雅達油田高含硫小井眼尾管固井技術(shù)

魏浩光桑來玉楊紅歧尹大偉徐軍浩

（1.中國石化石油工程技術(shù)研究院，100101 北京；2.勝利油田黃河固井公司，山東東營 257064）

雅達油田高含硫小井眼尾管固井技術(shù)

魏浩光1桑來玉1楊紅歧1尹大偉2徐軍浩2

（1.中國石化石油工程技術(shù)研究院，100101 北京；2.勝利油田黃河固井公司，山東東營 257064）

針對伊朗雅達油田Fahliyan油層尾管固井技術(shù)難點，優(yōu)選出防腐防竄膠乳水泥漿體系。室內(nèi)測試分析表明：該體系防竄能力強，模擬實驗過程中氣竄量為0；在室內(nèi)模擬的H2S強腐蝕條件下，仍能保持致密的微觀結(jié)構(gòu)，水泥石強度下降幅度為11.46%，水泥石滲透率增加程度為18.82%；同常規(guī)水泥漿體系相比，養(yǎng)護24 h的單位面積抗沖擊功可提高74%，養(yǎng)護48 h的單位面積抗沖擊功可提高79%。為提高洗井質(zhì)量和水泥漿頂替效率，率先將旋轉(zhuǎn)尾管固井技術(shù)應用于?114.3 mm尾管固井中。同時，采用先導漿工藝和提高套管居中度技術(shù)，達到提高頂替效率的目的。上述措施的實施，為解決伊朗雅達油田高含硫小井眼尾管固井難題做出有益的嘗試，取得了較好的現(xiàn)場應用效果。

雅達油田；高含硫；小井眼；膠乳水泥漿；旋轉(zhuǎn)尾管固井

Fahliyan油層是雅達油田的主力油層之一，埋深3 950～ 4 600 m，井下靜止溫度可達130 ℃，地層壓力系數(shù)1.3～1.7，油氣層活躍，產(chǎn)出物中H2S氣體含量高，H2S分壓為0.13～0.29 MPa，為典型的高含硫腐蝕環(huán)境［1］。Fahliyan油層用直井開采，懸掛器坐掛位置為3 500～3 900 m，油層尾管下深在4 400～4 600 m，本開次理論井眼直徑為149.2 mm，尾管直徑為114.3 mm。

1 Fahliyan油層尾管固井技術(shù)難點

（1）井下靜止溫度可達130 ℃，對水泥漿添加劑耐高溫性能要求高。本開次固井的理論環(huán)空間隙只有17.45 mm，存在著小井眼、小間隙固井難題，主要包括：循環(huán)摩阻大，不能充分清洗井眼；環(huán)空間隙小，泵壓高，替漿排量低，頂替效率低，水泥漿不能均勻分布；水泥漿的常規(guī)性能和防竄性能要求高；水泥環(huán)薄，抗沖擊力差等問題［2-4］。

（2）Fahliyan油層產(chǎn)出流體含H2S、CO2氣體。水泥石H2S腐蝕的門限分壓為0.345 kPa，CO2腐蝕的門限分壓0.21 MPa［5］。Fahliyan油層產(chǎn)出物分析表明：H2S摩爾百分數(shù)0.5%～0.9%，分壓為0.13～0.29 MPa，為發(fā)生H2S腐蝕門限分壓的376.8～840.5倍；CO2摩爾百分數(shù)3.21%～3.73%，分壓0.85～1.2 MPa，為發(fā)生CO2腐蝕門限分壓的4.0～5.7倍。H2S與CO2相處于同一個環(huán)境中，H2S腐蝕程度會更高，且地層水與H2S共存。因此，固井水泥環(huán)以受H2S腐蝕為主。

2 水泥漿體系

膠乳水泥漿體系具有較好的膠結(jié)能力、韌性、低失水等特點［6］。利用伊朗的原材料，通過添加配套外加劑，提出防腐防竄膠乳水泥漿體系：德黑蘭G級水泥+35%硅粉+10%防腐劑DC206+3%降失水劑FSAM+12%膠乳DC200+1.5%膠乳穩(wěn)定劑SD-2+1.5%分散劑DZS+0.8%流型調(diào)節(jié)劑SD-3+0.7%緩凝劑DZH+1.0%消泡劑DZX+61%H2O。

2.1 常規(guī)性能

按API標準要求，進行防腐防竄膠乳水泥漿體系測試，結(jié)果見表1?？梢钥闯?，防腐防竄膠乳水泥漿體系具有良好的流變性，且API失水小，稠化過渡時間短，24小時強度高，零游離液。

