自修复水泥浆技术在渤海浅层气固井中的应用

许迪，侯冠中，席江军，和鹏飞，边杰

（1.中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津　300452；2.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津　300452）

自修复水泥浆技术在渤海浅层气固井中的应用

许迪1，侯冠中1，席江军1，和鹏飞2，边杰2

（1.中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津300452；2.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津300452）

在钻井作业过程中，如果发生浅层气井喷，将带来较为严重的结果，尤其在海上钻井作业中，井喷严重时会造成地表处的碗形塌陷，船只和平台损失等。渤海25-1B平台浅部区域存在气层，为保证固井质量，实现浅层气的有效封固，通过自修复水泥浆体系的选择、优化水泥浆柱设计，工程应用中固井前、固井中以及固井后确保压稳系数、精准水泥浆附加量计算和失水控制，有效实现B2井的浅层气段固井作业。

浅层气；固井；自修复；浆柱设计；渤海

众所周知，水泥环空气体窜槽对油气田开发将造成非常严重的影响：产能降低、套管腐蚀、地下水污染、注水开采工艺受限等等［1-5］，一旦发生气窜，即使花费大量的人力、物力和时间来挤水泥，也很难修复到不发生气窜的封固状态。对于浅部地层来说，浅层气是表层固井的主要难点，浅层气固井作业中首要的应对策略主要是压稳：要求固井前、固井中以及固井后都满足压稳要求［6-8］。BZ25-1B平台调整井作业，因平台附近浅部地层存在大量浅层气，首次采用自修复水泥浆体系。

1　作业背景及基本数据

BZ25-1B平台已钻开发井表明，在浅层和明化镇存在气层，浅部气层井段为垂深350 m～950 m。推测BZ25-1B2井可能钻遇浅层气，在随后的钻井中也证实了存在浅层气且最高气含量高达16％。

1.1井身结构

BZ25-1B2井身结构（见图1）。

图1　BZ25-1B2井井身结构

图2　BZ25-1B2气全量及C1含量

1.2浅层气含量

BZ25-1B2气全量及C1含量（见图2），气全量最高达到了25％以上。

2　浅层气固井关键技术研究

2.1自修复水泥浆体系的选择

自修复水泥浆体系主要作用机理是在防气窜水泥浆体系基础上，自修复水泥浆体系内含遇油气膨胀的特种水泥添加剂，气体上移过程中会与该添加剂发生一系列的物理化学变化使水泥浆内的通道因浆体膨胀而减小直至消失从而压稳地层，防止气窜的发生。即从水泥浆凝固前和水泥石受损产生裂缝后两方面防止气体的运移或上窜，从而解决浅层气井固井气窜问题。另一方面，由于水泥浆自身特性，凝固期间存在失重现象，因此，固井工程方面一般采用双凝水泥浆体系，以减少或避免水泥浆失重时水泥浆不能压稳地层带来的影响。

自修复水泥浆体系是油田化学研究院针对渤海浅层气井研发的新型水泥浆体系。推荐自修复水泥浆配方：SD“G”+32.58％混合材+SW 76.4％+2.25％PCG74L+1.8％PC-A92S+0.9％PC-A93L+1.12％PCF45L+0.337％PC-卫辉消泡剂+0.67％恒信缓凝剂。

室内水泥浆稠化性能（见图3），现场化验稠化时间，稠化时间复核基本一致，水泥浆性能较稳定。

图3　室内大样水泥浆稠化时间曲线（T=264 min）

2.2水泥浆柱设计

单筒双井B2井，13-3/8″表层钻至1 048 m，泥浆密度1.05 g/cm3，表层套管下深1 046.25 m，上层隔水导管下深93 m，水泥浆设计采用双凝水泥浆体系，领浆采用自修复水泥浆体系，设计返高至93 m，环空封固高度272 m，尾浆采用漂珠低密度体系，设计返高至365 m，环空封固高度683 m。水泥浆浆柱结构（见图4）。

图4　BZ25-1B2浆柱结构

3　工程应用关键技术

浅层气井应对策略主要是压稳，即要求固井前、固井中以及固井后都满足压稳要求。

3.1确保压稳系数

面对浅层气井这一难点，首先提出表层套管固井也要考虑压稳系数。压稳系数是衡量水泥浆浆柱结构是否能够压稳地层的重要指标，压稳系数大于1表示水泥浆可压稳地层。

通过调整水泥浆浆柱结构，BZ25-1B2井压稳系数经过计算为1.24，满足压稳要求。

3.2控制水泥浆失水及稠化时间

对于浅层气井，水泥浆失水越低越好，本井所用水泥浆失水性能均控制在30 mL以内，优化后的自修复水泥浆API失水为17.6 mL，达到浅层气固井对失水性能的要求。

稠化时间方面，由于采用了双凝水泥浆体系，所以从时间方面减少了水泥浆失重带来的影响。

现场大样复核首浆自修复水泥浆稠化时间为313 min，到达40 Bc时间为258 min；尾浆稠化时间为240 min。即在尾浆稠化硬化之前，尾浆开始失重但首浆始终提供静液柱压力以压稳地层减少因尾浆水泥浆失重带来的影响；尾浆稠化硬化以后，尾浆已具备一定压稳地层的能力后，此时首浆浆柱才开始硬化产生失重现象，但影响已大大降低甚至几乎不存在。

