石油圈
“十二五”期间，中国海洋石油总公司（简称中国海油）固井业务主要集中在中国近海、伊拉克和印度尼西亚等区域。在作业过程中出现了一系列固井技术难题，如：南海西部高温高压气井和深水油气井、南海东部大位移井水平井、东海低孔渗深井、渤海浅层气和疏松砂岩衰竭油藏保护、印度尼西亚高温高压防漏防腐以及伊拉克高压盐膏层防漏防窜等。对此，中国海油研发出新型固井添加剂、水泥浆体系、水泥浆评价仪器和固井装备，同时在高温高压水泥环完整性、深水低温低密度水泥石强度、浅层低温防气窜、高压盐膏层防水窜等固井技术方面取得突破性进展，实现了由高温高压探井到高温高压气田开发井的跨越，由浅水向超深水的跨越，由油气井水泥环短期防窜到全生命周期防窜的跨越。
1“十二五”固井面临的主要挑战
1.1复杂高温高压井
（1）地层温度高于200℃，如LD10-1-1井，最高井底温度达到210℃，最大压力超过120MPa，对水泥浆和前置液的热稳定性提出更高要求；
（2）高含酸性腐蚀性气体，如印度尼西亚BD高温高压气田开发井，CO2含量为6.5%，H2S含量为0.6%，地层孔隙压力当量高达1.89g/cm3；莺琼盆地气田CO2含量为14.3%～72%。高含酸性腐蚀性气体的气田开发，对水泥浆的顶替效率和防腐性能要求较高；
（3）环空间隙小，压力窗口窄，容易漏失。LD8-1-7井采用6层非常规尺寸套管井身结构，298.45mm（113/4in）尾管固井环空间隙最小处只有2.9mm；250.83mm（97/8in）套管下到位后，使用0.3m3/min的排量进行循环即发生漏失，由于慢速混浆注替，固井连续施工长达近12h。窄环空、窄压力窗口井段固井，对水泥浆的流动性和防漏堵漏能力提出较高要求。
1.2复杂超深水井
（1）泥线温度最低达到2℃左右，低温下水泥石强度发展慢，影响下部钻进；
（2）安全密度窗口窄，常规深水井安全窗口小于0.12g/cm3。若钻遇异常高压地层，甚至会出现负压力窗口，可能发生上漏下涌，造成地下井喷；
（3）在特殊情况下钻遇至含气体水合物地层，水泥的放热反应容易引起水合物分解气化，造成环空气窜；
（4）南海西部海域钻遇的深水及超深水中，下部还存在高温高压气，温度高达150℃左右，地层压力当量高达1.9g/cm3左右，使得一口井中同时面临着表层深水和下部高温高压的双重挑战。
1.3浅层气井
（1）浅层岩性疏松、承压能力低，导致压力窗口窄，压稳控制难；
（2）浅部地层温度低，水泥浆水化速度慢，水泥石早期强度低，加剧了气窜的风险；
（3）表层环空容积大、顶替效率低、封隔上部浅层气的水泥浆受钻井液伤害严重，难以保证水泥石的良好胶结；
（4）地层松软，固井水泥环的围压小，固井后的套管试压和震动容易引起水泥环破裂，造成气密失效。
1.4多压力体系高压盐膏层井
（1）伊拉克米桑油田的夹层盐水孔隙压力高达2.25g/cm3，安全压力窗口小于0.12g/cm3，水泥浆液柱压力压稳难，岩盐蠕变速度快；
（2）压力过渡带隔层薄，隔层仅厚5m，隔层上下地层流体压差高达33MPa，水泥环封隔困难，容易窜流；
（3）盐膏层厚，封固段长，水泥浆上下“同凝”困难大，水泥浆抗盐能力要求高。
2“十二五”固井技术主要成果
2.1高温高压水泥环完整性固井技术
开发出3套关键固井技术，解决了高密度钻井液顶替效率低和固井水泥浆失返、气窜、腐蚀、应力破坏等影响水泥环完整性的技术难题。
（1）顶替效率提高技术。研发出一套黏度受温度变化影响小的平流变高效加重清洗液。温差150℃下，屈服值（YP）变化小于3Pa，塑性粘度（PV）变化小于0.02Pa·s；
（2）水力尖劈堵漏固井技术。发明了裂缝宽度随压差变化而变化的堵漏评价仪，研发出了水溶纤维PC-B62和颗粒级配硬性材料PC-B66，砂泥岩地层承压可提高3.5MPa以上；
（3）五防水泥浆技术。发明了水泥石应力破坏模拟评价装置，研发出一套防漏、防窜、防腐、防温度变、防压力变的五防水泥浆体系。体系抗温BHST230℃，现场应用的最高水泥浆密度达2.45g/cm3，机械静胶凝强度48～240Pa过渡时间小于20min，3mon腐蚀深度小于0.5mm，弹性模量为3～6GPa，自修复水泥石通过带压有机气体60min后，气体通过量减少95%以上。
