保證固井施工安全的水泥漿監(jiān)督對策

王福云,鄭友志,卿陽,夏宏偉,宋文豪,張偉

1.中國石油西南油氣田分公司工程技術(shù)研究院（四川 廣漢618300）2.國家能源高含硫氣藏開采研發(fā)中心 采氣工程技術(shù)研究所（四川 成都610017）3.中國石油西南油氣田分公司 川中油氣礦（四川 遂寧 629000）4.中國石油西南油氣田分公司 開發(fā)事業(yè)部（四川 成都610066）5.中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司 井下作業(yè)公司（四川 成都610051）

固井是一次性工程，地質(zhì)、固井工藝、井下工具、固井設(shè)備及固井水泥漿等因素都會影響固井施工安全。而水泥漿的性能好壞是直接影響固井施工安全的重要因素。沈偉[1]通過現(xiàn)場發(fā)生的幾個事例，對影響固井作業(yè)安全的各種水泥漿因素進(jìn)行分析，提出了完善加強水泥漿技術(shù)管理標(biāo)準(zhǔn)化工作。高偉軍[2]提出了固井施工現(xiàn)場的安全生產(chǎn)管理措施，要求控制合理的水泥漿性能參數(shù)達(dá)到設(shè)計的固井施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。通過對西南油氣田出現(xiàn)的固井事故進(jìn)行研究和總結(jié)，從而完善西南油氣田固井水泥漿監(jiān)督檢測對策，并提出加強水泥漿技術(shù)管理工作的一系列措施，為保障川渝深井超深井固井現(xiàn)場安全、順利施工及保證固井質(zhì)量提供重要參考[1]。

1 幾例固井事故的原因分析

對西南油氣田固井施工過程中遇到的典型案例,著重從水泥漿影響固井施工安全方面進(jìn)行分析如下。

1）2014 年王純?nèi)玔3]等報道了四川某區(qū)塊出現(xiàn)了連續(xù)3口井的油層套管固井高塞事故，3口井均為直井，下深3 300～3 500 m，上層套管為Φ193.7 mm，下層油層套管采用Φ127 mm，下深4 500～4 700 m。裸眼井段均為須家河致密砂巖，地層孔隙壓力高。3口井均在施工過程中頂替完井液出現(xiàn)高泵壓而蹩壓，無法頂替到位從而造成套管內(nèi)存在超長水泥塞以及環(huán)空存在部分裸眼段。

該井固井大樣水、水泥灰樣正常，水泥漿領(lǐng)漿和尾漿稠化時間均滿足設(shè)計要求，且水泥漿、鉆井液、隔離液相容性好。最終事故確認(rèn)是水泥漿體系對部分添加劑加量敏感造成而不是膠塞損壞后Ca-Cl2完井液污染水泥漿引起。

2）截至2015年7月，西南油氣田L(fēng)區(qū)塊投產(chǎn)后只有2口井未帶壓，其余井均存在環(huán)空帶壓現(xiàn)象，其中3口井環(huán)空關(guān)井壓力上漲，取樣含硫，判定為A環(huán)空異常帶壓。制定并實施強化固井措施后，244.5 mm技術(shù)套管固井13口井，177.8 mm回接套管固井14口井，鉆完井期間未發(fā)現(xiàn)環(huán)空帶壓現(xiàn)象。

根據(jù)下發(fā)固井強化措施前后的對比差異，可以看出對水泥漿的現(xiàn)場質(zhì)量管控非常重要，如現(xiàn)場對水泥大樣的各項基本性能及力學(xué)性能檢測不到位，不僅對施工造成安全風(fēng)險，也使固井后期的井筒完整性存在隱患。

3）2020年5 月，西南油氣田JG1井Φ282.58 mm套管固井采用Φ333.4 mm鉆頭，鉆進(jìn)至5 020.00 m中完。在固井現(xiàn)場進(jìn)行水泥漿監(jiān)督復(fù)核中，固井水泥漿、鉆井液、隔離液、先導(dǎo)漿的相容性試驗不穩(wěn)定無法滿足施工要求，后將隔離液及先導(dǎo)漿全部重新配制，導(dǎo)致施工延后3天，影響鉆井進(jìn)度。

固井水泥漿、鉆井液、隔離液、先導(dǎo)漿的相容性較差，對鉆井液中的各種單劑都能在隔離液的條件下滿足施工要求，但整個有機鹽鉆井液體系對固井水泥漿的污染很嚴(yán)重，需要調(diào)節(jié)隔離液的性能以達(dá)到固井水泥漿與鉆井液的相容性滿足施工條件。

