黃洪春，鄭新權(quán)，劉愛萍

(1.中國(guó)石油大學(xué)石油天然氣工程學(xué)院，北京102249;2.中國(guó)石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院，北京100195;3.中國(guó)石油天然氣股份有限公司勘探與生產(chǎn)分公司，北京100007;4.中國(guó)石油集團(tuán)海洋工程有限公司，天津塘沽300451)

“三高”氣田固井水泥體系研究

黃洪春1，2，鄭新權(quán)3，劉愛萍4

(1.中國(guó)石油大學(xué)石油天然氣工程學(xué)院，北京102249;2.中國(guó)石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院，北京100195;3.中國(guó)石油天然氣股份有限公司勘探與生產(chǎn)分公司，北京100007;4.中國(guó)石油集團(tuán)海洋工程有限公司，天津塘沽300451)

針對(duì)高壓、高產(chǎn)、高含硫化氫(H2S)氣體(“三高”)氣田在固井過(guò)程中面臨的難點(diǎn)，探討“三高”氣田對(duì)固井水泥漿的要求，在分析水泥腐蝕機(jī)制的基礎(chǔ)上，提出“三高”氣田水泥防腐策略;采用水泥漿不同配料組分的顆粒粒徑合理級(jí)配原理優(yōu)化設(shè)計(jì)水泥，通過(guò)正交試驗(yàn)篩選出可形成致密水泥石、防腐性能優(yōu)良的低密度高強(qiáng)度水泥和纖維－膠乳－微膨脹水泥2種體系4個(gè)配方，對(duì)其形成的水泥石進(jìn)行抗硫化氫和二氧化碳(H2S/CO2)腐蝕性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)，包括水泥石強(qiáng)度、滲透率、質(zhì)量損失、腐蝕深度和腐蝕前后內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化情況，依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)從理論上預(yù)測(cè)水泥石的抗腐蝕壽命。龍崗氣田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，所篩選的水泥漿的固井質(zhì)量得到明顯提高，可用于“三高”氣田固井，并能延長(zhǎng)氣井壽命。

“三高”氣田;固井;水泥漿;水泥石;腐蝕

近年來(lái)，在我國(guó)四川盆地相繼發(fā)現(xiàn)了羅家寨、渡口河、普光和龍崗等大量的高壓、高產(chǎn)、高含硫化氫(H2S)氣體(簡(jiǎn)稱“三高”)的氣田，為國(guó)家“西氣東輸”和“川氣東送”等工程提供了豐厚的資源基礎(chǔ)。但是，由于該類氣田開發(fā)技術(shù)不成熟，在前期勘探中就出現(xiàn)了許多問(wèn)題，甚至出現(xiàn)災(zāi)難性事件，造成重大人身事故和環(huán)境問(wèn)題，特別是“三高”條件給固井帶來(lái)的難題，現(xiàn)有技術(shù)固井質(zhì)量難以保證，加之高含H2S的高腐蝕性，部分井在固井后不久就出現(xiàn)環(huán)空氣竄導(dǎo)致井口環(huán)空帶壓，給氣井的安全生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)［1］。筆者從“三高”氣田固井特點(diǎn)和水泥石腐蝕機(jī)制分析入手，篩選出幾套水泥漿體系配方，再對(duì)其抗腐蝕性和流變性進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和應(yīng)用效果，給出適合川渝地區(qū)“三高”氣田的固井水泥漿方案。

1 “三高”氣田固井難點(diǎn)及對(duì)水泥漿的要求

四川盆地發(fā)現(xiàn)的“三高”氣田地質(zhì)條件復(fù)雜，都是中深井和超深井(井深3.5～7.0 km)，海、陸相沉積共存，高含腐蝕性很強(qiáng)的H2S氣體(含量30～250 g/m3)，固井難度大，對(duì)水泥漿要求高。主要表現(xiàn)為:

(1)海相沉積地層斷層多，裂縫、孔隙和溶洞發(fā)育，井漏嚴(yán)重。如川東北地區(qū)從表層套管、技術(shù)套管到油層套管固井都出現(xiàn)井漏現(xiàn)象，要求水泥漿防漏。

