海洋深水固井水泥漿的難點(diǎn)問(wèn)題及解決方法

孫長(zhǎng)浩（中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)事業(yè)部深圳作業(yè)公司，廣東 深圳 518000）

現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)建設(shè)不斷發(fā)展態(tài)勢(shì)下，全球油氣消費(fèi)量不斷增長(zhǎng)，油氣資源開(kāi)采卻逐漸呈現(xiàn)出了后繼乏力的趨勢(shì)，給石油開(kāi)采工業(yè)帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。海洋深水中油氣資源豐富，比如我國(guó)的南海海域、南沙群島等區(qū)域，都蘊(yùn)含著豐富的油氣資源。海洋深水處環(huán)境的復(fù)雜性，又為現(xiàn)代石油開(kāi)采技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。相關(guān)領(lǐng)域的工作人員，應(yīng)當(dāng)不斷改進(jìn)我國(guó)現(xiàn)在在石油開(kāi)采技術(shù)上的薄弱環(huán)節(jié)，加大對(duì)相應(yīng)的技術(shù)及所需設(shè)備在人力、物力上的投入，保障我國(guó)固井在油田中的技術(shù)含量。不斷推進(jìn)我國(guó)石油固井技術(shù)施工工程的精確度，助力我國(guó)石油勘探及開(kāi)采技術(shù)的蓬勃發(fā)展。

1 海洋深水固井水泥漿面臨的主要問(wèn)題

500m～1500m 的海域被稱(chēng)為海洋深水，超過(guò)1500m 的海域被稱(chēng)為超深水。固井的過(guò)程中，水泥漿的選擇十分重要。海洋深水固井面臨著極為復(fù)雜的深水環(huán)境和淺部地層情況，這也意味著海洋深水固井難度極大。與陸地上常規(guī)的固井相比，深水固井尤其是深水的表層固井，通常面臨著以下幾個(gè)問(wèn)題：

1.1 低溫

海水深水中溫度的變化趨勢(shì)是，溫度自海平面起，隨著深度的增加而降低，至海底溫度接近零度，到達(dá)地層以后，溫度又逐漸升高。通常情況下，水泥漿的膠凝強(qiáng)度隨著水泥漿密度及溫度的升高而加快，但是海底長(zhǎng)期的低溫狀態(tài)與破裂壓力的梯度，使水泥漿水化的溫度及密度都大打折扣，會(huì)長(zhǎng)期使水泥漿處在膠凝失重的狀態(tài)，不利于水泥漿流變性、抗壓強(qiáng)度和膠凝強(qiáng)度的發(fā)展。水泥漿強(qiáng)度的發(fā)展受到影響，在很大程度上會(huì)延長(zhǎng)侯凝時(shí)間，打亂原本的稠化曲線。淺層流、淺層水的氣竄以及其他的復(fù)雜情況，對(duì)水泥漿的稠化也帶來(lái)的不小的挑戰(zhàn)，若無(wú)法克服，甚至?xí)?dǎo)致固井失敗。

1.2 松軟地層

海底及近海底地層沉積都處于松軟、欠壓實(shí)的狀態(tài)，造成地層的破裂壓力達(dá)到一個(gè)較低值，最低在1.5PPG(0.18 g/cm3)左右。大范圍的軟泥固結(jié)物，造成安全作業(yè)窗口壓力和破裂壓力之間更為狹窄。目前為了在深海使鉆井達(dá)到預(yù)定深度，采用了增加套管層數(shù)、非常規(guī)井身結(jié)構(gòu)、控制壓力鉆井（MPD）、雙梯度鉆井等技術(shù)措施，這些措施對(duì)于鉆井工程中遇到的難題能夠有所緩解，卻極易導(dǎo)致固井工程中漏失、小井眼薄水泥環(huán)等問(wèn)題的出現(xiàn)。要想切實(shí)提高海洋深水固井的安全性與穩(wěn)定性，解決漏失、環(huán)空間隙小等問(wèn)題是關(guān)鍵。

