新型抗高温聚合物/胶乳防气窜水泥浆体系在南海流花深水区块的应用

罗俊丰　张伟国　廖易波　宋茂林（.中海石油（中国）有限公司深圳分公司，广东深圳　58067；.中海油服油田化学事业部深圳作业公司，广东深圳　58067）

新型抗高温聚合物/胶乳防气窜水泥浆体系在南海流花深水区块的应用

罗俊丰1张伟国1廖易波2宋茂林2
（1.中海石油（中国）有限公司深圳分公司，广东深圳518067；2.中海油服油田化学事业部深圳作业公司，广东深圳518067）

针对南海流花深水区块的油气层具有井底温度高、渗透性好等特点，研制出了一种新型的适用于深水油气层固井的抗高温聚合物/胶乳防气窜水泥浆体系。通过室内实验，给出了适用于不同温度下的水泥浆体系配方，并对其常规物性、流变性和防气窜性能进行了评价。现场应用结果表明，该水泥浆具有抗高温、低滤失量、防气窜等特点，应用的3口深水井油气层段固井质量全优。

深水固井；聚合物/胶乳水泥浆体系；防气窜

深水油气层段的固井质量及其封隔耐久性，直接关系到深水油气井的生产寿命，对整个深水油田的开采会产生重大的影响。气窜主要发生水泥浆由液态转化为固态的过程中，水泥浆难以保持对气层的压力或由于水泥浆窜槽等原因造成胶结质量不好，气层气体窜入水泥石基体，或进入水泥与套管或水泥与井壁之间的间隙中造成层间互窜甚至窜至井口［1］。但是随着对气窜机理认识的不断深入，人们也意识到了固井后的诸多工程工艺措施也会使本来未发生气窜的井发生气窜，诸如在水泥浆未完全凝固时对套管试压因压力突变致使套管变形，而地层、水泥环以及套管三者不能同时协调变形，不可避免地会产生微环隙，从而形成难以愈合的气窜通道。套管环空固井水泥发生气窜须具备以下2个前提条件：（1）油气层的天然气有进入套管与井壁之间环形空间的通道；（2）天然气进入环形空间后，环空须存在向上的气窜通道。为防止水泥浆凝固过程中发生气窜，笔者研究了一种新型的适用于深水油气层固井的抗高温聚合物/胶乳防气窜水泥浆体系。

1　聚合物/胶乳水泥浆防气窜机理

1.1气窜形成原因

气窜成因主要有以下3种。

（1）桥堵。水泥浆顶替到位后，由于不断地向地层滤失，造成水灰比严重下降，改变了水泥浆本身稳定性的同时，导致水泥浆静液柱压力不能有效作用于气层而发生气窜。

（2）水泥浆胶凝失重。水泥自身是一种胶凝物质，在物理化学作用下，水泥浆开始水化和胶凝，水泥颗粒逐渐形成网架结构；随着胶凝结构的逐渐形成和胶凝强度的不断增加，水泥浆柱的部分重量悬挂在井壁和套管壁上，从而降低了作用于气层的有效环空静液柱压力，如果此时环空静液柱压力与气窜阻力叠加之和小于地层压力则将发生气窜。

（3）界面胶结差。由于水泥浆顶替效率不高使得钻井液滤饼、稠钻井液以及水泥浆与钻井液掺混物留存于井壁，严重影响水泥浆与地层或套管的胶结质量，进而导致气窜发生。

1.2防气窜机理

采用聚合物/胶乳能够提高水泥浆流动阻力，并能在井壁形成滤饼。选择适当的聚合物与桥塞剂是研究该水泥浆体系的关键：水泥浆在水化凝固初期，水泥颗粒之间的孔隙较大，如果其内的“游离水”能够充满，保证水泥充分水化，并且生成的水化产物将充填到水泥颗粒之间的孔隙，使水泥浆体系的渗透率降低从而降低气窜的风险［2］。

