元壩氣田超深探井小尾管防氣竄固井技術(shù)

楊紅歧 陳會(huì)年 鄧天安 李小江 魏浩光

1. 中國石油化工股份有限公司石油工程技術(shù)研究院；2. 中國石化西南石油工程有限公司固井分公司

元壩氣田構(gòu)造位置位于四川盆地川中低緩構(gòu)造帶北緣，通南巴構(gòu)造帶和九龍山背斜構(gòu)造帶向川中低緩構(gòu)造帶過渡地區(qū)，是全球首個(gè)7 000余米超深高含硫生物礁大氣田，累計(jì)獲得探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量 2 195.82×108m3，含氣面積 350 km2，氣藏平均埋深6 673 m，最深7 730 m，以二疊系長興組為主要目的層［1］。于2014年年底投產(chǎn)，年產(chǎn)氣 40×108m3，至今已穩(wěn)產(chǎn)5年，累計(jì)生產(chǎn)天然氣160×108m3，是迄今為止我國埋藏最深的大型海相氣田，也是目前我國第二大酸性氣田。元壩氣田具有超深層、高產(chǎn)、高溫、超高壓、高含硫和多壓力系統(tǒng)等特點(diǎn)［2］，是世界上建設(shè)難度大、風(fēng)險(xiǎn)高的氣田之一。

隨著勘探開發(fā)的持續(xù)深入，固井工作面臨更大的挑戰(zhàn)，?139.7 mm小尾管的固井難題主要是超深、高溫、高壓和高含酸性氣體條件下實(shí)現(xiàn)固井水泥環(huán)的水力密封長期有效。通過優(yōu)選耐溫200 ℃的防氣竄乳液和防腐蝕劑，研發(fā)出了抗高溫膠乳-納米硅乳液增強(qiáng)型防氣竄防腐蝕水泥漿體系；通過優(yōu)化硅粉粒徑及摻量，基于緊密堆積設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)高密度水泥漿配方，提高了水泥石的高溫強(qiáng)度穩(wěn)定性；通過數(shù)值模擬優(yōu)化水泥漿、前置液、鉆井液密度差和流變參數(shù)，解決了窄環(huán)空間隙條件下的頂替效率難題；現(xiàn)場應(yīng)用取得了良好效果，形成了高酸性氣田超深層小尾管固井配套工藝。

1 地層特性及固井技術(shù)條件

1.1 地層特性

元壩氣田沉積層序自上而下為白堊系劍門關(guān)組，侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組、遂寧組、上沙溪廟組、下沙溪廟組、千佛崖組、自流井組，三疊系須家河組、雷口坡組、嘉陵江組、飛仙關(guān)組，二疊系長興組、吳家坪組、茅口組等，雷口坡組及以下為海相沉積，須家河組及以上為陸相沉積［3］。開發(fā)的目的層為長興組，元壩7井、川深1井等部分井已探至吳家坪組、茅口組、棲霞組、梁山組、筇竹寺、燈影組。地層主要巖性以灰?guī)r和白云巖為主，裂縫型氣藏發(fā)育，含有H2S和CO2等酸性氣體。完鉆時(shí)鉆井液密度普遍較高，如元壩7側(cè)1井鉆至茅口組時(shí)氣侵嚴(yán)重，氣測值居高不下，通過長時(shí)間循環(huán)排氣，并將鉆井液密度由1.93 g/cm3提高至2.20 g/cm3才壓穩(wěn)氣層。

1.2 固井技術(shù)條件

(1)超深井，井身結(jié)構(gòu)復(fù)雜、套管程序多。如元壩7側(cè)1井和川深1井均為五級(jí)井身結(jié)構(gòu)(見圖1)，元壩7側(cè)1井完鉆井深6 988 m，川深1井完鉆井深8 420 m，最后一層?139.7 mm小尾管固井時(shí)井眼尺寸為?165.1 mm，環(huán)空間隙小(理論環(huán)空間隙12.7 mm)，固井施工時(shí)由于受壓力限制，施工排量低，不易提高水泥漿頂替效率。

