海洋深水固井水泥浆的难点问题及解决方法
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８ ６ 一 ■ 维修 改造
一
石 ２ ０ 油 和 化 工 设 备
１ ３ 年第 １ ６ 卷
海洋深水 固井水泥浆的难点 问题及解决方法
李静 杰
（ 大庆钻探 工程公司钻井生产技术服务二公司 ， 吉林 松原 １ ３ ８ ０ ０ ０ ）
［ 摘 要］ 本文从 多方 面探讨 了海洋深水 固井过程 中水合物分解 、浅流层 、水化放 热以及 费用高等 多个重要技术 问题 ，对深 水注水泥温度 的确 定、缩短候凝 时间、加强水泥石 的力学性 能等 方面提 出了要求。 ［ 关键 词］ 海洋深水 固井； 固井；水合 物；浅流层 ；温度
１ 深水 固井水泥浆的难 点问题
（ １ ）水合 物分 解 问题 水 合物 是深 海 领 域 最 主 要 的物 质 之 一 ，容量 体积较 为庞 大 。它 的主要 物质 是 固化 的甲烷 ，在 高 压和 常温 下 （ 不 高于 １ ８ ℃ ），水合 物稳定存 在 。一 旦 有 外 力推 动 ， 导致 水 合 物 发 生变 化 ，发 生 分 解 ¨】 可直接 导 致从 岩石 中释 放 大量气 体 ，在 重力 负 载或海 底地 震条件 下极 易 引发海底 地质灾 害 ，如 海 啸 、海 底滑 坡 等等 。 因此 必 须 采取 足 够 的安 全 措 施 。水合物 遇热会 发 生分解 ，由此 产生 的气体 是导 致井 眼扩 大 、水气 窜流 的直接 原因 。
温 度 对 水 泥 浆 有 着 重 要 的 作 用 。 温 度 一 般 分 为 井底 静 态 温 度 和 井 底 循环 温 度 。在 不 同温 度 下 ， 水 泥 凝 结 的 时 间 和 抗 压 强 度 会 发 生 巨大 变 化 ， 同 时 也 会 导 致 水 泥 浆 的流 动 性 、 失 水 性 变 弱 。根据 有 关 资 料 ， 目前确 定注 水 泥 浆 的温 度 由 以下 计算 公 式 决 定 ：首 先确 定井 底 静 止 温 度 （ 井 底静止 温度＝ 地表 温度＋ 地 温 梯 度 ×井 深 ） ，然 后 根据 循 环 温 度 和 井 底 静 止温 度 间 的关 系 求 解 出 井底 的循 环 温 度 。虽 然 该 公式 可 以求 解 出深 水 固
随着 全 球 对 能 源 需 求 的快速 增 长 ，发 达 国家 不 断 加 大 海 洋 深 水 油气 资 源 的开 采 。海 洋 深 水 油 气 资 源 的开 发 是 石 油工 业 的重 要研 究领 域 ，我 国 在 该 领 域 的 研 究 尚处于 起 步 阶 段 。深 水 固井 技 术 是 深 水 油 气 资源 开采 的关 键 环 节 ，但 我 国对 深 水 固井 技 术 的 掌握 与发 达 国家 相 比还 存 在 不 小 的差 距 。其 中 ，用 于 固井 的深 水 固井 水泥 浆 还 存 在 许 多亟 待解 决 的技术 问题 。
２ 海洋深水作业对 固井提 出的挑战
（ １ ）预测 深 水 固井 水泥浆 的温 度
（ ２ ）浅层流 问题 浅层 流 是 深 井 固井 中需 要 考 虑 的一 个 重 要 因 素 。如 果 水 泥 浆静 液 柱 产 生 的水 力静 压 力较 小 ， 无 法 支 撑 地层 流 体 的冲 击 ，浅 层 的 水流 或 气 体 就 会 冲 破 沉 积 层 ，侵 入 到 环 空 ， 导 致 海 床 遭 受 破 坏 ，形 成较 为严 重 的后 果 。据 有 关文 献 介 绍 ，一 般 浅层 流 产 生 的窜 流速 度 达 １ Ｏ ｍ ／ ｍｉ ｎ ，如 速 率再 高 很 可 能 造 成 海 床 下 陷 ，冲 毁 整 个 钻井 平 台 。 因 此 在 固井 时 需 要对 水 泥 浆 的体 系 进 行 充 分考 虑 ， 选 择 无 自由液 、无 降沉 的水 泥 浆 ，地层 要用 低 密 度体 系等 ，防止窜 流发 生 。 （ ３ ）水 化放 热 问题