表1 防腐防竄膠乳水泥漿體系常規(guī)性能

2.2 防竄性能

DC200膠乳粒徑為0.05～0.5 μm，比水泥顆粒粒徑（一般約在20～50 μm）小得多，膠粒具有彈性，水泥漿形成濾餅時一部分膠粒擠塞、填充于水泥顆粒間的空隙中使濾餅的滲透率降低；另一方面，膠粒在壓差的作用下在水泥顆粒間聚集成膜，這層覆蓋在濾餅表面的膜阻止氣竄的發(fā)生。依據(jù)水泥漿的失水性能與稠化性能可以計算出膠乳水泥漿的SPN值為1.8，具有較強的防竄能力

利用氣竄模擬分析儀進行膠乳水泥漿防氣竄性能室內(nèi)實驗。由氣竄測試曲線（圖1）可以看出，130℃條件下，水泥漿失重過程中未見氣竄發(fā)生，說明膠乳水泥漿體系具有良好的防竄能力。

圖1 防腐防竄膠乳水泥漿體系在130 ℃防氣竄曲線

2.3 防腐能力

水泥石的滲透性是腐蝕發(fā)生的關(guān)鍵因素。由于膠乳柔性填充于水泥石中的孔隙，水泥石滲透性小，有利于防止H2S向水泥石內(nèi)部擴散［4］。火山灰質(zhì)材料DC206可以有效地吸收水泥中水化產(chǎn)物CH，抑制了C2SH生成，在硬化水泥漿體中，C2SH是影響滲透率的重要因素，C2SH含量高，腐蝕試樣滲透率增加。因此，DC206與膠乳的加入可以有效地提高水泥石的防腐能力。

為加快腐蝕速度，實驗用純H2S氣體在130 ℃下對水泥石進行腐蝕實驗，腐蝕時間10 d，結(jié)果見表2?？梢钥闯?，防腐防竄膠乳水泥漿體系在實驗室腐蝕條件下強度僅下降了14.55%，滲透率增加18.82%，而常規(guī)水泥漿體系（不含膠乳與防腐劑）同等條件下強度下降了36.11%，滲透率增加了289.30%。

表2 130 ℃下H2S腐蝕水泥石10 d前后強度、滲透率的變化

利用電鏡掃描儀觀察水泥石被腐蝕后的微觀結(jié)構(gòu)。從圖2可看出，防腐防竄膠乳水泥漿體系轉(zhuǎn)化形成的水泥石腐蝕10 d后仍能保持致密的微觀結(jié)構(gòu)，而常規(guī)水泥漿體系轉(zhuǎn)化形成的水泥石在相同的腐蝕條件下腐蝕后具有較多的孔隙。

2.4 抗沖擊能力

將常規(guī)水泥漿體系與防腐防竄膠乳水泥漿體系在模擬井底靜止溫度130 ℃下養(yǎng)護24 h與48 h，應用霍布金森實驗裝置測試其抗沖擊能力。由表3可知，膠乳水泥漿體系比常規(guī)水泥漿體系養(yǎng)護水泥石單位面積抗沖擊功大幅提高。

圖2 水泥石腐蝕后微觀結(jié)構(gòu)

表3 防腐防竄膠乳水泥石的抗沖擊能力

3 固井技術(shù)

3.1 旋轉(zhuǎn)尾管固井技術(shù)

旋轉(zhuǎn)尾管并結(jié)合循環(huán)沖洗，有利于沖洗井壁上的濾餅，提高水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量。水泥漿在尾管環(huán)空流動過程中，加上尾管的轉(zhuǎn)動作用，可以使窄間隙處的鉆井液參與流動，提高頂替效率，使水泥漿在套管旋轉(zhuǎn)過程中能夠均勻分布在套管周圍。

3.2 先導漿技術(shù)

由于鉆井液在鉆進過程中受地層中瀝青、油、氣等介質(zhì)的侵蝕污染，不利于提高界面膠結(jié)質(zhì)量，為此，配制性能良好的低切力鉆井液，典型的先導漿配方為：2%膨潤土+0.3%NaOH+0.5%XN-367（KPAM）+5%NaCl+3%磺化酚醛樹脂NBGS-2+3%褐煤樹脂SPNH+3%磺化瀝青TCFD+1.5%抗鹽降失水劑SWQW（L）+2%抗鹽抗溫降失水劑SNFST+3%潤滑劑RH200 +0.3%流型調(diào)節(jié)劑XCD，一般使用20～30 m3左右，注水泥作業(yè)時注在沖洗液的前面，很好地驅(qū)替被污染的鉆井液及沖洗濾餅，以提高水泥環(huán)的膠結(jié)質(zhì)量。

