苏南项目SNX井88.9,mm生产套管固井水泥浆技术

安少辉 ，燕 平 ，李立荣 ，林志辉，王其可，赵殊勋

(1. 中国石油集团海洋工程有限公司渤星公司 天津 300451；2. 中国石油天然气集团公司钻井工程重点实验室固井技术研究室 天津 300451；3. 中国石油集团渤海钻探第二固井公司 天津 300457)

0 引 言

SNX井是苏南作业分公司部署的一口定向开发井，开采目标为目的层内的致密砂岩气。一开利用311.1,mm钻头钻至763,m，244.5,mm套管下至 761,m。二开利用 215.9,mm钻头钻至3,929,m，88.9,mm生产套管下至3,925,m。该井属大环空非常规固井。固井施工存在的难点为：①套管内容积小，顶替排量受限且施工压力高，顶替效率难以保证；②水泥返高至610,m，封固段长达 3,329,m，水泥封固段顶底温差大，对水泥浆性能要求高；③88.9,mm 油层套管内容积小，对顶替液性能和计量准确性要求高，管内若留水泥塞将无法钻除，将会导致全井报废。此外，封固段内地层中山西组和本溪组部分含有煤层，刘家沟组和石千峰组岩性为硬脆性泥岩，属低压易漏层，下套管与固井过程中存在漏失风险，漏失可能导致井内压力失衡，引发气窜。

由于本次固井下套管、注水泥过程中的井下漏失、气窜风险大，提高水泥环胶结质量难度大，而且固井后可能发生长期气窜，造成井口带压，给完井后的生产和增产措施带来风险和困难，因此尾浆采用密度为 1.90,g/cm3胶乳防窜水泥浆体系，封固目的层，领浆采用密度为1.35,g/cm3的高强度低密度水泥浆封至 610,m。同时，优化工艺方案，采取配套技术措施，施工顺利，施工设计符合率100%。

1 SNX井固井难点分析

本井封固段长达 3,329,m，地层属低压易漏层，环空压力高，下套管与固井过程中存在漏失风险，从而导致水泥返高不够。油层固井 215.9,mm井眼下88.9,mm套管，属于大环空非常规固井，套管内容积小，顶替排量受限且施工压力高，顶替效率难以保证，从而影响固井质量。本井水泥封固段顶底温差大，对水泥浆性能要求高，上部水泥容易出现超缓凝现象。井88.9,mm油层套管内容积小，对顶替液性能和计量准确性要求高。如果管内留水泥塞将无法钻除，会导致全井报废。本井施工压力高(静压差达15,MPa)、风险大。

2 主要技术措施

完钻后，要求原钻具带扶正器通井两次，确保井眼畅通无阻、干净以及井壁稳定。如固相太多，则要求配制高粘，高切的稠泥浆扫砂，以防止岩屑在缩径处堵塞造成憋高压。调整钻井液性能至完钻时钻井液性能，振动筛前无砂子返出，油气上窜速度小于15,m/h，不窜不漏后方可进行下套管作业。通井作业循环，要求大排量充分循环2周以上，排量2.10～2.20,m3/min。

井口要及时灌泥浆，避免压差过大造成回压。以 15～20根灌满1次为宜，灌泥浆时要不停活动套管以防粘卡，要记录返出量和灌浆量。如在下套管过程中遇阻，严禁猛提猛放，原则上采用循环下放，并及时向现场监督汇报。

优选水泥浆配方，严格控制水泥浆性能，满足低失水、早强、沉降稳定好，并严格按照设计量配制药水，施工前复核各项性能，确保达到施工要求方可施工。

采用平衡压力固井技术，合理设置浆体结构，使用加重隔离液，平衡冲洗液带来的压降，确保失重后仍能有效压稳地层，采用双密度水泥浆，尾浆密度为 1.90,g/cm3，领浆密度为1.35,g/cm3。固井正式施工前释放校准塞，用顶替时将采用的固井泵进行套管替量校准，要求计量准确，通过监测倒水柜的方法来计量泵送的泥浆体积。

