海洋深水表層固井水泥漿體系淺析

田徑（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）

海洋深水表層鉆井需要人力和物力的支持，在鉆井的過程中需要高昂的作業(yè)費(fèi)用，如何采取措施降低作業(yè)成本并順利的完成鉆井工程是我國海上油田開發(fā)企業(yè)亟待解決的問題。固井是鉆井工程的關(guān)鍵，固井過程的優(yōu)劣直接影響整體的鉆井工程的施工進(jìn)度，在海洋深水表層固井的過程中受到環(huán)境溫度、地質(zhì)條件和水泥漿性能的影響，整體工程面臨著巨大的挑戰(zhàn)，鉆井工程的負(fù)責(zé)人應(yīng)全面了解海洋深水表層的性質(zhì)并提出固井方案以促進(jìn)鉆井過程的順利進(jìn)行，據(jù)此本文探究海洋深水固井面臨的挑戰(zhàn)和固井水泥漿體系和性能是具有現(xiàn)實(shí)意義的。

1 海洋深水固井面臨的挑戰(zhàn)

1.1 環(huán)境溫度低

環(huán)境溫度低是海洋深水固井面臨的挑戰(zhàn)之一，隨著海水深度的增加，海水的溫度在逐漸變低，當(dāng)水深到達(dá)一定值時(shí)溫度變低且保持恒定，對(duì)深水層固井帶來困難。對(duì)于固井使用的水泥漿來說，環(huán)境溫度低促使水泥漿稠化速度變慢，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)難以保證凝固的質(zhì)量，增加了作業(yè)時(shí)間，增加了海上作業(yè)成本。

1.2 受到淺層流的危害

海洋深水表層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在鉆井的過程中會(huì)受到高壓淺層流的影響，促使海洋深水表層固井工作難以開展且易造成高壓淺層流的噴發(fā)，對(duì)施工人員的健康和工作的進(jìn)展起到抑制作用。在海洋深水表層使用水泥漿進(jìn)行固井操作時(shí)受到時(shí)間的限制，水泥漿的“稠化”時(shí)間過長易出現(xiàn)嚴(yán)重的淺層流噴發(fā)現(xiàn)象，給鉆井工程帶來一定的風(fēng)險(xiǎn)。

1.3 天然氣水合物的易燃性

海洋深水表層存在易燃易爆的天然氣水化物，在低溫高壓的環(huán)境下極易發(fā)生爆炸事故，海洋深水表層環(huán)境符合其爆炸的條件，人為因素是不可控的，海洋深水表層的施工人員誤把明火投入其中會(huì)對(duì)整個(gè)鉆井工程的開展造成威脅，例如堵塞排氣管和導(dǎo)管的問題，對(duì)鉆井施工造成不可逆轉(zhuǎn)的影響。

1.4 低地層的破裂

海洋深水表層具有地質(zhì)條件疏松和承受壓力小的特點(diǎn)，當(dāng)鉆井達(dá)到一定的深度時(shí)，地層會(huì)因難以承受過大的壓力而造成鉆井液和水泥漿的漏失，導(dǎo)致鉆井工程的不能順利進(jìn)行。

1.5 水泥漿易出現(xiàn)氣竄

海洋深水表層的地質(zhì)和環(huán)境等較為惡劣，在鉆井施工的過程中難以保證水泥漿和鉆井液等不漏失，而且水泥漿具有易水化和易“氣竄”的特點(diǎn)，在深水表層的地層中極易出現(xiàn)淺層氣，在泵注水泥漿的過程中，經(jīng)常出現(xiàn)水泥漿壓不穩(wěn)地層，從而導(dǎo)致地層中淺層氣上竄或者氣侵水泥漿，影響固井作業(yè)。

1.6 井口下沉

海洋深水表層常采用將套管放入其中的方法進(jìn)行固井，在固井的過程中為保持平衡，施工人員采用加入高密度墊漿的方法將套管放入正確的位置，向泵中注入水泥漿的過程中，套管會(huì)受到來自外界不同的力，長此以往會(huì)造成海洋深水井的井口下沉，為海洋深水表層固井帶來難度。

2 海洋深水表層固井水泥漿體系的探究

2.1 低溫低密度水泥漿體系

水泥漿是海洋深水井固井過程中必不可少的材料，針對(duì)低溫環(huán)境下固井易造成水泥漿水化速度慢的問題，筆者建議使用低溫低密高強(qiáng)水泥作為原材料，在水泥漿中充氣以獲取低密度的水泥，獲取的低溫低密度水泥在固井的過程中可根據(jù)環(huán)境的變化為變化，滿足不同環(huán)境下固井操作的需要，有效的提高了海洋深水表層固井的效率和質(zhì)量。

通過對(duì)常規(guī)鉆井的固井過程分析發(fā)現(xiàn)：大多數(shù)的固井過程使用較為普遍的G 級(jí)水泥，固井效果好且成本較低，是常規(guī)井固井最重要的原材料，但該類水泥在低溫的環(huán)境下不易凝固，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋深水表層的固井操作，針對(duì)以上問題，油田開采的負(fù)責(zé)人員應(yīng)根據(jù)海洋深水表層的性質(zhì)研制出具有特殊性質(zhì)的水泥，以滿足在5-10℃的低溫環(huán)境下使用，通過對(duì)不同水泥類型的配比混合研究發(fā)現(xiàn)：將G 級(jí)水泥、特種水泥和超細(xì)水泥進(jìn)行配比混合可有效提高海洋深水表層固井的效果，通過多次實(shí)驗(yàn)確定使用T5水泥作為建立低溫低密度水泥漿的原材料。

