特低滲透水平井固井質(zhì)量影響因素及控制措施探討

王 偉

（大慶鉆探工程公司鉆技一公司技術(shù)管理中心，黑龍江大慶163000）

1 概述

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對油氣資源的需求量持續(xù)增加，而國內(nèi)油氣田產(chǎn)量難以有較大提升，原油進(jìn)口量不斷增加，為了提升國內(nèi)油氣資源供應(yīng)安全，國內(nèi)油氣田加大了油氣資源的勘探開發(fā)力度。近年來隨著四川頁巖氣開發(fā)取得突破，頁巖氣、頁巖油等非常規(guī)油氣資源的開發(fā)越來越受到關(guān)注。這類非常規(guī)油氣資源多屬于低孔低滲、特低孔低滲油氣藏，開發(fā)效益低，普通直井開發(fā)難以滿足邊際效益。對于非常規(guī)油氣藏，多使用水平井開發(fā)，水平井開發(fā)的優(yōu)勢是具有較長水平段，控制水平段軌跡在油氣層中，就可以提升井眼和儲層的接觸面積，實現(xiàn)對較大范圍油氣的控制，同時結(jié)合多段壓裂等增產(chǎn)措施，能夠大幅提升單井產(chǎn)量，提升非常規(guī)油氣資源的開發(fā)效益[1-2]。特低滲透水平井井身結(jié)構(gòu)及地層巖性特殊，給固井施工作業(yè)帶來了難題，如何保證固井質(zhì)量是需要研究的課題。為此，針對特低滲透水平井固井質(zhì)量影響因素進(jìn)行分析，采取相應(yīng)技術(shù)措施保證固井質(zhì)量，對于提升單井產(chǎn)量及延長油氣井使用壽命具有重要意義。

2 水平井固井特點

水平井井身結(jié)構(gòu)不同于普通直井，使得其固井存在較多難題。首先，由于水平井井身結(jié)構(gòu)特殊，有造斜段、有長水平段，導(dǎo)致套管下入過程中，在重力作用下，受到井壁下方較大的摩擦阻力，套管下入的難度較大。另外，為了保證水平井居中度符合要求，通常會安裝一定數(shù)量的扶正器，扶正器設(shè)置過于密集，會導(dǎo)致套管下入的難度進(jìn)一步加大，很難按照設(shè)計要求下放到預(yù)定位置[3]；其次，水平井井身結(jié)構(gòu)不同于普直井，在水平段受到重力作用，鉆井液、水泥漿等受到的重力方向不是沿井眼垂向，而是沿井眼徑向受力，由于存在密度差，在鉆井過程中，巖屑顆粒容易堆積在井壁下方形成巖屑床，注水泥過程中，密度較大的漿體也會沉降在井壁下方，造成水泥漿頂替呈指進(jìn)方式，較重的水泥漿在底部指進(jìn)，較輕的漿體聚集在井眼上方，影響了水泥漿頂替效率，導(dǎo)致鉆井液不能完全被頂替干凈，使得水泥漿固結(jié)時容易出現(xiàn)空隙，這些空隙的存在為油氣水竄槽提供了通道[4]。

3 特低滲透水平井固井質(zhì)量影響因素分析

3.1 井身質(zhì)量的影響

水平井鉆井過程中，為了滿足鉆井施工要求，需要不斷調(diào)整井眼軌跡，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：一是儲層厚度較薄，頂?shù)捉缑骐y以識別，在鉆井過程中為了準(zhǔn)確著陸，需要不斷調(diào)整鉆頭軌跡及角度；二是目的層地層起伏較大，鉆頭在儲層中鉆進(jìn)時，需要不斷調(diào)整軌跡；三是鉆頭測量儀器具有一定滯后性，鉆頭鉆進(jìn)一定距離后才能測量鉆頭在油層中的位置，當(dāng)出層后，需要不斷調(diào)整鉆頭軌跡，尋找儲層具體位置。由于這些因素的影響，在水平段鉆進(jìn)時，需要現(xiàn)場地質(zhì)導(dǎo)向人員根據(jù)實際情況調(diào)整井眼軌跡，保障儲層鉆遇率。由此就造成水平井井眼軌跡復(fù)雜，不能按照預(yù)先設(shè)計軌跡鉆進(jìn)，導(dǎo)致了井身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，給固井施工帶來了難題。

3.2 套管居中度對固井質(zhì)量的影響

在水平井固井下套管過程中，由于井身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有造斜段、有長水平段，導(dǎo)致套管下入過程中，在重力作用下，受到井壁下方較大的摩擦阻力，套管下入的難度較大。另外，為了保證水平井居中度符合要求，通常會安裝一定數(shù)量的扶正器，扶正器設(shè)置過于密集，會導(dǎo)致套管下入的難度進(jìn)一步加大，很難按照設(shè)計要求下放到預(yù)定位置。套管居中不好，會影響后期水泥漿頂替效率。當(dāng)套管偏下時，在下部井眼位置，水泥漿呈指進(jìn)，頂替效果差，難以將鉆井液完全頂替干凈，影響固井質(zhì)量。

