水平井固井質(zhì)量控制認(rèn)識

薛艷彪 王書峰 楊海 閆旬國

水平井具有增加泄油長度、增大傳導(dǎo)率、改善油氣供油通道、提高水力壓裂效果和減少開發(fā)作業(yè)數(shù)量等優(yōu)點(diǎn)，被各大油田廣泛采用。美國是應(yīng)用水平井最多的國家，在東部阿巴拉契亞盆地泥盆系頁巖中，4口未經(jīng)增產(chǎn)處理的水平段長610m的水平井氣產(chǎn)量相當(dāng)于16口直井產(chǎn)量的1.6倍，相當(dāng)于23口直井總產(chǎn)量的95%[1]?？梢钥闯?，水平井的應(yīng)用帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。然而，水平井固有的特點(diǎn)也使其面臨著套管不居中、套管摩阻大、巖屑床、水泥漿失水量多等因素的困擾，針對這些難點(diǎn)提出提高固井質(zhì)量的措施十分必要。下面先說一下固井的影響因素：

一、井眼質(zhì)量

水平井井眼穩(wěn)定性的影響貫穿于水平井鉆井、完井和開采的全過程。鉆井過程中井眼不穩(wěn)定，不僅會造成鉆井困難，而且還影響完井作業(yè)。另外，水平井井眼不穩(wěn)定對采油生產(chǎn)也有很大影響。水平井由直井段、斜井段和水平段構(gòu)成，因?yàn)樵谛本毋@具會產(chǎn)生斜向拉力，隨著鉆具深入，側(cè)向力隨之增大，鉆具與井壁形成“偏心環(huán)空”，巖屑滑移、堆積，在一定條件下會淤積在水平段，給固井帶來困難。

二、水平段鉆井液竄槽

水平段固井施工很容易出現(xiàn)環(huán)空底部鉆井液竄槽，這與井斜角、鉆井液流變性能和鉆井液固相沉淀等因素有關(guān)。鉆井液內(nèi)的固相會因重力作用而沉淀，如果井斜角過大，這些沉淀就會淤積在環(huán)空下部，進(jìn)而無法被沖洗液頂出；沉淀未清除會直接污染固井水泥漿。一般來講，鉆井液的靜切力及屈服值需有適當(dāng)數(shù)值，以防止固相沉淀，提高頂替效率；減小井斜角，會降低竄槽程度。

三、套管不居中

在水平段鉆井時(shí)，由于曲率、方位等因素的影響，套管很容易不居中，從而提高了固井的難度。在井斜角過大時(shí)，套管將無法居中而偏向井壁，進(jìn)而形成寬邊和窄邊。由于寬邊和窄邊的環(huán)空流速不同，頂替效率受到影響。如果偏心嚴(yán)重，甚至與井壁緊貼，就會使環(huán)空不能完全“替凈”而竄槽，在注入水泥后形成水泥環(huán)部分較薄，甚至未形成水泥環(huán)，進(jìn)而使固井的質(zhì)量大打折扣。有關(guān)資料顯示，套管居中度達(dá)67%以上，才可以獲得較好的頂替效率。

四、水泥漿體系對固井質(zhì)量的影響

水平段水泥漿膠結(jié)過程中受自身重力作用，密實(shí)度會降低，可能發(fā)生膠結(jié)變?nèi)趸驘o膠結(jié)的情況。此外，水泥漿內(nèi)含有大量的自由水，在重力作用下很容易析出并在環(huán)壁上側(cè)形成游離通道，這些通道會引起油氣水竄。

針對以上問題，找出解決辦法才能提高固井質(zhì)量。我國固井技術(shù)發(fā)展十分，已擁有和掌握了許多先進(jìn)技術(shù)，但苦于發(fā)展時(shí)間較短，與發(fā)達(dá)國家相比還存在不小的差距。筆者以為，國外的諸多先進(jìn)技術(shù)仍然值得借鑒。

1.井眼準(zhǔn)備

井眼準(zhǔn)備是其它工序順利施工的關(guān)鍵，其主要方法是：①保持原鉆具不變，循環(huán)洗井要充分，循環(huán)處理要干凈；②電測后通井，利用短起下鉆使井眼更通暢、更穩(wěn)定；③較大循環(huán)洗井排量，并調(diào)整鉆井液性能，將靜切力及屈服值控制在一定范圍內(nèi)，盡量減少沉砂、漏失和垮塌。④在斜井段和水平段的鉆井液內(nèi)添加潤滑材料，以降低摩阻和扭矩，盡可能為套管作業(yè)制造便利條件。

2.固井工具的選擇

2.1套管扶正器

套管扶正器可以有效的改善水平段窄邊環(huán)空段內(nèi)的水泥漿頂替，還可有效的降低摩阻。它的應(yīng)用該滿足以下條件：①復(fù)位能力強(qiáng)，啟動力低；②摩阻較小且可耐受較高的沖擊；③不影響套管柱旋轉(zhuǎn)。常用的有弓形彈簧扶正器和旋流剛性扶正器，可據(jù)地層、井徑與井斜變化靈活選用。直井段可選用弓形彈性扶正器，三根套管裝備一個(gè)便可。斜井段與水平段均選用剛性旋流扶正器，每二根套管裝備一個(gè)，也可與弓形彈簧扶正器交替使用，保證套管居中度達(dá)到67% 以上。

