羅俊豐　張偉國　廖易波　宋茂林（.中海石油（中國）有限公司深圳分公司，廣東深圳　58067；.中海油服油田化學(xué)事業(yè)部深圳作業(yè)公司，廣東深圳　58067）

新型抗高溫聚合物/膠乳防氣竄水泥漿體系在南海流花深水區(qū)塊的應(yīng)用

羅俊豐1張偉國1廖易波2宋茂林2
（1.中海石油（中國）有限公司深圳分公司，廣東深圳518067；2.中海油服油田化學(xué)事業(yè)部深圳作業(yè)公司，廣東深圳518067）

針對(duì)南海流花深水區(qū)塊的油氣層具有井底溫度高、滲透性好等特點(diǎn)，研制出了一種新型的適用于深水油氣層固井的抗高溫聚合物/膠乳防氣竄水泥漿體系。通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，給出了適用于不同溫度下的水泥漿體系配方，并對(duì)其常規(guī)物性、流變性和防氣竄性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明，該水泥漿具有抗高溫、低濾失量、防氣竄等特點(diǎn)，應(yīng)用的3口深水井油氣層段固井質(zhì)量全優(yōu)。

深水固井；聚合物/膠乳水泥漿體系；防氣竄

深水油氣層段的固井質(zhì)量及其封隔耐久性，直接關(guān)系到深水油氣井的生產(chǎn)壽命，對(duì)整個(gè)深水油田的開采會(huì)產(chǎn)生重大的影響。氣竄主要發(fā)生水泥漿由液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)的過程中，水泥漿難以保持對(duì)氣層的壓力或由于水泥漿竄槽等原因造成膠結(jié)質(zhì)量不好，氣層氣體竄入水泥石基體，或進(jìn)入水泥與套管或水泥與井壁之間的間隙中造成層間互竄甚至竄至井口［1］。但是隨著對(duì)氣竄機(jī)理認(rèn)識(shí)的不斷深入，人們也意識(shí)到了固井后的諸多工程工藝措施也會(huì)使本來未發(fā)生氣竄的井發(fā)生氣竄，諸如在水泥漿未完全凝固時(shí)對(duì)套管試壓因壓力突變致使套管變形，而地層、水泥環(huán)以及套管三者不能同時(shí)協(xié)調(diào)變形，不可避免地會(huì)產(chǎn)生微環(huán)隙，從而形成難以愈合的氣竄通道。套管環(huán)空固井水泥發(fā)生氣竄須具備以下2個(gè)前提條件：（1）油氣層的天然氣有進(jìn)入套管與井壁之間環(huán)形空間的通道；（2）天然氣進(jìn)入環(huán)形空間后，環(huán)空須存在向上的氣竄通道。為防止水泥漿凝固過程中發(fā)生氣竄，筆者研究了一種新型的適用于深水油氣層固井的抗高溫聚合物/膠乳防氣竄水泥漿體系。

1　聚合物/膠乳水泥漿防氣竄機(jī)理

1.1氣竄形成原因

氣竄成因主要有以下3種。

（1）橋堵。水泥漿頂替到位后，由于不斷地向地層濾失，造成水灰比嚴(yán)重下降，改變了水泥漿本身穩(wěn)定性的同時(shí)，導(dǎo)致水泥漿靜液柱壓力不能有效作用于氣層而發(fā)生氣竄。

（2）水泥漿膠凝失重。水泥自身是一種膠凝物質(zhì)，在物理化學(xué)作用下，水泥漿開始水化和膠凝，水泥顆粒逐漸形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；隨著膠凝結(jié)構(gòu)的逐漸形成和膠凝強(qiáng)度的不斷增加，水泥漿柱的部分重量懸掛在井壁和套管壁上，從而降低了作用于氣層的有效環(huán)空靜液柱壓力，如果此時(shí)環(huán)空靜液柱壓力與氣竄阻力疊加之和小于地層壓力則將發(fā)生氣竄。