聚合物/胶乳水泥防气窜的基本原理是经微滤失后在水泥中形成非渗透膜。通过对该水泥浆体系剖析，其防气窜的方式为：水泥水化期间，在压差作用下成膜，即在水泥浆与套管（第一固井界面）、水泥与井壁（第二固井界面）接触的界面、水泥颗粒孔隙之间成膜；改善一、二界面胶结质量，阻止沿界面产生气窜的可能；并且由于胶乳颗粒的聚集和交联而自动封堵产生的孔隙，使气体不能继续窜入［3-4］。

2　聚合物/胶乳水浆体系研制及性能评价

为了设计深水高温条件下聚合物/胶乳水泥浆体系，并对其抗高温性能和防气窜性能进行评价，室内用G级油井水泥、硅粉、胶乳、PC-H40L缓凝剂等配制聚合物/胶乳水泥浆体系，进行了配方研制及相关性能评价实验。

2.1BHCT110 ℃/BHST130 ℃配方研制与筛选

BHCT110 ℃/BHST130 ℃体系的配方见表1，基本性能见表2。

表1　BHCT110 ℃/BHST130 ℃体系配方

表2　BHCT110 ℃/BHST130 ℃体系性能

由表1和表2可以看出，聚合物/胶乳水泥浆体系可以根据不同的作业需求进行稠化时间的调整，在3~8 h之间可调性强。由图1也可以看出，40~100 Bc的稠化过渡时间5 min，这样短的过渡时间可以保证气体来不及窜通层间，说明水泥浆体系具有良好的防气窜效果。从流变参数可以看出流变性良好，有利于水泥浆的泵送，降低井底ECD，抗压强度也可以达到固井要求。

2.2BHCT130 ℃/BHST162 ℃配方研制与筛选

BHCT130 ℃/BHST162 ℃体系的配方见表3，基本性能见表4。

图1　BHCT110℃/BHST130 ℃体系稠化曲线

表3　BHCT130℃/BHST162 ℃体系配方

表4　BHCT130℃/BHST162 ℃体系性能

由表4可见，PC-G84L、PC-GR5L和PC-H40L配伍性良好，降滤失剂增加能有效降低滤失量，但黏度有所增加；胶乳对水泥浆的流变性稍有影响，加量大时，对转读数稍有增加，对其他常规性能基本没什么影响，胶乳的主要作用是防气窜，对控滤失贡献不大；高温缓凝剂效果良好，可以有效调节水泥浆的稠化时间（图2）。

3　现场应用

聚合物胶乳水泥浆分别在南中国海A-X-X井、B-X-X井和C-X-X井中应用，结果表明，聚合物胶乳水泥浆的各项性能满足了深水油气层固井施工的要求，保证了深水井的固井质量。固井数据及固井质量图见表5、表6及图3、图4和图5。

图2　BHCT130℃/BHST162 ℃体系稠化曲线

表5　基本数据

表6　水泥浆性能

图3　A-X-X井Ø214.3 mm油层套管固井SBT图

图4　B-X-X井Ø177.8 mm尾管固井SBT图

图5　C-X-X井Ø214.3 mm油层套管固井SBT图

SBT测井结果表明，水泥浆界面胶结非常好，24 h固井质量优质。该水泥浆体系有利于提高深水产层段固井质量，在深水油气层固井有很好的应用前景。

4　结论

（1）当胶乳加量占水泥量的10%以上，才具有良好的防气窜等作用。

（2）现场应用表明，聚合物胶乳水泥浆体系在国内深水油气层固井作业中24 h固井质量全优，完全满足深水油气层的封固，具有较好的推广应用前景。

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（修改稿收到日期2014-12-31）

〔编辑张百灵〕

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”国家科技重大专项“南海北部陆坡（荔湾3-1及周边）深水油气田钻采风险评估及采气关键技术研究”（编号：2011ZX05056-001-03）；国家自然科学基金“海洋深水浅层钻井关键技术基础理论研究”（编号：51434009）。

罗俊丰，1967年生。1989年本科毕业，现主要从事海洋钻完井设计和作业方面的研究工作，高级工程师。电话：0755-26022281。E-mail：luojf@cnooc.com.cn。

2014-11-30）

引用格式：罗俊丰，张伟国，廖易波，等.新型抗高温聚合物/胶乳防气窜水泥浆体系在南海流花深水区块的应用［J］.石油钻采工艺，2015，37（1）：115-118.