中石油固井技術進展研究

王志偉

（大慶鉆探工程公司鉆井生產技術服務一公司，黑龍江大慶163355）

固井是石油勘探開發(fā)過程中的重要環(huán)節(jié)之一，也是鉆井工程中相對獨立的環(huán)節(jié)。固井質量的好壞不僅影響后續(xù)鉆井作業(yè)，也直接影響油氣井壽命和儲層的采收率。為了更好地滿足勘探和生產的需求，中石油在固井基礎理論、固井工藝技術、固井材料和固井工具方面進行了持續(xù)攻關[1]。本文研究了中石油在固井技術方面（深井和超深井固井技術、復雜氣井固井技術、水平井和大位移井固井技術、大溫差長封固固井技術）、固井新材料及水泥漿體系方面和在固井工具裝備方面等取得的進展。

1 固井工藝取得的進展

經過多年的研究和應用，中石油開發(fā)出適用于各類油藏的多種固井工藝。其中超深井、復雜氣井、水平井的固井工藝已經基本成熟。

1.1 深井和超深井固井技術

近年來，深井和超深井的鉆井作業(yè)不斷增多。據統(tǒng)計，“十一五”期間有219口超過6000m深井，是“十五”計劃的6.3倍。其中2011年4000m以上的深井數為571口，其中6000m以上的井數為88口。通過自主研發(fā)和外部合作，中石油在深井和超深井固井方面均已取得了重要突破。通過綜合措施來提高鉆井液的驅替效率，通過整體壓穩(wěn)和平衡固井技術保障固井安全施工操作，結合多種技術的聯(lián)合應用，中石油的固井作業(yè)已基本滿足深井及超深井勘探和生產的要求[2]。

1.2 復雜氣井固井技術

近年來，中石油大幅度加快了天然氣開發(fā)業(yè)務。2012年中石油天然氣產量達到8.6×1010m3，占據了國內天然氣市場總份額的80%，比十年前增加了8倍。隨著復雜氣井數量的增加，固井的技術難度也越來越高。中石油通過對引發(fā)氣竄的重力損失機理進行研究，找到了影響氣竄的主要因素，形成了防氣竄綜合技術。此外，在固井技術、水泥添加劑、隔離液和封堵材料方面也取得了重要進展。這些技術已在塔里木油田、川渝地區(qū)、慶深氣田和吉林油田的固井工作中發(fā)揮了重要的作用。

其中川渝地區(qū)作為近年中石油的重點開發(fā)區(qū)塊，其地質情況復雜、易發(fā)生漏失，易出現套管下入困難、固井質量差、作業(yè)風險大等問題。為更好地解決固井問題，在實際施工中中石油針對不同漏失情況采用了相應的技術措施：針對惡性漏失井首先使用帶扶正器的鉆具進行擴眼通井修整井壁，然后充分凈化井眼并簡化套管結構；對于一般漏失井則首先采用模擬套管結構的鉆具組合通井來修整井壁，然后充分凈化井眼，最后在下套管過程中實施分段頂通、間斷調灌等技術措施來提高固井質量[3-4]。

1.3 水平井和大位移井固井技術。

水平井已被證明是提高單井產量和采收率的最佳方法。近年來，中石油加強了水平井的開發(fā)力度，2011年和2012年分別完成了1296口水平井和1701口水平井。針對水平井開發(fā)的相關技術主要有：套管居中技術、高性能水泥漿體系、儲層保護技術等，進一步提高了水平井和大位移水平井的固井質量[5]。

1.4 大溫差長封固井技術

隨著深層和復雜油藏勘探開發(fā)的深入，需要進行大溫差長封固的固井數量越來越多。在較大的溫度跨度范圍內進行固井是降低成本、提高鉆速和確保深層油藏有效開發(fā)的關鍵措施之一。通過攻關中石油解決了超緩凝、水泥漿穩(wěn)定性等難題，在烏茲別克斯坦Gong 1井?244.5mm井眼的固井作業(yè)中，水泥漿上返距離達到5300m，溫度跨度超過120℃。

2 外加劑和水泥漿體系取得的進展

目前，水泥漿的外加劑的應用已經非常成熟，用量也逐年增加。優(yōu)異的外加劑可顯著改善高溫深井的固井質量，解決水泥石強度差和漿體穩(wěn)定性差等固井問題。

2.1 外加劑

2.1.1 降失水劑

聚乙烯醇類化合物是一種到廣泛應用的成熟的降失水劑。近年來AMPS（2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸）作為主要單體合成的降濾失劑，克服了以往降失水劑抗鹽性差和抗溫能力低等問題，其抗溫能力已經達到200℃。

