海洋深水表层固井水泥浆体系浅析

田径（中海油田服务股份有限公司油田化学事业部深圳作业公司，广东 深圳 518000）

海洋深水表层钻井需要人力和物力的支持，在钻井的过程中需要高昂的作业费用，如何采取措施降低作业成本并顺利的完成钻井工程是我国海上油田开发企业亟待解决的问题。固井是钻井工程的关键，固井过程的优劣直接影响整体的钻井工程的施工进度，在海洋深水表层固井的过程中受到环境温度、地质条件和水泥浆性能的影响，整体工程面临着巨大的挑战，钻井工程的负责人应全面了解海洋深水表层的性质并提出固井方案以促进钻井过程的顺利进行，据此本文探究海洋深水固井面临的挑战和固井水泥浆体系和性能是具有现实意义的。

1 海洋深水固井面临的挑战

1.1 环境温度低

环境温度低是海洋深水固井面临的挑战之一，随着海水深度的增加，海水的温度在逐渐变低，当水深到达一定值时温度变低且保持恒定，对深水层固井带来困难。对于固井使用的水泥浆来说，环境温度低促使水泥浆稠化速度变慢，在规定时间内难以保证凝固的质量，增加了作业时间，增加了海上作业成本。

1.2 受到浅层流的危害

海洋深水表层结构复杂，在钻井的过程中会受到高压浅层流的影响，促使海洋深水表层固井工作难以开展且易造成高压浅层流的喷发，对施工人员的健康和工作的进展起到抑制作用。在海洋深水表层使用水泥浆进行固井操作时受到时间的限制，水泥浆的“稠化”时间过长易出现严重的浅层流喷发现象，给钻井工程带来一定的风险。

1.3 天然气水合物的易燃性

海洋深水表层存在易燃易爆的天然气水化物，在低温高压的环境下极易发生爆炸事故，海洋深水表层环境符合其爆炸的条件，人为因素是不可控的，海洋深水表层的施工人员误把明火投入其中会对整个钻井工程的开展造成威胁，例如堵塞排气管和导管的问题，对钻井施工造成不可逆转的影响。

1.4 低地层的破裂

海洋深水表层具有地质条件疏松和承受压力小的特点，当钻井达到一定的深度时，地层会因难以承受过大的压力而造成钻井液和水泥浆的漏失，导致钻井工程的不能顺利进行。

1.5 水泥浆易出现气窜

海洋深水表层的地质和环境等较为恶劣，在钻井施工的过程中难以保证水泥浆和钻井液等不漏失，而且水泥浆具有易水化和易“气窜”的特点，在深水表层的地层中极易出现浅层气，在泵注水泥浆的过程中，经常出现水泥浆压不稳地层，从而导致地层中浅层气上窜或者气侵水泥浆，影响固井作业。

1.6 井口下沉

海洋深水表层常采用将套管放入其中的方法进行固井，在固井的过程中为保持平衡，施工人员采用加入高密度垫浆的方法将套管放入正确的位置，向泵中注入水泥浆的过程中，套管会受到来自外界不同的力，长此以往会造成海洋深水井的井口下沉，为海洋深水表层固井带来难度。

2 海洋深水表层固井水泥浆体系的探究

2.1 低温低密度水泥浆体系

水泥浆是海洋深水井固井过程中必不可少的材料，针对低温环境下固井易造成水泥浆水化速度慢的问题，笔者建议使用低温低密高强水泥作为原材料，在水泥浆中充气以获取低密度的水泥，获取的低温低密度水泥在固井的过程中可根据环境的变化为变化，满足不同环境下固井操作的需要，有效的提高了海洋深水表层固井的效率和质量。

通过对常规钻井的固井过程分析发现：大多数的固井过程使用较为普遍的G 级水泥，固井效果好且成本较低，是常规井固井最重要的原材料，但该类水泥在低温的环境下不易凝固，难以实现对海洋深水表层的固井操作，针对以上问题，油田开采的负责人员应根据海洋深水表层的性质研制出具有特殊性质的水泥，以满足在5-10℃的低温环境下使用，通过对不同水泥类型的配比混合研究发现：将G 级水泥、特种水泥和超细水泥进行配比混合可有效提高海洋深水表层固井的效果，通过多次实验确定使用T5水泥作为建立低温低密度水泥浆的原材料。

