蘇南項目SNX井88.9,mm生產套管固井水泥漿技術

安少輝 ，燕 平 ，李立榮 ，林志輝，王其可，趙殊勛

(1. 中國石油集團海洋工程有限公司渤星公司 天津 300451；2. 中國石油天然氣集團公司鉆井工程重點實驗室固井技術研究室 天津 300451；3. 中國石油集團渤海鉆探第二固井公司 天津 300457)

0 引 言

SNX井是蘇南作業分公司部署的一口定向開發井，開采目標為目的層內的致密砂巖氣。一開利用311.1,mm鉆頭鉆至763,m，244.5,mm套管下至 761,m。二開利用 215.9,mm鉆頭鉆至3,929,m，88.9,mm生產套管下至3,925,m。該井屬大環空非常規固井。固井施工存在的難點為：①套管內容積小，頂替排量受限且施工壓力高，頂替效率難以保證；②水泥返高至610,m，封固段長達 3,329,m，水泥封固段頂底溫差大，對水泥漿性能要求高；③88.9,mm 油層套管內容積小，對頂替液性能和計量準確性要求高，管內若留水泥塞將無法鉆除，將會導致全井報廢。此外，封固段內地層中山西組和本溪組部分含有煤層，劉家溝組和石千峰組巖性為硬脆性泥巖，屬低壓易漏層，下套管與固井過程中存在漏失風險，漏失可能導致井內壓力失衡，引發氣竄。

由于本次固井下套管、注水泥過程中的井下漏失、氣竄風險大，提高水泥環膠結質量難度大，而且固井后可能發生長期氣竄，造成井口帶壓，給完井后的生產和增產措施帶來風險和困難，因此尾漿采用密度為 1.90,g/cm3膠乳防竄水泥漿體系，封固目的層，領漿采用密度為1.35,g/cm3的高強度低密度水泥漿封至 610,m。同時，優化工藝方案，采取配套技術措施，施工順利，施工設計符合率100%。

1 SNX井固井難點分析

本井封固段長達 3,329,m，地層屬低壓易漏層，環空壓力高，下套管與固井過程中存在漏失風險，從而導致水泥返高不夠。油層固井 215.9,mm井眼下88.9,mm套管，屬于大環空非常規固井，套管內容積小，頂替排量受限且施工壓力高，頂替效率難以保證，從而影響固井質量。本井水泥封固段頂底溫差大，對水泥漿性能要求高，上部水泥容易出現超緩凝現象。井88.9,mm油層套管內容積小，對頂替液性能和計量準確性要求高。如果管內留水泥塞將無法鉆除，會導致全井報廢。本井施工壓力高(靜壓差達15,MPa)、風險大。

2 主要技術措施

完鉆后，要求原鉆具帶扶正器通井兩次，確保井眼暢通無阻、干凈以及井壁穩定。如固相太多，則要求配制高粘，高切的稠泥漿掃砂，以防止巖屑在縮徑處堵塞造成憋高壓。調整鉆井液性能至完鉆時鉆井液性能，振動篩前無砂子返出，油氣上竄速度小于15,m/h，不竄不漏后方可進行下套管作業。通井作業循環，要求大排量充分循環2周以上，排量2.10～2.20,m3/min。

井口要及時灌泥漿，避免壓差過大造成回壓。以 15～20根灌滿1次為宜，灌泥漿時要不停活動套管以防粘卡，要記錄返出量和灌漿量。如在下套管過程中遇阻，嚴禁猛提猛放，原則上采用循環下放，并及時向現場監督匯報。

優選水泥漿配方，嚴格控制水泥漿性能，滿足低失水、早強、沉降穩定好，并嚴格按照設計量配制藥水，施工前復核各項性能，確保達到施工要求方可施工。

采用平衡壓力固井技術，合理設置漿體結構，使用加重隔離液，平衡沖洗液帶來的壓降，確保失重后仍能有效壓穩地層，采用雙密度水泥漿，尾漿密度為 1.90,g/cm3，領漿密度為1.35,g/cm3。固井正式施工前釋放校準塞，用頂替時將采用的固井泵進行套管替量校準，要求計量準確，通過監測倒水柜的方法來計量泵送的泥漿體積。