受到環(huán)境的影響，水泥漿中易造成水分的流失和抗壓能力的降低，根據(jù)海洋深水表層的特點(diǎn)，在固井過程中應(yīng)使用帶有大量泡沫的水泥漿，防止固井過程中出現(xiàn)危險(xiǎn)，因此在獲取低溫低密度的水泥漿時(shí)，應(yīng)在施工現(xiàn)場進(jìn)行測試并確定最佳的水灰比，以得到具有穩(wěn)定泡沫的水泥漿，在制造泡沫水泥漿的過程中，操作人員需在制作時(shí)多加水分，以滿足泡沫的產(chǎn)生條件，通過多次配比實(shí)驗(yàn)決定使用水灰比為0.1的水泥漿以形成穩(wěn)定的泡沫。低溫低密度水泥漿的制作過程相對(duì)復(fù)雜，配置的過程中不允許出現(xiàn)任何差錯(cuò)，配置水泥漿的負(fù)責(zé)人員應(yīng)在了解和掌握水泥漿使用條件的基礎(chǔ)上完成。

海洋深水表層固井水泥漿體系必須具備抗壓水平高、隔熱性能佳和適應(yīng)低溫環(huán)境的特點(diǎn)，基于對(duì)水泥漿原材料和水泥漿制作過程中水灰比的確定，筆者建議在海洋深水固井過程中使用T5水泥為原材料，在水灰比為0.1的條件下混合完成泡沫低溫低密度水泥漿，不同環(huán)境下使用該類型水泥漿時(shí)可通過添加“漂珠”等材料匹配固井所需要的類型，以最大程度的完成固井施工。

2.2 低溫低密度水泥漿體系的性能

通過對(duì)海洋深水表層的特性分析可知：建立符合固井條件的水泥漿體系是提高鉆井工程效率和質(zhì)量的有效路徑，針對(duì)低溫低密度水泥漿體系，筆者探究其具有以下幾種性能：低溫稠化性能、常溫稠化性能、防止出現(xiàn)淺流層的水泥漿性能和抗壓性能。

低溫稠化性能：通過對(duì)海洋深水表層的環(huán)境探究可知，海洋深水表層具有溫度低的特點(diǎn)，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)使用常規(guī)的水泥漿時(shí)難以完成固井操作，而在一定的時(shí)間范圍內(nèi)使用低溫低密度的水泥漿可有效的凝固，確保在使用水泥漿固井的過程中不會(huì)出現(xiàn)由于水泥漿長時(shí)間無法凝固而降低工作效率的問題。在建立水泥漿的過程中通過加入不同種類的緩凝劑和促凝劑保證水泥漿的凝固時(shí)間在可控制的范圍內(nèi)，通過多次實(shí)驗(yàn)確定了建立固井水泥漿體系所需要的緩凝劑和促凝劑，并通過測試過程中的數(shù)據(jù)確定了低溫低密度水泥漿體系的低溫稠化性能。

常溫稠化性能：水泥漿體系不僅要具備低溫稠化性能，還要具有良好的常溫稠化性能，由于獲取固井水泥漿的過程需要在常溫的環(huán)境下進(jìn)行，要求在低溫和常溫環(huán)境下建立的固井水泥漿體系，在加入緩凝劑的過程中具有較小的差距，目的是不影響加入促凝劑的效果，因此獲取的海洋深水表層固井水泥漿體系不僅具有常溫稠化的性能，還具有低溫稠化的性能，最大程度的提高了海洋深水表層的固井效果。

防止出現(xiàn)淺流層的水泥漿性能：海洋深水表層固井極易受到淺層流的影響，在高壓的環(huán)境下造成的井噴等對(duì)工作人員的身心健康造成威脅，在滿足低溫稠化和常溫稠化的條件下，使用低溫低密度水泥漿進(jìn)行固井操作可有效減少鉆井過程中出現(xiàn)的井噴和導(dǎo)管堵塞等問題，降低海洋深水表層中出現(xiàn)淺流層而造成的危害。

抗壓性能：海洋深水表層存在大量的天然氣水合物，天然氣水合物在特定的環(huán)境下遇到明火會(huì)造成較為嚴(yán)重的爆炸事故，對(duì)工作人員的身體健康造成傷害，在配置固井水泥漿的過程中加入能夠調(diào)節(jié)水泥漿性質(zhì)的化學(xué)物品可有效的提高水泥漿的抗壓性能，提高海洋深水表層固井的效果。

3 結(jié)語

綜上所述，探究海樣深水表層固井水泥漿體系和性能是必要的。海洋深水表層固井操作受到環(huán)境的影響較大，在固井的過程中會(huì)出現(xiàn)很多的問題，針對(duì)海洋深水表層固井環(huán)境溫度低、水泥漿易受到淺層氣的危害、地層條件疏松的特點(diǎn)，本文分析了以上特點(diǎn)對(duì)海洋深水表層固井帶來的挑戰(zhàn)，并基于此探究低溫低密度水泥漿體系和性能，希望為同樣研究該領(lǐng)域的學(xué)者提供資料參考。