2.1.2 緩凝劑

通過對功能團進行緩凝機理分析，中石油在緩凝劑方面也取得了較大突破。DRH-100L緩凝劑的應用溫度范圍為50℃～120℃，DRH-200L緩凝劑的應用溫度范圍為80℃～180℃，DRH-310S和DRH-320S緩凝劑的使用跨度達到90℃～190℃。已開發(fā)的大溫差水泥漿體系的溫度應用范圍和溫度跨度范圍均大幅度提高，使用上述水泥漿體系的水泥石頂部強度增長較快，有利于提高長期固井質量。

2.2 水泥漿體系

2.2.1 超高密度和超低密度水泥漿體系。

近年來，中石油在超高密度和超低密度水泥漿體系的研究方面均取得了很大的進步?；诿芏榷逊e理論開發(fā)的水泥漿體系滿足了在特殊井眼條件下的固井作業(yè)需求。低密度高強度水泥漿體系主要針對低壓力地層和易漏失地層，該水泥漿體系具有強度高、防竄性好等特性，最低密度可以達到1.05g/cm3。此外，還應用密度堆積理論開發(fā)了密度為2.60～3.10g/cm3的超高密度水泥漿體系。

2.2.2 乳膠水泥漿體系

為了解決高壓區(qū)、石膏層中進行固井作業(yè)的技術難題，中石油開發(fā)了具有抗高溫和耐鹽性能的乳膠水泥漿體系。并開發(fā)了配套的外加劑，掌握了乳膠保護技術等關鍵技術，克服了原有水泥漿體系靈敏度高、適用性差等難題。目前該體系的耐溫達180℃，耐鹽達20%[6]。

2.2.3 經濟型抗CO2腐蝕水泥漿體系

吉林油田的長深氣田和大慶油田的徐家圍子氣田均為富含CO2的氣田。地層中的CO2等酸性氣體會降低水泥強度、增加水泥的滲透性，從而縮短氣井的生產壽命。中石油研制了一種經濟型抗CO2腐蝕的材料，并開發(fā)了配套的抗CO2水泥漿體系，該體系在滿足施工需要的同時能有效降低該類氣田的固井成本。

2.2.4 磷酸水泥漿體系。

中石油通過自主研發(fā)適合硅酸鹽特性的降失水劑和緩凝劑，開發(fā)了磷酸鹽水泥漿體系，成功解決了磷酸鹽水泥的強度控制問題，已在吐哈等多個油田進行了應用，為抗CO2腐蝕提供了新的解決方案。

3 固井裝備取得的進展

3.1 可膨脹材料和可膨脹封隔器

為了更好地解決環(huán)空和水平段的固井質量問題，中石油對可溶脹材料和可膨脹封隔器產品進行了研究和開發(fā)。可溶脹材料分為水性溶脹材料和油性溶脹材料。在開發(fā)可溶脹材料的基礎上，還開發(fā)出了可膨脹封隔器?？膳蛎浄飧羝骺商畛溆捎谀z結質量差造成的微裂縫和微空隙。此類封隔器的封隔壓力已超過30MPa。

3.2 其他特殊固井工具

為了更好地滿足特殊工藝井的固井需求，中石油還開發(fā)了多個種類的特殊鉆井工具。為了保障套管居中度，研發(fā)了剛性扶正器、彈性扶正器和可變徑扶正器等多種類型的扶正器；為了提高下套管成功率，開發(fā)了漂浮接箍、各種引鞋和套管下入工具。此外還有震動固井工具、特殊尾管懸掛工具等。

4 中石油在固井方面面臨的挑戰(zhàn)

作為中國最大的油氣生產企業(yè)，在能源需求和日益嚴峻的環(huán)境要求雙重壓力下，中石油實施了“油氣兼顧”戰(zhàn)略。為了保證公司油氣生產的持續(xù)發(fā)展趨勢，鉆井數量逐年增加，開發(fā)難度也越來越大。此外，高溫高壓氣井、高H2S和CO2井、深井、超深井、復雜構造的深井以及非常規(guī)資源井的數量越來越多，對固井作業(yè)提出了更嚴格的要求。因此，固井作業(yè)將面臨更多的困難和挑戰(zhàn)。

深井和超深井對套管的下入、固井工藝、水泥漿體系、固井工具和工具附件有極其嚴格的要求。這些井的固井風險很高，固井工作質量難以保證。盡管中石油在固井方面已經取得了很大的進步，但在復雜深井、超深井、儲氣庫井、低溫深水的固井方面還有待進一步提高。

為進一步發(fā)展中石油的固井技術，建議采取以下措施：①加強研發(fā)實驗室和固井技術支持中心的建設；②提高管理水平和現場作業(yè)水平，通過制定詳細的作業(yè)程序和嚴格執(zhí)行重點項目的關鍵井等措施，確保固井質量；③加大研發(fā)力度，對關鍵固井技術和工具進行重點攻關，并加強人才的培養(yǎng)和國外先進技術的引進。