圖1 川深1井井身結(jié)構(gòu)Fig. 1 Casing program of Well Chuanshen 1

(2)海相深層井下溫度高。川深1井井底靜止溫度176 ℃，對(duì)水泥漿外加劑抗溫性和防氣竄性能要求高，且要求水泥石高溫下強(qiáng)度不衰退。

(3)鉆探層位地層壓力高。元壩7側(cè)1井長興組為裂縫型氣層，在6 795～6 801 m油氣上竄速度達(dá)60.03 m/h，高度達(dá)270.14 m，為了有效壓穩(wěn)，鉆進(jìn)過程中逐漸提高鉆井液密度，完鉆時(shí)鉆井液密度為2.20 g/cm3。

(4)儲(chǔ)層中腐蝕性氣體含量高［4-5］，H2S平均含量5.15%，CO2平均含量8.86%，酸性氣體對(duì)水泥石腐蝕后，會(huì)造成水泥石強(qiáng)度降低、滲透率增加，降低水泥環(huán)的密封效果。

2 固井關(guān)鍵技術(shù)

2.1 抗高溫防氣竄防腐蝕水泥漿體系設(shè)計(jì)

水泥漿性能應(yīng)達(dá)到以下要求：(1)密度1.88～2.25 g/cm3；(2)防氣竄性能系數(shù)SPN值≤2；(3) 48 h、180 ℃水泥石抗壓強(qiáng)度≥14 MPa，且高溫下水泥石強(qiáng)度穩(wěn)定，彈性模量≤8 GPa；(4) H2S和CO2共同腐蝕后水泥石抗壓強(qiáng)度損失率和滲透率增大率≤20%；(5)具有良好的沉降穩(wěn)定性，水泥漿柱上下密度差≤0.03 g/cm3；(6)稠化時(shí)間可調(diào)，曲線穩(wěn)定。

2.1.1 防氣竄與防CO2、H2S腐蝕技術(shù)

元壩超深探井井下溫度高、氣層壓力高、含有腐蝕性酸性氣體，縫洞型儲(chǔ)集體發(fā)育，氣竄速度快，從增強(qiáng)防氣竄性能和耐腐蝕方面進(jìn)行外加劑優(yōu)選。

(1)納米硅防氣竄乳液與膠乳防氣竄劑［6-8］。納米硅防氣竄乳液是將球形納米SiO2顆粒通過特殊的處理工藝與水混合形成的乳液，主要成分是球形SiO2，有效固含量達(dá)45%為無機(jī)材料，耐溫超過200 ℃。粒徑10～300 nm，一方面提高了水泥漿濾餅的致密性，另一方面有效降低了水泥石滲透率。SiO2表面含有大量硅羥基，具有很高的化學(xué)活性，可與水泥水化產(chǎn)物CH反應(yīng)生成C—S—H凝膠，迅速提高水泥漿的膠凝值，增加了氣體在水泥漿中運(yùn)移阻力，防止氣竄。同時(shí)SiO2參與水泥水化反應(yīng)，能夠提高水泥石的抗壓強(qiáng)度。膠乳是一種聚合物乳液，粒徑 150～170 nm，固含 44.9%，耐溫達(dá) 200 ℃。該乳液的玻璃化溫度是90 ℃，在高溫下表現(xiàn)出良好的彈性，依靠柔性乳液粒子顆粒填充與聚結(jié)成膜作用防止氣竄，同時(shí)還能降低水泥石的彈性模量。將無機(jī)與有機(jī)防氣竄乳液復(fù)配使用，基于膠乳成膜、納米硅防氣竄乳液致密充填與活性膠凝于一體，協(xié)同增強(qiáng)防氣竄效果。

