致密油水平井固井技術(shù)現(xiàn)狀

霍維維

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江 大慶 163413）

1 國內(nèi)技術(shù)研究現(xiàn)狀

1.1 川西水平井固井技術(shù)

通過研究分析，認(rèn)為水平井固井質(zhì)量的主要因素為重力因素與井眼幾何形狀。重力作用導(dǎo)致水平段套管向下側(cè)彎曲，影響套管居中，導(dǎo)致水泥漿頂替效率低。鉆井液、前置液和水泥漿的重相顆粒沉降在環(huán)空底部，不利于井眼清洗，影響水泥環(huán)二界面膠結(jié)質(zhì)量。井眼軌跡不平滑、井徑不規(guī)則，會嚴(yán)重影響套管下入及居中，同時井徑不規(guī)則處形成死泥漿，造成頂替鉆井液困難。提出了合理的扶正器選用與間距設(shè)計，優(yōu)化漿柱結(jié)構(gòu)與頂替工藝，以及使用綜合性能優(yōu)良的水泥漿體系，是提高川西水平井固井質(zhì)量的有效途徑，主要技術(shù)措施如下：

（1）增加造斜點(diǎn)以下扶正器數(shù)量，提高造斜及水平段居中度；

（2）使用低粘切的常溫鉆井液作為先導(dǎo)漿，降粘、降切；

（3）使用帶有螺旋形狀扶正楞的旋流扶正器，提高水平段頂替效率；

（4）固井前置液采用組合形式——沖洗液+隔離液+沖洗液；

（5）使用雙凝水泥漿，增加雙凝水泥漿稠化時間差，確保壓穩(wěn)。

1.2 勝利油田水平井固井技術(shù)

主要是圍繞水平井固井難點(diǎn)，從通井、下套管、鉆井液性能調(diào)整、固井前置液和水泥漿設(shè)計、施工參數(shù)設(shè)計與控制等方面提出了提高頂替效率的關(guān)鍵技術(shù)措施：

（1）下套管前通井技術(shù)措施。模擬原鉆具剛度通井，確保扶正器數(shù)量和套管順利下入；下套管前維持原鉆井液性能，確保井壁穩(wěn)定；大排量洗井，對通井遇阻井段進(jìn)行劃眼和反復(fù)短起下，徹底清除巖屑床；通井后期，泵壓和鉆井液性能穩(wěn)定后，測循環(huán)周，估算井筒容積，為確定水泥漿量提供參考依據(jù)；起鉆前在水平段和造斜段注入潤滑鉆井液。

（2）下套管操作特別要求。下套管主要應(yīng)做到連續(xù)下入，縮短鉆井液靜止時間，避免過高的結(jié)構(gòu)力形成。

（3）扶正器設(shè)計原則及方法。水平段全部采用剛性扶正器并加大安放密度；扶正器位置宜放在井眼較規(guī)則、井壁穩(wěn)定的井段。

（4）前置液設(shè)計。在注水泥之前，先注入沖洗隔離液，目的是清除水泥封固段附著在套管外壁和井壁的稠鉆井液，使水泥在兩個界面均有較高的膠結(jié)強(qiáng)度。沖洗液與鉆井液相混時相容性要好，并能獲得一個親水環(huán)境；沖洗液的流變性要好，保證在低速下實(shí)現(xiàn)紊流，使兩個界面都得到有效沖洗，一般設(shè)計為400～500m環(huán)空體積，紊流接觸時間10min。

（5）水泥漿體系設(shè)計。采用多凝水泥漿柱結(jié)構(gòu)。上部采用低密度水泥漿體系，中部采用高溫降失水劑水泥漿體系，水平段采用增韌微膨脹水泥漿體系。

（6）循環(huán)洗井及鉆井液性能調(diào)整。剛開始循環(huán)時，維持下套管前的鉆井液性能，以利于井眼清洗；逐步提高排量，待泵壓及鉆井液性能穩(wěn)定后，大排量循環(huán)洗井兩周以上，以徹底清洗井眼；在注水泥前的1～2個循環(huán)周內(nèi)，循環(huán)到進(jìn)出口鉆井液性能達(dá)到平衡為止。如果可能，循環(huán)時鉆井液流態(tài)應(yīng)達(dá)到紊流狀態(tài)，以幫助清除巖屑或固相沉淀槽。另外，注水泥前或者注水泥期間要盡量減少井內(nèi)鉆井液處于靜止的時間，務(wù)必使其保持最充分的循環(huán)。

