新型液體減輕劑在南海某深水井表層固井中的應(yīng)用

徐 文，梁 芬

（1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)海南公司，海南?？?570100；2.廣東南油服務(wù)有限公司海口分公司，海南?？?570100）

隨著陸地和淺海石油資源的衰竭，全世界都將目光投向了廣闊的深海，我國海域遼闊，蘊(yùn)藏著十分豐富的油氣資源。其中南海具有豐富的油氣資源和天然氣水合物資源，石油地質(zhì)儲量為230億~300億t，占我國油氣總資源量的三分之一，其中70%蘊(yùn)藏于深海區(qū)域[1]。深水勘探已經(jīng)成為石油行業(yè)的發(fā)展方向，具有無可比擬的前景。但同樣的，深水作業(yè)費(fèi)用昂貴，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高，成本很大，與淺水鉆探相比，其對作業(yè)工藝及時(shí)效的要求更高。

通常，這些深水地層都普遍存在著海底低溫、窗口窄、淺層流等風(fēng)險(xiǎn)。本文中將要介紹的PCLiquidLet 水泥漿體系可以有效控制上述風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，并且很好地促進(jìn)了我國固井水平的提升。后續(xù)將圍繞該體系的現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用及評價(jià)來進(jìn)行介紹。

1 深水表層固井作業(yè)難點(diǎn)

1.1 泥線低溫

通常情況下，表層的海水可以在陽光的照射或者風(fēng)浪海流等的作用下，與空氣進(jìn)行熱交換，但當(dāng)深度超過400 m 后，溫度則逐漸呈下降的趨勢，即出現(xiàn)了所謂的溫躍層[2]。在溫躍層以下，隨著深度的增加，海水溫度會(huì)變得極低。而對于深水固井作業(yè)來說，其所處的海底正好處于溫躍層之下，通常溫度只能達(dá)到2~4℃，這將導(dǎo)致表層水泥石強(qiáng)度發(fā)展緩慢，極大延長了作業(yè)時(shí)間。特別是在零度溫度線附近，普通G級水泥的主要成分硅酸二鈣和硅酸三鈣幾乎停止了水化、固化反應(yīng)，導(dǎo)致作業(yè)無法進(jìn)行[3]。

1.2 壓力窗口窄

深水井壓力窗口窄是導(dǎo)致復(fù)雜情況頻繁的主要因素。從深水鉆井情況看，很多井在開鉆之前的預(yù)測壓力窗口都很窄。而本口井為深水高溫高壓井，在平衡地層壓力的同時(shí)，還要兼顧破裂壓力，因此，壓力窗口可能會(huì)更窄，作業(yè)難度會(huì)更大，如果不使用合適的水泥漿體系，可能會(huì)導(dǎo)致水泥漿漏失或者氣竄，導(dǎo)致復(fù)雜情況的發(fā)生。

1.3 淺層水氣流

深水區(qū)域海底地層中有時(shí)會(huì)存在淺層氣、水合物層等。當(dāng)氣體水合物在鉆井過程中出現(xiàn)不穩(wěn)定分解后，將會(huì)造成井眼變形，過度沖刷井眼，影響固井質(zhì)量，容易出現(xiàn)縫隙[4]。并且可能會(huì)在水泥漿凝固時(shí)，產(chǎn)生竄槽，最終影響封隔效果，甚至威脅鉆井安全。

1.4 表層頂替效率差

由于表層泥質(zhì)疏松，在鉆進(jìn)時(shí)，如遇到淺層水氣流，在其沖刷下，會(huì)造成井眼的不規(guī)則，進(jìn)而使流動(dòng)阻力很大，不易實(shí)現(xiàn)紊流頂替。并且套管也很難保持居中度，進(jìn)而使得頂替效率進(jìn)一步下降[5]，泥質(zhì)疏松。

1.5 表層水泥環(huán)封隔性弱

深海海底的表層地層沉積時(shí)間短，加之上覆壓力較小，主要為松軟及未膠結(jié)的巖層，從而對表層水泥環(huán)支撐力不夠，易使得水泥環(huán)在熱應(yīng)力或異常高壓突然釋放后的壓實(shí)應(yīng)力作用下產(chǎn)生裂縫，破壞水泥環(huán)的完整性。一定時(shí)間后，地層流體就可能沿裂縫發(fā)生竄流，甚至引起管外井噴。