(2)防CO2、H2S腐蝕外加劑。微觀結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)水泥石內(nèi)部存在許多微孔和喉道，CO2、H2S利用這些孔道和喉道作為儲(chǔ)存空間和流動(dòng)通道，對(duì)水泥石進(jìn)行腐蝕。阻止H2S、CO2混合氣體腐蝕水泥石的關(guān)鍵是提高水化產(chǎn)物的耐腐蝕性，降低水泥漿體堿度和水泥石孔隙度、滲透率［9-10］?；诜栏g機(jī)理，研發(fā)了防腐外加劑，其主要成分是Al2O3和SiO2，活性硅鋁成分可參與水泥水化反應(yīng)生成CaAl2Si2O8，從而最大限度降低水泥漿的堿度。同時(shí)水泥漿中粒徑為納米-亞微米級(jí)的納米SiO2和膠乳乳膜可充填在水泥石的微孔中，降低了水泥石的孔隙度和滲透率(圖2)，協(xié)同防腐蝕劑進(jìn)一步提高水泥石的抗腐蝕能力。

圖2 納米SiO2充填和膠乳乳膜充填水泥石掃描電鏡照片F(xiàn)ig. 2 SEM photograph of the set cement filled with nano-SiO2 and latex film

2.1.2 水泥石高溫強(qiáng)度衰退控制技術(shù)

高溫下水泥石強(qiáng)度會(huì)發(fā)生衰退，固井時(shí)通常在水泥中摻入35%～40%的硅粉來改善水泥石高溫強(qiáng)度穩(wěn)定［11-12］。但室內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度超過160 ℃后，雖然加入35%的硅粉，但水泥石強(qiáng)度仍然會(huì)發(fā)生衰退(圖3)。硅粉與水泥水化產(chǎn)物間的反應(yīng)靠參與反應(yīng)物質(zhì)的界面接觸及通過最初產(chǎn)物層擴(kuò)散接觸而進(jìn)行, 溫度增高有助于提高反應(yīng)的速度。當(dāng)溫度超過160 ℃后，硅粉參與反應(yīng)的速度加快, 與水泥的水化反應(yīng)幾乎同時(shí)進(jìn)行, 但在強(qiáng)度曲線上并不存在明顯的強(qiáng)度再增長的跡象［13］，隨著時(shí)間的延長反而出現(xiàn)了降低的趨勢。因此，加入35%硅粉并不能有效解決超高溫下水泥石強(qiáng)度衰退的問題。

保持超高溫下水泥石強(qiáng)度穩(wěn)定的主要方法是改善水泥漿中CaO-SiO2-Al2O3物相比例，降低物相中CaO、提高SiO2-Al2O3量，使水泥中Ca/Si摩爾比接近1，有效降低水泥石中氫氧化鈣(CH)，減少高堿性水化硅酸二鈣(C2SH2)生成，反應(yīng)產(chǎn)物更多的是高溫下強(qiáng)度較高、滲透率較低的雪硅鈣石(C5S6H5)和硬鈣硅石(C6S6H)，水化產(chǎn)物掃描電鏡照片見圖4。

圖3 160 ℃下加入35%硅粉水泥石強(qiáng)度發(fā)展曲線Fig. 3 Strength curve of set cement with 35%fine silica under 160 ℃

圖4 180 ℃下水泥水化產(chǎn)物電鏡圖Fig. 4 SEM image of the hydration product of cement under 180 ℃

硅粉最佳加量為50%～70%，其中粒徑180 μm占硅粉總加量的30%，80 μm的占硅粉總加量的70%。而且水泥漿中加入的納米硅乳液和防腐蝕劑富含SiO2和Al2O3，高溫下SiO2先參與水泥水化反應(yīng)，Si—O鍵打開，因部分Si—O鍵與Al—O鍵共用氧原子，Al—O鍵也隨之被打開，參與水化反應(yīng)。對(duì)加入50%硅粉的水泥石進(jìn)行XRD分析，產(chǎn)物主要為沸石結(jié)構(gòu)的硅鋁鈣Ca(AlSiO4)2，在高溫下強(qiáng)度穩(wěn)定。