1.3 西部鉆探水平井固井技術(shù)

主要是通過完井管柱下入、水泥漿體系及配套固井技術(shù)等幾方面開展計算機(jī)模擬分析，配方優(yōu)化研究，配套固井技術(shù)優(yōu)選等致力于解決水平井固井的主要技術(shù)難題。

下套管前充分循環(huán)洗井并最終采用三扶正器通井保證井眼穩(wěn)定、暢通、平滑；造斜段、水平段套管串合理安放剛性扶正器，特別是滾輪扶正器有利于提高套管居中度和降低套管串下入摩阻；通過優(yōu)化固井施工參數(shù)采用變排量注水泥及替漿，改善注替流態(tài)，輔助采用除油前置液及套管漂浮技術(shù)有利于提高頂替效率；在水泥漿配方中加入彈性顆粒進(jìn)一步增加水泥石彈韌性，有利于在保證水泥石強(qiáng)度的前提下降低彈性模量，適應(yīng)大型壓裂對水泥石強(qiáng)度及韌性的要求。

2 國外技術(shù)研究現(xiàn)狀

2.1 頂替效率模擬軟件

（1）Displace 3D 頂替三維模擬軟件采用全井眼三維模擬方式，通過計算環(huán)空頂替鉆井液時各種流體的動態(tài)特征，能夠分析有效頂替鉆井液的必要條件。由于能清楚地看到井下的模擬情況，可以協(xié)助固井技術(shù)人員制訂更完備的注替方案，保證井眼完整性及封固質(zhì)量。

（2）OptiCem 固井優(yōu)化設(shè)計軟件可以使固井技術(shù)人員獲得更真實(shí)的模擬與流變模型。通過對比設(shè)計參數(shù)與實(shí)際施工參數(shù)，OptiCem 軟件可依據(jù)調(diào)整固井施工工序，監(jiān)測井下流體注入位置，實(shí)時監(jiān)測井下ECD，在保證施工安全的前提下，提高注替排量。

2.2 保證水泥環(huán)長期密封的技術(shù)

（1）ElastiCem 水泥和ElastiSeal 水泥。ElastiCem水泥通過加入彈性材料和纖維，降低水泥石的脆性，增加彈塑性，保證水泥環(huán)密封長期有效。ElastiCem 屬于泡沫水泥，密度為0.61～2.29g/cm3，可滿足10.0℃～315.7℃井下溫度的要求；ElastiSeal 水泥具有較強(qiáng)的可壓縮性，抵抗不同井下環(huán)境中應(yīng)力的能力強(qiáng)。由于ElastiSeal水泥中含有穩(wěn)定性強(qiáng)、分散性高的氮?dú)馀荩哂懈鼜?qiáng)的可壓縮性、橋堵性和彈塑性。

（2）GasStop水泥。GasStop水泥為防竄水泥漿，適用溫度范圍為93℃～177℃，可以用來控制水泥漿的膠凝強(qiáng)度。水泥漿凝固前可以有效傳遞液柱壓力，保證對氣層的壓穩(wěn)，防止失重時發(fā)生氣竄現(xiàn)象。GasStop水泥在淡水及鹽水鉆井液中均有優(yōu)異的降失水效果。

2.3 固井過程中防止水泥漿漏失技術(shù)

（1）Tuned Light Cement 水泥。Tuned Light Cement水泥采用玻璃微珠作為減輕劑來降低水泥漿密度，適應(yīng)密度范圍寬，水泥石抗壓強(qiáng)度高。在低壓易漏井固井中，Tuned Light Cement水泥能保證水泥漿返到設(shè)計位置，防止固井中水泥漿漏失，從而降低回灌作業(yè)的費(fèi)用。Tuned Light Cement水泥具有一定的觸變性，可有助于防止水泥漿的漏失及候凝時水泥的回落；Tuned Light Cement水泥過渡時間短，有助于防止氣竄。