3 水泥浆体系

3.1 高强度低密度水泥浆体系[1-3]

3.1.1 水泥浆主要成分作用机理分析

高强度低密度水泥浆体系核心成分为减轻增强材料BXE-600S与高聚物复合降失水剂 G60S。BXE-600S是一种具有水化活性的油井水泥外掺料，利用合理的物料颗粒级配，提高干混材料堆积体积，考虑矿物材料之间的物理化学作用，形成更加致密的水泥石(见图1、2)。在低密度水泥浆中，BXE-600S可显著提高水泥石强度，降低水泥浆游离液含量，降低水泥石渗透率。G60S是一种高聚物复合降失水剂。用该剂配制的水泥浆流变性能好，具有降滤失、防漏、防窜等多种功能，再配以配套的调凝剂，即可使水泥浆达到固井施工要求的各项指标。

图1 线性堆积模型示意图Fig.1 Schematic diagram of a linear packing model

图2 含水化膜颗粒紧密堆积示意图Fig.2 Schematic diagram of the dense packing of hydration shell particles

3.1.2 高强度低密度体系特点

高强度低密度水泥石在同等条件下可以达到常规密度水泥石的强度，具有良好的水泥浆沉降稳定性及良好的防漏失性能，固相颗粒合理的颗粒级配，在渗漏性地层易于形成“搭桥”暂堵，有助于防止漏失的发生。水泥石致密，渗透率低，具有良好的防腐蚀性。体系中的低密度增强剂由较低密度的活性胶凝材料组成，在水泥浆中不仅能发生凝硬性反应，还可进一步充填水泥石孔隙，形成更加致密的水泥石。增强剂具有良好的防气窜性能，能够有效减小水泥石的孔隙度，阻止孔隙压力下降，保持较高的毛细管压力，防止气窜的发生；能够补偿水泥凝结引起的收缩，降低失水和游离液，有助于形成致密的水泥石，减少由于微裂缝引起的气窜。高强度低密度水泥浆解决了水泥浆施工性能(密度、流变性等)和水泥浆封固综合性能(强度、渗透率等)之间的矛盾，保证了水泥石本身的完整性。

3.2 胶乳水泥浆体系[4-7]

3.2.1 水泥浆主要成分作用机理分析

胶乳水泥浆体系的核心成分为胶乳 BCT-800,L与水溶性高聚物降失水剂 BXF-200,L。胶乳水泥浆是以胶乳聚合物作为分散体系的高浓悬浮水泥浆体系。胶乳颗粒粒径(0.05～0.5,µm)比水泥(20～50,µm)小得多，且具有弹性。水泥浆滤失形成滤饼时，一部分胶乳颗粒挤塞、充填于水泥颗粒间的缝隙中，降低了滤饼的渗透率；另一方面胶乳颗粒在压差的作用下聚集成膜，覆盖于滤饼表面，从而阻止了流体在水泥内部形成窜流。BXF-200,L能够显著提高水泥浆孔隙间水的粘度，这种作用除了能有效控制水泥浆的失水外，还能有效限制侵入水泥浆体内的气体运移。胶乳水泥浆除了“成膜”和“颗粒充填”防窜机理外，另一个防窜机理体现在静胶凝强度发展快。水泥浆在顶替到位后，环空气窜多发生在 100～500,lb/ft2(48～240,Pa)的静胶凝强度范围内。该范围内，静胶凝强度发展所用时间越短，发生气窜的几率就越低。胶乳水泥浆中的聚合物在水泥进行水化反应时会形成网状结构，使静胶凝强度得到快速发展。

3.2.2 胶乳水泥浆体系特点

具有良好的防窜性能及良好的失水控制和防漏失性，由于胶乳的“成膜”和“颗粒充填”性能降低了水泥滤饼的渗透率，从而进一步降低了水泥浆失水。同时，“成膜”性能还可以起到防漏失的作用，减小水泥环体积收缩，改善水泥环与套管、地层间的胶结。此外，具有耐腐蚀性能，延长油井寿命，并且具有良好的施工性能，水泥浆分散性、稳定性好，流变性优越，稠化时间易于调节。