2.2紊流器

紊流器上有螺旋葉片，它的作用是強(qiáng)迫鉆井液形成漩渦流，以提高鉆井液在通過環(huán)空窄邊時(shí)的頂替效率。紊流器的使用使固井管柱的居中度得到了極大幅度的提升。在工程實(shí)踐當(dāng)中，應(yīng)用紊流器達(dá)到了不吃井眼底邊，不產(chǎn)生明顯摩阻的效果。

3.固井特殊工藝技術(shù)

3.1環(huán)空壓力補(bǔ)償固井技術(shù)。套管外封隔器與壓力補(bǔ)償工具（圖1）相互配合，在水泥漿凝固前對環(huán)空施加一個(gè)與地層壓力相當(dāng)?shù)膲毫?，以達(dá)防止油氣水竄的目的。依據(jù)固井質(zhì)量及水竄機(jī)理，環(huán)空壓差△P<1MPa將無法阻擋地層流體的侵入，嚴(yán)重時(shí)會引起二次竄槽；統(tǒng)計(jì)結(jié)果證明，在1～7MPa間水泥環(huán)的膠結(jié)質(zhì)量最有保障，而1.5～5.5MPa是優(yōu)質(zhì)固井最合理的選擇范圍。

3.2套管外封隔器固井技術(shù)。是一種防止套管與井壁間環(huán)空泄漏的工具，可以明顯提高固井質(zhì)量。其原理為高壓液體經(jīng)施工閥進(jìn)入膠筒，膠筒受擠壓膨脹緊貼井壁，膠筒內(nèi)壓力達(dá)到一定數(shù)值后限壓閥主動關(guān)閉通道。泄壓后鎖緊閥徹底關(guān)閉膠筒通道。

圖1壓力補(bǔ)償工具

4.優(yōu)化前置液性能

鉆井前置液由隔離液與沖洗液構(gòu)成，其作用為清洗井眼和井壁油膜，防止鉆井液與水泥漿混合污染。要求隔離液與鉆井液有良好的互容特性，并且在相遇后起到稀釋作用，以保證較高的頂替效率；不產(chǎn)生使水泥漿發(fā)生閃凝、絮凝、變稠等負(fù)面作用；沖洗效率較高，環(huán)空界面有較高的膠結(jié)質(zhì)量；具有一定的懸浮能參數(shù)，與鉆時(shí)變化沒有必然聯(lián)系的顯示不作為異常顯示。沖洗液的設(shè)計(jì)原則為：密度約在1.0～1.10g/cm3之間，能夠起到破壞慮餅、井壁油膜的作用，使其得到充分的水潤；對泥餅有較強(qiáng)的浸透力，可有效降低粘度與切力；溶液稀釋性能佳。隔離液采用粘性隔離液，具有一定的穩(wěn)定性和懸浮性，能夠使巖屑與其它固體顆粒懸??；在中溫條件下塑性粘度應(yīng)保持在40～180mPa·s，設(shè)計(jì)密度高于泥漿或低于水泥漿密度0.12～0.25g/cm3，膠凝強(qiáng)度低于水泥漿高于泥漿， 屈服值大于鉆井液9.6Pa[2]。

5.水泥漿性能的優(yōu)化

5.1失水量與自由水的控制

通常情況下，要求水泥漿API失水小于50ml和自由水小于0.5%。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，在確保施工安全條件下，需盡可能的降低水泥漿的初凝時(shí)間，使稠化時(shí)間變短，進(jìn)而達(dá)到“直角”稠化的目的。另外，水泥細(xì)度、水灰比和沉降穩(wěn)定性是水泥漿自由水含量的影響因素，提高水泥細(xì)度、減小水灰比和添加失水劑等方法都可以降低自由水。

5.2強(qiáng)水泥漿的穩(wěn)定性

可以在水泥漿中適量加入增粘劑或抗沉降劑來增加水泥顆粒的沉降阻力，以減緩沉降；可以加入電介質(zhì)，使水泥體系的靜切力增加；可以加入微硅來降低自由水量。

總而言之，在斜井段和水平段的套管不居中、鉆屑堆積是影響固井質(zhì)量的重要難題之一。通過洗凈井眼，加裝扶正器、優(yōu)化前置液和水泥漿性能，可以達(dá)到提高固井質(zhì)量的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]馮京海，郝新朝，白亮清等.冀東油田水平井固井技術(shù)[J].石油鉆采工藝，2007.

[2]屈建省，許樹謙，郭小陽.特殊固井技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2006.

作者簡介：薛艷彪，1982年2月8日，性別：男，籍貫：黑龍江省綏化市望奎縣.工作職稱：助理工程師，研究方向：鉆井工程。