1.3 淺層流

淺層流指的是在近海底地層的淺水區(qū)域，在地質(zhì)沉積過(guò)程中形成的圈閉的高壓鹽水、氣等流體。在進(jìn)行海洋深水表層的套管固井的過(guò)程中，若遭遇由于快速沉降而導(dǎo)致的地層壓實(shí)作用不平衡或上覆巖石厚度不同而形成高壓砂層時(shí)，如果這個(gè)階段水泥膠凝狀態(tài)沒(méi)有達(dá)到一定的強(qiáng)度，就會(huì)產(chǎn)生流動(dòng)的流體。在鉆井時(shí)若不慎揭開(kāi)這些流體的地層，一旦控制不當(dāng)，就極易造成井噴等復(fù)雜狀況。淺流層的流體，在水泥尚未達(dá)到膠凝狀態(tài)的情況下，可能竄入水泥漿中，影響水泥漿的膠結(jié)，極易導(dǎo)致固井作業(yè)的失敗。這就要求在海洋深水固井作業(yè)中使用的水泥漿，需要具備低溫早凝、良好的流變性能、良好的防竄性能以及適宜的密度等性能。

1.4 費(fèi)用高

海洋深水固井作業(yè)中低溫、低密度、淺流層以及距離、氣候等因素的影響下，造成的水泥漿侯凝時(shí)間的大大延長(zhǎng)，也給后勤供應(yīng)帶來(lái)更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)?；谶@些原因，深水鉆井、固井作業(yè)費(fèi)用極高，目前已經(jīng)達(dá)到了每天上百萬(wàn)的巨額費(fèi)用，這樣的情況下意味著每時(shí)每刻工程進(jìn)度的延長(zhǎng)，都會(huì)帶來(lái)高額費(fèi)用的流失。例如下套管作業(yè)，在陸地的鉆井工程中，下套管的快慢對(duì)鉆井的費(fèi)用影響較小，不用過(guò)于關(guān)注下套管的速度。但是在海洋深水進(jìn)行鉆井作業(yè)時(shí)，下套管速度的提高，會(huì)節(jié)省2-3天的鉆井作業(yè)用時(shí)，這對(duì)于每日上百萬(wàn)的高額支出來(lái)說(shuō)，省下來(lái)的是一大筆費(fèi)用?？墒呛Ｑ笊钏鳂I(yè)中，由于破裂壓力梯度較低等因素的影響，若下放套管的速度太快，極易出現(xiàn)較高的壓力而導(dǎo)致地層漏失。在海洋深水進(jìn)行固井作業(yè)的過(guò)程中，如何減少侯凝及下放套管時(shí)間，降低工期延長(zhǎng)的幾率是值得思考并必須解決的難題。

2 海洋深水固井水泥漿問(wèn)題的解決策略

2.1 確定水合物穩(wěn)定性的特性曲線

海洋深水區(qū)域富含大量的天然氣水合物，在鉆井固井中導(dǎo)致氣體竄連的問(wèn)題時(shí)有發(fā)生。若水合物的分解情況并不嚴(yán)重，可能隨著時(shí)間流逝氣體的流動(dòng)會(huì)減慢，然而一旦情況惡化，會(huì)導(dǎo)致更加嚴(yán)重的后果。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的基本環(huán)境，選擇適宜密度的水泥漿是保障固井質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。海底環(huán)境復(fù)雜，若要準(zhǔn)確找到能夠適應(yīng)深水環(huán)境的固井水泥漿體系，研究并明確海底的水合物特性曲線的穩(wěn)定性是關(guān)鍵。要想準(zhǔn)確地繪制出天然氣水合物穩(wěn)定性特性曲線，需要收集海洋深水區(qū)域及施工現(xiàn)場(chǎng)整體的溫度和壓力數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，并經(jīng)過(guò)比對(duì)分析，找出其中水合物分解的因素、的水泥漿體系水化熱對(duì)溫度的影響等規(guī)律，給予深水水合物層固井水泥漿設(shè)計(jì)一個(gè)更好的指導(dǎo)。