以上分析說明固井水泥漿因素對固井施工安全影響，而實際過程中影響固井安全的因素還有很多，需要不斷地發(fā)現(xiàn)并加以改進(jìn)。

2 固井水泥漿影響施工安全因素分析

固井水泥漿影響施工安全的因素,主要包括以下幾個方面。

2.1 現(xiàn)場供料與室內(nèi)小樣不一致

現(xiàn)場固井作業(yè)安全的前提條件是保證室內(nèi)小樣與現(xiàn)場供料的一致性。實驗室內(nèi)實驗樣品與現(xiàn)場施工提供的材料不一致是造成固井施工失敗的重要原因。

水泥與外加劑小樣實驗與現(xiàn)場供料不是同批次，水泥應(yīng)該嚴(yán)格按照GB∕T 10238—2015《油井水泥》的規(guī)定進(jìn)行取樣[4]，而外加劑室內(nèi)小樣應(yīng)與現(xiàn)場供料保持一致性，如果實際供料與取樣存在較大的誤差，將會嚴(yán)重影響室內(nèi)小樣無法代表現(xiàn)場情況。

大樣水陳化問題，大樣水應(yīng)保持盛裝罐體干凈，超過一定時間應(yīng)進(jìn)行再次復(fù)核檢測。若在現(xiàn)場配制的大樣水因罐體不凈導(dǎo)致緩凝劑等材料失效，容易導(dǎo)致固井事故的發(fā)生。

2.2 水泥漿混配不均導(dǎo)致密度不一致

現(xiàn)場施工質(zhì)量和作業(yè)安全的必要條件是保證注入井內(nèi)的流體與現(xiàn)場試驗的結(jié)果保持一致，水泥大樣灰混配不均必然導(dǎo)致水泥漿的密度不一致，稠化時間性能存在較大差異。水樣在加入各種外加劑后必須進(jìn)行一段時間的攪拌，灰樣特別是低密度或高密度的樣品在灰?guī)旎旌煤髴?yīng)在現(xiàn)場倒灰均勻，如發(fā)現(xiàn)密度不一致，還需要重新進(jìn)行倒灰混勻直至密度保持與設(shè)計一致。

2.3 水泥漿大樣稠化時間及相容性現(xiàn)場復(fù)核檢測

水泥漿大樣的稠化時間現(xiàn)場復(fù)核檢測是保證固井作業(yè)最后一道關(guān)卡。水泥漿與鉆井液因為作用機理的不同，導(dǎo)致兩者不能相容，特別是油基鉆井液為親油型，而水泥漿為親水型，按照西南油氣田的相容性檢測標(biāo)準(zhǔn)為721（水泥漿∶隔離液∶鉆井液=7∶2∶1）需要滿足施工時間才能進(jìn)行施工，因此，需要對現(xiàn)場稠化時間及相容性進(jìn)行固井施工前的復(fù)核，才能避免事故隱患發(fā)生。

3 關(guān)于固井水泥漿監(jiān)督檢測對策

3.1 加強油井水泥質(zhì)量的檢查

油井水泥的質(zhì)量是影響固井施工及后續(xù)工況安全的重要因素之一。但從實際看，油井水泥作為特種水泥，對其出廠標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行情況并不理想。按照GB∕T 10238—2015《油井水泥》[4]標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行油井水泥不同批次的檢測，其工程性能都能滿足性能要求，但未對其C3S等含量及陳化穩(wěn)定性進(jìn)行檢測，導(dǎo)致現(xiàn)場仍然存在同一批次樣的稠化時間存在較大的差距。

油井水泥質(zhì)量問題的主要原因：廠家對油井水泥的出廠質(zhì)量執(zhí)行力度低，油田公司應(yīng)針對其制定抽檢制度；油田固井入井材料質(zhì)檢部門對水泥質(zhì)量檢測不夠全面，目前還未形成有效的質(zhì)量把關(guān)部門，使得不合格水泥蒙混過關(guān)。

固井水泥漿是整個固井作業(yè)的基礎(chǔ)及重點，提高水泥生產(chǎn)質(zhì)量是現(xiàn)場固井施工的重要環(huán)節(jié)，是各種外加劑評價的基礎(chǔ)。針對油田企業(yè)形成的固井質(zhì)量管控體系，加大《油井水泥》標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行力度，確保進(jìn)入油田企業(yè)的外加劑滿足標(biāo)準(zhǔn)。因此，為了保證每批次的固井水泥滿足現(xiàn)場要求，應(yīng)每月對其生產(chǎn)的油井水泥進(jìn)行工程性能抽檢。

3.2 建立油田公司固井外加劑的評價標(biāo)準(zhǔn)

