雅达油田高含硫小井眼尾管固井技术

魏浩光桑来玉杨红歧尹大伟徐军浩

（1.中国石化石油工程技术研究院，100101 北京；2.胜利油田黄河固井公司，山东东营 257064）

雅达油田高含硫小井眼尾管固井技术

魏浩光1桑来玉1杨红歧1尹大伟2徐军浩2

（1.中国石化石油工程技术研究院，100101 北京；2.胜利油田黄河固井公司，山东东营 257064）

针对伊朗雅达油田Fahliyan油层尾管固井技术难点，优选出防腐防窜胶乳水泥浆体系。室内测试分析表明：该体系防窜能力强，模拟实验过程中气窜量为0；在室内模拟的H2S强腐蚀条件下，仍能保持致密的微观结构，水泥石强度下降幅度为11.46%，水泥石渗透率增加程度为18.82%；同常规水泥浆体系相比，养护24 h的单位面积抗冲击功可提高74%，养护48 h的单位面积抗冲击功可提高79%。为提高洗井质量和水泥浆顶替效率，率先将旋转尾管固井技术应用于Ø114.3 mm尾管固井中。同时，采用先导浆工艺和提高套管居中度技术，达到提高顶替效率的目的。上述措施的实施，为解决伊朗雅达油田高含硫小井眼尾管固井难题做出有益的尝试，取得了较好的现场应用效果。

雅达油田；高含硫；小井眼；胶乳水泥浆；旋转尾管固井

Fahliyan油层是雅达油田的主力油层之一，埋深3 950～ 4 600 m，井下静止温度可达130 ℃，地层压力系数1.3～1.7，油气层活跃，产出物中H2S气体含量高，H2S分压为0.13～0.29 MPa，为典型的高含硫腐蚀环境［1］。Fahliyan油层用直井开采，悬挂器坐挂位置为3 500～3 900 m，油层尾管下深在4 400～4 600 m，本开次理论井眼直径为149.2 mm，尾管直径为114.3 mm。

1 Fahliyan油层尾管固井技术难点

（1）井下静止温度可达130 ℃，对水泥浆添加剂耐高温性能要求高。本开次固井的理论环空间隙只有17.45 mm，存在着小井眼、小间隙固井难题，主要包括：循环摩阻大，不能充分清洗井眼；环空间隙小，泵压高，替浆排量低，顶替效率低，水泥浆不能均匀分布；水泥浆的常规性能和防窜性能要求高；水泥环薄，抗冲击力差等问题［2-4］。

（2）Fahliyan油层产出流体含H2S、CO2气体。水泥石H2S腐蚀的门限分压为0.345 kPa，CO2腐蚀的门限分压0.21 MPa［5］。Fahliyan油层产出物分析表明：H2S摩尔百分数0.5%～0.9%，分压为0.13～0.29 MPa，为发生H2S腐蚀门限分压的376.8～840.5倍；CO2摩尔百分数3.21%～3.73%，分压0.85～1.2 MPa，为发生CO2腐蚀门限分压的4.0～5.7倍。H2S与CO2相处于同一个环境中，H2S腐蚀程度会更高，且地层水与H2S共存。因此，固井水泥环以受H2S腐蚀为主。

2 水泥浆体系

胶乳水泥浆体系具有较好的胶结能力、韧性、低失水等特点［6］。利用伊朗的原材料，通过添加配套外加剂，提出防腐防窜胶乳水泥浆体系：德黑兰G级水泥+35%硅粉+10%防腐剂DC206+3%降失水剂FSAM+12%胶乳DC200+1.5%胶乳稳定剂SD-2+1.5%分散剂DZS+0.8%流型调节剂SD-3+0.7%缓凝剂DZH+1.0%消泡剂DZX+61%H2O。

2.1 常规性能

按API标准要求，进行防腐防窜胶乳水泥浆体系测试，结果见表1。可以看出，防腐防窜胶乳水泥浆体系具有良好的流变性，且API失水小，稠化过渡时间短，24小时强度高，零游离液。

