鉆桿×225.70m，懸掛器下至井深 3336.90m，φ177.8mm 尾管下至井深3336.90～3648.30m。

PRH-X井共使用35個扶正器。儲層段每根套管加放2個扶正器。根據模擬結果，套管居中度達到85.8%，滿足大斜度井段固井要求。該井φ177.8mm尾管固井流體注替方案設計結果見表5。

表5 PRH-X 井 φ177.8mm 尾管固井流體注替方案Table5 Fluid displacement scheme forφ177.8mm liner cementing in Well PRH-X

根據表5的注替方案，使用注替模擬軟件對環空頂替效率進行了模擬，結果如圖5所示，可看出儲層段頂替效率能達到95.0%以上；同時，對儲層區域環空壓力進行了模擬，結果如圖6所示，可看出注替后期環空水力靜壓與地層孔隙壓力相當，說明能夠避免水泥漿向儲層漏失。

圖5 PRH-X 井頂替效率模擬結果Fig.5 Simulation results of displacement efficiency in Well PRH-X

圖6 儲層區域壓力變化模擬結果Fig.6 Simulation results of pressure changes in reservoir area

PRH-X井φ177.8mm尾管固井作業順利，候凝24h后進行聲波幅度測井，儲層段固井優質率達到100%，套后成像測井顯示井筒整體為固相填充，質量優良。正式投產之后，該井日產原油約191m3，含水率僅4%。

5 結論與建議

1）Parahuacu油田主要固井技術難點為：井壁表面結構性濾餅難以清除；儲層孔喉粗大，易受有害液固相侵害；Napo組儲層低壓、高孔、高滲，使用常規密度水泥漿易漏失；油層邊底水活躍，環空水竄風險高。

2）針對結構性濾餅難以清除、儲層孔喉易受侵害、固井二界面水泥膠結差等問題，研制了多效前置液體系，主要包括酸性沖洗液、暫堵型隔離液、界面膠結增強劑。針對儲層區域漏失及邊底水竄問題，研制了防水竄膠乳低密度水泥漿。

3）室內試驗表明，多效前置液能清除95.0%的結構性濾餅，儲層滲透率恢復率超過90.0%，水泥漿界面膠結強度提高5倍以上。防水竄膠乳低密度水泥漿現場性能穩定，API濾失量不超過20mL，靜膠凝強度過渡時間短于10min。

4）Parahuacu油田固井技術現場應用效果良好，能夠提高單井產油量。但目前關于固井水泥漿對砂巖儲層物性傷害的研究較少，建議針對不同儲層的特點分析水泥漿液固相對其造成的損害，完善相關基礎理論。