(2)井深，溫度、壓力高，且部分地區(qū)存在高壓鹽水層，呈現(xiàn)多壓力系統(tǒng)，要求水泥漿密度高，抗溫性能好。

(3)超深井一次固井封固段長(zhǎng)，上下溫差大，極易發(fā)生水泥漿超緩凝現(xiàn)象，深部小間隙段固井困難，固井質(zhì)量無(wú)法保證。

(4)部分氣田高陡構(gòu)造，地層傾角大(30°～50°)，易井斜，垮塌互層，井徑不規(guī)則，套管居中困難，水泥漿頂替效率差，導(dǎo)致固井第二界面膠結(jié)不良。

(5)高含H2S和CO2等酸性物質(zhì)，極易腐蝕水泥石，導(dǎo)致其強(qiáng)度降低，進(jìn)一步腐蝕后環(huán)空水泥石出現(xiàn)腐蝕通道發(fā)生氣竄，甚至竄到井口出現(xiàn)井口環(huán)空帶壓。因此，水泥防腐矛盾突出。

固井水泥環(huán)柱主要起封隔地層油、氣、水，支撐、保護(hù)套管，延長(zhǎng)油氣井壽命的作用，水泥環(huán)柱是套管的包被，水泥環(huán)柱的腐蝕可引起和加快套管的腐蝕和破壞。因此，對(duì)“三高”氣田來(lái)講，環(huán)空水泥石的腐蝕、腐蝕機(jī)制及抗腐蝕水泥材料的研究至關(guān)重要。

2 “三高”氣田水泥漿研究

2.1 “三高”氣田水泥腐蝕機(jī)制分析

“三高”氣田腐蝕源主要是H2S和CO2等酸性氣體，由水泥石腐蝕機(jī)制可知，腐蝕介質(zhì)主要是與水泥石中的成分起化學(xué)反應(yīng)，降低強(qiáng)度和侵蝕基質(zhì)［2-4］。

(1)H2S的腐蝕。氣態(tài)H2S溶于水和潮氣而形成弱多元酸，且隨著壓力的增高溶解度增大。水泥石中主要成分3CaO·Al2O3·3H2O在H2S腐蝕介質(zhì)中很不穩(wěn)定，H2S與水泥石一接觸就與其表面的CaO反應(yīng)并生成CaS、Al2S3等，H2S含量大時(shí)生成Ca(HS)2，其中Al2S3是沒(méi)有膠結(jié)性的物質(zhì)，造成水泥石一層一層很快被腐蝕、脫落，逐漸進(jìn)入內(nèi)部，直致穿透。當(dāng)水泥石失去20%的CaO時(shí)強(qiáng)度下降20%，失去30%的CaO時(shí)強(qiáng)度下降50%，導(dǎo)致井內(nèi)水泥石快速破壞，進(jìn)而腐蝕套管［2-5］。

(2)CO2的腐蝕。CO2主要影響水泥石的微觀結(jié)構(gòu)、孔隙度和抗折、抗壓強(qiáng)度，破壞水泥結(jié)構(gòu)的完整性。CO2溶于水后，形成弱碳酸，當(dāng)與水泥石接觸時(shí)，由于其滲濾作用侵入水泥石與其成分發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，生成CaCO3和松軟的無(wú)定型硅凝膠。當(dāng)更多的充滿CO2的水浸入水泥石基體中，反應(yīng)進(jìn)一步加劇，其結(jié)果是使水泥石疏松、強(qiáng)度下降、滲透率增加、腐蝕深入，直至穿透。在井下熱力作用的影響下，碳酸對(duì)固井水泥的侵蝕難以防止［3-5］。

水泥石的腐蝕總是和它的滲濾特性、孔隙結(jié)構(gòu)和孔隙度密切相關(guān)?？紫督Y(jié)構(gòu)和滲透率決定腐蝕介質(zhì)向水泥硬化體內(nèi)部滲透的速度。水泥石孔隙特別是貫通孔道，構(gòu)成腐蝕介質(zhì)的通道。因此，孔隙大小、結(jié)構(gòu)和滲透率直接影響腐蝕介質(zhì)進(jìn)入水泥石內(nèi)部的速度和能力［2］。

水泥石的孔隙分為3種類型:膠凝孔(直徑為1～3 nm)、毛細(xì)孔(直徑為3～100 nm)、宏觀孔(直徑大于10000 nm)。國(guó)外研究［4，6］表明，腐蝕流體穿過(guò)膠凝孔的滲透速度非常小，膠凝孔對(duì)大多數(shù)液體實(shí)際上是不滲透的。水泥石的滲透性主要由毛細(xì)孔和宏觀孔決定，水泥石的總孔隙率、毛細(xì)孔隙率及膠凝孔隙率隨水化程度的不同而變化。一般情況下，隨著水化程度的加深，總孔隙率和毛細(xì)孔隙率下降，膠凝孔隙率上升?；瘜W(xué)外加劑及外滲料、水化溫度和水泥組成對(duì)水泥石的孔隙率和滲透性有很大影響，它們能改變各種孔隙的分布和毛細(xì)孔壁的性質(zhì)，從而影響腐蝕介質(zhì)對(duì)孔隙的滲透性。因此，降低水泥石滲透性可以提高其抗腐蝕能力。