3.3 混油鉆井液對固井質(zhì)量影響

由于水平井鉆井過程中為了增加潤滑性，以及保護(hù)井壁穩(wěn)定性，需要向鉆井液中加入一定的原油或渣油，以改善鉆井液性能，雖然鉆井液混油能夠改善鉆井施工，但給后續(xù)固井施工帶來難題?；煊豌@井液會在套管外壁或者井眼外壁上形成一層油膜或油餅，這些油性物質(zhì)的存在，會改變界面的親水性，導(dǎo)致后期注入的水泥漿難以吸附在界面上，從而影響第一界面和第二界面的膠結(jié)質(zhì)量。因此，在注水泥漿之前，需要去除表面的含油物質(zhì)，通?？梢允褂们爸靡簛砬宄?，同時活動套管，達(dá)到清除油膜或油餅的目的，減輕混油鉆井液對固井質(zhì)量的影響。

3.4 固井工藝的影響

在固井過程中，通常使用清水作為頂替液，使用清水的好處是能夠減輕套管內(nèi)液體重量，使得水平段和大斜度段套管內(nèi)流體與環(huán)空中流體存在密度差，從而在浮力作用下減輕套管對扶正器的壓力，保證套管居中度符合要求，達(dá)到提升頂替效率的目的，也可以保護(hù)油氣儲層。但這種施工工藝也存在一定問題，首先是由于清水密度低，為達(dá)到頂替目的，會導(dǎo)致泵壓升高，頂替排量受限，水平段與大斜度段仍然難以實現(xiàn)紊流頂替，固井質(zhì)量難以保證。其次，用水作為頂替液水雖然能夠在一定程度上產(chǎn)生浮力，但仍不足以克服套管的重力，套管下部仍然貼近井壁下方，頂替效率仍然不高。

4 固井質(zhì)量控制措施

4.1 優(yōu)化井身質(zhì)量

為了保證水平井井身質(zhì)量，必須對井眼軌跡進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。在鉆井施工過程中，要嚴(yán)格按規(guī)程操作，達(dá)到設(shè)計要求，在直井段，要打直打好，最大限度保證直井段井身質(zhì)量。在進(jìn)入造斜段，要優(yōu)化井眼軌跡設(shè)計，將摩擦阻力降至最低，保證后期順利下套管。同時要根據(jù)實際情況，優(yōu)化入窗措施，確保找準(zhǔn)目的層位，根據(jù)新鉆開層位，進(jìn)行構(gòu)造精細(xì)解釋，及時調(diào)整井眼軌跡，在確保儲層鉆遇率的情況下，盡量提升井身結(jié)構(gòu)，以利于后期固井作業(yè)。

4.2 提升套管居中度

為了保證套管居中度，首先要確保套管順利下入預(yù)定位置。為此，需要進(jìn)行力學(xué)分析以及摩擦阻力計算，根據(jù)地層變化、井斜情況，合理選擇扶正器安放位置及安裝間隔，既保證套管居中度，又減小套管下入的摩擦阻力。為了達(dá)到以上目的，需要做以下工作，首先是建立水平井套管摩擦阻力分析模型、套管居中度計算模型。其次是建立套管串下放時安全分析，為套管串設(shè)計提供依據(jù)。然后對套管居中度進(jìn)行分析，以確定水平段扶正器的安放數(shù)量、位置及型號。最后要對套管漂浮接箍的安放位置井下分析。通過以上措施，確保套管居中度滿足要求。

4.3 提升鉆井液頂替效率

影響水泥漿頂替效率的因素較多，為了提升鉆井液頂替效率，需要研究不同漿體之間的頂替數(shù)學(xué)模型，分析水泥漿的流變性及密度，同時需要分析井眼參數(shù)如套管偏心情況、井徑大小、井斜角、井眼擴(kuò)徑等，還需要分析環(huán)空單量、排量等施工參數(shù)，分析不同參數(shù)對鉆井液頂替效率的影響，以達(dá)到優(yōu)化設(shè)計，指導(dǎo)水平井固井施工作業(yè)。為此，可以開展以下內(nèi)容：一是研究水平井偏心環(huán)空頂替規(guī)模。通過數(shù)值模擬來研究水平段偏心環(huán)空水泥漿頂替規(guī)律；二是根據(jù)水平井偏心頂替模型數(shù)值模擬結(jié)果，分析漿體參數(shù)、井眼參數(shù)、水力參數(shù)等對漿體頂替效率的影響，通過計算流體力學(xué)方法進(jìn)行求解，以提升水泥漿頂替效率。

5 結(jié)束語

水平井在非常規(guī)油氣資源開發(fā)中發(fā)揮重要作用，非常規(guī)油氣藏如頁巖氣、頁巖油等勘探越來越受到重視，這類低孔低滲、特低孔特低滲油氣藏使用直井開發(fā)難以實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益，只有采用長水平段結(jié)合分段壓裂的方式，才能實現(xiàn)較好的經(jīng)濟(jì)效益。針對勘探目標(biāo)的轉(zhuǎn)變及鉆井施工工藝的變化，固井施工作業(yè)必須要對影響固井質(zhì)量的因素進(jìn)行分析，研究相應(yīng)措施，使用新的技術(shù)方法，切實保障固井質(zhì)量，為后續(xù)施工作業(yè)打下基礎(chǔ)，提升油氣井使用壽命，為油田可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)保障。