经济型漂珠水泥浆体系在复杂地层的应用

关贺坤，和鹏飞，袁则名，朱国宁，叶周明

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

经济型漂珠水泥浆体系在复杂地层的应用

关贺坤1，和鹏飞1，袁则名1，朱国宁1，叶周明2

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

渤海油田锦州区域部分储层存在产层压力高，油、气、水显示层多，压力层系复杂，断层发育等特性，造成后续固井作业中存在较多技术难点：水泥浆的油气窜，水泥浆易受地层流体中的铝离子及钙离子的污染造成稠化时间短，稠化强度低等问题。针对这些固井技术难点，在2015年石油价格低迷大背景下，成功研发出一种具有稠度值低，有较好的可泵送性能的新型水泥浆体系，大大降低了实际施工中的泵送泵压，避免井底当量密度过高，从而漏失或压漏地层的情况，该体系经济成本也是常规漂珠水泥浆体系费用的75%。先后在渤海锦州四个平台的调整井作业中应用，测量固井质量均为优秀。

漂珠水泥；经济型；防气窜；防漏；渤海

在常规钻井作业中，固井一直都被定义为钻井作业中风险最大的环节之一，固井质量的好坏，直接影响着本井后续的生产[1-3]。渤海油田在固井技术方面不断寻求突破和创新，并先后形成了常规固井的三种技术体系：双级固井全封井段技术、单级双封技术和PCLITE（低密度漂珠水泥）封固；在不断满足现场作业需求、提升实际应用性能的同时，更能达到降本增效的经济价值。针对锦州区块高气油比地层固井难点分析，针对水泥浆的油气窜、与钻井液配伍性及防污染方面，针对性防气窜漂珠水泥浆体系，同时大幅降低成本[1-3]。

1 作业背景及基本数据

1.1 油气气窜的危害

固井作业中的油气窜是指在注水泥结束后,在水泥浆由液态转化为固态过程中，水泥浆难以保持对气层的压力或由于水泥浆窜槽等原因造成胶结质量不好,气层气体窜入水泥石基体,或进入水泥与套管或水泥与井壁之间的间隙中造成层间互窜甚至窜入井口。固井时发生气窜会产生较多影响：直接影响水泥胶结强度；层间窜流，直接影响油气层的测试评价，污染油气层，降低油气采收率；对油田开发后续作业如注水、酸化压裂和分层开采等造成不利影响；严重时气体在水泥浆形成通道至井口造成冒油、冒气，甚至造成固井后井喷事故[4-6]。

1.2 锦州区块部分储层的地质复杂性

锦州区块部分储层，产层压力高，所经地层油、气、水显示层较多，坍塌压力高，压力窗口窄，并且存在断层、潜山地层裂缝发育等漏失风险，地层较为复杂。并且固井作业中存在易受地层流体中铝离子及钙离子污染造成稠化时间短、稠化强度低的问题和容易发生漏失的问题。解决以上风险，提高固井质量成为研究的重点。

2 防气窜经济型漂珠体系关键技术

2.1 防气窜经济型漂珠体系简介

防气窜经济型漂珠体系是在防气窜常规漂珠体系的基础上，将原材料进行重新配伍。按照紧密堆积理论[7-9]调整水泥浆填充材料的颗粒分布，优化材料的配比，以达到最佳的堆积率，优化成本高的原材料，使用功能性材料，进一步改变混合比例，使水泥浆的性能达到常规水泥浆的性能要求，但是成本却能降低20%（见图1）。

图1 线性堆积密度模型中颗粒充填和堆积情况

新型水泥浆中配合使用AMPS类降失水剂PCG712L和盐水基降失水剂PC-G81L，构建了低成本全井完整性水泥浆体系。同时将抗盐型交联稳定剂PCJ12S和增强稳定剂PC-J20L加入配浆水中，各项测试结果符合要求。各阶段水泥浆性能合适，水泥石强度均较高。

针对渤海锦州区块的高油气比及压力窗口窄的复杂地层条件，油田化学研究院研发的新型水泥浆体系。采用略大于钻井液密度的水泥浆密度，并控制好水泥浆稠度，提高顶替效率、保证水泥浆就位后状态稳定的同时，确保不在泵送水泥浆过程中压漏地层，保证固井质量的稳定。推荐的防气窜经济型漂珠水泥浆配方：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 经济型漂珠与常规漂珠的性能对比

使用经济型低密度混材，以及AMPS构建了低成本人造微珠低密度体系，并在30℃～80℃循环温度下进行了评价实验。通过实验数据看出，该体系基础性能满足要求，在不同温度段稠化时间可调，各个温度段抗压强度比较高，并且配方简单，方便现场施工，成本低廉，符合目前降本增效的需求。

经济型漂珠水泥稠化曲线（见图2），温度为80℃，压力38 MPa，稠化时间为226 min；从图2稠化曲线可以看出：稠化曲线平滑，无台阶，近直角稠化，水泥浆性能良好。

使用经济型低密度混材，以及AMPS构建了低成本人造微珠低密度体系，并在30℃～80℃循环温度下进行了评价实验，结果（见图3）。通过实验中经济型漂珠体系与常规漂珠体系均使用密度为1.5 g/cm3水泥浆，略大于钻井液密度，从实验数据看出，该体系基础性能满足要求，在不同温度段稠化时间可调，各个温度段抗压强度比较高。

3 现场应用效果

在锦州某高气油比应用中，本井二开经馆陶组、东营组、沙河街组地层，使用防气窜经济型漂珠水泥全井段封固（见表1）。

图2 室内大样水泥浆稠化时间曲线（T.T=226 min）

水泥浆配制使用基地预混漂珠水泥，基于现场精确井底温度预测及样品化验结果，现场配制淡水混合水。固井作业顺利，经济型漂珠水泥浆性能稳定，密度均匀，现场混灰容易，流动性好，可泵性强，总体性能优良。

图3 经济型漂珠体系与常规漂珠体系性能对比

表1 锦州某井完钻数据

实测CBL显示，对比没有使用经济型漂珠水泥的井，本井全井段固井质量更为优秀（见图4，图5）。且本井使用防气窜经济型漂珠水泥后，固井成本减少约25%。

图4 本井部分井段CBL曲线

图5 其他井部分井段CBL曲线

4 结语

（1）高气油比井的固井作业中，适当缩短稠化时间，对固井水泥浆的防气窜性能及固井质量是一次较好的尝试。

（2）防气窜经济型漂珠水泥相对常规固井水泥浆体系有较低的密度及良好的泵送性能，对易漏失地层中固井作业的安全有一定的作用。

（3）优化常规漂珠体系高成本原料，使用功能性材料，进一步改变混合比例，保证固井质量的同时，使成本有较大幅度下降，有一定的推广价值。

参考文献：

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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

关贺坤，男，工程师，毕业于东北石油大学、石油工程专业，主要从事海洋石油钻完井技术监督工作，邮箱：guanhk@cnooc.com.cn。