受到环境的影响，水泥浆中易造成水分的流失和抗压能力的降低，根据海洋深水表层的特点，在固井过程中应使用带有大量泡沫的水泥浆，防止固井过程中出现危险，因此在获取低温低密度的水泥浆时，应在施工现场进行测试并确定最佳的水灰比，以得到具有稳定泡沫的水泥浆，在制造泡沫水泥浆的过程中，操作人员需在制作时多加水分，以满足泡沫的产生条件，通过多次配比实验决定使用水灰比为0.1的水泥浆以形成稳定的泡沫。低温低密度水泥浆的制作过程相对复杂，配置的过程中不允许出现任何差错，配置水泥浆的负责人员应在了解和掌握水泥浆使用条件的基础上完成。

海洋深水表层固井水泥浆体系必须具备抗压水平高、隔热性能佳和适应低温环境的特点，基于对水泥浆原材料和水泥浆制作过程中水灰比的确定，笔者建议在海洋深水固井过程中使用T5水泥为原材料，在水灰比为0.1的条件下混合完成泡沫低温低密度水泥浆，不同环境下使用该类型水泥浆时可通过添加“漂珠”等材料匹配固井所需要的类型，以最大程度的完成固井施工。

2.2 低温低密度水泥浆体系的性能

通过对海洋深水表层的特性分析可知：建立符合固井条件的水泥浆体系是提高钻井工程效率和质量的有效路径，针对低温低密度水泥浆体系，笔者探究其具有以下几种性能：低温稠化性能、常温稠化性能、防止出现浅流层的水泥浆性能和抗压性能。

低温稠化性能：通过对海洋深水表层的环境探究可知，海洋深水表层具有温度低的特点，在规定的时间内使用常规的水泥浆时难以完成固井操作，而在一定的时间范围内使用低温低密度的水泥浆可有效的凝固，确保在使用水泥浆固井的过程中不会出现由于水泥浆长时间无法凝固而降低工作效率的问题。在建立水泥浆的过程中通过加入不同种类的缓凝剂和促凝剂保证水泥浆的凝固时间在可控制的范围内，通过多次实验确定了建立固井水泥浆体系所需要的缓凝剂和促凝剂，并通过测试过程中的数据确定了低温低密度水泥浆体系的低温稠化性能。

常温稠化性能：水泥浆体系不仅要具备低温稠化性能，还要具有良好的常温稠化性能，由于获取固井水泥浆的过程需要在常温的环境下进行，要求在低温和常温环境下建立的固井水泥浆体系，在加入缓凝剂的过程中具有较小的差距，目的是不影响加入促凝剂的效果，因此获取的海洋深水表层固井水泥浆体系不仅具有常温稠化的性能，还具有低温稠化的性能，最大程度的提高了海洋深水表层的固井效果。

防止出现浅流层的水泥浆性能：海洋深水表层固井极易受到浅层流的影响，在高压的环境下造成的井喷等对工作人员的身心健康造成威胁，在满足低温稠化和常温稠化的条件下，使用低温低密度水泥浆进行固井操作可有效减少钻井过程中出现的井喷和导管堵塞等问题，降低海洋深水表层中出现浅流层而造成的危害。

抗压性能：海洋深水表层存在大量的天然气水合物，天然气水合物在特定的环境下遇到明火会造成较为严重的爆炸事故，对工作人员的身体健康造成伤害，在配置固井水泥浆的过程中加入能够调节水泥浆性质的化学物品可有效的提高水泥浆的抗压性能，提高海洋深水表层固井的效果。

3 结语

综上所述，探究海样深水表层固井水泥浆体系和性能是必要的。海洋深水表层固井操作受到环境的影响较大，在固井的过程中会出现很多的问题，针对海洋深水表层固井环境温度低、水泥浆易受到浅层气的危害、地层条件疏松的特点，本文分析了以上特点对海洋深水表层固井带来的挑战，并基于此探究低温低密度水泥浆体系和性能，希望为同样研究该领域的学者提供资料参考。