表1 防腐防窜胶乳水泥浆体系常规性能

2.2 防窜性能

DC200胶乳粒径为0.05～0.5 µm，比水泥颗粒粒径（一般约在20～50 µm）小得多，胶粒具有弹性，水泥浆形成滤饼时一部分胶粒挤塞、填充于水泥颗粒间的空隙中使滤饼的渗透率降低；另一方面，胶粒在压差的作用下在水泥颗粒间聚集成膜，这层覆盖在滤饼表面的膜阻止气窜的发生。依据水泥浆的失水性能与稠化性能可以计算出胶乳水泥浆的SPN值为1.8，具有较强的防窜能力

利用气窜模拟分析仪进行胶乳水泥浆防气窜性能室内实验。由气窜测试曲线（图1）可以看出，130℃条件下，水泥浆失重过程中未见气窜发生，说明胶乳水泥浆体系具有良好的防窜能力。

图1 防腐防窜胶乳水泥浆体系在130 ℃防气窜曲线

2.3 防腐能力

水泥石的渗透性是腐蚀发生的关键因素。由于胶乳柔性填充于水泥石中的孔隙，水泥石渗透性小，有利于防止H2S向水泥石内部扩散［4］。火山灰质材料DC206可以有效地吸收水泥中水化产物CH，抑制了C2SH生成，在硬化水泥浆体中，C2SH是影响渗透率的重要因素，C2SH含量高，腐蚀试样渗透率增加。因此，DC206与胶乳的加入可以有效地提高水泥石的防腐能力。

为加快腐蚀速度，实验用纯H2S气体在130 ℃下对水泥石进行腐蚀实验，腐蚀时间10 d，结果见表2。可以看出，防腐防窜胶乳水泥浆体系在实验室腐蚀条件下强度仅下降了14.55%，渗透率增加18.82%，而常规水泥浆体系（不含胶乳与防腐剂）同等条件下强度下降了36.11%，渗透率增加了289.30%。

表2 130 ℃下H2S腐蚀水泥石10 d前后强度、渗透率的变化

利用电镜扫描仪观察水泥石被腐蚀后的微观结构。从图2可看出，防腐防窜胶乳水泥浆体系转化形成的水泥石腐蚀10 d后仍能保持致密的微观结构，而常规水泥浆体系转化形成的水泥石在相同的腐蚀条件下腐蚀后具有较多的孔隙。

2.4 抗冲击能力

将常规水泥浆体系与防腐防窜胶乳水泥浆体系在模拟井底静止温度130 ℃下养护24 h与48 h，应用霍布金森实验装置测试其抗冲击能力。由表3可知，胶乳水泥浆体系比常规水泥浆体系养护水泥石单位面积抗冲击功大幅提高。

图2 水泥石腐蚀后微观结构

表3 防腐防窜胶乳水泥石的抗冲击能力

3 固井技术

3.1 旋转尾管固井技术

旋转尾管并结合循环冲洗，有利于冲洗井壁上的滤饼，提高水泥环胶结质量。水泥浆在尾管环空流动过程中，加上尾管的转动作用，可以使窄间隙处的钻井液参与流动，提高顶替效率，使水泥浆在套管旋转过程中能够均匀分布在套管周围。

3.2 先导浆技术

由于钻井液在钻进过程中受地层中沥青、油、气等介质的侵蚀污染，不利于提高界面胶结质量，为此，配制性能良好的低切力钻井液，典型的先导浆配方为：2%膨润土+0.3%NaOH+0.5%XN-367（KPAM）+5%NaCl+3%磺化酚醛树脂NBGS-2+3%褐煤树脂SPNH+3%磺化沥青TCFD+1.5%抗盐降失水剂SWQW（L）+2%抗盐抗温降失水剂SNFST+3%润滑剂RH200 +0.3%流型调节剂XCD，一般使用20～30 m3左右，注水泥作业时注在冲洗液的前面，很好地驱替被污染的钻井液及冲洗滤饼，以提高水泥环的胶结质量。

3.3 提高套管居中度

应用固井计算软件进行套管扶正器安放位置优化设计，裸眼段每3根套管加1只聚酯螺旋减阻刚性套管扶正器，能保证套管居中度大于80%。

4 现场应用

上述技术被应用于雅达油田的F4、F19、F23、F31等井的Ø149.2 mm 井眼固井作业中，测井解释固井合格率100%，固井优质率达到了50%。以F31井为例：F31井深4 590 m，套深4 589.15 m，裸眼段长597 m，封固段长719 m，钻井液密度1.68 g/cm3。首先注入密度1.68 g/cm3的低黏低切先导浆19.8 m3，其次注入1.8 m3密度为1.75 g/cm3的加重冲洗型隔离液，之后注入11.3 m3防腐防窜胶乳水泥浆，平均密度为1.86 g/cm3，替浆29.3 m3，替浆排量0.76 m3/ min，尾管悬挂器转速为15 r/min，替浆结束后加压坐封封隔器。候凝48 h后测井，固井声幅合格率为100%，该井被评定为优质井。