4 SNX井生产套管水泥浆应用实例

4.1 高强度低密度水泥浆

井下条件为井底循环温度 85,℃，井底压力 45,MPa，封固段610～3,367,m。

水泥浆配方(BWOC)为：嘉华 G级高抗水泥＋105%BXE-600,S(减轻增强材料)＋4%G60S(降失水剂)＋120%井场水＋1.4%BXR-200,L(缓凝剂)＋0.25%G603(消泡剂)。

配缓凝水时缓凝剂加量至 1.5%(BWOC)，其他外加剂适当附加。室外大样稠化时间为 355,min，水泥浆性能如表 1所示，水泥浆稠化曲线如图3、图4所示。

表1 高强度低密度室内小样水泥浆性能Tab.1 List of slurry properties of the high-strength lowdensity slurry sample

图3 室内小样稠化曲线Fig.3 Indoor sample curve

图4 室外大样稠化曲线Fig.4 Outdoor bulk sample curve

表2 高强度低密度水泥浆流变性试验Tab.2 Rheology property test for the high-strength lowdensity slurry

进行了水泥浆流变性试验。由于本项目对水泥浆性能要求很严格，要求低密度水泥浆既要有较低的初始稠度、良好的流变性，又要具备良好的稳定性。常温常压下测得水泥浆流变数据，测完一组数据后，浆体静置 10,min后再次测试，实测结果如表2所示。

4.2 胶乳水泥浆

井下条件为井底循环温度 85,℃，井底压力 45,MPa，封固段3,367～3,929,m。

水泥浆配方(BWOC)为：嘉华 G级高抗水泥＋0.2%CF40S(分散剂)＋3% BXF-200L(降失水剂)＋4% BCT-800L(胶乳)＋0.3% BXR-200L(缓凝剂)＋37% 井场水＋0.5%D50(抑泡剂)＋0.25% G603(消泡剂)。

配速凝水时缓凝剂加量至 0.312 5%(BWOC)，其他外加剂适当附加。室外大样稠化时间为 282,min，水泥浆性能如表3所示，稠化曲线如图5、图6所示。

表3 胶乳水泥浆室内小样性能Tab.3 List of properties of the indoor latex slurry sample

图5 室内小样稠化曲线Fig.5 Indoor sample curve

图6 室外大样稠化曲线Fig.6 Outdoor bulk sample curve

4.3 施工情况简介

SNX井本开利用 215.9,mm钻头从地表钻至 3,929,m，88.9,mm 生产套管下至 3,925,m。1.35,g/cm3高强度低密度水泥浆 114,m3，封固 610～3,367,m。1.90,g/cm3胶乳水泥浆20.7,m3，封固3,367～3,92,9,m。由于88.9,mm油层套管内容积小，对顶替液计量准确性要求很高。如果管内留水泥塞将无法钻除，会导致全井报废。故施工前必须下校准塞校准替量，校准后的替量为 16.88,m3，符合施工条件。施工时注替排量控制在 1,m3/min左右。由于本层套管内有 TAP阀，故在空心胶塞通过TAP阀前，排量降至200～300,L/min。碰压前1～2,m3排量降至 200～300,L/min，碰压压力为 32,MPa。施工顺利，实现了设计目标。

5 结论及建议

SNX 井生产套管固井封固段长、套管尺寸小、环空大，存在漏失和气窜的风险。这些复杂因素给固井带来很大困难。本次固井对邻井的资料分析全面透彻，为固井设计的合理性和可行性奠定了良好的基础；固井工艺方面采用校准塞校准替量，严格按照设计控制循环、注替排量，注替过程中没有发生漏失情况；水泥浆方面选用高强度低密度与胶乳水泥浆双凝体系，此体系可有效减小静液柱压力，具有良好的控制水泥浆失水，改善水泥浆流变性，提高水泥浆稳定性，改善水泥石性能和防窜、防漏失的功效。以上几点是本次固井施工成功的关键因素，可供类似井况固井作业参考。■

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