适合海上低渗气田水平井固井的柔性水泥浆体系研究

赵慧(中海油田服务股份有限公司湛江分公司油田化学事业部，广东 湛江 524057)

适合海上低渗气田水平井固井的柔性水泥浆体系研究

赵慧(中海油田服务股份有限公司湛江分公司油田化学事业部，广东 湛江 524057)

海上低渗气田水平井固井的特殊性，要求一种能够满足开发、实现经济效益的柔性水泥浆体系用于固井。本文简单的介绍了一种柔性水泥浆体系具有较好的机械性能，在初始粘稠度、稠化时间、失水量、流变性、抗压强度等方面能够满足基本需求，为柔性水泥浆体系的构建提供借鉴。

海上气田；低渗气田；水平井；柔性水泥浆

油气资源是一种战略性的不可再生资源，油气资源开发关系到国民经济发展能源需求能否得到满足，关系到社会经济正常稳定发展和人民生活。我国海上油气资源十分丰富，近年来海上油气田水平井的数量激增。低渗透油气田渗透率低，产量较小，需要压裂措施提高生产能力，海上的此类油田若想要达到理想的经济效益，常规的开发方式难以满足需求，需要配合合适的固井技术提高低渗透气田的开发价值。本次研究试探讨适合海上低渗气田水平井固井的柔性水泥浆体系构建思路。

1 低渗油气田固井水泥石评价

低渗油气田开发通常采用水平井钻井结合压裂完井方式进行,这需要钻井、固井、射孔和压裂多程序有机配合，如何在射孔以及后期增产措施中保证固井水泥石的完整性，是开发能否成功的关键。为寻求一种理想的固井水泥浆评价体系，需要做好水泥浆体系的评价。一般情况下，水泥凝固比较脆，胶结、剪切、抗冲击能力较差，与此同时油井固结井壁的水泥环比较薄，容易受频繁的机械作用，出现破裂、密封环性能下降情况，影响油气田的开发。水泥的硬脆是油井水泥环在复杂井下工况中失效的主要原因，故需要改善油井的水泥石力学性能，赋予其形变能力，增加抗冲击破碎性能，应对应力集中带来损害。目前用于水泥浆性能评价的体系指标主要包括密度、初始粘稠度、稠化时间、失水量、流变性、抗压强度等，除这些传统的评价指标外，还需要增加封隔性能、模拟射孔水泥石性能等指标的评价[1]。以水泥浆的封隔性能为例，水泥浆水固化过程中常常有明显的体积收缩，体积收缩是导致流体窜通的主要原因，体积收缩是水泥浆水化后体积小于水化前颗粒的体积所致，收缩对固化水泥石的机械特性有显著的影响，从而影响固井其他机械性能，影响使用寿命，最终影响有效开发。开展封闭隔离验窜监测，需要利用专用的仪器，该仪器能够实现高温下的验窜试验，与计算机连接起来，直接读取数据，操作简单，结果直观可靠。

2 水泥浆体系研究

水平井固井的设计关键在于两方面：①固井作业中，保证水平井水泥浆能够高效的顶替与置换，以充分充填井眼环空，保证水泥石与界面的良好胶结；②固井作业结束后，射孔、压裂过程中，能够维持水泥石的完好性，确保水泥石能够承受高速剧烈冲击，维持水平段封隔的完整性，保障压裂作用顺利开展[2]。要达到以上要求，便需要高稳定性、无自由液、高柔性、低滤失的水泥浆。海上油气田主要技术指标包括以下几个方面：①水泥浆密度1.5～1.9 g/cm3可调；②流变性φ300＜300；③沉降稳定性＜0.06 g/cm3；④稠化时间满足施工要求，水泥石24小时强度＞16.0MPa；⑤壁面胶结性能提高率＞30%；⑥封隔效果大于10MPa/m。

经过常规筛选优化，确立了1.5～1.9 g/cm3柔性水泥浆的基本配方体系。以1.5～1.9 g/cm3型号为例，基本配方为100%G级水泥＋22%减轻剂＋12%PF-2增强剂＋0.5%EXP-1膨胀剂＋45%淡水＋6.0%CG88L降滤失剂＋0.4%CF44L分散剂＋0.7% H21 L-M缓凝剂＋1.0%CJ56L稳定剂＋0.8%CX601L消泡剂＋

5.0 %胶乳＋0.2%S.Smm杜拉纤维＋6%MCSEAL孔隙支撑剂＋

0.2 %偶联剂，而后对水泥浆体系进性能测试。结果显示如下表1。同时进行稳定性、稠化时间、抗射孔冲击能力、胶结性能、封隔性能的评价，结果显示性能较好，但距离前文提到的技术指标仍存在一定的差距。先进行了因素分析，分析试验温度对稠化时间的影响，以温度为例，55、60、65℃下，水泥浆的稠化时间逐渐下降趋势，稠度先上升后下降[3]。而后分析缓凝剂对水泥浆稠化时间的影响，结果显示在0.15、0.18、0.25、0.38、0.50% H2IL缓凝剂添加量下，体系稠化时间不断上升，初始稠度先上升后下降。同理研究显示，升温时间、压力、停开机都会对稠化性能存在显著影响。我们还分析了水泥浆滤液对油气储层的影响，结果显示SATRO防水锁定剂添加量直接影响滤液表面张力，会导致水泥浆滤液表面张力、水泥浆滤液界面张力下降，与已有水泥浆体系相比较，其抗冲击强度达到2.98KJ/m2，符合技术标准。研究显示，在采用高效降滤失剂控制滤失与自由液并通过调节分散剂和缓凝剂来满足施工性能的情况下,采用胶乳、纤维和孔隙支撑剂可改善水泥石的抗冲击性能后,可以得到的水泥浆体系较稳定，具有较好的流变性、极低的滤失，较好的强度[4]。

表1 不同水泥浆密度的流变与失水性能对比

3 结语

水泥浆的流变性能、稠化时间、沉降稳定性能等，能够通过缓凝剂、分散剂和消泡剂进行调节,设计者需要充分考虑开发需求、环境条件对固井的要求，合理的配比，优化水泥浆体系。

[1]于永金,靳建洲,齐奉忠.功能性固井工作液研究进展[J].钻井液与完井液,2016(04):1-7.

[2]张凯,李明,刘小利,胡光辉,魏周胜,郭小阳.国内外小井眼固井技术研究现状[J].钻采工艺,2015(02):23-26+7.

[3]郑凯,李明,刘小利,李早元,郭小阳.多分支井固井完井技术研究进展[J].钻采工艺,201,(06):36-38，50，3.

[4]孙清德.国外高温高压固井新技术[J].钻井液与完井液,

2001(05):13-17.