2.2 海洋深水固井材料體系研究

我國(guó)目前應(yīng)用于海洋深水區(qū)域的較為先進(jìn)的水泥漿體系有兩種種類(lèi)，分別是低溫泡沫水泥漿體系和低溫低密度水泥漿體系。低溫泡沫水泥漿體系具有侯凝時(shí)間短、過(guò)渡時(shí)間短的特點(diǎn)，對(duì)于淺層流竄流的發(fā)生有較好的抑制作用，是現(xiàn)在深水材料體系中發(fā)展較迅速的一種材料。然而這種材料在應(yīng)用上大大增加了施工工藝的難度，還需在施工工藝上著手，重點(diǎn)研究使得低溫泡沫水泥漿能夠更好地發(fā)揮其功效，提高海洋深水固井的質(zhì)量。低溫低密度水泥漿能夠極好的適應(yīng)海底松軟地層，緩解高壓力下漏失、環(huán)空間隙小等問(wèn)題。在這兩種材料有效應(yīng)用的基礎(chǔ)上，還應(yīng)該不斷加強(qiáng)對(duì)適用于低溫、無(wú)緩凝副作用的降失水劑及分散劑、防止淺層竄流的外加劑之類(lèi)材料的深入研究，不斷加強(qiáng)和優(yōu)化水泥漿的密度、抗壓、膠凝等性能，相關(guān)的技術(shù)部門(mén)投入更多的人力物力，不斷完善我國(guó)海洋深水固井材料體系的研究。

2.3 優(yōu)化固井設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)

信息化時(shí)代背景下，石油開(kāi)發(fā)與勘探過(guò)程也逐漸信息化、智能化。一方面，通過(guò)構(gòu)建系統(tǒng)化的海洋深水固井設(shè)計(jì)的軟件，能夠更加精確的對(duì)水泥漿泵注過(guò)程中的地層承壓情況、水泥漿溫度變化的情況進(jìn)行模擬，綜合考察整體的海底環(huán)境狀況，精確地掌握油井各方面的信息，包括整體的溫度、密度、淺流層流竄狀況等，及時(shí)發(fā)現(xiàn)疏漏并提出對(duì)應(yīng)的解決措施。另一方面，現(xiàn)在已經(jīng)具備有成套的固井泵管控裝置，能夠自動(dòng)進(jìn)行漿液混合。傳統(tǒng)對(duì)于水泥漿的比例都是人工查驗(yàn)，難以保證精確性，而現(xiàn)代的固井泵大部分已經(jīng)智能化，可以通過(guò)智能顯示屏反饋各個(gè)時(shí)段漿液的密度，大大提高了固井工作的精確性。要切實(shí)提高我國(guó)海洋深水區(qū)域固井工程的智能化技術(shù)，通過(guò)精確的計(jì)算，設(shè)計(jì)更為科學(xué)的、具有針對(duì)性水泥漿體系，優(yōu)化海底固井的設(shè)計(jì)方案。

3 結(jié)語(yǔ)

海洋深水石油開(kāi)發(fā)技術(shù)是我國(guó)未來(lái)石油工業(yè)發(fā)展的新領(lǐng)域，固井水泥漿的問(wèn)題是現(xiàn)在海洋深水作業(yè)中需要解決的重點(diǎn)問(wèn)題，這項(xiàng)問(wèn)題的解決大大推動(dòng)我國(guó)海洋深水石油開(kāi)采技術(shù)的提升，能夠有效促進(jìn)我國(guó)的石油的開(kāi)發(fā)與勘探，同時(shí)助推我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益的提高。在海洋深水區(qū)域的石油開(kāi)采，我國(guó)的技術(shù)發(fā)展還存在極大的發(fā)展空間，必須加強(qiáng)海洋深水固井技術(shù)材料體系方面的研究投入及研發(fā)團(tuán)隊(duì)的建設(shè)，通過(guò)完善水合物穩(wěn)定性特性曲線的分析、淺層流體竄流機(jī)理和氣竄問(wèn)題的解決發(fā)展我國(guó)的海洋深水固井技術(shù)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)境內(nèi)的油藏安全以及最大效益的開(kāi)發(fā)，更好的助力我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。