3.3精准水泥浆附加量

性能优良的水泥浆是保证固井质量的关键因素，对现场施工来说，设计水泥浆附加量的准确性，保证优良水泥浆性能得以充分发挥，则是固井的成败所在。

由于测井仪器、钻井目的等问题，表层套管从没进行过测井作业，无法直接提供井径大小，因此表层套管附加量就成了固井作业的难点。

一般情况下，表层套管水泥浆附加量为100％，但这个数据不能作为本井水泥浆附加量的唯一参考依据，否则很可能存在作为自修复水泥浆体系的领浆被顶替到导管内。出现本该有自修复体系的水泥浆段被尾浆漂珠体系代替，如此一来就失去了采用自修复水泥浆体系封固浅层气井段的意义，同时还为后续作业埋下安全隐患。

3.3.1示踪材料摸索水泥浆附加量针对B2井表层井深达到了1 048 m，附加量不好确定，自修复水泥浆上返高度可能与设计高度存在偏差这一关键问题。通过在钻井短起下钻时投示踪材料，打钻期间通过多次扫稠塞核对附加量等方法，估算出平均水泥浆附加量在80％左右。

3.3.2依据钻井规律调整水泥浆附加量依据钻井规律，上部井眼扩大率大于底部井眼，应加大首浆水泥浆附加量，适当调整自修复水泥浆封固段，以满足自修复水泥浆体系在环形空间中的封固高度。

3.3.3反算法确定最终水泥浆附加量在前面两种对策的基础上，再采用反算法确定最终水泥浆附加量。

加大冲洗液、隔离液用量，设计前置液体积等于上层导管内的体积，并在前置液中加入带有可辨识颜色的加重材料铁矿粉，这样一来，等冲洗液返出井口时即可确定自修复水泥浆顶部已满足设计要求，即可停止顶替，结束固井作业。

3.4混合水配制

从配方性能最优化方面考虑，两种水泥浆体系一般情况下对应的是两种混合水的配制。

但现场作业空间有限，无法使用2个35 m3水罐用于配制水泥浆混合水；同时为防止钻井液污染混合水，不建议在泥浆池配制混合水；并且固井作业的特殊性，不能在注完首浆后再重新配制尾浆混合水。

为成功实施此次自修复水泥浆体系封固浅层气井段，在满足施工条件、水泥石强度要求的情况下，优化水泥浆配方，在配制混合水配制方面，除了缓凝剂加量不同外，两个水泥浆体系的混合水配方要求一致便于现场操作。这样一来，固井前配好混合水，注水泥施工时依据进度在首浆体系中单独加入少量缓凝剂即可轻松完成混合水的转变，达到固井设计的要求。

4　现场应用效果

固井结束候凝24 h后，在单筒双井井口用气体探测仪仅发现极少量残余浅层气，推测是前置液中含有的部分气体，在后续作业的一个月时间内，每天不间断定时监测，未发现浅层气的窜漏。说明该水泥浆体系具有良好的防气窜性能，自修复水泥浆体系封固浅层气井段应用成功。

5　结论

（1）表层浅层气固井同样需要考虑压稳系数，尤其是在使用自修复水泥浆体系和漂珠水泥浆体系时，压稳系数的精确计算显得尤为重要。

（2）精确掌握自修复水泥浆体系的稠化时间，综合平衡领浆和尾浆交替稠化时带来的失重影响。

（3）对于浅层气固井，控制失水是关键，水泥浆失水越低越好，优化后的自修复水泥浆API失水为17.6 mL，完美的满足了浅层气固井对失水性能的要求。

（4）自修复水泥浆体系成功应用于BZ25-1B2浅层气井，对浅层气井固井有良好的效果。该体系稳定，现场化验复核基本一致，总体性能优良，建议在今后的浅层气井中大力推广使用。

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Application of self-repairing cement technology in Bohai

XU Di1，HOU Guanzhong1，XI Jiangjun1，HE Pengfei2，BIAN Jie2
（1.Tianjin Branch of CNOOC Ltd.，Tianjin 300452，China；2.CNOOC EnerTech-Drilling&Production Co.，Tianjin 300452，China）

Shallow gas well spray can cause serious consequences，especially in the offshore drilling，will lead to surface collapse，drilling platforms and ship crashes.There is shallow gas in the area of Bohai 25-1B platform，in order to ensure the quality of well cementation，the effective cement of shallow gas is realized.Including the choice of the self repair of the cement slurry system，optimization of cement slurry column design，calculate the coefficient of stability，precision cement slurry and water loss control，effective realization of shallow gas well cementing operation in B2 well.

shallow gas；cement；self-repairing；cement column design；Bohai

TE254.4

A

1673-5285（2016）08-0032-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.08.008

2016-06-20

许迪（1987-），工程师，2010年毕业于重庆科技学院石油工程专业，长期从事海上钻完井监督技术工作。