GH-9型高温缓凝剂在胜利海上固井的应用

古峰 ,郑延华

中石化胜利工程有限公司固井技术服务中心  257064

摘要：最好的缓凝剂应该是在较开阔的温度区间都具有缓凝作用，而且稠化时间的长短还与其加量的多少成正比，并与各种油井水泥有很好的适应性，也与不同类型的其它外加剂配伍使用时，有很好的相容性。本文结合海上深井固井施工特点、难点，综合GH-9型高温缓凝剂化验室试验数据，对照现场使用情况，梳理出可供借鉴的海上中、深井固井施工高温水泥浆配方和施工方案。

关键词：高温缓凝剂；固井技术；中深井；胜利海上油田

1概述

缓凝剂的作用就是能够有效地延长或维持水泥浆处于液态和可泵性的时间。最好的缓凝剂应该是在较开阔的温度区间都具有缓凝作用，而且稠化时间的长短还与其加量的多少成正比，并与各种油井水泥有很好的适应性，也与不同类型的其它外加剂配伍使用时，有很好的相容性，也就是说，不影响水泥浆的其它性能，如增稠、增加静切力、有碍强度发展等，对指定配方的水泥浆，其稠化时间有很好的预测性和重复性。

胜利海域石油开发的深入发展，面向中生界、古生界的探井成为主流。2018年完成的海上钻探深井共有7口，进行深井固井施工9口次，其中超过4000m的井有5口、4500m以上的3口、5000m以上1口，最高井底温度171℃。海上固井施工常用的缓凝剂为欧博特SYH-1、中油渤星BCR-260L。SYH-1为中温缓凝剂的，应用范围在110℃以内，如果超出应用范围，会出现水泥浆“包芯”，浆体温度波动大的现象，稠化时间急剧缩短；BCR-260L为中高温缓凝剂，存在的问题为加两大，低温凝固时间长，满足不了大温差固井的需求。为了满足海上固井的需要，引进了GH-9型高温缓凝剂。

2GH-9型高温缓凝剂作用机理

GH-9高温缓凝剂，是用一种不饱和二元有机酸衣康酸(又称亚甲基丁二酸)和另外一种带有磺酸基团的乙烯单体AMPS(又称2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸)在引发条件下聚合反应制成。 GH-9型高温缓凝剂中的双羧酸基团和磺酸盐基团与铝酸三钙和硅酸三钙的反应，通过吸附、螯合、分散和润湿等作用，在水泥水化初期通过扩散双电层分散水泥颗粒，在水泥颗粒表面与钙离子形成溶剂化膜，优先吸附于铝酸三钙减缓了水化作用，表现了很强的缓凝作用，而对硅酸三钙则表现出较弱的吸附性能，从而也保证了后期水泥强度的发育。

3典型应用

2018年以来海上共使用GH-9进行固井施工15口次，其中ZH10A-4井4990m永久性封堵炮眼弃井作业、CB古斜14井7∥尾管作业具有代表性。

3.1固井方案

3.1.1  ZH10A-4井弃井作业方案

表一ZH10A-4井弃井作业水泥塞位置

水泥塞位置 m	单位容积 l/m	段长 m	水泥浆量 m3	替浆量 m3
4990-4880	7.41	110	1.2	17.46
4830-4720	7.41	110	1.2	16.84

作业风险、水泥浆的要求：

电测井底温度高达171℃，对水泥浆体系选择要求苛刻；4-1/2∥筛管井眼中下入2-3/8∥钻具环空面积小，最小间隙9.7mm，如果水泥浆不具有较长稠化时间，易造成替浆结束时上提钻具困难，钻具无法正常起出；施工压力高、排量小、时间长，海水对水泥浆易造成污染，水泥浆易出现闪凝现象。

3.1.2  CB古斜14井177.8mm尾管固井施工方案

表二CB古斜14井177.8mm尾管管串结构

钻头尺寸×井深 （mm×m）	套管尺寸×下深 （mm×m）	钢级	壁厚 （mm）	封固井段 （m）
311.2×2601	244.5×2599.57	N80	11.99	至井口
215.9×3998	177.8×（2450-3998）	P110	10.36	2450

