委内瑞拉ANACO区块气井固井难点及对策

张维滨，马志贺李建华，刘　勇，张春梅，霍明江

（1.中国石油海洋工程有限公司渤星公司，天津300451；2.长城钻探工程有限公司固井公司，辽宁盘锦124010）

委内瑞拉ANACO区块气井固井难点及对策

张维滨1，马志贺2李建华1，刘勇1，张春梅1，霍明江1

（1.中国石油海洋工程有限公司渤星公司，天津300451；2.长城钻探工程有限公司固井公司，辽宁盘锦124010）

张维滨等.委内瑞拉ANACO区块气井固井难点及对策[J].钻井液与完井液，2016，33（2）：84-87.

委内瑞拉ANACO区块地层破裂压力梯度低，有高压水层和低压气层，环空容易发生气窜，并含有H2S和CO2，呈泥质砂岩。基于以上认识，ANACO区块固井的复杂性主要源于水泥基材料固有的缺陷和地层条件的多变性，正确认识地质条件对固井的影响和选择合适的固井材料、工艺措施是解决固井难题的基本出发点。针对该地区地质因素，从分级注水泥、双密度或多密度水泥浆体系工艺上、水泥浆及外加剂选择等方面进行了研究；同时结合现场固井状况进行了对策方案归纳，并对腐蚀深度和防气窜性能进行实验探索。结果表明，研发的防窜防腐蚀水泥浆最低密度为1.2 g/cm3，且上下密度差低于0.03 g/cm3，游离液接近0，抗压强度高，渗透率低；通过引入防腐蚀材料BCE-750S后，硅酸盐水泥石在7、30和60 d的腐蚀深度大大降低，能够解决当地环空气窜、含有H2S和CO2酸性气体等问题。

低密度水泥浆；分级注水泥；环空气窜；固井；委内瑞拉

ANACO地区位于委内瑞拉东部盆地，那里的气田具有极为复杂的井况：①破裂压力梯度低、有高压水层和低压气层；②一些地层存在微裂缝，在钻井过程中存在漏失；③含有H2S和CO2，呈泥质砂岩，这些砂岩中有页岩夹层，具有圈闭水汽[1]。以上复杂的地质因素和井况，对固井封固提出了很高的要求。因此，针对委内瑞拉ANACO气田的固井技术难题，形成了一套适合该区块复杂气井固井的水泥浆技术，能够解决当地环空气窜、含有H2S和CO2酸性气体等问题。

1　地层压力层系复杂

1.1问题分析

ANACO地区大部分构造目的地层压力异常特征突出，有低压气层和高压水层，普遍存在地层压力高低相间、交互出现的情况。复杂的地层压力系统使得固井过程中经常出现漏层和垮塌层在同一裸眼井段并存的情况，出现漏喷共存、水泥浆安全密度窗口窄、地下流体活跃等问题。

1.2对策研究

保持井筒和地层之间的压力平衡是解决压力层系复杂问题的根本，也是对裸眼段进行良好封固的保证。固井工艺的主要技术对策有：分级注水泥、双密度或多密度水泥浆体系等；在水泥浆方案的设计上，可采用低密度水泥浆体系、高密度水泥浆体系、防漏水泥浆体系、合理的前置液设计等结合。

2　井下漏失问题分析及对策

2.1问题分析

ANACO油田的Mesa组地层为松散含水砂砾岩，钻井和固井过程中极易发生漏失。Freites组地层为泥岩地层，由于蒙脱石、伊利石等黏土矿物水化膨胀和分散，易发生缩径和垮塌。

2.2对策研究

1）确定地层承压能力。根据实钻资料，充分了解地层三压力曲线情况；根据水力学，准确计算当前钻具组合条件下的环空摩阻，确定地层承压能力或井底漏失压力。

2） 判断漏层位置。根据钻进过程中的漏失记录，结合固井前的密度测井曲线，可准确地判断漏失层位置。

3）优化固井设计。确定合理的施工参数，水泥浆性能参数（尤其是合理的水泥浆密度），通过专业软件对井底地层承压能力的模拟计算等。

4）优选水泥浆体系。水泥浆要有较好的防漏能力和相容性，具有良好的直角稠化性能（RAS）。因为φ177.8 mm尾管段存在低压层，而钻井液的密度只有1.05 g/cm3。虽然低密度水泥浆本身不具备防漏功能，但是可以降低静液柱压力。