1.6 作業(yè)費(fèi)用高

日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，使得在表層固井過程中，必須使用環(huán)境友好型的材料，清洗固井設(shè)備時(shí)，也要做到盡量“零排放”，對外加劑的毒性也提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)，這樣在材料的選取方面，就更需要嚴(yán)格把控。此外，深水作業(yè)，后勤保障與供應(yīng)更加困難，無形之中，作業(yè)成本也大幅攀升。

2 PC-LiquidLet水泥漿體系介紹

2.1 新型低密度減輕材料的選擇

目前的深水井表層固井過程中，主要使用低溫低密高強(qiáng)水泥漿體系，該體系中主要使用人造漂珠作為其減輕材料。漂珠材料大小不一，形狀也不能保證完全規(guī)則，所含有的成分也有所不同，因此，容易造成其承壓能力差的特性。其次，漂珠水泥需要提前在陸地干混，再送往平臺，操作相對麻煩；并且，混合水泥密度雖然較純水泥低，但體積大，對拖輪運(yùn)輸和平臺灰罐儲存都提出了更高的要求；最后，由于微珠與水泥的比例固定，設(shè)計(jì)密度不能做大的調(diào)整，當(dāng)需要設(shè)計(jì)變更時(shí)就需要重新干混水泥，既浪費(fèi)時(shí)間又浪費(fèi)資源。

因此，需重新挑選一種新型的減輕材料來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人造微珠，并且還要具有良好的配伍性及適應(yīng)性。

經(jīng)過研究人員的挑選，最終選擇了PC-P81L 液體作為減輕劑。PC-P81L 是一種半透明至微乳白色的液體，密度1.1~1.2 g/cm3，它具有密度低、穩(wěn)定性優(yōu)越的特性，并且?guī)缀鯚o毒，不會(huì)對環(huán)境造成污染，其適用溫度為0~80℃，通常加量8%~18%。

2.2 PC-P81L相關(guān)性能評價(jià)

為了對PC-P81L 的相關(guān)性能做進(jìn)一步的評價(jià)，分別就PC-P81L 的加量敏感性和溫度敏感性做了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，評價(jià)時(shí)的配方為：G 級油井水泥+PC-P81L+調(diào)凝劑，評價(jià)水泥漿的密度1.40S.G。

從圖1中可以看出，在40℃下，隨著加量的增加，水泥漿的稠化時(shí)間逐漸減少，并且15%、20%、25%加量稠化時(shí)間相當(dāng)，推薦最大加量不超過20%，否則其稠化曲線將容易出現(xiàn)臺階；而在溫度達(dá)到60℃時(shí)，隨著加量的增加，稠化時(shí)間明顯縮短較快，可能產(chǎn)生速凝風(fēng)險(xiǎn)，因此推薦加量在5%以內(nèi)。

圖1 PC-P81L的加量敏感性

從表1還看出，在溫度升高的情況下，應(yīng)相應(yīng)減少PC-P81L 加量并增加緩凝劑（PC-H21L）的加量來延長稠化時(shí)間；同時(shí)PC-P81L 加量應(yīng)保證＞5%，否則會(huì)造成體系穩(wěn)定性變差（稠化包芯等）。并且提高溫度時(shí)，需要進(jìn)一步降低PC-P81L 加量和提高緩凝劑加量，否則將會(huì)造成體系穩(wěn)定性變差。

表1 PC-P81L的溫度敏感性

因而可以得到以下評價(jià)結(jié)果。

（1）PC-P81L 液體減輕劑能有效縮短水泥漿稠化時(shí)間，溫度升高時(shí)，可通過減少PC-P81L 的加量來延長稠化時(shí)間；溫度降低時(shí)，可相應(yīng)提高加量；

（2）緩凝劑對PC-P81L 低密度體系緩凝效果較弱，現(xiàn)場使用時(shí)需增大加量；

（3）建議PC-P81L 體系使用溫度（BHCT）：

≤60℃。

2.3 PC-LiquidLet水泥漿體系的構(gòu)建及評價(jià)

根據(jù)陵水區(qū)塊實(shí)際狀況，配合新型的液體減輕材料PC-P81L，并輔以其他添加劑及材料，成功研制出了PC-LiquidLet 水泥漿體系。

水泥漿主要成分有：嘉華G 級水泥、液體減輕劑PC-P81L、低溫早強(qiáng)劑PC-A95S 和PC-A97L、降濾失劑PC-G80L、懸浮增強(qiáng)劑PC-GS13L、低溫促凝劑PC-A96L、堵漏劑PC-B66。