作业风险、水泥浆的要求：

本井采用尾管固井，环空间隙小，封固段长，循环洗井排量和注替排量受到限制，对水泥浆性能要求高，要求水泥浆具有低失水、长稠化、流动好的特性。

3.2水泥浆室内试验

3.2.1水泥浆配方

表三两口井的水泥配方

ZH10A-4	G高+硅粉+降失水剂33S +减阻剂USG+GH-9 +SYX-1+水
CB古斜14	G高+硅粉+降失水剂SYJ-7+减阻剂SYJZ-1+GH-9 ++SYX-1水

3.2.2水泥浆化验

表四水泥浆实验室化验数据

井号	水泥浆密度g/cm3	流动度 cm	失水 ml	实验温度 ℃	实验压力 MPa	稠化时间 min	48小时抗压 强度MPa
桩海10A-4	1.85	22	72	171	48.5	210	28.6
CB古斜14	1.88	23	46	106	48	240	29.3

3.2.3 水泥浆污染试验

表五 CB古斜14 井水泥浆污染试验

G高+硅粉+降失水剂SYJ-7+减阻剂SYJZ-1+GH-9 +SYX-1+水
	θ600-θ300-θ200-θ100-θ6-θ3	n	K
水泥浆	57，42，35，26，12，8	0.44	1.42
水泥浆+5%泥浆	35，19，14，8，2，1	0.79	0.07
水泥浆+10%泥浆	27，14，10，6，1，0	0.77	0.06
水泥浆+20%泥浆	20，10，7，4，1，0，	0.83	0.03
水泥浆+30%泥浆	17，8，5，3，0，0	0.89	0.02
结论：现场泥浆与般土低密度水泥浆相容性良好，不产生絮凝增稠现象。

4现场施工

4.1  ZHA01A-4井

1)下钻到位，开泵顶通循环降温，观察环空返出、泵压状况，确定注、替排量；

2)替浆、注水泥管线试压20Mpa，不刺不漏；

3)校核流量计排量；

4)注入前置液+配浆水1m3；

5)注入灰浆1.2 m3；

6)注入后置液0.5m3，替浆19.96 m3；

7)迅速起钻5柱循环冲洗。

8） 侯凝48小时，探塞、试压均符合要求。

4.2  CB古斜14井

1)管线试压，泥浆泵试压22MPa，固井车试压23.5MPa 不刺不漏；

2)校核流量计排量；

3)注前置液4.0 m3；

4)注水泥浆34.86 m3；前导浆5.43 m3，比重（1.50-1.55g/cm3)；领浆4.95 m3，比重（1.75-1.80g/cm3)；尾浆25.01 m3，比重（1.83-1.88g/cm3)。

5)替浆，共替入46 m3钻井液，碰压放回水无回流，敞压候凝。

6)迅速起钻拔出中心管循环冲洗。

7） 侯凝48小时，电测固井质量合格。

结论

1、GH-9高温缓凝剂进过室内试验、现场应用，表明该产品是一种综合性能比较好的中温缓凝剂，能有效延长稠化时间，可配制出直角稠化水泥浆体系。

2、海上使用最低温度84℃，最高温度171℃，水泥浆在保障稠化时间可用的同时，在48小时内都可以达到要求强度，应用范围广。

3、一般加量0.3%～2.5%（BWOC），成本相对较低，平台泥浆池混办劳动强度低，混办相对容易；

4、与大多数的分散剂、降失水剂有良好的相容性，抗污染能力强。

参 考 文 献：

[1] 苏如军  李清忠 高温缓凝剂GH-9的研究与应用，钻井液与完井液; 2005，05

[2] 赵岳  油井水泥高温缓凝剂特性及发展浅析， 钻井液与完井液;2011,S1

[3] 朱涵  油井水泥外加剂研究现状及展望，当代化工研究;2016,07