试论深水低温固井技术的应用

温光全（中海油田服务股份有限公司油田化学事业部深圳作业公司，广东 深圳 518000）

随着社会竞争加剧与对石油开采需求的不断扩大，我国大部分油田经过多年的开采，已经进入了开采的中后阶段，逐步呈现出后继乏力的颓势，这些问题已经严重损害了石油的生产和油田企业的进步。近几年来在全球的油气资源开发中，深水油气资源采集量在总量中占比不断增大，是接替未来全球石油战略的重要趋势。海洋深水区域的环境条件复杂，深水低温一直是困扰深水固井工程的重点问题，为了顺应现代深水石油开采的趋势，加强深水低温固井技术的探讨，解决这一难点问题势在必行。

1 深水低温固井技术的重要性

500m～1500m 的海域被称为海洋深水，超过1500m 的海域被称为超深水。深水固井面临着极为复杂的深水环境和浅部地层情况，这也意味着深水固井工程开展的难度极大。海水深水中温度的变化趋势是，温度自海平面起，随着深度的增加而降低，至海底温度接近零度，到达地层以后，温度又逐渐升高。在深水低温环境下形成的近海底地层的浅水区域，在地质沉积过程中形成的圈闭的高压盐水、气等流体，在进行深水表层的套管固井的过程中，极易遭遇由于快速沉降而导致的地层压实作用不平衡或上覆岩石厚度不同而形成高压砂层，如果这个阶段水泥胶凝状态没有达到一定的强度，就会产生流动的流体。在钻井时若不慎揭开这些流体的地层，一旦控制不当，就极易造成井喷等复杂状况。在此过程中，若深水中的流体在水泥尚未达到胶凝状态的情况下窜入水泥浆中，会严重影响水泥浆的胶结，导致固井作业的失败。这就要求深入研究深水低温固井技术，突破深水低温环境对于深水石油开采带来的局限，优化深水固井工程设计，加强深水固井质量，提高深水石油开采进度。

2 深水低温固井技术发展的难点

2.1 深水低温固井水泥浆体系方案

固井的过程中，水泥浆的选择十分重要。由于深水中环境复杂在进行水泥浆体系设计时，需要面对许多的变量参数，水泥浆的比例及敏感程度难以确认。通常情况下，固井中采用的水泥浆的胶凝强度随着水泥浆密度及温度的升高而加快，但是海底长期的低温状态与破裂压力的梯度，使水泥浆水化的温度及密度都大打折扣，会长期使水泥浆处在胶凝失重的状态，不利于水泥浆流变性、抗压强度和胶凝强度的发展。水泥浆强度的发展受到影响，在很大程度上会延长侯凝时间，打乱原本的稠化曲线。浅层流、浅层水的气窜以及其他的复杂情况，对水泥浆的稠化也带来的不小的挑战，若无法克服，甚至会导致固井失败。迫切需要研制出一套需要具备低温早凝、良好的流变性能的深水水泥浆体系。

2.2 深水低温固井工程费用高

由于深水中长期处于低温状态，大大延长了水泥浆达到凝固状态的时间，也给后勤供应带来更加严峻的挑战。基于这些原因，深水固井作业费用极高，目前已经达到了每天上百万的巨额费用，这样的情况下意味着每时每刻工程进度的延长，都会带来高额费用的流失。例如深水中下套管作业，在陆地的钻井工程中，下套管的快慢对钻井的费用影响较小，不用过于关注下套管的速度。但是在海洋深水进行钻井作业时，下套管速度的提高，会节省2-3天的钻井作业用时，这对于每日上百万的高额支出来说，省下来的是一大笔费用。可是深水作业中，由于破裂压力梯度较低等因素的影响，若下放套管的速度太快，极易出现较高的压力而导致地层漏失。在海洋深水进行固井作业的过程中，如何实现减少侯凝时间等各个环节的突破，在保证质量的情况下节约工程用时是目前深水低温固井作业中值得思考并必须解决的难题。

