朱 黎，谢荣斌，史富全，隋成龙，许 迪

（1.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452；2.中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300452）

海上油田经过长期开采后，可采、易采储量不断减少，海洋石油的勘探开发已经向深井、高温井发展，各种油藏的埋藏情况也各不相同，尤其是岐口18 区块，油田埋藏深度深、地质情况复杂、地层温度高，经过前期开发之后，部分地层压力亏空，而未开采储层地层压力系数较高，呈现出地层压力垂直不均匀分布，给后期调整井固井作业带来了许多问题。

在高温井、深井固井作业中，普通水泥浆的强度会随着温度的不断上升而急剧衰退，导致水泥石变疏松，强度大幅度下降，不能有效地封隔地层，导致层间流体互相窜通。因此需用耐高温的水泥浆进行封固。在水泥中加入硅粉可有效地提高水泥石的热稳定性[1-3]。

同时部分油藏经过长期开采后，地层压力降低，用常规密度的水泥浆固井，容易造成地层漏失，水泥浆无法返到设计高度，达不到封固的目的。同时水泥浆密度过高，还将引起地层伤害，降低产能。因此，油田迫切需要耐高温、高强度的低密度水泥浆体系[4-6]。

针对此类深井、高温井、长井段封固井、地层压力亏空或地层破裂压力低四大问题并存的高难度作业井，新开发的硅粉-漂珠复合水泥浆体系，具有密度低、耐高温、流变性好、抗压强度高、稠化时间可调等优点，各性能均满足施工要求，有针对性的解决了技术难题，成功的满足了钻完井固井作业的要求。

1 硅粉-漂珠复合水泥浆体系

1.1 硅粉及其作用机理

硅粉是冶炼硅铁合金或硅金属过程中得到的副产品，以SiO2为主要成分的比表面极大、活性很高的硅质材料（见表1）。

表1 硅粉的化学组成

高温对水泥浆的强度影响极为严重，常规水泥浆体系强度衰退的平均温度为110 ℃左右。针对此类问题，在水泥中适当加入硅粉处理，随配伍比例和环境温度不同，可得到一系列热稳定性好、强度高、渗透率低的水化产物。例如：硅粉加量在35%左右，温度高于120 ℃，主要形成雪硅钙石；当温度高于150 ℃时，则主要形成硬硅钙石和少量白钙沸石。它们在400 ℃以内均稳定存在，从而达到减少自由水，增强流动性，降低渗透率的作用，提高水泥浆的耐高温性能。

1.2 漂珠及其作用机理

天然漂珠是煤粉在发电厂燃烧时形成的一种空心球体，成分以SiO2和Al2O3为主（见表2），密度在0.50～0.70 g/cm3。将其和水泥按照一定的比例混合后，能有效的降低水泥浆的密度。但是以往使用的天然漂珠水泥浆体系中，存在一定的缺陷，其耐压值最高为30 MPa，超过该压力后，漂珠会被压裂，水泥浆会进入漂珠内部，从而使水泥浆密度瞬间增加。同时天然漂珠粒径大小不同，一些大颗粒的漂珠由于承压能力差，随着压力的增加而提前破裂，造成水泥浆密度的急剧增加。

表2 漂珠的化学组成

最新优选的人造漂珠粒径分布均匀，并且其耐压值超过60 MPa；将其和水泥按照设计比例混合后，能够有效的降低水泥浆密度。并且人造漂珠的主要成分是SiO2，漂珠和水泥混合后，还能降低水泥中氧化钙和二氧化硅的摩尔比，提高水泥浆的高温稳定性。

1.3 复合水泥浆体系

因此用硅粉作高温稳定剂，人造漂珠为减轻剂，与G 级油井水泥混合，同时适当降低水灰比、提高水泥浆的黏滞性，使用合理的水泥外加剂提高硅粉、漂珠与水泥的相溶性，降低水泥浆失水和自由水。这样最终开发出的硅粉-漂珠复合水泥浆体系具有以下特点：（1）密度低；（2）强度高、滤失量低、析水为零；（3）稠化时间可调、流变性好；（4）耐高温。使得该水泥浆体系适用于：深井、高温井、长井段封固作业井、地层压力亏空井等多种复杂情况并存的固井作业井中。

2 现场应用

歧口18 油田处于歧南断阶带海四断层的下降盘，海四断层贯穿整个油田。主力油层分布在沙二段，埋深在3 000～3 300 m，均为砂岩和泥岩互层，压力在30～32 MPa，地层温度在120～125 ℃。常规岩心分析表明，储集层物性中等偏好，多数样品孔隙度17%～22%，渗透率100 mD 左右。油田于1997 年12 月正式投产，开发层段为沙二段和沙三段油层。投产初期采用4 口井进行衰竭开发。

最新完钻的P10 井244.48 mm 套管下深2 376.5 m，215.9 mm 井眼完钻井深为3 426 m，177.8 mm 尾管长度1 200 m。计划开发5 套油组，根据该井随钻测井、测压数据显示（见表3），已开发油层压力亏空明显。3 275 m处地层压力系数甚至低至0.62，而3 100 m 处地层压力系数大于1，地层压力分布不均，呈现两头高、中部低的趋势。地层温度约为120 ℃。若采用常规水泥浆体系固井，极易压漏地层，污染油层，无法有效的封固油层段。

表3 P10 井地层测试压力数据表

采用硅粉-漂珠复合水泥浆体系，再配合适当比例的添加剂：降失水剂、消泡剂、胶乳、分散剂、铁矿粉、纤维、悬浮剂等。最终的水泥浆体系性能为：领浆1、领浆2 和尾浆的密度均低至1.5 g/cm3；领浆的稠化时间347 min，尾浆的稠化时间为272 min；水灰比0.85 m3/t，API 失水为16，自由水含量0%，耐温160 ℃以上，1#领浆的裸眼附加量0%，2#领浆的附加量70%，尾浆的附加量70%。

固井作业结束，候凝48 h 后，从CBL 曲线可以看出（见图1），该水泥浆体系完美的封固了177.8 mm 尾管及油层段，为后续完井生产作业奠定了坚实的基础。

图1 P10 井固井设计图与固井质量曲线

3 结论与建议

硅粉-漂珠复合水泥浆体系具有以下优点：（1）加入一定比例的硅粉后，水泥浆体系耐温性能提高；（2）加入一定比例的漂珠后，有效的降低水泥浆密度；（3）适当的加入降失水剂、缓凝剂等外加剂，可获得较高性能的水泥浆；（4）API 高压失水低于50 mL，游离水近似为零；（5）水泥石强度高；（6）稠化时间可调，体系稳定性好，配伍性能好；（7）能有效的减少水泥浆对油气层的污染。

该水泥浆体系有效的克服了常规水泥浆体系的固有缺陷，几乎完美的解决了这种井深、长井段封固、高温、地层破裂压力低、地层压力亏空、地层压力垂直分布不均的井固井质量差的问题，特别保证了油气层套管固井质量。同时为了使该水泥浆体系在中海油海上固井中广泛应用和推广，还应加强以下工作：

（1）确定更加合理的漂珠加量。建立一套不同漂珠加量、不同水灰比下的密度及耐压强度的变化曲线。

（2）确定更加合理的硅粉加量。建立一套不同硅粉加量、不同水灰比下不同温度对应的水泥石强度的变化曲线。

（3）继续优化各种外加剂的加量，例如：降失水剂、缓凝剂、悬浮剂、分散剂等的加量，确保水泥浆体系在各种井况中始终处于最佳性能状态。