許迪，侯冠中，席江軍，和鵬飛，邊杰

（1.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津　300452；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津　300452）

自修復(fù)水泥漿技術(shù)在渤海淺層氣固井中的應(yīng)用

許迪1，侯冠中1，席江軍1，和鵬飛2，邊杰2

（1.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300452；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津300452）

在鉆井作業(yè)過程中，如果發(fā)生淺層氣井噴，將帶來較為嚴(yán)重的結(jié)果，尤其在海上鉆井作業(yè)中，井噴嚴(yán)重時會造成地表處的碗形塌陷，船只和平臺損失等。渤海25-1B平臺淺部區(qū)域存在氣層，為保證固井質(zhì)量，實現(xiàn)淺層氣的有效封固，通過自修復(fù)水泥漿體系的選擇、優(yōu)化水泥漿柱設(shè)計，工程應(yīng)用中固井前、固井中以及固井后確保壓穩(wěn)系數(shù)、精準(zhǔn)水泥漿附加量計算和失水控制，有效實現(xiàn)B2井的淺層氣段固井作業(yè)。

淺層氣；固井；自修復(fù)；漿柱設(shè)計；渤海

眾所周知，水泥環(huán)空氣體竄槽對油氣田開發(fā)將造成非常嚴(yán)重的影響：產(chǎn)能降低、套管腐蝕、地下水污染、注水開采工藝受限等等［1-5］，一旦發(fā)生氣竄，即使花費(fèi)大量的人力、物力和時間來擠水泥，也很難修復(fù)到不發(fā)生氣竄的封固狀態(tài)。對于淺部地層來說，淺層氣是表層固井的主要難點，淺層氣固井作業(yè)中首要的應(yīng)對策略主要是壓穩(wěn)：要求固井前、固井中以及固井后都滿足壓穩(wěn)要求［6-8］。BZ25-1B平臺調(diào)整井作業(yè)，因平臺附近淺部地層存在大量淺層氣，首次采用自修復(fù)水泥漿體系。

1　作業(yè)背景及基本數(shù)據(jù)

BZ25-1B平臺已鉆開發(fā)井表明，在淺層和明化鎮(zhèn)存在氣層，淺部氣層井段為垂深350 m～950 m。推測BZ25-1B2井可能鉆遇淺層氣，在隨后的鉆井中也證實了存在淺層氣且最高氣含量高達(dá)16％。

1.1井身結(jié)構(gòu)

BZ25-1B2井身結(jié)構(gòu)（見圖1）。

圖1　BZ25-1B2井井身結(jié)構(gòu)

圖2　BZ25-1B2氣全量及C1含量

1.2淺層氣含量

BZ25-1B2氣全量及C1含量（見圖2），氣全量最高達(dá)到了25％以上。

2　淺層氣固井關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1自修復(fù)水泥漿體系的選擇

自修復(fù)水泥漿體系主要作用機(jī)理是在防氣竄水泥漿體系基礎(chǔ)上，自修復(fù)水泥漿體系內(nèi)含遇油氣膨脹的特種水泥添加劑，氣體上移過程中會與該添加劑發(fā)生一系列的物理化學(xué)變化使水泥漿內(nèi)的通道因漿體膨脹而減小直至消失從而壓穩(wěn)地層，防止氣竄的發(fā)生。即從水泥漿凝固前和水泥石受損產(chǎn)生裂縫后兩方面防止氣體的運(yùn)移或上竄，從而解決淺層氣井固井氣竄問題。另一方面，由于水泥漿自身特性，凝固期間存在失重現(xiàn)象，因此，固井工程方面一般采用雙凝水泥漿體系，以減少或避免水泥漿失重時水泥漿不能壓穩(wěn)地層帶來的影響。

自修復(fù)水泥漿體系是油田化學(xué)研究院針對渤海淺層氣井研發(fā)的新型水泥漿體系。推薦自修復(fù)水泥漿配方：SD“G”+32.58％混合材+SW 76.4％+2.25％PCG74L+1.8％PC-A92S+0.9％PC-A93L+1.12％PCF45L+0.337％PC-衛(wèi)輝消泡劑+0.67％恒信緩凝劑。

