石油固井中影響因素及優(yōu)化對(duì)策研究

韓光輝

（大慶鉆探工程公司鉆技一公司 黑龍江大慶 163000）

石油固井在石油鉆井工程中占據(jù)重要的地位，在石油開采工程中也發(fā)揮著重要作用。因此，在石油固井作業(yè)進(jìn)行時(shí)，相關(guān)管理部門要給予高度重視，結(jié)合實(shí)際情況制定科學(xué)合理的工程規(guī)劃，將其貫徹于工程的全部，奠定開采工作基礎(chǔ)，提高工程質(zhì)量

1 石油固井中影響因素

（1）鉆井液性能

在石油固井作業(yè)中，鉆井液對(duì)其施工進(jìn)程的影響非常重大，甚至直接影響工程質(zhì)量。由于鉆井液在密度、黏度和失水等方面具有不穩(wěn)定性，所以在石油固井作業(yè)進(jìn)行時(shí)，會(huì)有很多不定因素發(fā)生。固井質(zhì)量在很大程度上受浮力效應(yīng)的影響，因此，在鉆井液的選擇上，有尤其注重鉆井液的密度方面，選擇密度較低的鉆井液，在鉆井液的切力方面，根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)降低，這樣可以維持施工過程中失水量和黏度的穩(wěn)定，保證石油固井的質(zhì)量。表1為鉆井液體系選擇要求。

表1 鉆井液體系選擇

（2）水泥漿性能

作為影響石油固井質(zhì)量的關(guān)鍵因素，水泥漿的質(zhì)量能夠?qū)κ凸叹馁|(zhì)量產(chǎn)生很大影響。在石油開采過程中，油田位置表層涂層的硬度在很大程度上取決于水泥漿的密度及其性能。例如，低密度的水泥漿在應(yīng)用時(shí)，由于其較高的含水量會(huì)使多余的水滲透到土層中，從而對(duì)土層的堅(jiān)硬度造成破壞，給石油固井作業(yè)造成負(fù)面影響；水泥漿的流速也會(huì)對(duì)工程產(chǎn)生影響，過快的流速會(huì)造成材料分層，較慢的流速會(huì)提高作業(yè)的難度[2]。

2 提高石油固井質(zhì)量的優(yōu)化對(duì)策

（1）做好井眼準(zhǔn)備

井眼準(zhǔn)備是其它工序順利施工的關(guān)鍵，常見的井眼準(zhǔn)備方法包括下列幾個(gè)步驟：首先要保證井眼中循環(huán)處理干凈和洗井充分化，盡量不更改原鉆具；電測(cè)量后通井需要使用短期下鉆方法，以保證井眼的穩(wěn)定性和通暢性；在調(diào)整鉆井液性能后用較大排量進(jìn)行循環(huán)化洗井，控制井內(nèi)流體的凈切力和屈服系數(shù)，盡可能避免垮塌、漏失和沉沙狀況發(fā)生；注意加入潤(rùn)滑材料在水平段或斜井段的鉆井液內(nèi)，對(duì)扭矩和摩阻進(jìn)行削弱，令后續(xù)的套管作業(yè)更為順利方便。

（2）提高水泥漿質(zhì)量

石油固井質(zhì)量的重要相關(guān)因素為水泥漿的質(zhì)量，其質(zhì)量能夠?qū)κ凸叹馁|(zhì)量產(chǎn)生很大影響。由于低密度的水泥漿在應(yīng)用時(shí)，由于其較高的含水量會(huì)使多余的水滲透到土層中，從而對(duì)土層的堅(jiān)硬度造成破壞，給石油固井作業(yè)造成負(fù)面影響。水平井注水泥作業(yè)普遍采用的是A級(jí)和G級(jí)水泥。從水泥的常規(guī)性能檢測(cè)數(shù)據(jù)（表2）來看，A級(jí)和G級(jí)水泥存在著大量的游離液。若水平井段的水泥漿存在大量游離液，則游離液聚積于井眼上側(cè)，并形成一條水帶而影響固井質(zhì)量。這條水帶在水平井開采過程中，將為分層開采造成較大困難。因此，水平井固井水泥漿游離液必須控制為零；其次，水平井固井時(shí)水泥漿的失水需控制得更低，大量文獻(xiàn)介紹水泥漿失水應(yīng)控制在5mL以內(nèi)，這樣有利于提高水平井的固井質(zhì)量。

表2 A級(jí)水泥和G級(jí)水泥常規(guī)物理性能檢測(cè)數(shù)據(jù)

提升水泥漿質(zhì)量的方法包括以下幾個(gè)方面：

1）高沉降穩(wěn)定性

水泥漿體系穩(wěn)定性在水平井固井當(dāng)中是影響水平井性能的關(guān)鍵因素，其數(shù)值會(huì)影響到其他性能的實(shí)現(xiàn)效應(yīng)，特別是在斜度較大的井段和水平井段，水泥漿體系欠穩(wěn)定化將會(huì)導(dǎo)致泥漿存在上下密度差不均一、滲透率過大進(jìn)而導(dǎo)致上部強(qiáng)度不理想，難以形成均質(zhì)水泥環(huán)，造成油氣水竄。控制水泥漿產(chǎn)生固相顆粒的沉降，密度差不大于0.02g/cm3的標(biāo)準(zhǔn)。配制的水泥漿進(jìn)行垂直狀態(tài)下的沉降試驗(yàn)，被測(cè)定的立方體分上中下測(cè)定，靜置2h測(cè)得密度差不大于0.02g/cm3。

