Progress and Application of the Key Technologies of Deep and Ultra-Deep Well Cementing

doi:10.12388/j.issn.1673-2677.2023.02.003

Abstract

Abstract:

Deep and ultra-deep reservoirs are strategic alternatives for increasing reserves and production of hydrocarbons. Recently，significant progress has been made in deep well cementing，especially for special cementing working fluid systems(such as high temperature-resistant cementing additives，cement slurry tolerant of high temperature and large temperature deferences and ultra-high temperature cement slurry)，high temperature-resistant spacer，cementing tools，and cementing technology such as precise managed-pressure cementing，gradual wellhead pressure-holding and prestressed cementing. The cement slurry and cementing technology developed independently in China have been applied to deep well cementing operations in Sichuan，Tarim and Bohai Bay and other basins，and present remarkable performance in the successful cementing operations of Well Pengshen 6，the deepest vertical well in Asia，and Well Hongxing 1，the first well in China featuring 8-section-and-8-completion，and Well Qiantan1，the well with the highest temperature in Dagang Oilfield. Nowadays，the increasing complexity of targets of hydrocarbon exploration and development leads to a series of new challenges for cementing deep and ultra-deep wells. Consequently，it is necessary to strengthen the research on the basic theory，key materials，working fluid system，functional tools and technologies for cementing deep and ultra-deep wells，so as to provide more powerful technical support for deep and ultra-deep oil and gas exploration and development.

Key words:

deep and ultra-deep well, cementing, admixture, cementing working fluid, cementing tool, cementing technology

摘要：

深层、超深层是油气增储上产的重要接替领域，经过持续技术攻关，深井、超深井固井技术取得显著进步，尤其在抗高温固井外加剂、高温大温差水泥浆、超高温水泥浆等特色体系、抗高温前置液技术以及固井关键工具、精细控压固井、井口逐级憋压、预应力固井等配套新工艺方面均取得重要进展。国内自主研发的特色固井水泥浆体系及配套工艺技术，在四川、塔里木、渤海湾等盆地深井超深井固井中得到推广应用，在亚洲最深直井蓬深6井、国内首口“八开八完”红星1井、大港油田最高温度井千探1井上的应用效果显著。由于油气勘探开发目标日趋复杂，深井、超深井固井仍面临新的系列挑战，需持续加强深井、超深井固井基础理论、抗高温固井关键材料、工作液体系、功能性固井工具以及配套工艺等方面的研究，为深层、超深层油气勘探开发提供强有力的技术支撑。

关键词:

深井超深井, 固井, 外加剂, 固井液, 固井工具, 固井工艺

CLC Number:

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TE256

YU Yongjin, XIA Xiujian, WANG Zhiguo, LIAO Fuguo, LIU Binhui, DING Zhiwei, .

Progress and Application of the Key Technologies of Deep and Ultra-Deep Well Cementing [J]. Xinjiang Oil & Gas, 2023, 19(2): 24-33.

于永金, 夏修建, 王治国, 廖富国, 刘斌辉, 丁志伟, . 深井、超深井固井关键技术进展及实践[J]. 新疆石油天然气, 2023, 19(2): 24-33.

References

［1］赵文智，窦立荣.中国陆上剩余油气资源潜力及其分布和勘探对策［J］.石油勘探与开发，2001，28（1）：1-5.

［2］李阳，薛兆杰，程喆，等. 中国深层油气勘探开发进展与发展方向［J］.中国石油勘探，2020，25（1）：45-57.

［3］汪海阁，黄洪春，毕文欣，等. 深井、超深井油气钻井技术进展与展望［J］. 天然气工业，2021，41（8）：163-177.

［4］张锦宏，周爱照，成海，等. 中国石化石油工程技术新进展与展望［J］. 石油钻探技术，2023s.

［5］齐奉忠，刘硕琼，沈吉云，等. 中国石油固井技术进展及面临的问题［J］.石油科技论坛，2013，32（4）：5-8.

