固井作業(yè)中關(guān)鍵技術(shù)研究

張華偉

（長城鉆探工程公司固井公司，遼寧 盤錦 124010）

設(shè)計(jì)是固井成功的基礎(chǔ)。要搞好設(shè)計(jì)，首先要準(zhǔn)確掌握井下條件，根據(jù)這些條件進(jìn)行固井施工設(shè)計(jì)。在施工過程中應(yīng)監(jiān)測(cè)記錄各項(xiàng)施工參數(shù)，以便將實(shí)際施工參數(shù)與固井設(shè)計(jì)相比較。

1 固井設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵參數(shù)

1.1 計(jì)算

由于在大直徑裸眼中測(cè)井徑比較困難，因此很難準(zhǔn)確掌握表層套管固井施工時(shí)的井眼容積，只能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)確定注水泥量。在沒有經(jīng)驗(yàn)的情況下，采用50%至100%的水泥漿附加量，在某些地區(qū)，附加量常為200%。

1.2 井眼條件

除了井眼的具體參數(shù)外(井深、井眼直徑、井斜方位等)應(yīng)認(rèn)真研究鉆井、錄井、測(cè)井資料以便發(fā)現(xiàn)可能影響固井施工的問題。在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮到并眼擴(kuò)大井段、井漏、小井眼井段等問題，并應(yīng)采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施。在大多數(shù)施工中都應(yīng)電測(cè)井徑、泥漿體系性能對(duì)井眼條件，施工前的井眼準(zhǔn)備和水泥漿都有顯著的影響。在進(jìn)行泥漿設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮到有利于固井作業(yè)。

1.3 溫度

掌握井底循環(huán)溫度是作常重要的。水泥漿的泵入時(shí)間與井眼溫度直接相關(guān)。對(duì)于固井來說，水泥漿泵入時(shí)間過長與過短同樣有害。溫度對(duì)水泥漿和泥漿的流變性也有影響，因而，對(duì)流態(tài)，U 型管效應(yīng)和摩阻壓耗都有直接的影響。

1.4 壓力

為了實(shí)現(xiàn)井控和保證固井成功.需要準(zhǔn)確掌握井下壓力，為了實(shí)現(xiàn)并控并保證水泥的強(qiáng)度，需要保證水泥漿的密度，水泥漿密度過高又會(huì)壓裂地層造成井漏。

2 固井施工中的質(zhì)量控制

在固井施工前為了檢驗(yàn)所有施工材料，應(yīng)采用明確的質(zhì)量控制程序，完備試驗(yàn)條件，應(yīng)盡可能近似地模擬已知的井下條件，采用在現(xiàn)場(chǎng)使用的水泥、添加劑樣品和水樣進(jìn)行試驗(yàn)。

由于API 規(guī)范對(duì)水泥要求的范圍比較寬，因此，每當(dāng)對(duì)水泥質(zhì)量有疑問時(shí)就應(yīng)對(duì)水泥補(bǔ)做試驗(yàn)。API 流變性試驗(yàn)有助于發(fā)現(xiàn)潛在的問題。在施工前也應(yīng)檢驗(yàn)液體添加劑并與混配用水充分?jǐn)嚢杌旌?，有收干粉添加劑易于分離(特別是加重劑)在施工前應(yīng)檢查是否與干水泥混合均勻。

2.1 活動(dòng)套管

活動(dòng)套管包括上下活動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，可有效地改善固井質(zhì)量，活動(dòng)套管有助于攪動(dòng)滯留的泥漿，這些泥漿往往造成固井竄槽。只有在活動(dòng)套管的情況下泥餅刷和泥餅刮才起作用。

下完套管后，若套管不能活動(dòng)就表明存在某些問題，通常只得采取就地固井的辦法。過在注水泥漿前，施工成功的可能性已經(jīng)有所下降。

2.2 固井施工監(jiān)測(cè)

在固井施工中記錄一些關(guān)鍵的參數(shù)是極為重要的.在實(shí)際施工中，固井公司與承包商的代表必須及時(shí)準(zhǔn)確掌握壓力、注水泥漿排量、密度及累積注入量等參數(shù)。這些參數(shù)同時(shí)被記錄下來，以便進(jìn)行重新演算、分析、對(duì)施工做出評(píng)價(jià)并為以后施工的優(yōu)化設(shè)計(jì)提洪參考。

記錄這些關(guān)鍵參數(shù)大大提高了固井的成功率，整個(gè)施工過程都被記錄下來，以后重新演算，對(duì)固井施工質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，并把實(shí)際施工與設(shè)計(jì)相比較，通過記錄裝置還可對(duì)實(shí)際注入井內(nèi)的預(yù)沖洗液、隔離液和水泥漿的體積和密度進(jìn)行檢驗(yàn)。

2.3 套管的連接與完井

當(dāng)導(dǎo)管下到預(yù)定深度后，在鉆臺(tái)下焊好泥漿回流管，以便使泥漿返回到循環(huán)池.鉆到預(yù)定井深后，再下表層套管.表層套管固完井后(通常水泥返到地面)在鉆臺(tái)下將表層套管割斷使其保持合適的高度。在表層套管上焊上套管頭，管內(nèi)外都要焊(以便懸掛下一層套管)。有些套管頭可通過螺紋擰到表層套管上。