（ ４ ）费用 问题
水 合 物存 在 于 深 水 水 合 物 层 固 井 ，所 以只 得 采用 比一 般 性 能 更好 的 固井 液 材 料 ， 造成 改变 材 料 和 工 艺 措 施 ，使 固井 液 成 本 和 固 井 作业 费用 成 倍 上 升 。 同时 ，在 固井 作 业 中成 本 最 高 的是 钻 井 装 置 的租 金 费 用 ，如 能有 效 缩 短 建 井 周 期对 于 降 低 工 程 成 本 具 有 很大 作 用 。在 整 个 工 艺流 程 中 ， 深 水 水 合 物 层 、 固井 水 泥 的候 凝 时 间 有 一个 很 大 的提升 空 问。
，
率 不尽 相 同 。如 果 在 深 水 固井 时 ，不 注 意选 择 合 适 的水 泥 浆 体 系 ，会 造 成水 泥 浆 水 化 放 热变 快 ， 从而引发水泥浆整体温度升 高。一旦水泥浆温度 升 高 ，水 化 速 率 就会 加快 ， 引起 水 合 物 的 分解 ， 最 后在 某 处 形 成 异 常 高压 ，容 易 造 成 井 喷 的危 险 情 况 。基 于 这 一 问题 ， 不少 专 家 开 发 了一 系列 水 泥浆 体 系 ：如 泡 沫 水 泥 、微 珠 水 泥 、液态 交 替 填 充水 泥 等 ，为 解 决水 化 放 热 问题 提 供 了有 力 的理 论途径 。
作者 简介 ：李静杰 （ １ ９ ７ ６ 一），男，本科学历 ，工程师。现在
大庆钻探工程公司钻技二公司从事井控 方面的研 究工作 。
不 同 的水 泥 浆 体 系 可 得 水 泥 浆 水化 放 热 的速
第８ 期
李静杰 海洋 深水 固井水泥浆的难点问题 及解决方法
一 ７一Βιβλιοθήκη Baidu
井 水 泥 浆 的温 度 ，但 与 实 际情 况 的温 度 值 相 差较 大 ，主 要 原 因是 由海 流 、海 水 深 度 以及 井 口尺 寸 等 变 动 因素 造 成 的 。 因此 亟 待 解 决 使 用 高 新 科 技 手 段确 定深 水 固井水 泥 浆温度 的 问题 。
一
石 ２ ０ 油 和 化 工 设 备
１ ３ 年第 １ ６ 卷
海洋深水 固井水泥浆的难点 问题及解决方法
李静 杰
（ 大庆钻探 工程公司钻井生产技术服务二公司 ， 吉林 松原 １ ３ ８ ０ ０ ０ ）
［ 摘 要］ 本文从 多方 面探讨 了海洋深水 固井过程 中水合物分解 、浅流层 、水化放 热以及 费用高等 多个重要技术 问题 ，对深 水注水泥温度 的确 定、缩短候凝 时间、加强水泥石 的力学性 能等 方面提 出了要求。 ［ 关键 词］ 海洋深水 固井； 固井；水合 物；浅流层 ；温度
１ 深水 固井水泥浆的难 点问题
（ １ ）水合 物分 解 问题 水 合物 是深 海 领 域 最 主 要 的物 质 之 一 ，容量 体积较 为庞 大 。它 的主要 物质 是 固化 的甲烷 ，在 高 压和 常温 下 （ 不 高于 １ ８ ℃ ），水合 物稳定存 在 。一 旦 有 外 力推 动 ， 导致 水 合 物 发 生变 化 ，发 生 分 解 ¨】 可直接 导 致从 岩石 中释 放 大量气 体 ，在 重力 负 载或海 底地 震条件 下极 易 引发海底 地质灾 害 ，如 海 啸 、海 底滑 坡 等等 。 因此 必 须 采取 足 够 的安 全 措 施 。水合物 遇热会 发 生分解 ，由此 产生 的气体 是导 致井 眼扩 大 、水气 窜流 的直接 原因 。
温 度 对 水 泥 浆 有 着 重 要 的 作 用 。 温 度 一 般 分 为 井底 静 态 温 度 和 井 底 循环 温 度 。在 不 同温 度 下 ， 水 泥 凝 结 的 时 间 和 抗 压 强 度 会 发 生 巨大 变 化 ， 同 时 也 会 导 致 水 泥 浆 的流 动 性 、 失 水 性 变 弱 。根据 有 关 资 料 ， 目前确 定注 水 泥 浆 的温 度 由 以下 计算 公 式 决 定 ：首 先确 定井 底 静 止 温 度 （ 井 底静止 温度＝ 地表 温度＋ 地 温 梯 度 ×井 深 ） ，然 后 根据 循 环 温 度 和 井 底 静 止温 度 间 的关 系 求 解 出 井底 的循 环 温 度 。虽 然 该 公式 可 以求 解 出深 水 固