5 结论

（1）优选的防腐防窜胶乳水泥浆体系具有过渡时间短、零游离液、流变性好、强度高的特点。

（2）防腐防窜胶乳水泥浆体系在失重过程中未见气窜的发生，具有很好的防窜能力；形成的水泥石抗冲击能力强，强腐蚀条件下水泥石强度下降幅度低，渗透率增加程度小，能保持致密的微观孔隙结构。

（3）综合应用防腐防窜胶乳水泥浆体系、旋转尾管固井、先导浆以及提高套管居中度技术，为解决该区块高含硫小井眼尾管固井技术难题做出了有益的尝试，但尚需进一步完善，以形成配套技术。

［1］何汉平，吴俊霞，黄健林，等.伊朗雅达油田完井工艺［J］.石油钻采工艺，2012，34（4）：26-60.

［2］黄柏宗，吕光明，刘平.小井眼固井技术（Ⅰ）［J］.钻井液与完井液，1999，16（2）：28-34.

［3］和建勇，党冬红，刘艳军，等.南堡36-P3001井高温小间隙尾管固井技术［J］.石油钻采工艺，2014，36（1）：22-25.

［4］张景富，张德兵，张强，等.水泥环弹性参数对套管—水泥环—地层固结体结构完整性的影响［J］.石油钻采工艺，2013，35（5）：40-42.

［5］丁士东，周仕明，陈雷.川东北地区高温高压含硫气井配套固井技术［J］.天然气工业，2009，29（2）：58-60，75.

［6］高辉，彭志刚.胶乳水泥浆的室内研究及应用［J］.钻井液与完井液，2011，28（4）：54-56.

（修改稿收到日期 2014-06-11）

〔编辑 朱 伟〕

Liner cementing technology for slim hole well with high sulfur content in Yadavaran Oilfield

WEI Haoguang1,SANG Laiyu1,YANG Hongqi1,YIN Dawei2,XU Junhao2
（1.SINOPEC Research Institute of Petroleum Engineering,Beijing100101,China;2.Huanghe Cementing Company of Shengli Oilfield Company,Dongying257064,China）

In view of the difficulties in liner cementing technology for Fahliyan Reservoir of Yadavaran Oilfield of Iran,the anticorrosion,anti-channeling latex cement slurry system was selected.Indoor test and analysis showed that this system was capable of preventing channeling,and the gas channeling amount was 0 in simulation test;under strong H2S corrosion conditions in lab simulation,it could still maintain tight micro-structure;the strength of set cement decreased by 11.46%,and the permeability of set cement increased by 18.82%.Compared with common cement systems,the resistance to impact energy in unit area can be increased by 74% after curing for 24 hrs and 79% for 48 hrs.In order to improve flushing quality and cement displacement efficiency,rotary liner cementing technology was firstly applied to Ø114.3 mm liner cementing.Preflush technology and casing centralizing technique were aslo adopted to improve displacement efficiency.The implementation of above measures is a helpful attempt in addressing the difficulties in liner cementing in slim hole well with high sulfur content in Yadavaran Oilfield of Iran ,and achieved favorable field application effect.

Yadavaran Oilfield;high sulfur content;slimhole;latex cement slurry;rotary liner cementing

魏浩光，桑来玉，杨红歧，等.雅达油田高含硫小井眼尾管固井技术［J］.石油钻采工艺，2014，36（4）：47-49.

TE256

：B

1000–7393（2014）04–0047–03

10.13639/j.odpt.2014.04.012

国家科技重大专项“中东富油气区复杂地层井筒关键技术”（编号：2011ZX05031-004）。

魏浩光，1982年生。2011年于中国石油大学（北京）获博士学位，现主要从事固井工艺与水泥浆体系研究，高级工程师。E-mail：weihaoguang@163.com。