國內(nèi)對水泥外加劑性能與質(zhì)量評價尚無統(tǒng)一的檢測標(biāo)準(zhǔn)及評價方法?，F(xiàn)行的評價有些按照廠家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗，有些按照企業(yè)的辦法在配套體系中評價或者采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但相對來說就比較寬泛。而各廠家都有產(chǎn)品的不同執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致差異性大沒有統(tǒng)一的規(guī)范來執(zhí)行。同一類型外加劑的檢驗項目差異性很大，企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定了該類型外加劑的共性指標(biāo)，針對差異性的性能指標(biāo)認(rèn)可度較低。如有的緩凝劑產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求稠化時間超過100 min或者延長2倍以上就算合格，這些指標(biāo)外加劑生產(chǎn)商家基本可以達(dá)到，而在應(yīng)用中，導(dǎo)致無法根據(jù)井上實際情況進(jìn)行調(diào)整，存在固井施工風(fēng)險。因此，西南油氣田公司除了嚴(yán)格按照SY∕T 5504—2018的固井外加劑行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以外，也正在積極地制定關(guān)于固井外加劑的西南油氣田分公司標(biāo)準(zhǔn)，保證進(jìn)入西南油氣田的固井外加劑滿足性能要求。

3.3 加大外加劑規(guī)范化抽查的力度

添加固井外加劑是調(diào)節(jié)固井水泥漿性能的主要手段。不同的外加劑所起到的作用不同，跟G級水泥一樣，同一種外加劑的不同批次性能都有所偏差。通過西南油氣田建立的外加劑評價標(biāo)準(zhǔn)對其進(jìn)入內(nèi)部市場進(jìn)行把控，不同的區(qū)塊、不同的廠家、不同的類型采取不定時、不定點、不定量的抽檢，一旦發(fā)現(xiàn)不符合項立刻叫停，避免廠家以次充好，確保固井作業(yè)安全。目前，西南油氣田都需要提前對固井外加劑小樣進(jìn)行實驗室檢測合格后才能進(jìn)入市場。同時，在施工現(xiàn)場對不同的類型進(jìn)行不定點的大樣抽查，嚴(yán)格保證入井材料的合格。

3.4 加強對固井水泥漿大樣的現(xiàn)場監(jiān)督檢測

現(xiàn)場大樣的檢測作為入井前的最后一道關(guān)卡，需要進(jìn)行把控，進(jìn)入西南油氣田的外部服務(wù)單位都必須按照西南油氣田固井管理辦法執(zhí)行，應(yīng)統(tǒng)一外加劑取樣方法標(biāo)準(zhǔn),確保取樣均勻性與準(zhǔn)確性[5]。固井水泥漿滿足西南油氣田對其性能要求，如水泥漿與鉆井液的相容性實驗應(yīng)為（緩凝水泥漿∶鉆井液=7∶3的稠化時間≥施工時間+附件時間，緩凝水泥漿：鉆井液∶隔離液=7∶2∶1的稠化時間≥施工時間+附件時間）。目前，西南油氣田下發(fā)了《固井管理辦法》，規(guī)定了重點井、一類井都需要檢測機構(gòu)進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)督檢測，以保證固井施工安全。

3.5 固井水泥石特殊性能的評價方法建立及體系檢驗

目前，井筒完整性的概念深入油田，而水泥環(huán)的完整性又是井筒完整性中最主要的組成部分，如何讓水泥環(huán)在氣井整個生命周期保持長期穩(wěn)定性，需要對水泥石在高溫高壓條件下的長期穩(wěn)定性、膨脹收縮性能、沖擊力學(xué)性能等進(jìn)行前期的評價，目前西南油氣田正在積極地對各項固井水泥石特殊性能制定評價方法與標(biāo)準(zhǔn)。除了保證固井施工的安全性，同時還要對氣井整個生命周期負(fù)責(zé)，因此，需要在固井前對水泥石的各項特殊性能進(jìn)行評價使其滿足要求，更加有利于固井后期的井筒完整性。

4 結(jié)論

固井水泥漿是保證固井施工安全的一個重要因素。西南油氣田通過制定以下管理辦法加強固井施工安全作業(yè)管控，有效保證了其固井施工安全，近年來未出現(xiàn)“灌香腸”“插旗桿”等重大固井作業(yè)事故。

1）通過對一類井或重點井的水泥漿小樣室內(nèi)評價以及水泥漿現(xiàn)場大樣監(jiān)督復(fù)核，使水泥漿性能滿足現(xiàn)場工程要求，保證現(xiàn)場施工安全。

2）對固井水泥進(jìn)行每月的定期檢查和不定期的抽檢，對進(jìn)入市場的固井外加劑的小樣加強檢測和現(xiàn)場大樣抽檢，有效保證原材料的質(zhì)量。

3）制定西南油氣田公司的外加劑檢測標(biāo)準(zhǔn)及固井水泥石特殊性能評價方法，優(yōu)良的固井水泥環(huán)質(zhì)量更加有利于氣井在整個生命周期安全高效的開采。

通過上述的水泥漿監(jiān)督對策，有助于降低固井事故率，提高油氣層封固質(zhì)量，延長油氣井使用壽命。