随着 全 球 对 能 源 需 求 的快速 增 长 ，发 达 国家 不 断 加 大 海 洋 深 水 油气 资 源 的开 采 。海 洋 深 水 油 气 资 源 的开 发 是 石 油工 业 的重 要研 究领 域 ，我 国 在 该 领 域 的 研 究 尚处于 起 步 阶 段 。深 水 固井 技 术 是 深 水 油 气 资源 开采 的关 键 环 节 ，但 我 国对 深 水 固井 技 术 的 掌握 与发 达 国家 相 比还 存 在 不 小 的差 距 。其 中 ，用 于 固井 的深 水 固井 水泥 浆 还 存 在 许 多亟 待解 决 的技术 问题 。
２ 海洋深水作业对 固井提 出的挑战
（ １ ）预测 深 水 固井 水泥浆 的温 度
（ ２ ）浅层流 问题 浅层 流 是 深 井 固井 中需 要 考 虑 的一 个 重 要 因 素 。如 果 水 泥 浆静 液 柱 产 生 的水 力静 压 力较 小 ， 无 法 支 撑 地层 流 体 的冲 击 ，浅 层 的 水流 或 气 体 就 会 冲 破 沉 积 层 ，侵 入 到 环 空 ， 导 致 海 床 遭 受 破 坏 ，形 成较 为严 重 的后 果 。据 有 关文 献 介 绍 ，一 般 浅层 流 产 生 的窜 流速 度 达 １ Ｏ ｍ ／ ｍｉ ｎ ，如 速 率再 高 很 可 能 造 成 海 床 下 陷 ，冲 毁 整 个 钻井 平 台 。 因 此 在 固井 时 需 要对 水 泥 浆 的体 系 进 行 充 分考 虑 ， 选 择 无 自由液 、无 降沉 的水 泥 浆 ，地层 要用 低 密 度体 系等 ，防止窜 流发 生 。 （ ３ ）水 化放 热 问题
（ ４ ）费用 问题
水 合 物存 在 于 深 水 水 合 物 层 固 井 ，所 以只 得 采用 比一 般 性 能 更好 的 固井 液 材 料 ， 造成 改变 材 料 和 工 艺 措 施 ，使 固井 液 成 本 和 固 井 作业 费用 成 倍 上 升 。 同时 ，在 固井 作 业 中成 本 最 高 的是 钻 井 装 置 的租 金 费 用 ，如 能有 效 缩 短 建 井 周 期对 于 降 低 工 程 成 本 具 有 很大 作 用 。在 整 个 工 艺流 程 中 ， 深 水 水 合 物 层 、 固井 水 泥 的候 凝 时 间 有 一个 很 大 的提升 空 问。
，
率 不尽 相 同 。如 果 在 深 水 固井 时 ，不 注 意选 择 合 适 的水 泥 浆 体 系 ，会 造 成水 泥 浆 水 化 放 热变 快 ， 从而引发水泥浆整体温度升 高。一旦水泥浆温度 升 高 ，水 化 速 率 就会 加快 ， 引起 水 合 物 的 分解 ， 最 后在 某 处 形 成 异 常 高压 ，容 易 造 成 井 喷 的危 险 情 况 。基 于 这 一 问题 ， 不少 专 家 开 发 了一 系列 水 泥浆 体 系 ：如 泡 沫 水 泥 、微 珠 水 泥 、液态 交 替 填 充水 泥 等 ，为 解 决水 化 放 热 问题 提 供 了有 力 的理 论途径 。
作者 简介 ：李静杰 （ １ ９ ７ ６ 一），男，本科学历 ，工程师。现在
大庆钻探工程公司钻技二公司从事井控 方面的研 究工作 。
不 同 的水 泥 浆 体 系 可 得 水 泥 浆 水化 放 热 的速
第８ 期
李静杰 海洋 深水 固井水泥浆的难点问题 及解决方法
一 ７一Βιβλιοθήκη Baidu
井 水 泥 浆 的温 度 ，但 与 实 际情 况 的温 度 值 相 差较 大 ，主 要 原 因是 由海 流 、海 水 深 度 以及 井 口尺 寸 等 变 动 因素 造 成 的 。 因此 亟 待 解 决 使 用 高 新 科 技 手 段确 定深 水 固井水 泥 浆温度 的 问题 。