2.1.3 高密度水泥漿設(shè)計(jì)方法

高密度水泥漿既要確保具有良好的流動(dòng)性，又要提高體系的穩(wěn)定性，基于顆粒級(jí)配原理，進(jìn)行高密度水泥漿設(shè)計(jì)［14］。主要材料包括水泥、加重劑、硅粉、防腐蝕劑和微硅及水泥外加劑。G級(jí)油井水泥顆粒直徑 20～100 μm，加重劑顆粒直徑 45～75 μm，硅粉顆粒直徑 80～180 μm，防腐劑顆粒直徑30～40 μm，膠乳和納米硅乳液固相顆粒直徑0.01～0.3 μm，能夠更好地充填在空隙和裂縫中，形成良好的空間堆積，比較符合緊密堆積理論，形成致密的水泥石，進(jìn)一步增強(qiáng)水泥石的強(qiáng)度，并降低滲透率，提升了水泥漿綜合性能。

2.1.4 防氣竄防腐蝕水泥漿配方

優(yōu)選了高溫降濾失劑、高溫緩凝劑、分散劑、消泡劑等其他油井水泥外加劑，形成了抗高溫膠乳-納米硅乳液增強(qiáng)型防腐蝕防氣竄水泥漿，其基本配方為：嘉華G級(jí)水泥+50%～70%硅粉+0～80%鐵礦粉+15%～20%防腐蝕劑SCLK+8%～10%納米硅乳液SCLS+8%～12%膠乳SCJR-1+4%～6%降濾失劑SCFL-Y+2.5%～3%緩凝劑 SCR-3+0.8%～1.5%分散劑SCD-1+1.2%～1.5%消泡劑SCDF-4+39%～48%水。

2.2 水泥漿性能評(píng)價(jià)

模擬元壩氣田井下條件(稠化實(shí)驗(yàn)溫度160 ℃、壓力150 MPa)，研究抗高溫膠乳-納米硅乳液增強(qiáng)型防腐蝕防氣竄水泥漿性能，結(jié)果見表1。

表1 抗高溫膠乳-納米硅乳液增強(qiáng)型防腐蝕防氣竄水泥漿基本性能Table 1 Basic properties of enhanced anti-gas channeling and anti-corrosion slurry containing high-temperature latex and nanometer silicon emulsion

2.2.1 水泥漿流變性能及穩(wěn)定性

由表1可以看出，水泥漿流動(dòng)度≥19.5 cm，表現(xiàn)出良好的流動(dòng)性能，非常有利于現(xiàn)場施工時(shí)水泥漿混配；流性指數(shù)n值大于0.75，稠度系數(shù)K值小于0.6 Pa·sn，表明高溫下流變性能良好，有助于降低井下流動(dòng)阻力，并有利于提高頂替效率；上下層密度差≤0.01 g/cm3，體系穩(wěn)定。

2.2.2 水泥漿的稠化時(shí)間及濾失量

從表1可看出，不同密度水泥漿稠化時(shí)間可調(diào)，濾失量小于50 mL。圖5是密度2.05 g/cm3水泥漿稠化曲線，可看出水泥漿初始稠度低、曲線平穩(wěn)、稠化過渡時(shí)間≤3 min、直角稠化，有利于防氣竄。

2.2.3 水泥漿防氣竄性能［15-16］

水泥漿靜膠凝強(qiáng)度發(fā)展隨時(shí)間的變化見圖6，可以看出，靜膠凝強(qiáng)度由48 Pa至240 Pa時(shí)間小于15 min，靜膠凝強(qiáng)度發(fā)展的過渡時(shí)間越短，水泥在凝結(jié)過程中的失重時(shí)間越短，其防止失重引起流體上竄的能力越強(qiáng)。根據(jù)表1中不同密度水泥漿稠化時(shí)間與API濾失量計(jì)算的SPN值分別為0.49、0.32、0.61和0.43，均小于1，證明水泥漿防氣竄性能優(yōu)良。

圖5 抗高溫增強(qiáng)型防氣竄防腐蝕水泥漿稠化曲線Fig. 5 Thickening curve of enhanced high-temperature, anti-gas channeling and anti-corrosion slurry

圖6 抗高溫增強(qiáng)型防氣竄防腐蝕水泥漿靜膠凝強(qiáng)度曲線Fig. 6 Static bonding strength of enhanced high-temperature,anti-gas channeling and anti-corrosion slurry

