委內瑞拉ANACO區塊氣井固井難點及對策

張維濱，馬志賀李建華，劉　勇，張春梅，霍明江

（1.中國石油海洋工程有限公司渤星公司，天津300451；2.長城鉆探工程有限公司固井公司，遼寧盤錦124010）

委內瑞拉ANACO區塊氣井固井難點及對策

張維濱1，馬志賀2李建華1，劉勇1，張春梅1，霍明江1

（1.中國石油海洋工程有限公司渤星公司，天津300451；2.長城鉆探工程有限公司固井公司，遼寧盤錦124010）

張維濱等.委內瑞拉ANACO區塊氣井固井難點及對策[J].鉆井液與完井液，2016，33（2）：84-87.

委內瑞拉ANACO區塊地層破裂壓力梯度低，有高壓水層和低壓氣層，環空容易發生氣竄，并含有H2S和CO2，呈泥質砂巖。基于以上認識，ANACO區塊固井的復雜性主要源于水泥基材料固有的缺陷和地層條件的多變性，正確認識地質條件對固井的影響和選擇合適的固井材料、工藝措施是解決固井難題的基本出發點。針對該地區地質因素，從分級注水泥、雙密度或多密度水泥漿體系工藝上、水泥漿及外加劑選擇等方面進行了研究；同時結合現場固井狀況進行了對策方案歸納，并對腐蝕深度和防氣竄性能進行實驗探索。結果表明，研發的防竄防腐蝕水泥漿最低密度為1.2 g/cm3，且上下密度差低于0.03 g/cm3，游離液接近0，抗壓強度高，滲透率低；通過引入防腐蝕材料BCE-750S后，硅酸鹽水泥石在7、30和60 d的腐蝕深度大大降低，能夠解決當地環空氣竄、含有H2S和CO2酸性氣體等問題。

低密度水泥漿；分級注水泥；環空氣竄；固井；委內瑞拉

ANACO地區位于委內瑞拉東部盆地，那里的氣田具有極為復雜的井況：①破裂壓力梯度低、有高壓水層和低壓氣層；②一些地層存在微裂縫，在鉆井過程中存在漏失；③含有H2S和CO2，呈泥質砂巖，這些砂巖中有頁巖夾層，具有圈閉水汽[1]。以上復雜的地質因素和井況，對固井封固提出了很高的要求。因此，針對委內瑞拉ANACO氣田的固井技術難題，形成了一套適合該區塊復雜氣井固井的水泥漿技術，能夠解決當地環空氣竄、含有H2S和CO2酸性氣體等問題。

1　地層壓力層系復雜

1.1問題分析

ANACO地區大部分構造目的地層壓力異常特征突出，有低壓氣層和高壓水層，普遍存在地層壓力高低相間、交互出現的情況。復雜的地層壓力系統使得固井過程中經常出現漏層和垮塌層在同一裸眼井段并存的情況，出現漏噴共存、水泥漿安全密度窗口窄、地下流體活躍等問題。

1.2對策研究

保持井筒和地層之間的壓力平衡是解決壓力層系復雜問題的根本，也是對裸眼段進行良好封固的保證。固井工藝的主要技術對策有：分級注水泥、雙密度或多密度水泥漿體系等；在水泥漿方案的設計上，可采用低密度水泥漿體系、高密度水泥漿體系、防漏水泥漿體系、合理的前置液設計等結合。

2　井下漏失問題分析及對策

2.1問題分析

ANACO油田的Mesa組地層為松散含水砂礫巖，鉆井和固井過程中極易發生漏失。Freites組地層為泥巖地層，由于蒙脫石、伊利石等黏土礦物水化膨脹和分散，易發生縮徑和垮塌。

2.2對策研究

1）確定地層承壓能力。根據實鉆資料，充分了解地層三壓力曲線情況；根據水力學，準確計算當前鉆具組合條件下的環空摩阻，確定地層承壓能力或井底漏失壓力。

2） 判斷漏層位置。根據鉆進過程中的漏失記錄，結合固井前的密度測井曲線，可準確地判斷漏失層位置。

3）優化固井設計。確定合理的施工參數，水泥漿性能參數（尤其是合理的水泥漿密度），通過專業軟件對井底地層承壓能力的模擬計算等。

4）優選水泥漿體系。水泥漿要有較好的防漏能力和相容性，具有良好的直角稠化性能（RAS）。因為φ177.8 mm尾管段存在低壓層，而鉆井液的密度只有1.05 g/cm3。雖然低密度水泥漿本身不具備防漏功能，但是可以降低靜液柱壓力。

