摘要：苏丹6区位于苏丹共和国西南部，该区Φ244.5mm套管固井水泥封固井段包括主力产层，采用常规水泥浆体系固井后，电测水泥环胶结质量均不理想。完钻后，套管试压过程中产生的套管变形，以及继续钻井过程中钻柱和钻头对套管的撞击作用对井壁与套管间水泥环的破坏加大了对固井界面胶结的不良影响，甚至造成水泥环层间封隔失效。为此，在Φ244.5mm套管固井中引入了一套新的柔性水泥浆体系。该水泥浆体系中混有2%的膨胀剂和2%～3%的增韧剂。膨胀剂中的有效组分在水泥水化过程中促进水泥晶体的晶型变化和体积增加，以补偿水泥水合硬化时产生的体积内收缩，从而有效地消除了水泥石固结过程中产生的微间隙，增韧剂显著提高了水泥石的韧性和抗冲击性，实现了苏丹6区Φ244.5mm中间套管环空的良好封固，提高了界面的胶结质量。
关键词：苏丹共和国；西南部；柔性水泥浆；层间封隔；固井质量；技术
苏丹6区位于苏丹共和国西南部，Muglad盆地(中、新生代断陷盆地构造)的西北部。苏丹6区最主要的含油气层系是Bentiu组，一般该组优质含油气层累计厚度均超过10m，个别井可达40m左右。在三次开钻的井中，这些主力油气层均包括在Φ244.5mm套管固井封固的井段中。因此，确保Φ244.5mm套管固井的质量是保障完井后主要含油气层系产能和合理开发的关键。
1 Φ244.5mm套管固井质量现状
在水泥浆凝结硬化形成水泥环的过程中，水泥环体积会发生收缩，这就不可避免地导致水泥环与套管间及水泥环与井壁间产生微环隙，降低其自身的形变能力、抗腐蚀能力、抗渗透能力、抗压强度等性能，引发环空气窜。收缩率大小与水泥浆体系有关，纯水泥的收缩率为5%。
常规水泥浆凝固形成的水泥环是脆性材料，其抗拉、抗剪和抗冲击性能较差，用于Φ244.5mm中间套管固井，在承受与其物理机械性能不完全相符的外力作用下，容易造成水泥环的破碎和密封质量进一步的下降[1]。在苏丹6区(表1)Φ244.5mm套管固井施工后，需要对套管试压10～20MPa，套管受内压力作用向外膨胀，套管外的水泥环也受变形套管的挤压向外膨胀；泄压后由于套管和水泥石的弹性变形不同，会在水泥环和套管间形成微间隙，微间隙会对声波固井质量测井结果产生较大的影响[2]。并且Φ244.5mm套管外的水泥环要承受整个第三次开钻直至完井过程中的钻头和钻柱的撞击作用，水泥环在受撞击后破碎就会导致电测固井质量差，例如FN-78井使用常规APIG级水泥浆封固的1000～1400m(Φ244.5mm)套管井段，电测固井质量优质率为81.25%，不合格率为0.50%，完井后电测固井质量优质率下降为66.25%，不合格率上升为25.O0%。
2 柔性水泥浆体系性能特点
为了克服常规水泥浆的缺点，引入了一种新的水泥浆体系(TC)，该体系包含G级油井水泥、膨胀剂、增韧剂(柔性纤维)、降失水剂、分散剂及其他根据井下情况需要添加的改善水泥浆性能的材料。该体系具有以下特点。
1) TC柔性水泥浆体系与常规水泥浆相比具有更高的韧性(抗冲击韧性增加约20%，杨氏弹性模量降低约20%)，更能抵御钻进过程中钻具旋转和震动对水泥环的冲击破坏作用。因为TC水泥体系中干混有2%～3%的增韧剂，能够显著增加水泥石的韧性和抗冲击性，降低水泥石的杨式弹性模量，钻具旋转和震动冲击波在水泥石中的传导率随之下降，也就降低了震动冲击波对水泥石的破坏作用[3～4]。
2) 在水泥水化硬化过程中，TC柔性水泥浆体系体积不收缩。该水泥体系中混有2%的膨胀剂，膨胀剂中的有效组分在水泥水化过程中促进水泥晶体的晶型变化和体积增加，以补偿水泥水合硬化时产生的体积内收缩，从而有效地消除了水泥石固结过程中产生的微间隙，提高了界面胶结质量，实现了环空的良好封固[1]。
