適合海上低滲氣田水平井固井的柔性水泥漿體系研究

趙慧(中海油田服務股份有限公司湛江分公司油田化學事業部，廣東 湛江 524057)

適合海上低滲氣田水平井固井的柔性水泥漿體系研究

趙慧(中海油田服務股份有限公司湛江分公司油田化學事業部，廣東 湛江 524057)

海上低滲氣田水平井固井的特殊性，要求一種能夠滿足開發、實現經濟效益的柔性水泥漿體系用于固井。本文簡單的介紹了一種柔性水泥漿體系具有較好的機械性能，在初始粘稠度、稠化時間、失水量、流變性、抗壓強度等方面能夠滿足基本需求，為柔性水泥漿體系的構建提供借鑒。

海上氣田；低滲氣田；水平井；柔性水泥漿

油氣資源是一種戰略性的不可再生資源，油氣資源開發關系到國民經濟發展能源需求能否得到滿足，關系到社會經濟正常穩定發展和人民生活。我國海上油氣資源十分豐富，近年來海上油氣田水平井的數量激增。低滲透油氣田滲透率低，產量較小，需要壓裂措施提高生產能力，海上的此類油田若想要達到理想的經濟效益，常規的開發方式難以滿足需求，需要配合合適的固井技術提高低滲透氣田的開發價值。本次研究試探討適合海上低滲氣田水平井固井的柔性水泥漿體系構建思路。

1 低滲油氣田固井水泥石評價

低滲油氣田開發通常采用水平井鉆井結合壓裂完井方式進行,這需要鉆井、固井、射孔和壓裂多程序有機配合，如何在射孔以及后期增產措施中保證固井水泥石的完整性，是開發能否成功的關鍵。為尋求一種理想的固井水泥漿評價體系，需要做好水泥漿體系的評價。一般情況下，水泥凝固比較脆，膠結、剪切、抗沖擊能力較差，與此同時油井固結井壁的水泥環比較薄，容易受頻繁的機械作用，出現破裂、密封環性能下降情況，影響油氣田的開發。水泥的硬脆是油井水泥環在復雜井下工況中失效的主要原因，故需要改善油井的水泥石力學性能，賦予其形變能力，增加抗沖擊破碎性能，應對應力集中帶來損害。目前用于水泥漿性能評價的體系指標主要包括密度、初始粘稠度、稠化時間、失水量、流變性、抗壓強度等，除這些傳統的評價指標外，還需要增加封隔性能、模擬射孔水泥石性能等指標的評價[1]。以水泥漿的封隔性能為例，水泥漿水固化過程中常常有明顯的體積收縮，體積收縮是導致流體竄通的主要原因，體積收縮是水泥漿水化后體積小于水化前顆粒的體積所致，收縮對固化水泥石的機械特性有顯著的影響，從而影響固井其他機械性能，影響使用壽命，最終影響有效開發。開展封閉隔離驗竄監測，需要利用專用的儀器，該儀器能夠實現高溫下的驗竄試驗，與計算機連接起來，直接讀取數據，操作簡單，結果直觀可靠。

2 水泥漿體系研究

水平井固井的設計關鍵在于兩方面：①固井作業中，保證水平井水泥漿能夠高效的頂替與置換，以充分充填井眼環空，保證水泥石與界面的良好膠結；②固井作業結束后，射孔、壓裂過程中，能夠維持水泥石的完好性，確保水泥石能夠承受高速劇烈沖擊，維持水平段封隔的完整性，保障壓裂作用順利開展[2]。要達到以上要求，便需要高穩定性、無自由液、高柔性、低濾失的水泥漿。海上油氣田主要技術指標包括以下幾個方面：①水泥漿密度1.5～1.9 g/cm3可調；②流變性φ300＜300；③沉降穩定性＜0.06 g/cm3；④稠化時間滿足施工要求，水泥石24小時強度＞16.0MPa；⑤壁面膠結性能提高率＞30%；⑥封隔效果大于10MPa/m。

經過常規篩選優化，確立了1.5～1.9 g/cm3柔性水泥漿的基本配方體系。以1.5～1.9 g/cm3型號為例，基本配方為100%G級水泥＋22%減輕劑＋12%PF-2增強劑＋0.5%EXP-1膨脹劑＋45%淡水＋6.0%CG88L降濾失劑＋0.4%CF44L分散劑＋0.7% H21 L-M緩凝劑＋1.0%CJ56L穩定劑＋0.8%CX601L消泡劑＋

5.0 %膠乳＋0.2%S.Smm杜拉纖維＋6%MCSEAL孔隙支撐劑＋

0.2 %偶聯劑，而后對水泥漿體系進性能測試。結果顯示如下表1。同時進行穩定性、稠化時間、抗射孔沖擊能力、膠結性能、封隔性能的評價，結果顯示性能較好，但距離前文提到的技術指標仍存在一定的差距。先進行了因素分析，分析試驗溫度對稠化時間的影響，以溫度為例，55、60、65℃下，水泥漿的稠化時間逐漸下降趨勢，稠度先上升后下降[3]。而后分析緩凝劑對水泥漿稠化時間的影響，結果顯示在0.15、0.18、0.25、0.38、0.50% H2IL緩凝劑添加量下，體系稠化時間不斷上升，初始稠度先上升后下降。同理研究顯示，升溫時間、壓力、停開機都會對稠化性能存在顯著影響。我們還分析了水泥漿濾液對油氣儲層的影響，結果顯示SATRO防水鎖定劑添加量直接影響濾液表面張力，會導致水泥漿濾液表面張力、水泥漿濾液界面張力下降，與已有水泥漿體系相比較，其抗沖擊強度達到2.98KJ/m2，符合技術標準。研究顯示，在采用高效降濾失劑控制濾失與自由液并通過調節分散劑和緩凝劑來滿足施工性能的情況下,采用膠乳、纖維和孔隙支撐劑可改善水泥石的抗沖擊性能后,可以得到的水泥漿體系較穩定，具有較好的流變性、極低的濾失，較好的強度[4]。

表1 不同水泥漿密度的流變與失水性能對比

3 結語

水泥漿的流變性能、稠化時間、沉降穩定性能等，能夠通過緩凝劑、分散劑和消泡劑進行調節,設計者需要充分考慮開發需求、環境條件對固井的要求，合理的配比，優化水泥漿體系。

[1]于永金,靳建洲,齊奉忠.功能性固井工作液研究進展[J].鉆井液與完井液,2016(04):1-7.

[2]張凱,李明,劉小利,胡光輝,魏周勝,郭小陽.國內外小井眼固井技術研究現狀[J].鉆采工藝,2015(02):23-26+7.

[3]鄭凱,李明,劉小利,李早元,郭小陽.多分支井固井完井技術研究進展[J].鉆采工藝,201,(06):36-38，50，3.

[4]孫清德.國外高溫高壓固井新技術[J].鉆井液與完井液,

2001(05):13-17.