經(jīng)濟(jì)型漂珠水泥漿體系在復(fù)雜地層的應(yīng)用

關(guān)賀坤，和鵬飛，袁則名，朱國(guó)寧，葉周明

（1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津300452；2.中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津300452）

經(jīng)濟(jì)型漂珠水泥漿體系在復(fù)雜地層的應(yīng)用

關(guān)賀坤1，和鵬飛1，袁則名1，朱國(guó)寧1，葉周明2

（1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津300452；2.中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津300452）

渤海油田錦州區(qū)域部分儲(chǔ)層存在產(chǎn)層壓力高，油、氣、水顯示層多，壓力層系復(fù)雜，斷層發(fā)育等特性，造成后續(xù)固井作業(yè)中存在較多技術(shù)難點(diǎn)：水泥漿的油氣竄，水泥漿易受地層流體中的鋁離子及鈣離子的污染造成稠化時(shí)間短，稠化強(qiáng)度低等問題。針對(duì)這些固井技術(shù)難點(diǎn)，在2015年石油價(jià)格低迷大背景下，成功研發(fā)出一種具有稠度值低，有較好的可泵送性能的新型水泥漿體系，大大降低了實(shí)際施工中的泵送泵壓，避免井底當(dāng)量密度過高，從而漏失或壓漏地層的情況，該體系經(jīng)濟(jì)成本也是常規(guī)漂珠水泥漿體系費(fèi)用的75%。先后在渤海錦州四個(gè)平臺(tái)的調(diào)整井作業(yè)中應(yīng)用，測(cè)量固井質(zhì)量均為優(yōu)秀。

漂珠水泥；經(jīng)濟(jì)型；防氣竄；防漏；渤海

在常規(guī)鉆井作業(yè)中，固井一直都被定義為鉆井作業(yè)中風(fēng)險(xiǎn)最大的環(huán)節(jié)之一，固井質(zhì)量的好壞，直接影響著本井后續(xù)的生產(chǎn)[1-3]。渤海油田在固井技術(shù)方面不斷尋求突破和創(chuàng)新，并先后形成了常規(guī)固井的三種技術(shù)體系：雙級(jí)固井全封井段技術(shù)、單級(jí)雙封技術(shù)和PCLITE（低密度漂珠水泥）封固；在不斷滿足現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)需求、提升實(shí)際應(yīng)用性能的同時(shí)，更能達(dá)到降本增效的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。針對(duì)錦州區(qū)塊高氣油比地層固井難點(diǎn)分析，針對(duì)水泥漿的油氣竄、與鉆井液配伍性及防污染方面，針對(duì)性防氣竄漂珠水泥漿體系，同時(shí)大幅降低成本[1-3]。

1 作業(yè)背景及基本數(shù)據(jù)

1.1 油氣氣竄的危害

固井作業(yè)中的油氣竄是指在注水泥結(jié)束后,在水泥漿由液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)過程中，水泥漿難以保持對(duì)氣層的壓力或由于水泥漿竄槽等原因造成膠結(jié)質(zhì)量不好,氣層氣體竄入水泥石基體,或進(jìn)入水泥與套管或水泥與井壁之間的間隙中造成層間互竄甚至竄入井口。固井時(shí)發(fā)生氣竄會(huì)產(chǎn)生較多影響：直接影響水泥膠結(jié)強(qiáng)度；層間竄流，直接影響油氣層的測(cè)試評(píng)價(jià)，污染油氣層，降低油氣采收率；對(duì)油田開發(fā)后續(xù)作業(yè)如注水、酸化壓裂和分層開采等造成不利影響；嚴(yán)重時(shí)氣體在水泥漿形成通道至井口造成冒油、冒氣，甚至造成固井后井噴事故[4-6]。

1.2 錦州區(qū)塊部分儲(chǔ)層的地質(zhì)復(fù)雜性

錦州區(qū)塊部分儲(chǔ)層，產(chǎn)層壓力高，所經(jīng)地層油、氣、水顯示層較多，坍塌壓力高，壓力窗口窄，并且存在斷層、潛山地層裂縫發(fā)育等漏失風(fēng)險(xiǎn)，地層較為復(fù)雜。并且固井作業(yè)中存在易受地層流體中鋁離子及鈣離子污染造成稠化時(shí)間短、稠化強(qiáng)度低的問題和容易發(fā)生漏失的問題。解決以上風(fēng)險(xiǎn)，提高固井質(zhì)量成為研究的重點(diǎn)。