低破裂压力梯度和循环漏失问题是设计低密度水泥浆的关键因素，设计低密度水泥浆的难点是水泥浆在比较低的密度时仍具有良好的沉降稳定性、流变性和相容性。中油渤星公司的低密高强水泥浆体系是根据颗粒线性紧密堆积模型和固体悬浮模型，建立胶凝材料微观模型进行设计的，通过理论与实验选用具有活性矿物组分和能参与水泥水化反应的多种超细材料进行合理的颗粒级配[2-3]，减少物料颗粒间的充填水和表面的润滑水提高水泥浆单位体积中固相含量，以形成更加致密的水泥石。主要性能特点为： ①水泥浆最低密度可达1.2 g/cm3；②水泥浆的抗压强度在同等条件下可以达到常规密度水泥浆的抗压强度；③水泥浆上下密度差可低于0.03 g/cm3，游离液低，接近0；④水泥石致密，渗透率低，密度为1.30 g/cm3高强度低密度水泥浆在70 ℃养护下渗透率低至0.24×10-6μm2。密度为1.30 g/cm3的高强水泥石断面见图1。

图1　密度为1.30 g/cm3的高强水泥石断面

3　环空气窜问题分析及对策

3.1 影响因素分析

天然气井固井都存在潜在的气窜问题，最严重的气窜就是井眼失控造成井喷，最轻微的后果是井口增加一定的压力[4]。固井后气窜是多因素综合作用的结果，主要包括水泥浆体积收缩和胶凝引起水泥浆静液柱压力大幅度下降，钻井液和水泥浆窜槽，水泥石受温度、压力变化引起水泥环力学失效[5]。

3.2对策研究

1）提高顶替效率。固井前对钻井液配方进行调整，提高套管居中度，选择合适的水泥浆体系，合适的接触时间、根据井下条件选择顶替流态等。

2）防气窜工艺措施。防气窜工艺措施有井口加回压、振动固井、膨胀尾管固井、限制水泥浆返高、多级固井等。

3）水泥浆体系。胶乳水泥浆具有以下优点。①良好的失水控制和防漏失能力。乳胶粒径在0.05～0.50 µm之间，水泥浆形成滤饼时，胶粒挤塞、填充于水泥颗粒间的空隙中使滤饼的渗透率降低。②防气窜性能。胶乳能稳定地分散在水泥浆中并成膜，且小粒径乳胶颗粒能够填充于水泥颗粒间的空隙，堵塞通道，降低渗透率，具有极佳的防气窜性能。胶乳水泥浆的典型防窜实验曲线见图2。③良好的水泥浆稳定性。胶乳水泥浆体系中胶乳颗粒具有良好的充填效果。④改善水泥石性能。⑤胶乳中大量表面活性剂的存在，能够改善水泥与套管和井壁的胶结质量。胶乳水泥石和纯水泥石弹性模量及抗压强度对比结果见表1。

图2　胶乳水泥浆防窜性能

表1　不同水泥石弹性模量及抗压强度的对比

4　酸性气体

4.1问题分析

ANACO区块储层流体普遍存在酸性气体，主要是H2S和CO2，一般都是同时存在。酸性气体对水泥环的密封要求更高，需要致密、防腐蚀能力强的水泥石进行封固。

4.2对策研究

酸性气体能腐蚀水泥石并对其结构产生破坏的根本原因在于水泥水化产物本身及水泥石的微观结构。目前国内外主要从以下2方面提高水泥浆防腐蚀能力[6-8]：①改变或改善水泥体系，抑制酸性气体的腐蚀：哈里伯顿公司的Thermalock（非水泥基础）水泥，不含氢氧化钙、硅酸钙，含有铝酸盐水化合物、磷酸钙水化合物、类似硅酸钙硅酸铝的云母粉等；②降低水泥石渗透率，减缓腐蚀速度，如可以改善水泥石内部微观结构的粉煤灰水泥浆体系，可以提高水泥石抗NaHCO3腐蚀能力的胶乳水泥浆体系，中油渤星公司开发的可用于低密度和高密度水泥浆体系的防腐材料BCE-750S，斯伦贝谢公司基于CemCRETE颗粒级配技术的EverCRETE水泥浆体系和哈里伯顿公司的低渗透致密水泥浆体系等。掺有BCE-750S防腐蚀材料的水泥浆和普通硅酸盐水泥浆腐蚀深度对比见图3和图4。由图3和图4可知，引入中油渤星公司的防腐蚀材料BCE-750S后，普通硅酸盐水泥石在7 d、30 d和60 d的腐蚀深度大大降低。