低破裂壓力梯度和循環漏失問題是設計低密度水泥漿的關鍵因素，設計低密度水泥漿的難點是水泥漿在比較低的密度時仍具有良好的沉降穩定性、流變性和相容性。中油渤星公司的低密高強水泥漿體系是根據顆粒線性緊密堆積模型和固體懸浮模型，建立膠凝材料微觀模型進行設計的，通過理論與實驗選用具有活性礦物組分和能參與水泥水化反應的多種超細材料進行合理的顆粒級配[2-3]，減少物料顆粒間的充填水和表面的潤滑水提高水泥漿單位體積中固相含量，以形成更加致密的水泥石。主要性能特點為： ①水泥漿最低密度可達1.2 g/cm3；②水泥漿的抗壓強度在同等條件下可以達到常規密度水泥漿的抗壓強度；③水泥漿上下密度差可低于0.03 g/cm3，游離液低，接近0；④水泥石致密，滲透率低，密度為1.30 g/cm3高強度低密度水泥漿在70 ℃養護下滲透率低至0.24×10-6μm2。密度為1.30 g/cm3的高強水泥石斷面見圖1。

圖1　密度為1.30 g/cm3的高強水泥石斷面

3　環空氣竄問題分析及對策

3.1 影響因素分析

天然氣井固井都存在潛在的氣竄問題，最嚴重的氣竄就是井眼失控造成井噴，最輕微的后果是井口增加一定的壓力[4]。固井后氣竄是多因素綜合作用的結果，主要包括水泥漿體積收縮和膠凝引起水泥漿靜液柱壓力大幅度下降，鉆井液和水泥漿竄槽，水泥石受溫度、壓力變化引起水泥環力學失效[5]。

3.2對策研究

1）提高頂替效率。固井前對鉆井液配方進行調整，提高套管居中度，選擇合適的水泥漿體系，合適的接觸時間、根據井下條件選擇頂替流態等。

2）防氣竄工藝措施。防氣竄工藝措施有井口加回壓、振動固井、膨脹尾管固井、限制水泥漿返高、多級固井等。

3）水泥漿體系。膠乳水泥漿具有以下優點。①良好的失水控制和防漏失能力。乳膠粒徑在0.05～0.50 μm之間，水泥漿形成濾餅時，膠粒擠塞、填充于水泥顆粒間的空隙中使濾餅的滲透率降低。②防氣竄性能。膠乳能穩定地分散在水泥漿中并成膜，且小粒徑乳膠顆粒能夠填充于水泥顆粒間的空隙，堵塞通道，降低滲透率，具有極佳的防氣竄性能。膠乳水泥漿的典型防竄實驗曲線見圖2。③良好的水泥漿穩定性。膠乳水泥漿體系中膠乳顆粒具有良好的充填效果。④改善水泥石性能。⑤膠乳中大量表面活性劑的存在，能夠改善水泥與套管和井壁的膠結質量。膠乳水泥石和純水泥石彈性模量及抗壓強度對比結果見表1。

圖2　膠乳水泥漿防竄性能

表1　不同水泥石彈性模量及抗壓強度的對比

4　酸性氣體

4.1問題分析

ANACO區塊儲層流體普遍存在酸性氣體，主要是H2S和CO2，一般都是同時存在。酸性氣體對水泥環的密封要求更高，需要致密、防腐蝕能力強的水泥石進行封固。

4.2對策研究

酸性氣體能腐蝕水泥石并對其結構產生破壞的根本原因在于水泥水化產物本身及水泥石的微觀結構。目前國內外主要從以下2方面提高水泥漿防腐蝕能力[6-8]：①改變或改善水泥體系，抑制酸性氣體的腐蝕：哈里伯頓公司的Thermalock（非水泥基礎）水泥，不含氫氧化鈣、硅酸鈣，含有鋁酸鹽水化合物、磷酸鈣水化合物、類似硅酸鈣硅酸鋁的云母粉等；②降低水泥石滲透率，減緩腐蝕速度，如可以改善水泥石內部微觀結構的粉煤灰水泥漿體系，可以提高水泥石抗NaHCO3腐蝕能力的膠乳水泥漿體系，中油渤星公司開發的可用于低密度和高密度水泥漿體系的防腐材料BCE-750S，斯倫貝謝公司基于CemCRETE顆粒級配技術的EverCRETE水泥漿體系和哈里伯頓公司的低滲透致密水泥漿體系等。摻有BCE-750S防腐蝕材料的水泥漿和普通硅酸鹽水泥漿腐蝕深度對比見圖3和圖4。由圖3和圖4可知，引入中油渤星公司的防腐蝕材料BCE-750S后，普通硅酸鹽水泥石在7 d、30 d和60 d的腐蝕深度大大降低。