針對該水泥漿體系，進(jìn)行了多方面的實(shí)驗(yàn)，具體的水泥漿配方為：SW+0.5%X60L+4%A95S+0.85%A 97L+4%PC-A96L+4%G80L+10%PC-GS13L+15%PCP81L+2%PC-B66+100%JH"G"。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)后，得到水泥漿的性能如表2所示。

表2 PC-LiquidLet水泥漿體系性能

由表2可以看出，研發(fā)的PC-LiquidLet 水泥漿體系，具有低失水、零自由液和低溫高早強(qiáng)的特點(diǎn)，各項(xiàng)性能均衡，早強(qiáng)性能良好。

3 PC-LiquidLet水泥漿體系現(xiàn)場應(yīng)用

陵水25-X 構(gòu)造位于瓊東南盆地樂東凹陷東北部，2014年在該區(qū)塊發(fā)現(xiàn)的千億方大氣田也證實(shí)了該區(qū)塊的優(yōu)越物性和開發(fā)潛力。某井為該區(qū)塊內(nèi)一口深水高溫高壓井，預(yù)測的目的層位于A 砂體（3 783~4 085 m）和C 砂體（3 834~4 173 m），泥線溫度4℃，預(yù)測低溫梯度為：3.2℃/100 m。表層作業(yè)時(shí)的壓力、使用的泥漿體系以及管鞋處的預(yù)測溫度如表3和表4所示。

表3 1~3井表層井段的鉆井液使用情況

預(yù)測海底平均海床溫度4 ℃， 地溫梯度3.8℃/100 m，綜合本井地質(zhì)預(yù)測溫度分析，設(shè)計(jì)固井溫度設(shè)計(jì)如下。

實(shí)際20 in 套管固井過程中，首漿采用1.40 g/cm3的PC-LiquidLet 水泥漿體系，封固至泥線；尾漿采用1.85 g/cm3比重的PC-LoCEM 水泥漿體系，封固管鞋以上150 m。首漿水泥漿配方與實(shí)驗(yàn)室中略有改變：SW+0.5%PC-X60L+5%PC-A95S+0.8%PC-A97L+4%PC-A96L+6%PC-G80L+10%PC-GS13L+15%PCP81L+2%PC-B66+100%JH”G”。

經(jīng)現(xiàn)場實(shí)際配方復(fù)查及大樣養(yǎng)護(hù)發(fā)現(xiàn)，水泥漿失水較低，無游離液，密度1.40 g/cm3的地面樣品在5℃冰箱養(yǎng)護(hù)，30 h 終凝，36 h 強(qiáng)度約為300 psi；室溫下放置8 h 終凝；而在23℃溫度下，養(yǎng)護(hù)釜中養(yǎng)護(hù)14 h50 min 后，強(qiáng)度達(dá)到3.45 MPa，水泥漿凝固情況正常，強(qiáng)度發(fā)展較快，符合現(xiàn)場的作業(yè)要求。具體性能如表5所示。

表5 PC-LiquidLet水泥漿現(xiàn)場實(shí)測性能

現(xiàn)場候凝60小時(shí)后，對套管試壓1000 psi/10 min，合格；下鉆探塞，實(shí)際探得塞面1952 m，與設(shè)計(jì)深度1965 m 相符；鉆塞參數(shù)：5~9 klbs，4000 L/min，1600 psi，2~6 klb*fts，如圖4所示，振動(dòng)篩返出水泥石顆粒堅(jiān)實(shí)，大塊水泥石有明顯鉆頭切削痕跡，水泥石強(qiáng)度良好。

圖4 現(xiàn)場實(shí)際鉆塞情況

4 結(jié)論

通過PC-LiquidLet 水泥漿體系在瓊東南盆地深水區(qū)塊的實(shí)際應(yīng)用可以得到如下結(jié)論：

1）液體減輕材料PC-P81L 搭配降濾失劑和促凝劑可以實(shí)現(xiàn)低溫下配制較高強(qiáng)度的低密度水泥漿的要求；

2）使用該液體減輕劑，避免了傳統(tǒng)的低密度水泥在陸地提前干混的大工作量，無須在平臺進(jìn)行多次的倒罐等操作，避免影響水泥質(zhì)量，為有限的平臺灰罐節(jié)省了空間；

3）研發(fā)的PC-LiquidLet 水泥漿體系，具有低失水、零自由液和低溫高早強(qiáng)的特點(diǎn)，早強(qiáng)性能優(yōu)良，現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用過程中，能夠有效對表層套管進(jìn)行封固，使用效果良好。