室內(nèi)水泥漿稠化性能（見圖3），現(xiàn)場化驗稠化時間，稠化時間復(fù)核基本一致，水泥漿性能較穩(wěn)定。

圖3　室內(nèi)大樣水泥漿稠化時間曲線（T=264 min）

2.2水泥漿柱設(shè)計

單筒雙井B2井，13-3/8″表層鉆至1 048 m，泥漿密度1.05 g/cm3，表層套管下深1 046.25 m，上層隔水導(dǎo)管下深93 m，水泥漿設(shè)計采用雙凝水泥漿體系，領(lǐng)漿采用自修復(fù)水泥漿體系，設(shè)計返高至93 m，環(huán)空封固高度272 m，尾漿采用漂珠低密度體系，設(shè)計返高至365 m，環(huán)空封固高度683 m。水泥漿漿柱結(jié)構(gòu)（見圖4）。

圖4　BZ25-1B2漿柱結(jié)構(gòu)

3　工程應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)

淺層氣井應(yīng)對策略主要是壓穩(wěn)，即要求固井前、固井中以及固井后都滿足壓穩(wěn)要求。

3.1確保壓穩(wěn)系數(shù)

面對淺層氣井這一難點，首先提出表層套管固井也要考慮壓穩(wěn)系數(shù)。壓穩(wěn)系數(shù)是衡量水泥漿漿柱結(jié)構(gòu)是否能夠壓穩(wěn)地層的重要指標(biāo)，壓穩(wěn)系數(shù)大于1表示水泥漿可壓穩(wěn)地層。

通過調(diào)整水泥漿漿柱結(jié)構(gòu)，BZ25-1B2井壓穩(wěn)系數(shù)經(jīng)過計算為1.24，滿足壓穩(wěn)要求。

3.2控制水泥漿失水及稠化時間

對于淺層氣井，水泥漿失水越低越好，本井所用水泥漿失水性能均控制在30 mL以內(nèi)，優(yōu)化后的自修復(fù)水泥漿API失水為17.6 mL，達(dá)到淺層氣固井對失水性能的要求。

稠化時間方面，由于采用了雙凝水泥漿體系，所以從時間方面減少了水泥漿失重帶來的影響。

現(xiàn)場大樣復(fù)核首漿自修復(fù)水泥漿稠化時間為313 min，到達(dá)40 Bc時間為258 min；尾漿稠化時間為240 min。即在尾漿稠化硬化之前，尾漿開始失重但首漿始終提供靜液柱壓力以壓穩(wěn)地層減少因尾漿水泥漿失重帶來的影響；尾漿稠化硬化以后，尾漿已具備一定壓穩(wěn)地層的能力后，此時首漿漿柱才開始硬化產(chǎn)生失重現(xiàn)象，但影響已大大降低甚至幾乎不存在。

3.3精準(zhǔn)水泥漿附加量

性能優(yōu)良的水泥漿是保證固井質(zhì)量的關(guān)鍵因素，對現(xiàn)場施工來說，設(shè)計水泥漿附加量的準(zhǔn)確性，保證優(yōu)良水泥漿性能得以充分發(fā)揮，則是固井的成敗所在。

由于測井儀器、鉆井目的等問題，表層套管從沒進(jìn)行過測井作業(yè)，無法直接提供井徑大小，因此表層套管附加量就成了固井作業(yè)的難點。

一般情況下，表層套管水泥漿附加量為100％，但這個數(shù)據(jù)不能作為本井水泥漿附加量的唯一參考依據(jù)，否則很可能存在作為自修復(fù)水泥漿體系的領(lǐng)漿被頂替到導(dǎo)管內(nèi)。出現(xiàn)本該有自修復(fù)體系的水泥漿段被尾漿漂珠體系代替，如此一來就失去了采用自修復(fù)水泥漿體系封固淺層氣井段的意義，同時還為后續(xù)作業(yè)埋下安全隱患。

3.3.1示蹤材料摸索水泥漿附加量針對B2井表層井深達(dá)到了1 048 m，附加量不好確定，自修復(fù)水泥漿上返高度可能與設(shè)計高度存在偏差這一關(guān)鍵問題。通過在鉆井短起下鉆時投示蹤材料，打鉆期間通過多次掃稠塞核對附加量等方法，估算出平均水泥漿附加量在80％左右。

3.3.2依據(jù)鉆井規(guī)律調(diào)整水泥漿附加量依據(jù)鉆井規(guī)律，上部井眼擴(kuò)大率大于底部井眼，應(yīng)加大首漿水泥漿附加量，適當(dāng)調(diào)整自修復(fù)水泥漿封固段，以滿足自修復(fù)水泥漿體系在環(huán)形空間中的封固高度。

