超細水泥在長慶儲氣庫老井封堵中的應用效果分析

張　宏，唐　瑜，于曉明，盧宏偉，薛　偉，盧　冰

（1.中國石油長慶油田分公司儲氣庫管理處，寧夏銀川　750006；2.中國石油長慶油田分公司氣田開發處，陜西西安　710021）

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超細水泥在長慶儲氣庫老井封堵中的應用效果分析

張宏1，唐瑜1，于曉明1，盧宏偉2，薛偉1，盧冰1

（1.中國石油長慶油田分公司儲氣庫管理處，寧夏銀川750006；2.中國石油長慶油田分公司氣田開發處，陜西西安710021）

摘要：由于長慶儲氣庫老井低孔隙度、低滲透率的特性，普通水泥封堵作業已不能滿足老井封堵作業工況。超細水泥的粒徑比常規水泥的粒徑小，在封堵過程中可以進入到常規水泥不能進入的裂縫中，尤其適合于低孔、低滲油藏的封堵作業。本文主要通過室內試驗對超細水泥粒徑、流變性、外加劑優選等對水泥漿性能影響比較大的性質進行分析。針對分析結果，結合儲氣庫G井封堵作業工況，優選了合理的水泥漿配方應用于本次作業，取得了良好效果。

關鍵詞：超細水泥；長慶儲氣庫；老井封堵

長慶儲氣庫主要利用半枯竭油氣藏改建成地下儲氣庫，庫區老井經過多年生產，會出現套管發生內、外腐蝕，管壁變薄，管柱強度會不同程度降低的情況。庫區內老井在儲氣庫運行期間的注、采壓力變化的作用下，可能會導通潛在的通道，對儲氣庫儲層圈閉的密封性構成威脅。所以，針對地下儲氣庫建設區老井存在數量多、服役時間長、井況復雜等基本現狀，必須對影響儲氣庫安全的老井實施可靠的封堵，本文結合長慶儲氣庫G井儲層物性及基本數據，通過研究超細水泥選型評價，優選超細水泥漿配方、量化施工過程參數，成功應用封堵技術，取得良好效果。

1　儲氣庫老井封堵難點分析

1.1儲氣庫老井孔隙特征

通過對儲氣庫老井區塊巖心取樣分析表明，老井儲層巖心分析孔隙度為6.1%～7.6%，滲透率為0.35×10-3μm2～11.2×10-3μm2。喉道直徑大多在5μm～20μm［1］。物性條件較差。

1.2老井封堵難點

長慶儲氣庫老井封堵有以下幾個難點：（1）長慶儲氣庫老井多為低孔、低滲油氣藏，在封堵過程中常規水泥不能進入到儲集層裂縫中，造成封堵效果差。（2）儲氣庫井為高壓注采井，在注氣后期油氣藏地層壓力較高，為防止天然氣沿原采氣通道流失，對老井進行封堵處理作業需要達到封堵強度高，確保儲氣庫安全運行、防止氣庫運行過程中發生氣竄和井噴目的。為了提高封堵的氣密性，根據保護油氣層的封堵原理，需選擇粒徑較小的水泥作為封堵基本材料。

2　封堵材料選型

2.1粒徑分析

通過比較兩種封堵水泥材料可以看出（見表1），超細水泥的粒徑比普通常用油井水泥粒徑小，超細水泥的平均粒徑只有普通水泥的十分之一左右，其比表面積是普通油井水泥的4倍以上。超細水泥平均粒徑為5μm左右（其中位粒徑D50可細至1μm以下，達到次納米級，最大粒徑Dmax不超過18μm，50%以上顆粒尺寸在5μm以下），由于其顆粒粒徑小，超細水泥漿具有良好的流動性和穿透性，易進入地層孔隙，尤其適合低孔、低滲油藏的封堵作業，因而比普通水泥的封堵成功率高。根據長慶儲氣庫氣井孔隙特征，優選粒徑5μm的超細水泥作為封堵材料效果較好。

表1　兩種水泥的粒度分布情況

2.2流變性分析

測定不同水灰比的超細水泥漿及普通油井水泥漿的流變性能［2］，結果（見表2）。從表2可以看出，在不同的水灰比下，超細水泥漿的稠度系數小，說明超細水泥漿的流變性能好，施工后的頂替效率好，超細水泥漿的黏度適中，變化穩定，可保持細顆粒處于懸浮狀態，形成非常穩定的水泥漿并滲入地層封堵滲漏層縫隙。

表2　水泥漿的流變性能評價

2.3外加劑優選

由于超細水泥在配漿時易出現沉降、分散不均勻和稠化時間短的問題，因此優選出了與超細水泥有良好適配性的外加劑，以滿足現場工況的要求。

（1）降失水劑G33S。G33S是一種新型的水溶性聚合物，適應溫度范圍廣，能夠改善水泥漿的懸浮性。

（2）緩凝劑GH-6。GH-6由有機鹽、膦酸鹽等復合而成，通過吸附在水泥顆粒表面，抑制其與水的接觸，以及吸附在水化物的表面，阻止晶核的進一步增大，達到延遲水泥水化的目的。