（3）界面膠結(jié)差。由于水泥漿頂替效率不高使得鉆井液濾餅、稠鉆井液以及水泥漿與鉆井液摻混物留存于井壁，嚴(yán)重影響水泥漿與地層或套管的膠結(jié)質(zhì)量，進(jìn)而導(dǎo)致氣竄發(fā)生。

1.2防氣竄機(jī)理

采用聚合物/膠乳能夠提高水泥漿流動(dòng)阻力，并能在井壁形成濾餅。選擇適當(dāng)?shù)木酆衔锱c橋塞劑是研究該水泥漿體系的關(guān)鍵：水泥漿在水化凝固初期，水泥顆粒之間的孔隙較大，如果其內(nèi)的“游離水”能夠充滿，保證水泥充分水化，并且生成的水化產(chǎn)物將充填到水泥顆粒之間的孔隙，使水泥漿體系的滲透率降低從而降低氣竄的風(fēng)險(xiǎn)［2］。

聚合物/膠乳水泥防氣竄的基本原理是經(jīng)微濾失后在水泥中形成非滲透膜。通過對(duì)該水泥漿體系剖析，其防氣竄的方式為：水泥水化期間，在壓差作用下成膜，即在水泥漿與套管（第一固井界面）、水泥與井壁（第二固井界面）接觸的界面、水泥顆?？紫吨g成膜；改善一、二界面膠結(jié)質(zhì)量，阻止沿界面產(chǎn)生氣竄的可能；并且由于膠乳顆粒的聚集和交聯(lián)而自動(dòng)封堵產(chǎn)生的孔隙，使氣體不能繼續(xù)竄入［3-4］。

2　聚合物/膠乳水漿體系研制及性能評(píng)價(jià)

為了設(shè)計(jì)深水高溫條件下聚合物/膠乳水泥漿體系，并對(duì)其抗高溫性能和防氣竄性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，室內(nèi)用G級(jí)油井水泥、硅粉、膠乳、PC-H40L緩凝劑等配制聚合物/膠乳水泥漿體系，進(jìn)行了配方研制及相關(guān)性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。

2.1BHCT110 ℃/BHST130 ℃配方研制與篩選

BHCT110 ℃/BHST130 ℃體系的配方見表1，基本性能見表2。

表1　BHCT110 ℃/BHST130 ℃體系配方

表2　BHCT110 ℃/BHST130 ℃體系性能

由表1和表2可以看出，聚合物/膠乳水泥漿體系可以根據(jù)不同的作業(yè)需求進(jìn)行稠化時(shí)間的調(diào)整，在3~8 h之間可調(diào)性強(qiáng)。由圖1也可以看出，40~100 Bc的稠化過渡時(shí)間5 min，這樣短的過渡時(shí)間可以保證氣體來不及竄通層間，說明水泥漿體系具有良好的防氣竄效果。從流變參數(shù)可以看出流變性良好，有利于水泥漿的泵送，降低井底ECD，抗壓強(qiáng)度也可以達(dá)到固井要求。

2.2BHCT130 ℃/BHST162 ℃配方研制與篩選

BHCT130 ℃/BHST162 ℃體系的配方見表3，基本性能見表4。

圖1　BHCT110℃/BHST130 ℃體系稠化曲線

表3　BHCT130℃/BHST162 ℃體系配方

表4　BHCT130℃/BHST162 ℃體系性能

由表4可見，PC-G84L、PC-GR5L和PC-H40L配伍性良好，降濾失劑增加能有效降低濾失量，但黏度有所增加；膠乳對(duì)水泥漿的流變性稍有影響，加量大時(shí)，對(duì)轉(zhuǎn)讀數(shù)稍有增加，對(duì)其他常規(guī)性能基本沒什么影響，膠乳的主要作用是防氣竄，對(duì)控濾失貢獻(xiàn)不大；高溫緩凝劑效果良好，可以有效調(diào)節(jié)水泥漿的稠化時(shí)間（圖2）。