3.3 提高套管居中度

應用固井計算軟件進行套管扶正器安放位置優(yōu)化設(shè)計，裸眼段每3根套管加1只聚酯螺旋減阻剛性套管扶正器，能保證套管居中度大于80%。

4 現(xiàn)場應用

上述技術(shù)被應用于雅達油田的F4、F19、F23、F31等井的?149.2 mm 井眼固井作業(yè)中，測井解釋固井合格率100%，固井優(yōu)質(zhì)率達到了50%。以F31井為例：F31井深4 590 m，套深4 589.15 m，裸眼段長597 m，封固段長719 m，鉆井液密度1.68 g/cm3。首先注入密度1.68 g/cm3的低黏低切先導漿19.8 m3，其次注入1.8 m3密度為1.75 g/cm3的加重沖洗型隔離液，之后注入11.3 m3防腐防竄膠乳水泥漿，平均密度為1.86 g/cm3，替漿29.3 m3，替漿排量0.76 m3/ min，尾管懸掛器轉(zhuǎn)速為15 r/min，替漿結(jié)束后加壓坐封封隔器。候凝48 h后測井，固井聲幅合格率為100%，該井被評定為優(yōu)質(zhì)井。

5 結(jié)論

（1）優(yōu)選的防腐防竄膠乳水泥漿體系具有過渡時間短、零游離液、流變性好、強度高的特點。

（2）防腐防竄膠乳水泥漿體系在失重過程中未見氣竄的發(fā)生，具有很好的防竄能力；形成的水泥石抗沖擊能力強，強腐蝕條件下水泥石強度下降幅度低，滲透率增加程度小，能保持致密的微觀孔隙結(jié)構(gòu)。

（3）綜合應用防腐防竄膠乳水泥漿體系、旋轉(zhuǎn)尾管固井、先導漿以及提高套管居中度技術(shù)，為解決該區(qū)塊高含硫小井眼尾管固井技術(shù)難題做出了有益的嘗試，但尚需進一步完善，以形成配套技術(shù)。

［1］何漢平，吳俊霞，黃健林，等.伊朗雅達油田完井工藝［J］.石油鉆采工藝，2012，34（4）：26-60.

［2］黃柏宗，呂光明，劉平.小井眼固井技術(shù)（Ⅰ）［J］.鉆井液與完井液，1999，16（2）：28-34.

［3］和建勇，黨冬紅，劉艷軍，等.南堡36-P3001井高溫小間隙尾管固井技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2014，36（1）：22-25.

［4］張景富，張德兵，張強，等.水泥環(huán)彈性參數(shù)對套管—水泥環(huán)—地層固結(jié)體結(jié)構(gòu)完整性的影響［J］.石油鉆采工藝，2013，35（5）：40-42.

［5］丁士東，周仕明，陳雷.川東北地區(qū)高溫高壓含硫氣井配套固井技術(shù)［J］.天然氣工業(yè)，2009，29（2）：58-60，75.

［6］高輝，彭志剛.膠乳水泥漿的室內(nèi)研究及應用［J］.鉆井液與完井液，2011，28（4）：54-56.

（修改稿收到日期 2014-06-11）

〔編輯 朱 偉〕

Liner cementing technology for slim hole well with high sulfur content in Yadavaran Oilfield

WEI Haoguang1,SANG Laiyu1,YANG Hongqi1,YIN Dawei2,XU Junhao2
（1.SINOPEC Research Institute of Petroleum Engineering,Beijing100101,China;2.Huanghe Cementing Company of Shengli Oilfield Company,Dongying257064,China）

In view of the difficulties in liner cementing technology for Fahliyan Reservoir of Yadavaran Oilfield of Iran,the anticorrosion,anti-channeling latex cement slurry system was selected.Indoor test and analysis showed that this system was capable of preventing channeling,and the gas channeling amount was 0 in simulation test;under strong H2S corrosion conditions in lab simulation,it could still maintain tight micro-structure;the strength of set cement decreased by 11.46%,and the permeability of set cement increased by 18.82%.Compared with common cement systems,the resistance to impact energy in unit area can be increased by 74% after curing for 24 hrs and 79% for 48 hrs.In order to improve flushing quality and cement displacement efficiency,rotary liner cementing technology was firstly applied to ?114.3 mm liner cementing.Preflush technology and casing centralizing technique were aslo adopted to improve displacement efficiency.The implementation of above measures is a helpful attempt in addressing the difficulties in liner cementing in slim hole well with high sulfur content in Yadavaran Oilfield of Iran ,and achieved favorable field application effect.

Yadavaran Oilfield;high sulfur content;slimhole;latex cement slurry;rotary liner cementing

魏浩光，桑來玉，楊紅歧，等.雅達油田高含硫小井眼尾管固井技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2014，36（4）：47-49.

TE256

：B

1000–7393（2014）04–0047–03

10.13639/j.odpt.2014.04.012

國家科技重大專項“中東富油氣區(qū)復雜地層井筒關(guān)鍵技術(shù)”（編號：2011ZX05031-004）。

魏浩光，1982年生。2011年于中國石油大學（北京）獲博士學位，現(xiàn)主要從事固井工藝與水泥漿體系研究，高級工程師。E-mail：weihaoguang@163.com。