3 水泥漿體系

3.1 高強度低密度水泥漿體系[1-3]

3.1.1 水泥漿主要成分作用機理分析

高強度低密度水泥漿體系核心成分為減輕增強材料BXE-600S與高聚物復合降失水劑 G60S。BXE-600S是一種具有水化活性的油井水泥外摻料，利用合理的物料顆粒級配，提高干混材料堆積體積，考慮礦物材料之間的物理化學作用，形成更加致密的水泥石(見圖1、2)。在低密度水泥漿中，BXE-600S可顯著提高水泥石強度，降低水泥漿游離液含量，降低水泥石滲透率。G60S是一種高聚物復合降失水劑。用該劑配制的水泥漿流變性能好，具有降濾失、防漏、防竄等多種功能，再配以配套的調凝劑，即可使水泥漿達到固井施工要求的各項指標。

圖1 線性堆積模型示意圖Fig.1 Schematic diagram of a linear packing model

圖2 含水化膜顆粒緊密堆積示意圖Fig.2 Schematic diagram of the dense packing of hydration shell particles

3.1.2 高強度低密度體系特點

高強度低密度水泥石在同等條件下可以達到常規密度水泥石的強度，具有良好的水泥漿沉降穩定性及良好的防漏失性能，固相顆粒合理的顆粒級配，在滲漏性地層易于形成“搭橋”暫堵，有助于防止漏失的發生。水泥石致密，滲透率低，具有良好的防腐蝕性。體系中的低密度增強劑由較低密度的活性膠凝材料組成，在水泥漿中不僅能發生凝硬性反應，還可進一步充填水泥石孔隙，形成更加致密的水泥石。增強劑具有良好的防氣竄性能，能夠有效減小水泥石的孔隙度，阻止孔隙壓力下降，保持較高的毛細管壓力，防止氣竄的發生；能夠補償水泥凝結引起的收縮，降低失水和游離液，有助于形成致密的水泥石，減少由于微裂縫引起的氣竄。高強度低密度水泥漿解決了水泥漿施工性能(密度、流變性等)和水泥漿封固綜合性能(強度、滲透率等)之間的矛盾，保證了水泥石本身的完整性。

3.2 膠乳水泥漿體系[4-7]

3.2.1 水泥漿主要成分作用機理分析

膠乳水泥漿體系的核心成分為膠乳 BCT-800,L與水溶性高聚物降失水劑 BXF-200,L。膠乳水泥漿是以膠乳聚合物作為分散體系的高濃懸浮水泥漿體系。膠乳顆粒粒徑(0.05～0.5,μm)比水泥(20～50,μm)小得多，且具有彈性。水泥漿濾失形成濾餅時，一部分膠乳顆粒擠塞、充填于水泥顆粒間的縫隙中，降低了濾餅的滲透率；另一方面膠乳顆粒在壓差的作用下聚集成膜，覆蓋于濾餅表面，從而阻止了流體在水泥內部形成竄流。BXF-200,L能夠顯著提高水泥漿孔隙間水的粘度，這種作用除了能有效控制水泥漿的失水外，還能有效限制侵入水泥漿體內的氣體運移。膠乳水泥漿除了“成膜”和“顆粒充填”防竄機理外，另一個防竄機理體現在靜膠凝強度發展快。水泥漿在頂替到位后，環空氣竄多發生在 100～500,lb/ft2(48～240,Pa)的靜膠凝強度范圍內。該范圍內，靜膠凝強度發展所用時間越短，發生氣竄的幾率就越低。膠乳水泥漿中的聚合物在水泥進行水化反應時會形成網狀結構，使靜膠凝強度得到快速發展。

3.2.2 膠乳水泥漿體系特點

具有良好的防竄性能及良好的失水控制和防漏失性，由于膠乳的“成膜”和“顆粒充填”性能降低了水泥濾餅的滲透率，從而進一步降低了水泥漿失水。同時，“成膜”性能還可以起到防漏失的作用，減小水泥環體積收縮，改善水泥環與套管、地層間的膠結。此外，具有耐腐蝕性能，延長油井壽命，并且具有良好的施工性能，水泥漿分散性、穩定性好，流變性優越，稠化時間易于調節。