2.2 抗腐蝕水泥漿配方篩選

水泥石由熟料與水化相反應(yīng)所得，其結(jié)構(gòu)的形成與水化相有密切關(guān)系，因此必須研究水化相的耐腐蝕特性和在各種腐蝕介質(zhì)作用下的腐蝕性能以及促使耐腐蝕水化相生成的方法，通過(guò)各種抗腐蝕外加劑來(lái)調(diào)節(jié)水化相，從而研制成耐腐蝕水泥。

由上述水泥石腐蝕機(jī)制可知，腐蝕介質(zhì)主要是與水泥石中的成分起化學(xué)反應(yīng)，為阻止這種反應(yīng)的進(jìn)行，需要采用抗腐蝕添加劑和降低水泥石滲透率、孔隙度。相關(guān)研究［2，7-8］表明，加入一定量的硅砂或硅粉，可大大提高水泥石的抗腐蝕能力。因此，在水泥漿配方選擇上，既要使水泥漿具有抗腐蝕性又要具有良好的綜合性能。采用高抗硫水泥和各種抗腐蝕外加劑，同時(shí)降低水泥石滲透率和孔隙度，形成致密水泥石［6，9］。

良好的水泥漿設(shè)計(jì)是固井防氣竄和保證封固質(zhì)量的基礎(chǔ)。利用不同顆粒緊密堆積理論［7］，按照“API規(guī)范10”所規(guī)定的方法，結(jié)合“三高”氣田地質(zhì)特點(diǎn)及固井要求，通過(guò)正交試驗(yàn)，調(diào)整各種處理劑的加量，使水泥漿體系的稠化時(shí)間易于調(diào)整，具有較低的失水量、良好的流變性、能堵漏和防氣竄、能形成較低滲透率的水泥石等。篩選出了低密度高早強(qiáng)水泥和纖維－膠乳－微膨脹水泥等2種體系4種水泥漿配方，其性能見表1(表中的抗壓強(qiáng)度是在90℃、常壓和凝固24 h下測(cè)得的)。

1#配方(低密度):嘉華G級(jí)水泥+45%PZ減輕劑+6%微硅粉+10%DSJ降失水劑+1.5%FS-31L緩凝劑+0.5%S603增強(qiáng)劑;

2#配方(低密度):嘉華G級(jí)水泥+30%PZ減輕劑+6%微硅粉+10%DSJ降失水劑+1.4%FS-31L緩凝劑+0.5%S603增強(qiáng)劑;

3#配方(纖維－膠乳－微膨脹):嘉華G級(jí)水泥+35%硅粉+12%PZW-A+4%BXF-200L+1.5%BXR-300L+2.3%BCE-210L+0.5%CF40S;

4#配方(纖維－膠乳－微膨脹):嘉華G級(jí)水泥+35%硅粉+4.25%BCS-020S+3%BCT-800L+6.3%BXF-200L+1.6%BXR-300+1.85%BXR-300LEX+0.33%G603。

表1 水泥漿性能參數(shù)Table 1 Performance parameters of cement slurry

2.3 水泥石抗腐蝕性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)

為了評(píng)價(jià)上述水泥漿體系的抗腐蝕能力，對(duì)這4個(gè)配方水泥漿成型后的水泥石進(jìn)行了不同時(shí)間的H2S和CO2腐蝕試驗(yàn)，測(cè)定其質(zhì)量、抗壓強(qiáng)度、滲透率和腐蝕深度，進(jìn)行環(huán)境電鏡定位掃描，觀察腐蝕前后內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化情況。

2.3.1 水泥石試驗(yàn)樣品制備

按上述篩選出的4個(gè)水泥漿配方配制成水泥漿，將水泥漿置于試模中，放在高溫高壓養(yǎng)護(hù)釜中，在90℃、21 MPa條件下養(yǎng)護(hù)48 h，取出后脫模、烘干。然后鉆成直徑為25 mm、長(zhǎng)度為30～40 mm的標(biāo)準(zhǔn)水泥巖心樣品各10塊，作對(duì)比試驗(yàn)。