（2）ZoneSeal 泡沫水泥。ZoneSeal 泡沫水泥具有以下優(yōu)點(diǎn)：①彈塑性及抗拉強(qiáng)度高，增加了水泥石的力學(xué)性能，有助于保證水泥環(huán)的長期密封；②泡沫水泥在壓縮狀態(tài)下為高能、高粘體系，有助于提高頂替效率。在低壓易漏井中，泡沫水泥有助于保證水泥的返高；在高壓井中，泡沫水泥有助于防氣竄；泡沫水泥可實(shí)現(xiàn)超低密度，可用于特殊地層固井，應(yīng)用效果顯著。

（3）固井前置液技術(shù)。Tuned Spacer 水基隔離液與任何類型鉆井液相容性良好，通過優(yōu)化流變性能參數(shù)，可以有效清除鉆井液及井壁上的濾餅，為水泥漿的良好膠結(jié)環(huán)境。Tuned Spacer 水基隔離液在不同溫度條件下屈服值穩(wěn)定，懸浮性好，流變性能易于調(diào)整。最高抗溫可達(dá)177℃，適用密度為1.21～2.17g/cm3。Mud Flash 沖洗液可作為固相顆粒分散劑與水潤濕表面活性劑來沖凈環(huán)空中的鉆井液，并將環(huán)空二界面變?yōu)樗疂櫇?，為水泥漿與井壁間的良好膠結(jié)創(chuàng)造條件。上述性能保證鉆井液、水泥漿與井下沖洗液在井下的良好相容性。Mud Flash是單組分鉆井液—濾餅清除劑，具有用戶友好、低成本、易操作等特點(diǎn)。

3 水平井固井技術(shù)新進(jìn)展

3.1 水平井固井新工具

國外研制的水平井固井工具主要是從提高頂替效率和強(qiáng)化套管環(huán)空的竄槽通道密封兩方面來進(jìn)行的。

（1）紊流器；

（2）套管扶正器；

（3）旋轉(zhuǎn)尾管下入工具；

（4）管外封隔器。

3.2 水平井固井新體系

（1）泡沫水泥漿。泡沫水泥主要是在水泥漿混配過程中，加入表面活性劑、穩(wěn)定劑，在通過人工引入氮?dú)鈦韺?shí)現(xiàn)，優(yōu)勢是具有高的剪切應(yīng)力，可提高頂替鉆井液能力，另外，水泥石內(nèi)部氣體可以保持水泥石內(nèi)部壓力，提高水泥石防油氣水竄的能力。

（2）韌性水泥漿。致密油水平井大型壓裂對水泥環(huán)長期密封性能要求高，所以對水泥石的力學(xué)性能具有較高的要求，水泥石是具有先天缺陷的脆性材料，井下水泥環(huán)在射孔彈高能聚流沖擊力（＞4000MPa）的作用下，會破裂形成宏觀裂紋，油氣井開發(fā)過程中的后續(xù)增產(chǎn)措施使這些裂紋進(jìn)一步擴(kuò)大，致使水泥環(huán)的封隔作用徹底失效。因此，需要增加水泥石的韌性，就是提高水泥石的抗外載能力，可以通過添加彈性材料，如，加入復(fù)合纖維、彈塑劑、溶結(jié)環(huán)氧樹脂等材料，在水泥石受力作用時，力傳遞到彈性材料，產(chǎn)生力的緩沖作用，吸收部分能量，減緩骨架支撐結(jié)構(gòu)的破壞，提高水泥石的抗沖擊性能。

4 結(jié)論

水平井的主要特點(diǎn)是水平段較長，受地質(zhì)條件的影響，存在井眼軌跡控制難度大、井眼規(guī)則度差的問題，導(dǎo)致固井作業(yè)環(huán)節(jié)下套管困難、套管居中度差、頂替效率低，影響固井質(zhì)量。而水平井固井水泥環(huán)需經(jīng)受大型壓裂的考驗(yàn)，水泥環(huán)質(zhì)量直接影響著壓裂方案的制定與油井壽命，因此固井質(zhì)量成為各方關(guān)注的焦點(diǎn)。