［6］于永金，丁志伟，张弛，等. 抗循环温度210 ℃超高温固井水泥浆［J］.钻井液与完井液，2019，36（3）：349-354.

［7］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.

［8］卢海川. 新型抗高温固井降失水剂的研制［D］.天津：天津大学，2012.

［9］姜晓超.耐200 ℃油井水泥浆的研制［D］.吉林长春：吉林大学，2012.

［10］邹建龙，屈建省，吕光明，等. 新型固井降失水剂BXF-200L的研制与应用［J］. 钻井液与完井液，2005，22（2）：20-23.

［11］于永金，刘硕琼，刘丽雯，等. 高温水泥浆降失水剂DRF-120L 的制备及评价［J］. 石油钻采工艺，2011，33（3）：24-27.

［12］夏修建，于永金，靳建洲，等. 耐高温抗盐固井降失水剂的制备及性能研究［J］. 钻井液与完井液，2019，36（5）：610-616.

［13］XIA X，GUO J，FENG Y，et al. Hydrophobic associated polymer “grafted onto” nanosilica as a multi-functional fluid loss agent for oil well cement under ultrahigh temperature［J］. RSC Advances，2016，6(94):91728-91740.

［14］ZHANG H，HU M，LI P，et al. Covalently bonded AMPS-based copolymer-C-S-H hybrid as a fluid loss additive for oilwell saline cement slurry in UHT environment［J］. Construction and Building Materials，2023，378: 131177.

［15］MAO H，QIU Z，SHEN Z，et al. Hydrophobic associated polymer based silica nanoparticles composite with core-shell structure as a filtrate reducer for drilling fluid at utra-high temperature［J］. Journal of Petroleum Science and Engineering，2015，129:1-14.

［16］邹建龙，屈建省，许涌深，等. 油井水泥缓凝剂研究进展［J］.油田化学，2008，25（4）：386-390.

［17］夏修建. 新型耐高温油井水泥缓凝剂的研制［D］. 天津：天津大学，2013.

［18］BRAY W S. Method of cementing using polymeric retarder: US Patent 8096359［P］. 2012-01-17.

［19］郭锦棠，夏修建，刘硕琼，等. 适用于长封固段固井的新型高温缓凝剂 HTR-300L［J］. 石油勘探与开发，2013，40（5）：611-615.

［20］夏修建，于永金，陈洲洋，等. 一种新型超高温固井水泥浆缓凝剂［J］. 天然气工业，2021，41（9）：98-104.

［21］于永金，薛毓铖，夏修建，等. 一种抗240 ℃超高温固井缓凝剂的研发与评价［J］. 天然气工业，2023，43（3）：107-112.

［22］卢海川，朱海金，李宗要，等. 水泥浆悬浮剂研究进展［J］.油田化学，2014，31（2）：307-311.

［23］BROTHERS L E. Composition and method for inhibiting thermal thinning of cement: US Patent 5135577［P］. 1992-08-04.

［24］REDDY B R，RILLEY W D. High temperature viscosifying and fluid loss controlling additives for well cements，well cement compositions and methods:US Patent 6770604［P］. 2004-08-20.

［25］罗敏，黄盛，何旭晟，等. 耐200 ℃固井水泥用悬浮剂的制备与性能表征［J］.钻井液与完井液，2022，39（4）：472-480.

［26］王成文，王桓，薛毓铖，等. 高密度水泥浆高温沉降稳定调控热增黏聚合物研制与性能［J］. 石油学报，2020，41（11）：1416-1424.

［27］ISU N，TERAMURA S，ISHIDA H，et al. Influence of quartz particle size on the chemical and mechanical properties of autoclaved aerated concrete （II） fracture toughness，strength and micropore［J］. Cement and Concrete Research，1995，25（2）：249-254.

［28］BEZERRA U T ，MARTINELLI A E ，MELO D M A ，et al. The strength retrogression of special class Portland oilwell cement［J］. Cermica，2011，57(342):150-154.

［29］邱燮和，王良才，郭广平.Microblock液硅的评价及在中国油田的应用［J］.钻井液与完井液，2010，27（4）：68-70.