3 深水低温固井技术发展策略

3.1 深水低温固井水泥浆体系研究

深水低温固井技术是我国未来石油工业发展的新领域，我国的技术发展还存在极大的发展空间，固井水泥浆的问题是现在深水低温固井工程建设中重点需要解决的问题。我国目前应用于海洋深水区域的较为先进的水泥浆体系有两种种类，分别是低温泡沫水泥浆体系和低温低密度水泥浆体系。低温泡沫水泥浆体系具有侯凝时间短、过渡时间短的特点，对于浅层流窜流的发生有较好的抑制作用，是现在深水材料体系中发展较迅速的一种材料。然而这种材料在应用上大大增加了施工工艺的难度，还需在施工工艺上着手，重点研究使得低温泡沫水泥浆能够更好地发挥其功效，提高深水固井的质量。低温低密度水泥浆能够极好的适应海底低温、气窜、松软地层，缓解高压力下漏失、环空间隙小等问题。在这两种材料有效应用的基础上，还应该不断加强对适用于低温、无缓凝副作用的降失水剂及分散剂、防止浅层窜流的外加剂之类材料的深入研究，不断加强和优化水泥浆的密度、抗压、胶凝等性能，相关的技术部门投入更多的人力物力，不断完善我国深水低温固井材料体系的研究。

3.2 实现深水低温固井智能化

信息化时代背景下，石油开发与勘探过程也逐渐信息化、智能化。一方面，通过构建系统化的海洋深水固井设计的软件，能够更加精确的对水泥浆泵注过程中的地层承压情况、水泥浆温度变化的情况进行模拟，综合考察整体的海底环境状况，精确地掌握油井包括整体的温度、密度、浅流层流窜状况等各方面的信息，通过对多方面变量参数的科学分析，对可能出现的状况进行模拟，增强深水低温固井设计方案的精确度。另一方面，深水低温环境下，难以实现实时的人功能监测，通过设计相应的深水低温固井系统，可以对深水低温固井工程进行全方位、实时的远程遥控，及时发现固井工程开展过程中包括水泥浆、机械设备等各方面存在的异常，及时做出对应的补救，降低延误工期的风险。应当不断提高我国海洋深水区域固井工程的智能化技术，不断优化深水固井的设计方案。

3.3 完善深水低温固井机械设备管理机制

深水低温环境下，固井工程工序内容复杂，技术含量更高，对于资金与时间的消耗都更大。固井工程是一次性的，也就是说，在固井施工后没能保证质量，便难有弥补的机会，即使有所补救，通常也需要耗费大量的人力物力。固井机械设备保持正常状态运转是保障固井工程进度的重要举措，因此需要逐步建立完善的深水低温固井机械设备管理机制。在开展固井工程之前，要明确各方责任，对需要安装各种配件及设备，保障机械设备准备齐全并慎重地审查各个部位的配件，才能保证固井工程维持的常规运转。若设备长期处于高负荷运作，机械损耗难以避免，会使工作效率大打折扣，难以达到理想的状态。要不断加强对固井机械设备的管理和监控，随时注意监测油田固井机械设备运行的状态。要切实保证在深水固井工作开展前对所需的各个环节的机械设备进行排查，确定设备各个环节的性能足以满足运行工作的条件。工程建设过程中，要建立专业的团队对设备运行的稳定状况进行长期的监控并保持设备定期的保养工作，保证能够及时发现机械设备运行过程中的异常状况并作出对应的补救措施，保障深水固井工程建设过程中的安全性，最大程度的降低设备故障问题带来的成本损耗。

4 结语

多年来我国的深水石油资源开采阻力重重，深水低温是其中的重要阻力，目前我国针对深水低温固井技术的研发逐渐迈入了一个新的发展阶段，在这方面的投入也在不断加大，并取得了一定的成效，但是从整体的技术实力及水平上来说，我国的海洋石油勘探实力与国际上的先进水平还存在着较大的差距。我国还需要在这方面不断努力，努力借鉴与学习并不断创新，开发符合我国深水低温开采的先进的石油固井技术，实现我国深水石油勘探及开采技术整体的提高。