2.3.2 水泥石H2S/CO2腐蝕試驗(yàn)

水泥石H2S腐蝕試驗(yàn)參照NACE TM 0177-96標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。試驗(yàn)溶液為CO2和H2S飽和溶液。

試驗(yàn)溶液配制方法:3.6 L蒸餾水用高純度N2除氧72 h，通入CO2氣體和H2S氣體至飽和，最后將試樣浸泡在該溶液中。在浸泡過(guò)程中，每隔一定時(shí)間通入H2S，以保持溶液H2S濃度飽和。水泥石腐蝕試驗(yàn)時(shí)間720 h，最后試樣取出烘干，再進(jìn)行性能測(cè)試分析。

2.4 水泥石H2S腐蝕試驗(yàn)結(jié)果分析

在水泥石經(jīng)過(guò)720 h的H2S腐蝕試驗(yàn)后，分別進(jìn)行了水泥石試樣的質(zhì)量、抗壓強(qiáng)度、滲透率、腐蝕深度、表面和內(nèi)部微觀組織結(jié)構(gòu)的對(duì)比分析。

2.4.1 水泥石質(zhì)量損失

在水泥石腐蝕前、后對(duì)試驗(yàn)樣品進(jìn)行了稱重，發(fā)現(xiàn)水泥石腐蝕后均發(fā)生了不同程度的質(zhì)量損失，其中2#配方和3#配方質(zhì)量損失相對(duì)較少，結(jié)果見表2。

表2 水泥石腐蝕前后質(zhì)量對(duì)比Table 2 Comparison of quality before and after cement corrosion

2.4.2 水泥石抗壓強(qiáng)度、滲透率和腐蝕深度變化

水泥石腐蝕后呈現(xiàn)出抗壓強(qiáng)度降低、滲透率升高和腐蝕深度加深的趨勢(shì)，但不同的配方變化的幅度不同，結(jié)果見表3。從數(shù)據(jù)看，隨著腐蝕時(shí)間的增加，腐蝕深度和滲透率均增加，抗壓強(qiáng)度減小，但減小速度較緩慢。

表3 水泥石腐蝕前后抗壓強(qiáng)度、滲透率和腐蝕深度對(duì)比Table 3 Comparison of compressive strength，permeability and corrosion depth before and after cement corrosion

2.4.3 水泥石腐蝕前后環(huán)境掃描電鏡對(duì)比

對(duì)水泥石試驗(yàn)樣品，在腐蝕前先進(jìn)行環(huán)境電鏡掃描，并對(duì)觀察點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記;待腐蝕試驗(yàn)完后，重新定位掃描觀察水泥石組織結(jié)構(gòu)變化情況，結(jié)果見圖1。

圖1 不同配方水泥石腐蝕前后內(nèi)部結(jié)構(gòu)環(huán)境掃描電鏡Fig.1 SEM of internal structure before and after corrosion of different formula cement

從圖1可以看出，4個(gè)配方水泥石都有腐蝕發(fā)生，但腐蝕程度不同。1#配方腐蝕前的水泥石水化好，大顆粒少;腐蝕后表面約50%被新生顆粒覆蓋，說(shuō)明腐蝕嚴(yán)重。2#配方腐蝕前的水泥石水化好，大小顆粒堆積好;腐蝕后顆粒均勻覆蓋，具有一定自封性。3#配方腐蝕前的水泥石微顆粒普遍，堆積緊密;腐蝕后，晶體小而均勻、致密，說(shuō)明抗腐蝕能力強(qiáng)。4#配方腐蝕前水泥石巖心柱邊部水化好、大顆粒少;腐蝕后晶體均勻分散，間隙被填充。

2.4.4 水泥石腐蝕深度預(yù)測(cè)

H2S和CO2腐蝕水泥石的過(guò)程是一個(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜的化學(xué)過(guò)程，故影響腐蝕速率的因素很多。主要影響因素有H2S和CO2分壓、溫度、pH值、流體的速率和組成(H2S、Ca2+、Mg2+、HCO3－、Cl－等)、水泥石的結(jié)構(gòu)和水化產(chǎn)物，以及腐蝕深度與腐蝕時(shí)間的關(guān)系等［4-5］。根據(jù)De Waard推導(dǎo)，水泥石腐蝕深度與腐蝕時(shí)間呈對(duì)數(shù)關(guān)系［10］，據(jù)此，對(duì)表3試驗(yàn)實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)回歸，可推導(dǎo)出4種不同配方形成的水泥石腐蝕深度與腐蝕時(shí)間的函數(shù)關(guān)系如下:

1#配方:hc=0.8718ln t+0.0722，

2#配方:hc=0.7068ln t+0.3686，

3#配方:hc=0.5636ln t+0.2791，

4#配方:hc=0.6104ln t+0.3335.