2 防氣竄經(jīng)濟(jì)型漂珠體系關(guān)鍵技術(shù)

2.1 防氣竄經(jīng)濟(jì)型漂珠體系簡(jiǎn)介

防氣竄經(jīng)濟(jì)型漂珠體系是在防氣竄常規(guī)漂珠體系的基礎(chǔ)上，將原材料進(jìn)行重新配伍。按照緊密堆積理論[7-9]調(diào)整水泥漿填充材料的顆粒分布，優(yōu)化材料的配比，以達(dá)到最佳的堆積率，優(yōu)化成本高的原材料，使用功能性材料，進(jìn)一步改變混合比例，使水泥漿的性能達(dá)到常規(guī)水泥漿的性能要求，但是成本卻能降低20%（見圖1）。

圖1 線性堆積密度模型中顆粒充填和堆積情況

新型水泥漿中配合使用AMPS類降失水劑PCG712L和鹽水基降失水劑PC-G81L，構(gòu)建了低成本全井完整性水泥漿體系。同時(shí)將抗鹽型交聯(lián)穩(wěn)定劑PCJ12S和增強(qiáng)穩(wěn)定劑PC-J20L加入配漿水中，各項(xiàng)測(cè)試結(jié)果符合要求。各階段水泥漿性能合適，水泥石強(qiáng)度均較高。

針對(duì)渤海錦州區(qū)塊的高油氣比及壓力窗口窄的復(fù)雜地層條件，油田化學(xué)研究院研發(fā)的新型水泥漿體系。采用略大于鉆井液密度的水泥漿密度，并控制好水泥漿稠度，提高頂替效率、保證水泥漿就位后狀態(tài)穩(wěn)定的同時(shí)，確保不在泵送水泥漿過程中壓漏地層，保證固井質(zhì)量的穩(wěn)定。推薦的防氣竄經(jīng)濟(jì)型漂珠水泥漿配方：漂珠水泥（7.72%人造微珠）+16.37%PC-G81L+ 0.56%PC-XW6+62.44%PC-BT3（PZW-C）+3.44% PC-H21L+0.6%PC-X60L。

2.2 經(jīng)濟(jì)型漂珠與常規(guī)漂珠的性能對(duì)比

使用經(jīng)濟(jì)型低密度混材，以及AMPS構(gòu)建了低成本人造微珠低密度體系，并在30℃～80℃循環(huán)溫度下進(jìn)行了評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看出，該體系基礎(chǔ)性能滿足要求，在不同溫度段稠化時(shí)間可調(diào)，各個(gè)溫度段抗壓強(qiáng)度比較高，并且配方簡(jiǎn)單，方便現(xiàn)場(chǎng)施工，成本低廉，符合目前降本增效的需求。

經(jīng)濟(jì)型漂珠水泥稠化曲線（見圖2），溫度為80℃，壓力38 MPa，稠化時(shí)間為226 min；從圖2稠化曲線可以看出：稠化曲線平滑，無臺(tái)階，近直角稠化，水泥漿性能良好。

使用經(jīng)濟(jì)型低密度混材，以及AMPS構(gòu)建了低成本人造微珠低密度體系，并在30℃～80℃循環(huán)溫度下進(jìn)行了評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果（見圖3）。通過實(shí)驗(yàn)中經(jīng)濟(jì)型漂珠體系與常規(guī)漂珠體系均使用密度為1.5 g/cm3水泥漿，略大于鉆井液密度，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看出，該體系基礎(chǔ)性能滿足要求，在不同溫度段稠化時(shí)間可調(diào)，各個(gè)溫度段抗壓強(qiáng)度比較高。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

在錦州某高氣油比應(yīng)用中，本井二開經(jīng)館陶組、東營(yíng)組、沙河街組地層，使用防氣竄經(jīng)濟(jì)型漂珠水泥全井段封固（見表1）。