4 SNX井生產套管水泥漿應用實例

4.1 高強度低密度水泥漿

井下條件為井底循環溫度 85,℃，井底壓力 45,MPa，封固段610～3,367,m。

水泥漿配方(BWOC)為：嘉華 G級高抗水泥＋105%BXE-600,S(減輕增強材料)＋4%G60S(降失水劑)＋120%井場水＋1.4%BXR-200,L(緩凝劑)＋0.25%G603(消泡劑)。

配緩凝水時緩凝劑加量至 1.5%(BWOC)，其他外加劑適當附加。室外大樣稠化時間為 355,min，水泥漿性能如表 1所示，水泥漿稠化曲線如圖3、圖4所示。

表1 高強度低密度室內小樣水泥漿性能Tab.1 List of slurry properties of the high-strength lowdensity slurry sample

圖3 室內小樣稠化曲線Fig.3 Indoor sample curve

圖4 室外大樣稠化曲線Fig.4 Outdoor bulk sample curve

表2 高強度低密度水泥漿流變性試驗Tab.2 Rheology property test for the high-strength lowdensity slurry

進行了水泥漿流變性試驗。由于本項目對水泥漿性能要求很嚴格，要求低密度水泥漿既要有較低的初始稠度、良好的流變性，又要具備良好的穩定性。常溫常壓下測得水泥漿流變數據，測完一組數據后，漿體靜置 10,min后再次測試，實測結果如表2所示。

4.2 膠乳水泥漿

井下條件為井底循環溫度 85,℃，井底壓力 45,MPa，封固段3,367～3,929,m。

水泥漿配方(BWOC)為：嘉華 G級高抗水泥＋0.2%CF40S(分散劑)＋3% BXF-200L(降失水劑)＋4% BCT-800L(膠乳)＋0.3% BXR-200L(緩凝劑)＋37% 井場水＋0.5%D50(抑泡劑)＋0.25% G603(消泡劑)。

配速凝水時緩凝劑加量至 0.312 5%(BWOC)，其他外加劑適當附加。室外大樣稠化時間為 282,min，水泥漿性能如表3所示，稠化曲線如圖5、圖6所示。

表3 膠乳水泥漿室內小樣性能Tab.3 List of properties of the indoor latex slurry sample

圖5 室內小樣稠化曲線Fig.5 Indoor sample curve

圖6 室外大樣稠化曲線Fig.6 Outdoor bulk sample curve

4.3 施工情況簡介

SNX井本開利用 215.9,mm鉆頭從地表鉆至 3,929,m，88.9,mm 生產套管下至 3,925,m。1.35,g/cm3高強度低密度水泥漿 114,m3，封固 610～3,367,m。1.90,g/cm3膠乳水泥漿20.7,m3，封固3,367～3,92,9,m。由于88.9,mm油層套管內容積小，對頂替液計量準確性要求很高。如果管內留水泥塞將無法鉆除，會導致全井報廢。故施工前必須下校準塞校準替量，校準后的替量為 16.88,m3，符合施工條件。施工時注替排量控制在 1,m3/min左右。由于本層套管內有 TAP閥，故在空心膠塞通過TAP閥前，排量降至200～300,L/min。碰壓前1～2,m3排量降至 200～300,L/min，碰壓壓力為 32,MPa。施工順利，實現了設計目標。

5 結論及建議

SNX 井生產套管固井封固段長、套管尺寸小、環空大，存在漏失和氣竄的風險。這些復雜因素給固井帶來很大困難。本次固井對鄰井的資料分析全面透徹，為固井設計的合理性和可行性奠定了良好的基礎；固井工藝方面采用校準塞校準替量，嚴格按照設計控制循環、注替排量，注替過程中沒有發生漏失情況；水泥漿方面選用高強度低密度與膠乳水泥漿雙凝體系，此體系可有效減小靜液柱壓力，具有良好的控制水泥漿失水，改善水泥漿流變性，提高水泥漿穩定性，改善水泥石性能和防竄、防漏失的功效。以上幾點是本次固井施工成功的關鍵因素，可供類似井況固井作業參考。■

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