（3）分散劑ASZ。ASZ是由萘磺酸鈉鹽甲醛縮合物復合而成，具有良好的磨效、增溶性、分散性。

2.4水泥漿配方及優選試驗

通過對三組不同劑量外加劑的組合實驗，驗證合適工況的組合配方，結果如下：

表3　室內試驗數據對比表

配方1#：超細水泥+1.2%G33S（降失水劑）+0.4%ASZ（分散劑）+0.4%GH-6（緩凝劑）+淡水；

配方2#：超細水泥+1.2%G33S（降失水劑）+0.4%ASZ（分散劑）+1.0%GH-6（緩凝劑）+淡水；

配方3#：超細水泥+1.2%G33S（降失水劑）+0.4%ASZ（分散劑）+0.6%GH-6（緩凝劑）+淡水。

通過對比（見表3），最終選取稠化時間適中，抗壓強度較強的3#配方。

3　參數設計

3.1水泥漿量計算

式中：V擠-總擠入水泥漿體積，m3；V井筒-井筒內封堵段水泥體積，m3；V地層-水泥漿進入地層體積，m3。

擠水泥所填充孔隙的臨近地層具有一定滲透性（見圖1），加之水泥漿具有一定流動度和流變性，它在擠水泥的擠注過程中會在一定的擠水泥壓力作用下滲入附近地層，滲入量依據地層孔隙度等特性參數值的差異而不同。擠水泥在計算擠入量時應考慮水泥漿向地層的滲透。

圖1　環空及擠注水泥示意圖

式中：D套管-套管直徑，m；D地層-水泥漿滲入地層的有效直徑，m；H封堵段-擠注水泥有效封堵長度，m；Ф-地層巖石孔隙度。

3.2水泥漿擠注時間

受井底高溫等因素影響，水泥漿稠化時間可能縮短，為保證水泥漿初凝前完成反洗井作業，從配水泥漿開始到反洗井結束的時間應小于水泥漿初凝時間的70%。由此，根據泵出口排量，可計算出各工序花費時間，保證反洗作業完成后所用時間在控制范圍內。

4　應用及效果評價

長慶油田儲氣庫G井設計為上覆地層監測井，要求封堵下古射開儲集層層位（3 468.8m～3 471.0m，3 500.0m～3 504.0m）。選擇粒徑為微米的G型超細水泥型作業封堵基本材料。優化水泥漿配方為：超細水泥+1.2%G33S（降失水劑）+0.4%ASZ（分散劑）+0.6%GH-6（緩凝劑）+淡水。根據參數設計，現場配制水泥漿體積3.7m3（見表4，表5，表6）。

表4　優選水泥漿參數表

表5　施工參數表

表6　施工工序及過程控制表

作業過程中嚴格控制各工序作業時間、超細水泥漿密度、泵輸出壓力、擠注清水用量、返排液量等參數G井成功應用了超細水泥漿進行封堵作業，封堵成功，并取得了良好的封堵效果。

5　結語

通過現場試驗證明了超細水泥具有良好的封堵效果和安全可靠性。由于超細水泥在配漿時易出現沉降、分散不均勻和稠化時間短的問題，因此需要通過調整外加劑用量來優化水泥漿配方，達到效果最佳，封堵水泥漿用量計算要充分考慮封堵地層的地質特征和井的完井特征進行合理計算。

參考文獻：

［1］吳亞生，何順利，盧濤，等.長慶中部氣田奧陶紀馬家溝組儲層成巖模式與孔隙系統［J］.巖石學報，2010，22（8）：2171-2181 .

［2］劉翠微，安耀彬，周怡.G級油井水泥物理性能影響因素分析［J］.鉆井液與完井液，2014，25（6）：65-69.

The superfine cement in Changqing underground gas storage old wells of sealing effect analysis application

ZHANG Hong1，TANG Yu1，YU Xiaoming1，LU Hongwei2，XUE Wei1，LU Bing1
（1.Underground Gas-storage Management of PetroChina Changqing Oilfield Company，Yinchuan Ningxia 750006，China；2.Gasfield Exploitation Department of PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi'an Shanxi 710021，China）

Abstract:Changqing underground gas storage old wells have a low porosity and low permeability characteristics，portland cement plugging operation can not meet the working condition plugging old wells，superfine cement particle size smaller than ordinary cement，more easily into the formation. In this paper，through the indoor test of superfine cement particle size，rheological property，admixture optimization have more influence on cement slurry performance，such as the nature of the analysis，for the analysis result，gas storage G well plugging operation conditions，a reasonable choice slurry formulations used in this work，and achieved good results.

Key words：the superfine cement；Changqing underground gas storage；plugging old wells

中圖分類號：TE358.9

文獻標識碼：A

文章編號：1673-5285（2016）06-0102-04

DOI:10.3969/j.issn.1673-5285.2016.06.026

*收稿日期：2016－05-31