圖2 室內(nèi)大樣水泥漿稠化時(shí)間曲線（T.T=226 min）

水泥漿配制使用基地預(yù)混漂珠水泥，基于現(xiàn)場(chǎng)精確井底溫度預(yù)測(cè)及樣品化驗(yàn)結(jié)果，現(xiàn)場(chǎng)配制淡水混合水。固井作業(yè)順利，經(jīng)濟(jì)型漂珠水泥漿性能穩(wěn)定，密度均勻，現(xiàn)場(chǎng)混灰容易，流動(dòng)性好，可泵性強(qiáng)，總體性能優(yōu)良。

圖3 經(jīng)濟(jì)型漂珠體系與常規(guī)漂珠體系性能對(duì)比

表1 錦州某井完鉆數(shù)據(jù)

實(shí)測(cè)CBL顯示，對(duì)比沒有使用經(jīng)濟(jì)型漂珠水泥的井，本井全井段固井質(zhì)量更為優(yōu)秀（見圖4，圖5）。且本井使用防氣竄經(jīng)濟(jì)型漂珠水泥后，固井成本減少約25%。

圖4 本井部分井段CBL曲線

圖5 其他井部分井段CBL曲線

4 結(jié)語

（1）高氣油比井的固井作業(yè)中，適當(dāng)縮短稠化時(shí)間，對(duì)固井水泥漿的防氣竄性能及固井質(zhì)量是一次較好的嘗試。

（2）防氣竄經(jīng)濟(jì)型漂珠水泥相對(duì)常規(guī)固井水泥漿體系有較低的密度及良好的泵送性能，對(duì)易漏失地層中固井作業(yè)的安全有一定的作用。

（3）優(yōu)化常規(guī)漂珠體系高成本原料，使用功能性材料，進(jìn)一步改變混合比例，保證固井質(zhì)量的同時(shí)，使成本有較大幅度下降，有一定的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

［1］李衛(wèi)民，柴鳳忠，左獻(xiàn)軍.喇嘛甸油田南中東區(qū)塊鉆井提高固井質(zhì)量探討［J］.石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，2015，31（9）：20-22.

［2］彭清東.作業(yè)條件危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)法在固井作業(yè)中的應(yīng)用［J］.中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2014，（S2）：124-128.

［3］秦國(guó)宏，覃毅，尤鳳堂，等.水泥漿失重對(duì)高壓油氣井固井質(zhì)量的影響分析及工藝對(duì)策［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2015，（3）：33-36.

［4］許迪，侯冠中，席江軍，等.自修復(fù)水泥漿技術(shù)在渤海淺層氣固井中的應(yīng)用［J］.石油化工應(yīng)用，2016，35（8）：32-35.

［5］侯冠中，席江軍，范白濤，等.渤中某油田過通天斷層調(diào)整井固井技術(shù)的研究與應(yīng)用［J］.石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，2015，31（9）：51-53.

［6］和鵬飛，侯冠中，朱培，等.海上Φ914.4mm井槽棄井再利用實(shí)現(xiàn)單筒雙井技術(shù)［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2016，43（3）：45-48.

［7］卓云，廖富國(guó)，劉德平.川東北地區(qū)淺層氣井防氣竄、防漏固井技術(shù)－以五寶場(chǎng)構(gòu)造沙溪廟組氣藏為例［J］.天然氣工業(yè)，2009，29（12）：45-46.

［8］羅宇維，張光超，劉云華，等.海洋高溫高壓氣井固井防氣竄水泥漿研究［J］.西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2001，23（6）：18-20.

［9］張軒，張明玉，聶世均，等.非滲透抗竄低密度水泥漿在Mynteke油田的應(yīng)用［J］.石油地質(zhì)與工程，2011，25（1）：118-121.

TE254.4

A

1673-5285（2017）02-0050-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.02.012

2016－12-26

關(guān)賀坤，男，工程師，畢業(yè)于東北石油大學(xué)、石油工程專業(yè)，主要從事海洋石油鉆完井技術(shù)監(jiān)督工作，郵箱：guanhk@cnooc.com.cn。