3.3.3反算法確定最終水泥漿附加量在前面兩種對策的基礎(chǔ)上，再采用反算法確定最終水泥漿附加量。

加大沖洗液、隔離液用量，設(shè)計前置液體積等于上層導(dǎo)管內(nèi)的體積，并在前置液中加入帶有可辨識顏色的加重材料鐵礦粉，這樣一來，等沖洗液返出井口時即可確定自修復(fù)水泥漿頂部已滿足設(shè)計要求，即可停止頂替，結(jié)束固井作業(yè)。

3.4混合水配制

從配方性能最優(yōu)化方面考慮，兩種水泥漿體系一般情況下對應(yīng)的是兩種混合水的配制。

但現(xiàn)場作業(yè)空間有限，無法使用2個35 m3水罐用于配制水泥漿混合水；同時為防止鉆井液污染混合水，不建議在泥漿池配制混合水；并且固井作業(yè)的特殊性，不能在注完首漿后再重新配制尾漿混合水。

為成功實施此次自修復(fù)水泥漿體系封固淺層氣井段，在滿足施工條件、水泥石強(qiáng)度要求的情況下，優(yōu)化水泥漿配方，在配制混合水配制方面，除了緩凝劑加量不同外，兩個水泥漿體系的混合水配方要求一致便于現(xiàn)場操作。這樣一來，固井前配好混合水，注水泥施工時依據(jù)進(jìn)度在首漿體系中單獨加入少量緩凝劑即可輕松完成混合水的轉(zhuǎn)變，達(dá)到固井設(shè)計的要求。

4　現(xiàn)場應(yīng)用效果

固井結(jié)束候凝24 h后，在單筒雙井井口用氣體探測儀僅發(fā)現(xiàn)極少量殘余淺層氣，推測是前置液中含有的部分氣體，在后續(xù)作業(yè)的一個月時間內(nèi)，每天不間斷定時監(jiān)測，未發(fā)現(xiàn)淺層氣的竄漏。說明該水泥漿體系具有良好的防氣竄性能，自修復(fù)水泥漿體系封固淺層氣井段應(yīng)用成功。

5　結(jié)論

（1）表層淺層氣固井同樣需要考慮壓穩(wěn)系數(shù)，尤其是在使用自修復(fù)水泥漿體系和漂珠水泥漿體系時，壓穩(wěn)系數(shù)的精確計算顯得尤為重要。

（2）精確掌握自修復(fù)水泥漿體系的稠化時間，綜合平衡領(lǐng)漿和尾漿交替稠化時帶來的失重影響。

（3）對于淺層氣固井，控制失水是關(guān)鍵，水泥漿失水越低越好，優(yōu)化后的自修復(fù)水泥漿API失水為17.6 mL，完美的滿足了淺層氣固井對失水性能的要求。

（4）自修復(fù)水泥漿體系成功應(yīng)用于BZ25-1B2淺層氣井，對淺層氣井固井有良好的效果。該體系穩(wěn)定，現(xiàn)場化驗復(fù)核基本一致，總體性能優(yōu)良，建議在今后的淺層氣井中大力推廣使用。

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Application of self-repairing cement technology in Bohai

XU Di1，HOU Guanzhong1，XI Jiangjun1，HE Pengfei2，BIAN Jie2
（1.Tianjin Branch of CNOOC Ltd.，Tianjin 300452，China；2.CNOOC EnerTech-Drilling&Production Co.，Tianjin 300452，China）

Shallow gas well spray can cause serious consequences，especially in the offshore drilling，will lead to surface collapse，drilling platforms and ship crashes.There is shallow gas in the area of Bohai 25-1B platform，in order to ensure the quality of well cementation，the effective cement of shallow gas is realized.Including the choice of the self repair of the cement slurry system，optimization of cement slurry column design，calculate the coefficient of stability，precision cement slurry and water loss control，effective realization of shallow gas well cementing operation in B2 well.

shallow gas；cement；self-repairing；cement column design；Bohai

TE254.4

A

1673-5285（2016）08-0032-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.08.008

2016-06-20

許迪（1987-），工程師，2010年畢業(yè)于重慶科技學(xué)院石油工程專業(yè)，長期從事海上鉆完井監(jiān)督技術(shù)工作。