昆2加深井高溫固井水泥漿室內(nèi)研究及應用

金 凱 ，牛剛強 ，雷 彪 ，王學良 ，周 平 ，張忠祥 ，胡曉林 ，黃 艷

（1.中國石油青海油田公司鉆采工藝研究院，甘肅敦煌 736202；2.中國石油西部鉆探青海油田生產(chǎn)協(xié)調(diào)部，甘肅敦煌 736202；3.中國石油西部鉆探青海鉆井公司固井工程技術(shù)公司，青海茫崖 816400）

1 基本井況

昆2井是位于柴達木盆地阿爾金山前東段冷北斜坡上的一口預探井，位于鄂博梁-冷湖構(gòu)造帶之間。2006年完鉆，完鉆井深5 950 m，完鉆層位E1+2，裸眼完井。為探索冷北低斷階E1+2底部、侏羅系、基巖的含氣性，2017年決定在老井基礎上加深至7 015 m。昆2加深井順利鉆至設計井深，并順利固井完井，標志著青海油田的鉆探能力取得了重大突破，為日后超深井的鉆探技術(shù)積累下了寶貴的經(jīng)驗。昆2加深井實際井身結(jié)構(gòu)（見表1）。

2 固井技術(shù)難點

（1）本井地溫梯度2.81℃/100m，6 796 m井底靜止溫度高達191℃，7 015 m井底靜止溫度高達196℃，對水泥漿、水泥石的耐溫性能和水泥漿的穩(wěn)定性能提出了更高的要求[1，2]。

（2）油層尾管固井，環(huán)空間隙小，水泥漿注替壓力高，安全保障難度大。

（3）鉆井液體系對水泥漿污染嚴重，注替過程中水泥漿因“閃凝”造成固井失敗。

（4）地層承壓能力低，在井深6 800 m處進行了地層承壓實驗，鉆井液當量密度1.90 g/cm3（未破）；鉆至井深6 992.72 m發(fā)生井漏，漏失密度1.80 g/cm3的鉆井液38.35 m3，漏失井段6 992.72 m～6 992.89 m，固井施工存在井漏風險。

3 昆2加深井水泥漿設計

3.1 水泥漿體系選擇

（1）在體系中加入35%～40%石英砂，防止水泥石在高溫下強度衰退[3]；為保持水泥漿的穩(wěn)定性，提高水泥石的致密度，石英砂選擇100目和250目～320

目兩種粒徑按一定比例復配，進一步保證水泥石強度[4]。

（2）針對昆2加深井套管與地層的間隙小，且四開固井有較長封固段（2 746 m），要求水泥漿必須具有良好的流變性能。在水泥漿配方中應用液體降失水劑和固體減阻劑，既能明顯改善水泥漿流變性能，又能在一定加量下很好地控制失水。其中，液體降失水劑是AMPS/AM/AA/MA的四元共聚物，具有較寬的溫度適應范圍和良好的抗鹽性能；固體減阻劑為酮醛縮合物，可耐高溫，與其他外加劑配伍性良好。

（3）針對昆2加深井井底溫度高、長封固段大溫差（上下溫差77℃）固井，選用AMPS多元共聚物類超高溫緩凝劑，克服了天然糖類及其衍生物、有機酸等緩凝劑不抗高溫、影響水泥漿早期強度發(fā)展等缺陷。既保證水泥漿高溫下安全泵送，又滿足頂部水泥石早期強度發(fā)展要求。

3.2 水泥漿配方確定

經(jīng)過大量室內(nèi)實驗，確定Ф177.8 mm技術(shù)尾管水泥漿配方如下：

G級水泥（HSR）+35%石英砂+1.0%減阻劑+0.4%懸浮劑+12%降失水劑+8.0%緩凝劑。

Ф127 mm油層尾管水泥漿配方如下：

G級水泥（HSR）+40%石英砂+0.5%減阻劑+0.5%懸浮劑+13%降失水劑+5.8%緩凝劑。

4 水泥漿室內(nèi)實驗

4.1 水泥漿性能實驗

從表2、表3可以看出，水泥漿失水小，漿體穩(wěn)定，流動性好，頂部強度發(fā)展正常，各項性能可以滿足固井施工要求。

4.2 水泥漿抗污染性能實驗

水泥漿與鉆井液接觸污染往往給固井施工安全帶來極大隱患。為了保證固井施工安全，對水泥漿抗污染性能進行了評價，實驗結(jié)果（見表4，表5）。

表1 昆2加深井實際井身結(jié)構(gòu)

表2 技術(shù)尾管水泥漿化驗結(jié)果

表3 油層尾管水泥漿化驗結(jié)果

表4 鉆井液性能表

從表5的實驗數(shù)據(jù)可以看出，水泥漿抗污染性能差，只要一接觸就會存在嚴重的污染，出現(xiàn)了流動性變差、稠化時間縮短的現(xiàn)象。為了保證施工安全，決定采用新配鉆井液作為隔離液[5，6]，新配鉆井液主要降低了有害固相和黏度，室內(nèi)評價結(jié)果（見表6）。