2.2.4 高溫下水泥石力學(xué)性能

從表1可以看出，180 ℃、48 h 水泥石抗壓強(qiáng)度＞14 MPa，滿足固井設(shè)計(jì)要求，圖7是密度2.05 g/cm3的水泥漿180 ℃高溫養(yǎng)護(hù)下抗壓強(qiáng)度發(fā)展曲線，28 d抗壓強(qiáng)度26.5 MPa，水泥石強(qiáng)度始終處于增長趨勢，未出現(xiàn)強(qiáng)度衰退的跡象。

元壩氣田小尾管固井理論環(huán)空間隙12.7 mm，所形成的水泥環(huán)很薄，在射孔等外力作用下很容易發(fā)生破損，水泥環(huán)完整性被破壞，造成環(huán)空帶壓等安全隱患。通過降低水泥石的彈性模量來增強(qiáng)其彈韌性，提高其在外力作用下的形變能力，確保水泥環(huán)不易破損。表2是密度1.88 g/cm3的水泥漿抗折強(qiáng)度和彈性模量實(shí)驗(yàn)結(jié)果，與常規(guī)水泥漿相比，膠乳-納米硅乳液防氣竄水泥漿形成的水泥石，在抗壓強(qiáng)度基本不變情況下，彈性模量降低了49.6%，抗折強(qiáng)度提高了158.8%。圖8是水泥石的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，可以看出水泥石表現(xiàn)出了良好的彈塑性。這是因?yàn)樗酀{中的膠乳具有較低的玻璃化溫度，在高溫下表現(xiàn)出了良好的彈性，降低了水泥石的彈性模量。而納米硅乳液中的SiO2粒子直徑細(xì)微，可以填充在水泥顆粒間，同時(shí)這些粒子具有火山灰活性，能參與水泥顆粒間的水化反應(yīng)，通過化學(xué)鍵的形式與水泥顆粒相互連接，減少了水泥石內(nèi)部各種的微裂隙，提高了水泥石的整體力學(xué)性能。當(dāng)受外力擠壓、剪切等作用時(shí)，整個(gè)水泥石不易被破壞。

圖7 180 ℃水泥石抗壓強(qiáng)度曲線Fig. 7 Compressive strength of set cement under 180 ℃

表2 水泥石彈性模量與抗折強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 Experimental results of elastic modulus and rupture strength of set cement

圖8 180 ℃水泥石應(yīng)力應(yīng)變曲線Fig. 8 Stress and strain of set cement under 180 ℃

2.2.5 防 CO2、H2S 腐蝕性能

模擬元壩氣田儲(chǔ)層CO2、H2S含量，進(jìn)行160 ℃腐蝕評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。由表3可看出，腐蝕后的常規(guī)水泥石強(qiáng)度降低值和氣體滲透率增長值都較大，防竄防腐水泥石腐蝕后的強(qiáng)度降低和滲透率增加值均＜15%，說明在水泥漿加入防腐劑、納米級(jí)防氣竄劑等外加劑后，改善了水泥石孔滲結(jié)構(gòu)，有效抑制了酸性氣體對(duì)水泥石的腐蝕。

表3 CO2、H2S共同腐蝕下水泥石抗壓強(qiáng)度與滲透率變化實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3 Experimental results of compressive strength and permeability of set cement under the joint corrosion of CO2 and H2S

2.3 提高固井質(zhì)量工藝

2.3.1 提高水泥漿頂替效率技術(shù)