图3　硅酸盐水泥浆不同时间下的腐蚀深度（1.90 g/cm3）

图4　BCE-750S水泥浆不同时间下的腐蚀深度（1.90 g/cm3）

5　应用情况

AM0123井是委内瑞拉东部盆地ANACO区块的一口天然气井，设计井深为3 880 m。一开井段钻进约为600 m，主要岩性以黏土岩和砂岩为主；二开钻进至3 100 m，岩性以泥岩和砂岩为主；三开挂φ177.8 mm尾管下深为3 800 m，进入地层Oficina，尾管悬挂器在井深3 000 m处，地层岩性以泥页岩和砂岩为主。

三开井段存在高温高压、酸性气体和环空气窜等复杂井况，采取了以下技术措施：①根据井下情况充分调整钻井液性能，在保证井眼稳定的情况下，使钻井液具有良好的流动性。②合理加入扶正器，使套管具有良好的居中度。③采用一次上返的低密度水泥浆体系，密度为1.50 g/cm3，可以减小地层承压、防止漏失，而且加入的减轻增强材料BXE-600S可以使水泥石变得致密，具有良好的防腐蚀性能。④在水泥浆中加入防气窜剂BCT-800L胶乳和硅石粉，防止了环空气窜和强度衰退。水泥浆性能见表2，水泥浆配方如下。

委内瑞拉B级水泥+35%硅粉+35%减轻增强材料BXE-600S+10%防腐蚀材料BCE-750S+1.8%降失水剂FL-34+6%胶乳BCT-800L+0.6%抑泡剂D50+0.4%减阻剂BCD-210L+0.14%缓凝剂BXR-200L+0.01%消泡剂G603+92.5%水

表2　三开尾管固井用水泥浆配方及其性能

施工及测井：现场固井作业依次注入3 m3冲洗隔离液、15 m3水泥浆，然后替浆、碰压，环空憋压5 MPa候凝。整个施工过程顺利，没有发生漏失，测井结果良好。

6　结论

1.ANACO区块固井的复杂性主要源于水泥基材料固有的缺陷和地层条件的多变性，正确认识地质特点、把握好地层条件对固井的影响是制定合理的工艺措施、设计优质水泥浆方案的基础，是将固井工作做好的前提。

2.通过三压力曲线、计算环空摩阻以及合适的固井施工参数等措施来确定合理的固井工艺，同时使用性能良好的高强低密水泥浆体系，可以提高地层的承压能力，防止漏失发生。

3.ANACO气田存在的环空气窜和酸性气体难题，采用防窜防腐蚀水泥浆体系，该体系不仅可以满足现场固井施工要求，还可以防止环空窜流和腐蚀深度的增加，能够解决ANACO区块的天然气井固井问题。

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Solutions to Difficulties Met in Gas Well Cementing in Block Anaco (Venezuela)

ZHANG Weibin1, MA Zhihe2, LI Jianhua1, LIU Yong1, ZHANG Chunmei1, HUO Mingjiang1
(1. Tianjin China Petroleum Boxing Engineering Technology Co., Ltd., Tianjin 300451, China; 2. Cement Branch of the CNPC Greatwall Drilling Company, Panjin, Liaoning 124010, China)

Drilling in the Block Anaco, Venezuela has encountered downhole problems such as low formation fracturing pressure gradient, high pressurized formation water and low pressure gas zones, as well as gas channeling in annulus, often accompanied by H2S and CO2. Lithology of formations where these problems have been met is argillaceous sandstone. It has been ascertained that troubles met in the cementing operations in this block come from cement and the variety of formation conditions. Solutions to these problems lie in the correct understanding of the effects of geological conditions on well cementing and selection of proper cementing materials and technology. Studies on stage cementing, dual-density or multi-density cement slurries and the selection cementing additives have been conducted. Experiments on corrosion depth and gas channeling prevention have been done. The studies and experiments reveal that the minimum density for anti-channeling anti-corrosion cement slurry is 1.2 g/cm3, and the density difference between the top and bottom of the cement column shall not be greater than 0.03 g/cm3. Free water should be near 0, and the set cement should have high compressive strength and low permeability. Use of corrosion inhibitor BCE-750S in cement slurry of common silicate cement greatly reduced the 7 d, 30 d and 60 d corrosion depths in the set cement, solving the gas channeling in annulus and H2S/CO2problems in the Block Anaco.

Low density cement slurry; Stage cementing; Gas channeling in annulus; Well cementing; Venezuela

TE256.3

A

1001-5620（2016）02-0084-04

10.3696/j.issn.1001-5620.2016.02.018

张维滨，工程师，1986年生，毕业于西南石油大学石油工程专业，现在从事固井技术研究工作。电话 15822014690；E-mail：zhangwb01@cnpc.com.cn。

（2015-11-06；HGF=1601C11；编辑王超）