［30］BARLET-GOUEDARD V, CAMBUS C, DANICAN S, et al. Cement compositions for high temperature applications:US Patent 7459019［P］. 2008-12-02

［31］周崇峰，费中明，李德伟，等. 一种新型超高温固井水泥石抗强度衰退材料［J］. 钻井液与完井液，2022，39（1）：71-75.

［32］汪海阁，葛云华，石林. 深井、超深井钻完井技术现状、挑战和“十三五”发展方向［J］. 天然气工业，2017，37（4）：1-8.

［33］邓虎，贾利春. 四川盆地深井、超深井钻井关键技术与展望［J］. 天然气工业，2022，42（12）：82-94.

［34］齐奉忠，于永金，刘斌辉，等. 长封固段大温差固井技术研究与实践［J］. 石油科技论坛，2017，36（6）：32-36.

［35］靳建洲，于永金，刘硕琼，等. 高温大温差水泥浆缓凝剂DRH-200L的研究［C］. 北京：石油工业出版社，2010.

［36］刘会斌，李建华，庞合善，等. 青海共和盆地干热岩GR1井超高温固井水泥浆技术［J］.钻井液与完井液，2020，37（2）：202-208.

［37］ANG M, LI J Q, LIU H L, et al. Basalt fiber reinforce cement-based composite materials［J］. Advance Materials Research, 2012, 374-377:1837-1842.

［38］李明，刘萌，杨元意，等. 碳酸钙晶须与碳纤维混杂增强油井水泥石力学性能［J］. 石油勘探与开发，2015，42（1）：94-100.

［39］李斐. 抗高温弹韧性水泥浆体系优化研究［J］. 钻井液与完井液，2021，38（5）：623-627.

［40］谭春勤，周仕明，王其春. 高性能超高密度水泥浆技术研究与应用［J］. 石油天然气学报，2013，35（11）：98-100、119.

［41］LICHINGA K N, MAAGI M T, NTAWANGA A C, et al. A novel preflush to improve shear bond strength at cement-formation interface and zonal isolation［J］. Journal of Petroleum Science and Engineering, 2020,195: 107821.

［42］胡志强. 贝克休斯SealBond固井隔离液［J］.石油钻探技术，2020，48（4）：138.

［43］涂思琦，谢飞燕，敖康伟，等. 一种适用于长宁页岩气井的高效洗油隔离液［J］. 钻井液与完井液，2022，39（1）：82-86.

［44］郭建华，郑有成，李维，等. 窄压力窗口井段精细控压压力平衡法固井设计方法与应用［J］. 天然气工业，2019，39（11）：86-91.

［45］石蕊，徐璧华，蔡翔宇，等. 精细控压固井中的控压降密度方法［J］. 钻采工艺，2019，42（5）：35-38.

［46］李海，杨永祥，田玉栋. 漂浮下套管技术在ZJ油田页岩气水平井YH1-6井的应用［J］. 新疆石油天然气, 2020, 16(1)： 16-20.

［47］席岩，李方园，王松，等. 利用预应力固井方法预防水泥环微环隙研究［J］. 特种油气藏，2021，28（6）：144-150.

［48］李德旗，张华，郭玉超，等. 气井生产期间井筒内温度变化对水泥环密封完整性影响的研究及应用［J］. 钻采工艺，2020，43（1）：24-26.

[1]	GAN Quan, ZHANG Maolin, ZHANG Chen, WEI Qiang, LI Bingqing, ZHANG Dong. Analysis of the Effects for Reamer Size under Different Operation Conditions：a Case Study of Well H101 in the Southern Margin of Junggar Basin [J]. Xinjiang Oil & Gas, 2023, 19(3): 10-20.
[2]	DI Xinye , MA Jiang , QI Jing , LI Liangbing , ZHANG Wei . Evaluation of Uncertainty in Quality Testing of Grade G Oil Well Cement [J]. Xinjiang Oil & Gas, 2022, 18(4): 12-19.