元壩氣田小尾管固井時(shí)由于井眼尺寸較小，通常下入無接箍或小接箍套管，不能安放套管扶正器，部分井使用扶正短節(jié)，居中度僅達(dá)到30%，水泥漿頂替效率低，嚴(yán)重影響固井質(zhì)量。使用小尾管固井時(shí)的施工排量(0.8 m3/min)、利用FLUENT軟件進(jìn)行模擬［17-18］，分析套管居中度為30%時(shí)的頂替效率，確定合理的鉆井液、隔離液、水泥漿密度差、流變參數(shù)。模擬發(fā)現(xiàn)，當(dāng)密度差為0，隔離液接觸時(shí)間在15 min時(shí)，頂替效率在65%～70%之間；當(dāng)密度差≥0.12 g/cm3時(shí)，頂替效率能夠大于85%，且需要的頂替時(shí)間較短。設(shè)計(jì)頂替排量為0.8 m3/min、居中度為30%、密度差為0.12 g/cm3、隔離液接觸時(shí)間15 min，通過數(shù)值模擬確定了3種流體的流變參數(shù)分別為：鉆井液動(dòng)切力10～18 Pa，隔離液n值取0.3～0.6、K值取0.9～1.5 Pa · sn，水泥漿n值取0.6～0.9、K值取0.7～1.0 Pa · sn，頂替效率能夠大于89%。模擬還發(fā)現(xiàn)隔離液K值和接觸時(shí)間對(duì)頂替效率的影響比較大。

2.3.2 防氣竄工藝

(1)元壩氣田是裂縫型氣藏，氣竄速率快，氣液置換效應(yīng)明顯，很難完全有效壓穩(wěn)。采用“以快制氣”防氣竄固井工藝，用尾漿封固氣層段，盡可能壓縮尾漿稠化時(shí)間，在尾漿替漿到量后30 min內(nèi)稠化，實(shí)現(xiàn)快速凝固，以降低氣竄發(fā)生的危險(xiǎn)。

(2)采用分段壓穩(wěn)設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)環(huán)空漿體結(jié)構(gòu)［19-20］，并使用環(huán)空加壓候凝，候凝分2個(gè)階段，第1個(gè)階段是尾管固井結(jié)束后，起1柱鉆具，然后采用反循環(huán)洗井，給氣層施加一定的液柱壓力，第2階段是洗井結(jié)束后，關(guān)閉環(huán)空，憋壓候凝，直到水泥漿完全凝固。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

該技術(shù)在元壩7側(cè)1井和川深1井?139.7 mm小尾管進(jìn)行了應(yīng)用，固井質(zhì)量綜合評(píng)定優(yōu)良率達(dá)到了100%。該技術(shù)還在元壩204-1H井、河嘉202H井、川深1井等3口井的?193.7 mm生產(chǎn)套(尾)管固井中進(jìn)行了應(yīng)用，固井質(zhì)量綜合評(píng)定合格率100%，優(yōu)良率67%。

元壩7側(cè)1井是在元壩7井的原井眼用?165.1 mm鉆頭從6 160 m處側(cè)鉆，側(cè)鉆井深6 988 m，?139.7 mm小接箍尾管下深6 919 m，尾管懸掛器頂深5 295 m，完鉆鉆井液密度2.20 g/cm3，目的層為茅口組，井底靜止溫度155 ℃。該井6 407～6 952 m 井段內(nèi)共有14個(gè)氣層，鉆進(jìn)至井深6 834.63 m時(shí)，鉆井液密度2.13 g/cm3，后效嚴(yán)重，點(diǎn)火橘黃色火焰高6～8 m，提密度至2.20 g/cm3，火焰熄滅，后效消除。在6 805～6 880.3 m段存在著間斷性漏失，共漏失鉆井液262.66 m3。固井難題是高壓防氣竄、防酸性氣體腐蝕、防漏、窄環(huán)空間隙下提高頂替效率［21］和保持薄水泥環(huán)的完整性。

設(shè)計(jì)使用抗高溫膠乳-納米硅乳液增強(qiáng)型高密度防氣竄防腐蝕水泥漿體系，為降低固井漏失的風(fēng)險(xiǎn)，入井漿體密度基本保持一致，下完套管后，將鉆井液密度降為2.16 g/cm3。設(shè)計(jì)隔離液密度為2.18 g/cm3、領(lǐng)漿密度為 2.18 g/cm3、尾漿密度為2.18 g/cm3。由于密度差較小，使用固井軟件對(duì)施工過程進(jìn)行模擬，當(dāng)隔離液接觸時(shí)間≥20 min時(shí)，頂替效率能夠達(dá)到90%。為降低氣竄風(fēng)險(xiǎn)，在保證施工安全的前提下盡可能縮短尾漿稠化時(shí)間，確保尾漿能夠快速凝固，實(shí)現(xiàn)“以快制氣”。