2）零析水低失水性

在水平段，水泥漿注入井內(nèi)后，由于重力的作用難以保持原有的穩(wěn)定性，水泥顆粒易在套管的下部沉淀，水泥漿性能受到破壞，游離液析出，易在高邊形成游離液通道。水平井固井要求水泥漿達(dá)到游離液為零的標(biāo)準(zhǔn)。零游離液的水泥漿，可使水平段環(huán)空上端積水帶控制到最小。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用新方法測(cè)定游離液：模擬井下條件，滿足需要的井下循環(huán)溫度與壓力，傾斜至45°狀態(tài)，靜止2h進(jìn)行游離液的測(cè)定；高溫高壓的水泥漿失水量應(yīng)控制在小于40mL/30min的范圍內(nèi)。

3）良好的流變性

在需要注入水泥的常規(guī)場(chǎng)合，通常是需要通過調(diào)節(jié)水泥漿的配比，達(dá)到降低屈服值和降低膠凝強(qiáng)度的目的，以期實(shí)現(xiàn)流變性能的改善，以獲取更為優(yōu)秀的頂替效率。另一方面，在實(shí)施適用于水平井的水泥漿設(shè)計(jì)過程中，為讓水泥漿的穩(wěn)定性與驅(qū)替能力更加理想，一般要求水泥漿具有一定的屈服值，一般控制在15Pa左右。

4）短稠化時(shí)間與短過渡時(shí)間。

水泥漿應(yīng)有直角稠化曲線并要求從凝結(jié)到硬化的時(shí)間應(yīng)最短。若水泥漿稠化消耗時(shí)間過久，會(huì)導(dǎo)致水泥漿的強(qiáng)度發(fā)展更加緩慢化，游離液析出情況將會(huì)更加嚴(yán)重。故水泥漿在調(diào)整時(shí)需要確保施工安全，并以此為前提，降低水泥漿的過渡所需時(shí)長(zhǎng)，盡可能控制在15分鐘之內(nèi)以達(dá)到直角稠化的最優(yōu)效果。

（3）提高頂替效率

在鉆井過程完成之后可觀察到井眼環(huán)空內(nèi)部有鉆井液的填充，在隨意的一個(gè)間隙當(dāng)中，注入水泥頂替部分是從中間向各個(gè)層面擴(kuò)散的。若頂替動(dòng)力與阻力形成了力學(xué)平衡，水泥漿與鉆井液逐步穩(wěn)定下來形成固定驅(qū)替范圍，則會(huì)產(chǎn)生由于鉆井液產(chǎn)生的滯留層。對(duì)這種沉積在套管壁和井壁的滯留層進(jìn)行控制和清除是一個(gè)必要步驟，主要為了防范水泥固化后，墻壁面產(chǎn)生微小裂縫，確保固井質(zhì)量。在水泥漿對(duì)前置液或鉆井液起到頂替作用時(shí)，界面常見形態(tài)分為三種，包括穩(wěn)態(tài)、失穩(wěn)和鉆井液竄槽。為確保注入水泥后頂替界面具有穩(wěn)定性，控制環(huán)形孔隙的延伸長(zhǎng)度，減弱水泥漿與鉆井液的混合摻雜狀況，盡可能防止滯留鉆井液的生成，可強(qiáng)化頂替效率。注入水泥穩(wěn)定頂替界面其首要研究目的是依據(jù)井眼環(huán)空現(xiàn)場(chǎng)狀況對(duì)水泥漿與鉆井液的參數(shù)性能合理調(diào)節(jié)，確定頂替排量，讓穩(wěn)態(tài)更加持久。

（4）選用合適固井工具

1）套管扶正器：對(duì)固井中的摩阻進(jìn)行有效控制，對(duì)水平段窄邊緣環(huán)空段水泥漿頂替效應(yīng)有一定的改善。其應(yīng)用范圍如下所示：①啟動(dòng)力弱，且具有高度復(fù)位能力；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，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）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。

（5）保證鉆井液性能

由于在石油固井作業(yè)中，鉆井液對(duì)其施工進(jìn)程的影響非常重大，甚至可以直接對(duì)工程質(zhì)量產(chǎn)生影響，且鉆井液在密度、黏度和失水等方面具有不穩(wěn)定性。所以在進(jìn)行固井建設(shè)之前，選擇鉆井液方面，要注意結(jié)合實(shí)際情況，選取最適合石油開采工作的鉆井液，通常情況下，密度較低、失水量小、黏度低的鉆井液會(huì)更適合石油固井工作，但還是要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行配比，特殊情況特事特辦。在鉆井液性能方面，要采用科學(xué)的手段進(jìn)行提高。

3 結(jié)束語

在石油固井作業(yè)中，鉆井液對(duì)其施工進(jìn)程的影響非常重大，甚至直接影響工程質(zhì)量。在面對(duì)高強(qiáng)度、高難度的石油固井工作時(shí)，要結(jié)合實(shí)際情況，采取提高水泥漿質(zhì)量、提高人工作業(yè)質(zhì)量、保證鉆井液性能、提高地層承壓能力的方法，為石油開采工作創(chuàng)造出良好的外部環(huán)境，提供人才和技術(shù)支持，保證石油固井作業(yè)的順利進(jìn)行，提高石油固井工程的施工質(zhì)量。