從表6可以看出，新配的鉆井液與水泥漿抗污染性能良好，可以滿足安全施工要求。

表5 水泥漿抗污染實驗結(jié)果統(tǒng)計

表6 水泥漿抗污染實驗（新配鉆井液）

4.3 超高溫緩凝劑穩(wěn)定性實驗

為進一步確保施工安全，分別評價了超高溫緩凝劑對溫度、加量、水泥漿密度波動的敏感程度，具體實驗結(jié)果（見表7～表9）。

實驗結(jié)果表明，其他化驗條件不變，溫度變化±3℃，稠化時間仍然能夠滿足固井安全施工要求。

實驗結(jié)果表明，其他化驗條件不變，水泥漿密度變化±0.02 g/cm3，稠化時間變化較小，完全能夠滿足現(xiàn)場安全施工要求。

實驗結(jié)果表明，其他化驗條件不變，緩凝劑加量變化±0.2%，加量增大未出現(xiàn)超緩凝現(xiàn)象，加量減小稠化時間能夠滿足現(xiàn)場安全施工要求。

通過上述系列實驗證明，超高溫緩凝劑抗高溫性能好、對溫度、加量、水泥漿密度波動敏感程度較小，保證了現(xiàn)場施工時稠化時間的可調(diào)性。

5 固井工藝技術(shù)

（1）入井流體依次為，新配制鉆井液、沖洗液、隔離液、水泥漿、后置液、鉆井液，利用新配制鉆井液和前置液（沖洗液和隔離液）充分隔離鉆井液和水泥漿。其中，沖洗液采用清水+10%沖洗劑，配制密度1.10 g/cm3的沖洗液。沖洗劑由三種表面活性劑、滲透劑及井壁穩(wěn)定劑復合而成，可提高沖洗效果，同時降低環(huán)空液柱壓力起到防漏效果；隔離液采用清水、懸浮劑、加重材料配制，懸浮劑由高分子聚合物、表面活性劑、黏土抑制劑組成。高分子聚合物可提高隔離液的黏度，降低其濾失量，表面活性劑可改變套管和井壁的潤濕性，利于膠結(jié)質(zhì)量的提高，黏土抑制劑可有效保護井壁，增加井壁穩(wěn)定性。該隔離液配制方便，將懸浮劑加入清水中，充分水化后使用加重材料加重至設計密度即可。

表8 密度波動對固井水泥漿稠化時間的影響結(jié)果

表9 水泥漿緩凝劑加量波動對固井水泥漿稠化時間影響結(jié)果

（2）保證套管居中，設計合理的扶正器，技術(shù)尾管懸掛器以下5根套管，1根套管加1只扶正器，非氣層段5根套管1只整體式彈性扶正器，氣層段2根套管加1只扶正器。油層尾管懸掛器以下5根套管，1根套管加1只扶正器，重疊段3根套管加1只扶正器，其他井段2根套管加1只扶正器。

（3）為防止替空、保證浮鞋浮箍位置封固質(zhì)量，技術(shù)尾管管內(nèi)留塞300 m，油層尾管管內(nèi)留塞200 m，頂替過程中替量超出0.5 m3未碰壓停止施工。

（4）技術(shù)尾管采用Ф244.5×雙錐內(nèi)嵌式懸掛器，提高座掛成功率，同時增加過流面積。油層短尾管采用內(nèi)嵌式+牽制短接懸掛器，解決輕尾管固井中遇到的丟手不易判斷、尾管隨送入工具提出等固井難題。

（5）頂替水泥漿到位后，先迅速起鉆540 m，循環(huán)鉆井液1.5周以上，采用環(huán)空憋壓的方式候凝。

6 固井質(zhì)量

技術(shù)尾管固井候凝72 h后，進行CBL測井，固井水泥返深4 031.59 m，平均聲幅值23.54%，固井質(zhì)量達到設計要求。

油層尾管固井候凝72 h后，進行CBL測井，水泥返深6 404.81 m，平均聲幅值25.47%，固井質(zhì)量達到設計要求。

7 結(jié)論

（1）通過水泥漿體系的優(yōu)選、水泥漿性能的優(yōu)化及水泥漿安全性能評價等一系列室內(nèi)實驗，形成了一套適用于昆2加深井技術(shù)尾管、油層尾管固井水泥漿配方。

（2）通過細致周密的現(xiàn)場組織，固井施工順利實施，驗證了該水泥漿體系基本可滿足高溫深井固井要求。解決了超深井昆2加深井高溫、大溫差、小間隙固井，水泥漿高溫穩(wěn)定性以及水泥漿抗污染等注水泥漿施工安全的問題。

（3）該水泥漿體系的研究與應用，為進一步優(yōu)化柴達木盆地高溫深井固井水泥漿打下了基礎，積累了寶貴的經(jīng)驗。

（4）水泥漿在165℃附近出現(xiàn)了較明顯的稠化時間“倒掛”現(xiàn)象，現(xiàn)場應用中不利于油氣水防竄[7]。

（5）評價引進新的高溫水泥漿體系，以保障柴達木盆地勘探開發(fā)需要，是固井工作者今后努力的方向。