式中，hc為水泥石腐蝕深度，mm;t為腐蝕時(shí)間，d。

以目前川渝地區(qū)“三高”氣田完井井身結(jié)構(gòu)Φ215.9 mm井眼下Φ177.8 mm或Φ139.7 mm油層套管，或Φ152.4 mm井眼下Φ127 mm油層套管為例，利用上述回歸模型，計(jì)算可得出10 a(3650 d)后不同配方的水泥環(huán)腐蝕深度和腐蝕變化情況，結(jié)果見表4。

表4 理論計(jì)算水泥石10 a腐蝕深度Table 4 Theoretical calculation cement corrosion depth for 10 years

從表4計(jì)算結(jié)果可以看出，10 a后4個(gè)配方水泥環(huán)腐蝕深度在10 mm以下，腐蝕率小于67%，從理論上可以滿足“三高”氣井生產(chǎn)要求。但實(shí)際上，由于水泥環(huán)本身總存在一定的滲透空間，加之高溫、高壓等復(fù)雜井下工況條件，水泥環(huán)實(shí)際壽命可能要比理論推算的要短一些［4，6］。

綜合上述試驗(yàn)和理論分析，4個(gè)配方均具有良好的流變性、低滲和抗腐蝕性，但2#和3#配方的水泥石腐蝕后強(qiáng)度下降和滲透率增加較緩慢。從表面看，各水泥石表面腐蝕均顯著;從微觀結(jié)構(gòu)看，2#和3#配方的水泥石微觀結(jié)構(gòu)比其他水泥石微觀結(jié)構(gòu)緊湊，水化物分布均勻，微孔隙少，具有很強(qiáng)的自我密封性。因此，2#和3#配方具有良好的抗腐蝕性，配制成的水泥漿各項(xiàng)性能指標(biāo)也能滿足施工要求，可作為“三高”氣田固井推薦配方。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

將開發(fā)的上述水泥漿體系應(yīng)用于四川龍崗氣田，結(jié)合固井施工工藝和環(huán)空加壓候凝等技術(shù)措施［11］，固井過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)井漏，固井質(zhì)量得到明顯提升，特別是固井質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)率由過(guò)去的平均25.1%提高到56.86%。經(jīng)過(guò)完井試氣和6～12個(gè)月的檢驗(yàn)，沒(méi)有出現(xiàn)井口、喇叭口竄氣和環(huán)空帶壓現(xiàn)象，很好地解決了“三高”氣井固井難題。部分試驗(yàn)井結(jié)果見表5。

表5 龍崗氣田試驗(yàn)井固井質(zhì)量統(tǒng)計(jì)Table 5 Statistics of testing well cementation quality of Longgang gas field

4 結(jié)論

(1)套管環(huán)空水泥封固質(zhì)量和水泥石抗腐蝕性是“三高”氣田固井的核心。

(2)水泥中加入硅粉，可減少Ca的含量和常規(guī)水泥用量，限制H2S/CO2腐蝕反應(yīng);優(yōu)化顆粒級(jí)配技術(shù)可降低孔隙度和滲透率，提高水泥石防腐性;兩者有機(jī)結(jié)合可延長(zhǎng)水泥石抗腐蝕壽命。

(3)篩選出的低密度高早強(qiáng)水泥和纖維－膠乳－微膨脹水泥兩種水泥漿體系，具有良好的流變性和高抗腐蝕能力，配合使用，結(jié)合壓穩(wěn)設(shè)計(jì)，用于“三高”氣田固井可明顯提高固井質(zhì)量。

［1］GUO Xiao，DU Zhi-min，F(xiàn)U De-kui.What determines sour gas reservoir development in China［R］.IPTC 11422，2007.

［2］LECOLIER E，RIVEREAU A，F(xiàn)ERRER N，et al.Durability of oilwell cement formulations aged in H2S-containing fluids［R］.IADC/SPE 99105，2006.