3　現(xiàn)場應(yīng)用

聚合物膠乳水泥漿分別在南中國海A-X-X井、B-X-X井和C-X-X井中應(yīng)用，結(jié)果表明，聚合物膠乳水泥漿的各項(xiàng)性能滿足了深水油氣層固井施工的要求，保證了深水井的固井質(zhì)量。固井?dāng)?shù)據(jù)及固井質(zhì)量圖見表5、表6及圖3、圖4和圖5。

圖2　BHCT130℃/BHST162 ℃體系稠化曲線

表5　基本數(shù)據(jù)

表6　水泥漿性能

圖3　A-X-X井?214.3 mm油層套管固井SBT圖

圖4　B-X-X井?177.8 mm尾管固井SBT圖

圖5　C-X-X井?214.3 mm油層套管固井SBT圖

SBT測井結(jié)果表明，水泥漿界面膠結(jié)非常好，24 h固井質(zhì)量優(yōu)質(zhì)。該水泥漿體系有利于提高深水產(chǎn)層段固井質(zhì)量，在深水油氣層固井有很好的應(yīng)用前景。

4　結(jié)論

（1）當(dāng)膠乳加量占水泥量的10%以上，才具有良好的防氣竄等作用。

（2）現(xiàn)場應(yīng)用表明，聚合物膠乳水泥漿體系在國內(nèi)深水油氣層固井作業(yè)中24 h固井質(zhì)量全優(yōu)，完全滿足深水油氣層的封固，具有較好的推廣應(yīng)用前景。

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（修改稿收到日期2014-12-31）

〔編輯張百靈〕

Application of new high-temperature resistant polymer/latex anti-gas channeling cement slurry system in Liuhua deepwater block of the South China Sea

LUO Junfeng1, ZHANG Weiguo1, LIAO Yibo2, SONG Maolin2
（1. Shenzhen Branch of CNOOC, Shenzhen 518067, China; 2.Shenzhen Operating Company of COSL Oilfield Chemical Division, Shenzhen 518067, China）

A new type of high-temperature resistant polymer/latex anti-gas channeling cement slurry system for well cementing in deepwater hydrocarbon reservoir is developed on the basis of consideration on high temperature and good permeability of downhole hydrocarbon reservoir in Liuhua deepwater block of the South China Sea. Through laboratory experiments, formulas of cement slurry system adapted to different temperatures are worked out and the conventional properties, rheological property, and anti-gas channeling property of the system are also evaluated. Field application results show that the cement slurry has the characteristics of high-temperature resistance, low water loss, and anti-gas channeling. Cementing quality of the 3 deepwater wells applied in hydrocarbon reservoir section all showed good well cementing quality.

deepwater cementing; polymer/latex cement slurry system; anti-gas channeling

TE256

B

1000 – 7393（2015） 01 – 0115 – 04

10.13639/j.odpt.2015.01.029

“十二五”國家科技重大專項(xiàng)“南海北部陸坡（荔灣3-1及周邊）深水油氣田鉆采風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及采氣關(guān)鍵技術(shù)研究”（編號(hào)：2011ZX05056-001-03）；國家自然科學(xué)基金“海洋深水淺層鉆井關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)理論研究”（編號(hào)：51434009）。

羅俊豐，1967年生。1989年本科畢業(yè)，現(xiàn)主要從事海洋鉆完井設(shè)計(jì)和作業(yè)方面的研究工作，高級(jí)工程師。電話：0755-26022281。E-mail：luojf@cnooc.com.cn。

2014-11-30）

引用格式：羅俊豐，張偉國，廖易波，等.新型抗高溫聚合物/膠乳防氣竄水泥漿體系在南海流花深水區(qū)塊的應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2015，37（1）：115-118.