經濟型漂珠水泥漿體系在復雜地層的應用

關賀坤，和鵬飛，袁則名，朱國寧，葉周明

（1.中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津300452；2.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300452）

經濟型漂珠水泥漿體系在復雜地層的應用

關賀坤1，和鵬飛1，袁則名1，朱國寧1，葉周明2

（1.中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津300452；2.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300452）

渤海油田錦州區域部分儲層存在產層壓力高，油、氣、水顯示層多，壓力層系復雜，斷層發育等特性，造成后續固井作業中存在較多技術難點：水泥漿的油氣竄，水泥漿易受地層流體中的鋁離子及鈣離子的污染造成稠化時間短，稠化強度低等問題。針對這些固井技術難點，在2015年石油價格低迷大背景下，成功研發出一種具有稠度值低，有較好的可泵送性能的新型水泥漿體系，大大降低了實際施工中的泵送泵壓，避免井底當量密度過高，從而漏失或壓漏地層的情況，該體系經濟成本也是常規漂珠水泥漿體系費用的75%。先后在渤海錦州四個平臺的調整井作業中應用，測量固井質量均為優秀。

漂珠水泥；經濟型；防氣竄；防漏；渤海

在常規鉆井作業中，固井一直都被定義為鉆井作業中風險最大的環節之一，固井質量的好壞，直接影響著本井后續的生產[1-3]。渤海油田在固井技術方面不斷尋求突破和創新，并先后形成了常規固井的三種技術體系：雙級固井全封井段技術、單級雙封技術和PCLITE（低密度漂珠水泥）封固；在不斷滿足現場作業需求、提升實際應用性能的同時，更能達到降本增效的經濟價值。針對錦州區塊高氣油比地層固井難點分析，針對水泥漿的油氣竄、與鉆井液配伍性及防污染方面，針對性防氣竄漂珠水泥漿體系，同時大幅降低成本[1-3]。

1 作業背景及基本數據

1.1 油氣氣竄的危害

固井作業中的油氣竄是指在注水泥結束后,在水泥漿由液態轉化為固態過程中，水泥漿難以保持對氣層的壓力或由于水泥漿竄槽等原因造成膠結質量不好,氣層氣體竄入水泥石基體,或進入水泥與套管或水泥與井壁之間的間隙中造成層間互竄甚至竄入井口。固井時發生氣竄會產生較多影響：直接影響水泥膠結強度；層間竄流，直接影響油氣層的測試評價，污染油氣層，降低油氣采收率；對油田開發后續作業如注水、酸化壓裂和分層開采等造成不利影響；嚴重時氣體在水泥漿形成通道至井口造成冒油、冒氣，甚至造成固井后井噴事故[4-6]。

1.2 錦州區塊部分儲層的地質復雜性

錦州區塊部分儲層，產層壓力高，所經地層油、氣、水顯示層較多，坍塌壓力高，壓力窗口窄，并且存在斷層、潛山地層裂縫發育等漏失風險，地層較為復雜。并且固井作業中存在易受地層流體中鋁離子及鈣離子污染造成稠化時間短、稠化強度低的問題和容易發生漏失的問題。解決以上風險，提高固井質量成為研究的重點。

2 防氣竄經濟型漂珠體系關鍵技術

2.1 防氣竄經濟型漂珠體系簡介

防氣竄經濟型漂珠體系是在防氣竄常規漂珠體系的基礎上，將原材料進行重新配伍。按照緊密堆積理論[7-9]調整水泥漿填充材料的顆粒分布，優化材料的配比，以達到最佳的堆積率，優化成本高的原材料，使用功能性材料，進一步改變混合比例，使水泥漿的性能達到常規水泥漿的性能要求，但是成本卻能降低20%（見圖1）。

圖1 線性堆積密度模型中顆粒充填和堆積情況

新型水泥漿中配合使用AMPS類降失水劑PCG712L和鹽水基降失水劑PC-G81L，構建了低成本全井完整性水泥漿體系。同時將抗鹽型交聯穩定劑PCJ12S和增強穩定劑PC-J20L加入配漿水中，各項測試結果符合要求。各階段水泥漿性能合適，水泥石強度均較高。

針對渤海錦州區塊的高油氣比及壓力窗口窄的復雜地層條件，油田化學研究院研發的新型水泥漿體系。采用略大于鉆井液密度的水泥漿密度，并控制好水泥漿稠度，提高頂替效率、保證水泥漿就位后狀態穩定的同時，確保不在泵送水泥漿過程中壓漏地層，保證固井質量的穩定。推薦的防氣竄經濟型漂珠水泥漿配方：漂珠水泥（7.72%人造微珠）+16.37%PC-G81L+ 0.56%PC-XW6+62.44%PC-BT3（PZW-C）+3.44% PC-H21L+0.6%PC-X60L。

2.2 經濟型漂珠與常規漂珠的性能對比

使用經濟型低密度混材，以及AMPS構建了低成本人造微珠低密度體系，并在30℃～80℃循環溫度下進行了評價實驗。通過實驗數據看出，該體系基礎性能滿足要求，在不同溫度段稠化時間可調，各個溫度段抗壓強度比較高，并且配方簡單，方便現場施工，成本低廉，符合目前降本增效的需求。

經濟型漂珠水泥稠化曲線（見圖2），溫度為80℃，壓力38 MPa，稠化時間為226 min；從圖2稠化曲線可以看出：稠化曲線平滑，無臺階，近直角稠化，水泥漿性能良好。

使用經濟型低密度混材，以及AMPS構建了低成本人造微珠低密度體系，并在30℃～80℃循環溫度下進行了評價實驗，結果（見圖3）。通過實驗中經濟型漂珠體系與常規漂珠體系均使用密度為1.5 g/cm3水泥漿，略大于鉆井液密度，從實驗數據看出，該體系基礎性能滿足要求，在不同溫度段稠化時間可調，各個溫度段抗壓強度比較高。

3 現場應用效果

在錦州某高氣油比應用中，本井二開經館陶組、東營組、沙河街組地層，使用防氣竄經濟型漂珠水泥全井段封固（見表1）。

圖2 室內大樣水泥漿稠化時間曲線（T.T=226 min）

水泥漿配制使用基地預混漂珠水泥，基于現場精確井底溫度預測及樣品化驗結果，現場配制淡水混合水。固井作業順利，經濟型漂珠水泥漿性能穩定，密度均勻，現場混灰容易，流動性好，可泵性強，總體性能優良。

圖3 經濟型漂珠體系與常規漂珠體系性能對比

表1 錦州某井完鉆數據

實測CBL顯示，對比沒有使用經濟型漂珠水泥的井，本井全井段固井質量更為優秀（見圖4，圖5）。且本井使用防氣竄經濟型漂珠水泥后，固井成本減少約25%。

圖4 本井部分井段CBL曲線

圖5 其他井部分井段CBL曲線

4 結語

（1）高氣油比井的固井作業中，適當縮短稠化時間，對固井水泥漿的防氣竄性能及固井質量是一次較好的嘗試。

（2）防氣竄經濟型漂珠水泥相對常規固井水泥漿體系有較低的密度及良好的泵送性能，對易漏失地層中固井作業的安全有一定的作用。

（3）優化常規漂珠體系高成本原料，使用功能性材料，進一步改變混合比例，保證固井質量的同時，使成本有較大幅度下降，有一定的推廣價值。

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TE254.4

A

1673-5285（2017）02-0050-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.02.012

2016－12-26

關賀坤，男，工程師，畢業于東北石油大學、石油工程專業，主要從事海洋石油鉆完井技術監督工作，郵箱：guanhk@cnooc.com.cn。