［3］張景富，徐明，朱健軍，等.二氧化碳對(duì)油井水泥石的腐蝕［J］.硅酸鹽學(xué)報(bào)，2007，35(12):1651-1655.ZHANG Jing-fu，XU Ming，ZHU Jian-jun，et al.Corrosion of oilwell cement by carbon dioxide［J］.Journal of the Chinese Ceramic Society，2007，35(12):1651-1655.

［4］馬開華，周仕明，初永濤，等.高溫下H2S氣體腐蝕水泥石機(jī)理研究［J］.石油鉆探技術(shù)，2008，36(6):4-8.MA Kai-hua，ZHOU Shi-ming，CHU Yong-tao，et al.Corrosion to cement stone caused by H2S at high temperature［J］.Petroleum Drilling Techniques，2008，36(6):4-8.

［5］萬(wàn)偉，陳大鈞.水泥石防CO2、H2S腐蝕性能的室內(nèi)研究［J］.鉆井液與完井液，2009，26(5):57-59.WAN Wei，CHEN Da-jun.Laboratory studies on the resistance of set cement to corrosion caused by CO2and H2S［J］.Drilling Fluid＆Completion Fluid，2009，26(5):57-59.

［6］KRILOV Z，LONCARIC B，MIKSA Z.Investigation of a long-term cement deterioration under a high-temperature，sour gas downhole environment［R］.SPE 58771，2000.

［7］SHAARI N EI，SCOTT H Myers，RAGIB Dajani，et al.Applications of ultra low density，operationally simple，non-foamed cement slurries-case histories［R］.SPE 114143，2008.

［8］PHIL Rae，GINO Di Lullo.Lightweight cement formulations for deep water cementing:fact and fiction［R］.SPE 91002，2004.

［9］LAWS M，RIYAMI A，SOEK H，et al.Special cement system and cementing techniques improve zonal isolation in south Oman fields［R］.SPE 102414，2006.

［10］郭志勤，趙慶.抗腐蝕水泥漿體系研究［J］.石油鉆采工藝，2005，27(增刊):26-29.GUO Zhi-qin，ZHAO Qing.Research on corrosion proof cement system［J］.Oil Drilling＆Production Technology，2005，27(sup):26-29.

［11］MURRAY J R，ROBERT L D，RAMY N E.Transition time of cement slurries，definitions and misconceptions，related to annular fluid migration［R］.SPE 90829，2004.

(編輯 韓國(guó)良)

Cement systems for well cementation in gas fields with high pressure，high gas production rate and high sulfur concent

HUANG Hong-chun1，2，ZHENG Xin-quan3，LIU Ai-ping4
(1.College of Petroleum Engineering in China University of Petroleum，Beijing 102249，China;2.Drilling Research Institute of PetroChina，Beijing 100195，China;3.Petrochina Exploration＆Production Company，Beijing 100007，China;4.Offshore Oil Engineering of PetroChina，Tianjin 300451，China)

In view of the cementing difficulties in high production gas wells with high pressure and high sulfur content(three high)，related requirements for cement slurry were discussed.On the basis of the analysis of the cement corrosion mechanism，the antiseptic strategy for cement system in"three high"gas fields was proposed.An appropriate particle size distribution philosophy was used for different blending component of cement slurry to optimize the design of cement slurry formulation.Orthogonal experiments were conducted，and four kinds of formulation for two cement systems，the light-weight highstrength cement system and the fiber-latex-microdilatancy cement system，were screened out with densely packed cement sheath and favorable corrosion prevention capability.In addition，evaluation tests on the corrosion resistance of set cement against H2S and CO2were carried out，including the strength，permeability，loss in weight，corrosion depth and internal structure alteration before and after corrosion.The life span of set cement under corrosion was predicted in the light of the experimental data.The application results of Longgan gas field show that the qualification for cementing can be obviously improved by using the technology.Research results can be used to provide guidance for cementing in"three high"gas fields，and to prolong the life span of gas well.

"three high"gas field;cementing;cement slurry;set cement;cement corrosion

TE 256

A

10.3969/j.issn.1673-5005.2011.01.015

2010－10－6

國(guó)家科技支撐計(jì)劃“十一五”重點(diǎn)項(xiàng)目(2008BAB37B01)

黃洪春(1966－)，男(漢族)，江蘇宜興人，高級(jí)工程師，博士研究生，主要從事石油天然氣鉆井、固井完井技術(shù)方面的研究。

1673-5005(2011)01-0077-05