该技术体系在南海DF13-1气田的7口井中进行应用，固井全部质量优良，实现了双高、定向井100%环空零带压，解决了开发井井口带压难题；同时在印度尼西亚BD区块的高温高压高含硫气田中也进行了使用，1.98g/cm3水泥石在150℃×40MPa、复合分压280kPa的H2S和3.71MPa的CO2的水相腐蚀环境下，30d后抗压强度增加，3mon腐蚀深度小于0.5mm，第三方测试结果表明，该体系防腐性能优于竞标的其他国际服务公司。
2.2深水、超深水固井技术
开发出PC-LoCEM低温、高早强、防气窜水泥浆。该水泥浆在温度低至2.6℃的超低温深水环境，24h抗压强度超过3.5MPa；开发出PC-LoLET低密度水泥浆技术，最低密度达0.9g/cm3，24h抗压强度超过7MPa，24h水化放热小于100kJ/kg。“十二五”期间，中国海油完成26口井深水井固井，最大水深达1700m，固井一次成功率为100%，产层固井质量优质率为100%。
2.3复杂盐膏层固井技术
研发出KCl高早强、抗盐水泥浆。与常规的NaCl水泥浆相比，抑制盐溶能力更强，盐水浓度对稠化时间影响更小，水泥浆强度发展到3.5MPa的时间缩短2h左右，24h抗压强度提高近32%，有利于减少蠕变和提高防窜能力。
形成了“地层流体压稳和盐岩蠕变压稳”双压稳固井工艺。构建了水泥浆失重后环空液柱压力模型，保证固井候凝过程中有足够的浆柱压力压稳地层流体；通过测量盐膏层的蠕变速率，比较环空间隙缩小至19mm和水泥浆发展到3.5MPa的时间，保证高压盐膏层水泥环厚度不小于19mm，提高了盐膏层的封固质量。
“十二五”期间，顺利完成近30口多压力体系的高压盐膏层固井作业。
2.4浅层气固井技术
研发出适合浅层气固井的前置液技术、水泥浆技术。
（1）PolySpacer隔离液技术。开发出悬浮稳定剂PC-S30S和流型调节剂PC-S31S。其中PC-S30S具有降失水、提黏和抗钻井液伤害的作用，PC-S31S用于调节低剪切速率的剪切应力，在5.1s-1剪切速率下，剪切应力可由2Pa至7Pa任意调节，有利于调配出适用于大环空固井的高壁剪切应力的隔离液；
（2）PC-RESIN抗伤害防气窜树脂水泥浆技术。该水泥浆抗伤害能力强，孔隙率低、韧性好，能有效防止作业过程中由于震动或者套管试压等导致微间隙的出现，从而避免气窜现象的发生。该技术在渤海BZ34-1区块600～1000m的浅层气井广泛应用，现场固井质量良好。
2.5室内试验评价技术
研发3套行业先进的评价仪器：
（1）发明了裂缝宽度随压差变化而变化的动态裂缝堵漏仪，用于评价固井隔离液和水泥浆提高砂泥岩的承压能力；
（2）开发出第三代稠化仪，该仪器为行业体积最小、质量最轻、操作维护最方便的无电位计式便携式稠化仪，方便现场进行复核实验；
（3）发明了一套水泥石应力破坏模拟评价装置，用于模拟评价生产期间温度和压力变化对水泥环的伤害程度。
2.6关键水泥添加剂
开发出9种水泥添加剂，初步构建出从低温到高温的COCEM体系。添加剂主要为合成产品，较以前产品相比，广谱性、稳定性和经济性更好。
（1）缓凝剂：耐温260℃的PC-H50L、大温差缓凝剂PC-H100L、高温缓凝增效剂PC-H20；
（2）降失水剂：耐温260℃的PC-G90L；
（3）多功能防气窜剂：防窜降失水剂PC-G86L、防腐防气窜剂PC-RS10L、防窜增强剂PC-GS12L、低弹模自修复防气窜剂PC-SH1；
（4）高效分散剂：抗盐、弱缓凝的高效分散剂PC-F46L。
2.7固井设备
合作研发出：
（1）600～1000HHP“5+3”大排量固井双机8缸泵；
（2）深水远程控制固井泵系统；
（3）“3+3”6缸电驱固井泵。
这些设备的研制成功，提高了固井设备的自动化程度和可靠性，降低了作业噪声。
3固井技术发展趋势
（1）国际油价预期今后几年仍会低位运行，降本增效是未来固井主旋律。广谱、稳定、经济的固井添加剂和功能材料的系列化、规范化是降本增效的重点和国际化的关键；
（2）勘探领域逐渐向“两深”和“两新”拓展，即深水、深层、极地新区和非常规新领域，需要研发超低温、超高温和经济型韧性水泥浆体系；
（3）老油气田越来越多，水淹油气藏和环空带压问题日益突出，研发智能堵水水泥浆提高采收率、非水泥基防窜浆挤堵气窜的微环空间隙是解决老油田问题的新途径；
（4）安全环保日益重视，环空水泥浆由短期防窜到全生命周期防窜转变，今后将更加注重水泥改性技术、水泥环寿命预测技术和井下功能固井工具的研发。
版权声明|来源：《石油科技论坛》，作者：罗宇维等，版权归原作者所有。
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