圖3　硅酸鹽水泥漿不同時間下的腐蝕深度（1.90 g/cm3）

圖4　BCE-750S水泥漿不同時間下的腐蝕深度（1.90 g/cm3）

5　應用情況

AM0123井是委內瑞拉東部盆地ANACO區塊的一口天然氣井，設計井深為3 880 m。一開井段鉆進約為600 m，主要巖性以黏土巖和砂巖為主；二開鉆進至3 100 m，巖性以泥巖和砂巖為主；三開掛φ177.8 mm尾管下深為3 800 m，進入地層Oficina，尾管懸掛器在井深3 000 m處，地層巖性以泥頁巖和砂巖為主。

三開井段存在高溫高壓、酸性氣體和環空氣竄等復雜井況，采取了以下技術措施：①根據井下情況充分調整鉆井液性能，在保證井眼穩定的情況下，使鉆井液具有良好的流動性。②合理加入扶正器，使套管具有良好的居中度。③采用一次上返的低密度水泥漿體系，密度為1.50 g/cm3，可以減小地層承壓、防止漏失，而且加入的減輕增強材料BXE-600S可以使水泥石變得致密，具有良好的防腐蝕性能。④在水泥漿中加入防氣竄劑BCT-800L膠乳和硅石粉，防止了環空氣竄和強度衰退。水泥漿性能見表2，水泥漿配方如下。

委內瑞拉B級水泥+35%硅粉+35%減輕增強材料BXE-600S+10%防腐蝕材料BCE-750S+1.8%降失水劑FL-34+6%膠乳BCT-800L+0.6%抑泡劑D50+0.4%減阻劑BCD-210L+0.14%緩凝劑BXR-200L+0.01%消泡劑G603+92.5%水

表2　三開尾管固井用水泥漿配方及其性能

施工及測井：現場固井作業依次注入3 m3沖洗隔離液、15 m3水泥漿，然后替漿、碰壓，環空憋壓5 MPa候凝。整個施工過程順利，沒有發生漏失，測井結果良好。

6　結論

1.ANACO區塊固井的復雜性主要源于水泥基材料固有的缺陷和地層條件的多變性，正確認識地質特點、把握好地層條件對固井的影響是制定合理的工藝措施、設計優質水泥漿方案的基礎，是將固井工作做好的前提。

2.通過三壓力曲線、計算環空摩阻以及合適的固井施工參數等措施來確定合理的固井工藝，同時使用性能良好的高強低密水泥漿體系，可以提高地層的承壓能力，防止漏失發生。

3.ANACO氣田存在的環空氣竄和酸性氣體難題，采用防竄防腐蝕水泥漿體系，該體系不僅可以滿足現場固井施工要求，還可以防止環空竄流和腐蝕深度的增加，能夠解決ANACO區塊的天然氣井固井問題。

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Solutions to Difficulties Met in Gas Well Cementing in Block Anaco (Venezuela)

ZHANG Weibin1, MA Zhihe2, LI Jianhua1, LIU Yong1, ZHANG Chunmei1, HUO Mingjiang1
(1. Tianjin China Petroleum Boxing Engineering Technology Co., Ltd., Tianjin 300451, China; 2. Cement Branch of the CNPC Greatwall Drilling Company, Panjin, Liaoning 124010, China)

Drilling in the Block Anaco, Venezuela has encountered downhole problems such as low formation fracturing pressure gradient, high pressurized formation water and low pressure gas zones, as well as gas channeling in annulus, often accompanied by H2S and CO2. Lithology of formations where these problems have been met is argillaceous sandstone. It has been ascertained that troubles met in the cementing operations in this block come from cement and the variety of formation conditions. Solutions to these problems lie in the correct understanding of the effects of geological conditions on well cementing and selection of proper cementing materials and technology. Studies on stage cementing, dual-density or multi-density cement slurries and the selection cementing additives have been conducted. Experiments on corrosion depth and gas channeling prevention have been done. The studies and experiments reveal that the minimum density for anti-channeling anti-corrosion cement slurry is 1.2 g/cm3, and the density difference between the top and bottom of the cement column shall not be greater than 0.03 g/cm3. Free water should be near 0, and the set cement should have high compressive strength and low permeability. Use of corrosion inhibitor BCE-750S in cement slurry of common silicate cement greatly reduced the 7 d, 30 d and 60 d corrosion depths in the set cement, solving the gas channeling in annulus and H2S/CO2problems in the Block Anaco.

Low density cement slurry; Stage cementing; Gas channeling in annulus; Well cementing; Venezuela

TE256.3

A

1001-5620（2016）02-0084-04

10.3696/j.issn.1001-5620.2016.02.018

張維濱，工程師，1986年生，畢業于西南石油大學石油工程專業，現在從事固井技術研究工作。電話 15822014690；E-mail：zhangwb01@cnpc.com.cn。

（2015-11-06；HGF=1601C11；編輯王超）