固井時(shí)水泥漿基本配方為：嘉華G級(jí)水泥+50%硅粉+118%鐵礦粉+15%防腐蝕劑SCLK+8.0%納米硅乳液SCLS-1+8%膠乳SCJR-1+6%降濾失劑SCFL-Y+3%緩凝劑SCR-3+0.5%消泡劑SCDF-4+39%～51%水。水泥漿主要性能見表4。

表4 元壩7側(cè)1井小尾管固井水泥漿性能Table 4 Properties of the slurry for small-liner cementing in Well Yuanba 7-C1

現(xiàn)場入井液依次為16 m3密度2.18 g/cm3的加重隔離液，10 m3密度2.20 g/cm3的領(lǐng)漿，10 m3密度2.22 g/cm3的尾漿，1 m3密度2.20 g/cm3的壓塞液，替入14 m3密度2.16 g/cm3的鉆井液，6 m3密度2.20 g/cm3的保護(hù)液，替入17 m3密度2.16 g/cm3的鉆井液，1 m3的清水。起尾管送放鉆具、循環(huán)洗井，環(huán)空憋壓 5 MPa候凝48 h。

候凝結(jié)束后，下鉆探塞，上下部水泥塞達(dá)到設(shè)計(jì)要求，且強(qiáng)度高，掃塞鉆時(shí)長、鉆壓大，掃塞及循環(huán)處理鉆井液期間未氣竄。原井漿試壓12.5 MPa，穩(wěn)壓30 min，壓降0.18 MPa，試壓合格。測固井質(zhì)量顯示第一界面膠結(jié)優(yōu)良段占整個(gè)封固段的77%，第二界面膠結(jié)優(yōu)良段占整個(gè)封固段的79%，固井質(zhì)量綜合評(píng)定為優(yōu)良，達(dá)到了高壓防氣竄的固井目的。

4 結(jié)論

(1)研選了膠乳和納米硅乳液作為防氣竄劑，配套了防酸性氣體腐蝕劑，開發(fā)了抗高溫增強(qiáng)型防氣竄防腐蝕水泥漿體系，適應(yīng)溫度達(dá)180 ℃，密度1.88～2.25 g/cm3，濾失量＜50 mL，SPN值小于 1，膠乳可以有效降低水泥石的彈性模量，納米硅乳液里的納米亞微米級(jí)的SiO2可充填在水泥石的空隙里，一方面降低了水泥石滲透率，另一方面提高了水泥石抗壓強(qiáng)度。水泥石180 ℃、48 h抗壓強(qiáng)度大于14 MPa，彈性模量小于8 GPa，且長期強(qiáng)度不衰退，耐H2S、CO2腐蝕。

(2)形成了提高固井質(zhì)量配套技術(shù)，通過優(yōu)化鉆井液、隔離液和水泥漿的流變性能，合理設(shè)計(jì)隔離液接觸時(shí)間，能夠提供低居中度下水泥漿頂替效率，采用“以快制氣”、分段壓穩(wěn)設(shè)計(jì)等工藝可有效解決環(huán)空氣竄的難題。

(3)受實(shí)驗(yàn)儀器耐溫及實(shí)驗(yàn)室安全的限制，筆者對(duì)于酸性氣體腐蝕水泥石研究，實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)最高溫度為160 ℃，而元壩氣田海相碳酸鹽巖儲(chǔ)層地質(zhì)條件復(fù)雜，超過7 500 m特深層井底靜止溫度超過170 ℃、壓力超過150 MPa，固井面臨超高溫、超高壓防氣竄難題，酸性氣體在該溫壓條件下對(duì)水泥石的腐蝕機(jī)理還不明確。建議針對(duì)特深油氣藏開展防氣竄防腐蝕固井技術(shù)需求，研發(fā)新型耐超高溫防氣竄劑，開展200 ℃的條件下H2S、CO2對(duì)水泥石的腐蝕規(guī)律研究。