3) TC柔性水泥浆体系的API失水小于50mL/30min。苏丹6区的地层疏松，渗透性好，如果水泥浆的失水量很高，固井施工过程中水泥浆失水严重，流动性变差，危及施工安全，硬化后的水泥石强度等性能也会低于固井施工设计要求；水泥浆对地层失水还会导致水泥浆体积下降，诱导地层流体进入环空，形成窜流；滤液进入地层也会对储层形成不同程度的伤害。TC水泥浆体系更加注重失水控制，API失水较先前使用的常规水泥浆体系低100mL左右，明显降低水泥浆失水对固井质量的影响和对储层的伤害[3]。
3 现场固井实践
以FN4-1井Φ244.5mm套管固井为例。FN4-1井位于苏丹6区4号井区的一口开发直井，第二次开钻Φ311.2mm钻头钻至井深1750m，Φ244.5mm套管下至井深1749.5m，封固井段中有油气显示层位的顶界1032m，主力油气层集中在1330～1400m井段，井底静止温度为61.5℃，钻井液密度为1.26g/cm3。
设计采用领浆加尾浆一次性返至外层套管鞋以上的固井工艺。尾浆应用TC柔性水泥浆体系配方，密度为1.85g/cm3，封固套管鞋至950m井段，稠化时间为250min/52℃×25MPa；领浆采用密度为1.51g/cm3的常规低密度水泥浆，充填封固950m至100m没有油气显示的井段。
3.1 TC柔性水泥浆的主要性能
① API析水为零，沉降稳定性好；②流动度大于18cm，满足固井施工要求；③24h抗压强度大于20MPa(养护条件60℃×21MPa)；④稠化时间可根据固井施工条件任意调节。
3.2 配套固井工艺
① 主要油气层显示井段，每根套管安放一支弹性扶正器，其余尾浆封固井段每2根套管安放一支弹性扶正器，保证套管居中度67%以上；②固井施工过程中上提下放套管3～5m，提高顶替效率；③预应力固井，顶替液采用清水，固井时套管内外产生大压差，防止水泥浆凝结期间因套管膨胀收缩产生微环隙，影响水泥环层间封隔能力[5]。
4 声波测井结果
TC柔性水泥浆体系在苏丹6区7口井的Φ244.5mm中间套管固井中得到了成功应用，声波测井结果为：优质率平均提高30%以上，不合格率平均下降了15%。表2是苏丹6区采用常规水泥浆体系和TC水泥浆体系封固Φ244.5mm套管的固井质量对比结果，分别取自各井完井前CBL电测评价资料，数据显示应用TC柔性水泥浆体系后固井质量显著提升。
5 结论
1) TC柔性水泥浆析水为零，沉降稳定性好，24h抗压强度大于20MPa，稠化时间可根据固井施工条件任意调节，完全满足现场固井作业的要求。
2) TC柔性水泥浆体系具有高韧性，失水低，硬化过程不收缩的特点，大大提高了苏丹6区Φ244.5mm技术套管同井的质量。
3) 优化的固井配套工艺措施，为TC柔性水泥浆体系成功应用提供了技术支撑和保障。
参考文献
[1] 刘崇建，黄柏宗，徐同台，等.油气井注水泥理论与应用[M].北京：石油工业出版社，2001.
[2] 刘世彬，徐峰，乐尚文，等.后续作业对固井声波测井的影响及对策[J].天然气工业，2009，29(4)：54-57.
[3] 李早元，郑友志，郭小阳，等.水泥浆性能对声波水泥胶结测井结果的影响[J].天然气工业，2008，28(7)：60-62.
[4] 张成金，冷永红，李美平，等.聚丙烯纤维水泥浆体系防漏增韧性能研究与应用[J].天然气工业，2009，29(1)：91-93.
[5] 杨万忠，李锐，石庆.增加套管内外压差提高固井质量[J].天然气工业，2009，29(8)：54-56.
(本文作者：孙红伟 李兵 宾国成 柳世杰 唐炜 川庆钻探工程有限公司井下作业公司)
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