將防噴器組及壓井管線和節(jié)流管線通過法蘭連接到套管頭上。這時(shí)只需要安裝環(huán)形防噴器或是全封閘板防噴器，加上半封閘板防噴器.對(duì)防噴器必須按規(guī)定的壓力進(jìn)行試壓.在鉆桿上接好堵塞器，下到套管內(nèi)，一個(gè)一個(gè)地分別關(guān)閉防噴器，通過壓井管線進(jìn)行試壓。

在繼續(xù)鉆進(jìn)前，防噴器和井口連接裝置都必須保持密封，無泄漏。而后，再次開鉆至預(yù)計(jì)深度，下入下一層套管固井，水泥返到地面或返到預(yù)計(jì)深度。

通常是用吊卡提住套管的情況下候凝.水泥凝固后，套管繼續(xù)由吊卡提著將防噴器從套管頭上卸開，并在套管與套管頭之間裝上卡瓦。

用卡瓦懸吊的套管必須與吊卡懸吊的重量相同，這一點(diǎn)十分重要，主要是為了防止井下套管彎曲.然后將套管從套管頭法蘭頂面上割斷，或從高出法蘭頂面1 至2 英尺處割斷，通常在卡瓦上部裝有密封部件以便使兩層套管間形成密封。在原來的套管頭上通過法蘭裝上新的套管頭，重新裝上防噴器，(或是更換更高壓力等級(jí)的防噴器組)試壓后繼續(xù)鉆進(jìn)。

按照這種方式，下每一層新套管，就在原來套管頭上裝上新套管頭，并將新一層套管懸掛在這一套管頭上，在生產(chǎn)套管上裝有油管頭，以便懸掛油管，因此，所有的管柱重量主要由表層套管支撐。

3 國內(nèi)外固井新技術(shù)

3.1 新型“鉆井”固井液技術(shù)

新型“鉆井”固井液技術(shù)采用UF 鉆井、MTC 固井提高了鉆井液和固井液的相溶性，有效地解決了傳統(tǒng)固井水泥漿與鉆井液的不相溶問題，從而實(shí)現(xiàn)了第一、二界面的良好分隔和膠結(jié)強(qiáng)度，特別是提高第二界面的膠結(jié)質(zhì)量，減少和阻止油氣、水流體的層間竄通，而且由于激活劑的擴(kuò)散和滲透，使泥餅形成了固化的致密泥漿，阻止循環(huán)漏失和水泥漿液柱回落。新型“鉆井”固井液與普通油井水泥漿相比，調(diào)節(jié)性能的外加劑價(jià)廉，而且具有低失水、強(qiáng)度發(fā)展快、沉降穩(wěn)定性好、耐污染等特點(diǎn)。

3.2 新型泡沫固井技術(shù)

新型泡沫有兩種充氣方法，一種方法是化學(xué)劑在水泥漿中起化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氮?dú)猓尤肫渌饧觿┤绶€(wěn)泡劑等，形成一種均勻穩(wěn)定的泡沫水泥。

另一種方法為機(jī)械充氣泡沫水泥。泡沫水泥漿由凈漿、氮?dú)?、穩(wěn)泡劑及水泥漿處理劑組成。現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，由水泥車用含有各種外加劑的混合水配制凈漿，通過氮?dú)獗孟騼魸{中注入氮?dú)庑纬膳菽酀{，注氮量的大小可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)的水泥漿密度由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制。

3.3 防竄固井技術(shù)

環(huán)空竄流是困擾固井作業(yè)多年的問題，竄流的成因分為三種。一是界面膠結(jié)不良造成的，主要原因是由于泥餅的存在，導(dǎo)致界面與地層膠結(jié)不良；二是水泥失重造成環(huán)空竄流；三是微裂縫-微環(huán)隙造成環(huán)空竄流，微環(huán)隙是由于水泥環(huán)不能很好與套管膠結(jié)造成的，而微裂縫則是在水泥環(huán)與地層之間或水泥環(huán)內(nèi)產(chǎn)生的微小通道。

通過實(shí)驗(yàn)證明，設(shè)計(jì)合理的水泥混合物可防止三種類型的氣竄發(fā)生。第一種通過磁鐵礦可消除發(fā)生在套管和水泥之間的氣竄；第二種是通過添加一種特殊的材料（Anchorage Clay）能在一定程度上消除井壁上濾餅對(duì)水泥膠結(jié)的不利影響，改善膠結(jié)質(zhì)量，防止井眼與水泥之間的氣竄；第三種是添加合適的彈性材料，其機(jī)理為：在水泥凝固期間會(huì)出現(xiàn)復(fù)雜的壓力變化，其雙正玄波壓力響應(yīng)在水泥微觀結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生裂縫，添加的彈性材料對(duì)壓力動(dòng)態(tài)起逆反應(yīng)，消除水泥凝固期間的壓力變化。

結(jié)束語

影響固井質(zhì)量的因素是繁多而復(fù)雜的，對(duì)每一名固井工程技術(shù)人員來說，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和找出影響固井質(zhì)量的關(guān)鍵因素，從而制定切實(shí)有效的技術(shù)措施，對(duì)保證和提高固井工程質(zhì)量起到至關(guān)重要的作用。

[1] 屈建省.特殊固井技術(shù)[M].石油工業(yè)出版社，2006.

[2] 周金葵.鉆井工程[M].石油工業(yè)出版社，2007.