水平井固井質(zhì)量提升方法研究

韓 超

（中海油田服務(wù)股份有限公司，河北廊坊 065000）

水平井技術(shù)通過在地層中鉆探水平井段，能夠更有效地開采油氣資源，這種技術(shù)可以增加井底對(duì)地層的穿透，提高油氣的采收率，特別是在低滲透或非常規(guī)油氣藏的開發(fā)中取得了顯著的成功。水平井的水平段相比傳統(tǒng)的垂直井段更長(zhǎng)，這意味著在相同的井筒中可以穿越更多的產(chǎn)層，這樣可以提高井的產(chǎn)能，從而增加油氣生產(chǎn)[1-3]。水平井的應(yīng)用有助于減緩油氣井的衰減速度，由于水平井可以更好地穿越產(chǎn)層，減少了流體在地層中的流動(dòng)距離，降低了流體流動(dòng)的阻力，有助于維持更長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定產(chǎn)能。水平井技術(shù)在非常規(guī)油氣資源的勘探和開發(fā)中得到廣泛應(yīng)用，如頁巖氣、煤層氣等，通過水平井，可以更好地開采這些非常規(guī)資源，提高產(chǎn)量。在注采過程中，水平井的應(yīng)用可以提高注水井與采油井之間的效率，通過在產(chǎn)層中精確控制水平井的位置，可以更好地實(shí)現(xiàn)油水調(diào)劑，提高采收效率。

近年來，隨著油氣勘探開發(fā)技術(shù)的不斷進(jìn)步，水平井作為一種重要的油氣井類型得到了廣泛的應(yīng)用。水平井的特殊井筒結(jié)構(gòu)和地層條件使得其固井工程變得更加復(fù)雜，同時(shí)對(duì)固井質(zhì)量提出了更高的要求，固井質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系油氣井的穩(wěn)產(chǎn)和長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)，水平井具有較大的井深和井段長(zhǎng)度，井筒穩(wěn)定性對(duì)于保障井下工程的正常運(yùn)行至關(guān)重要，固井質(zhì)量的不穩(wěn)定或不足可能導(dǎo)致井壁塌陷、井筒變形等問題，影響井下工程的穩(wěn)定性[4]。本次研究主要是根據(jù)水平井固井質(zhì)量的影響因素，提出合理的應(yīng)對(duì)措施，為提高水平井固井質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

1 影響水平井固井質(zhì)量的因素研究

1.1 井眼和井身

水平井的井眼可能會(huì)穿越不同的地層，包括堅(jiān)硬的巖石、軟弱的泥巖等，這可能導(dǎo)致井眼鉆進(jìn)的難度增加，不同地層的物理性質(zhì)需要適應(yīng)不同的鉆進(jìn)技術(shù)和工藝。水平井的井眼尺寸在水平段和垂直段可能會(huì)發(fā)生變化，這對(duì)固井工程提出了更高的要求，需要根據(jù)井眼尺寸的變化合理選擇套管和水泥漿的性能。由于水平井的井筒曲率較大，井筒可能會(huì)發(fā)生彎曲和變形，從而影響水平井段的完整性，套管可能出現(xiàn)扭曲和變形，進(jìn)而影響固井質(zhì)量。在水平井中，井內(nèi)流體壓力可能會(huì)因?yàn)榫淼牟痪鶆蛐远l(fā)生變化，這可能對(duì)固井施工和水泥漿的固化效果造成影響[5]。由于水平井穿越多個(gè)地層，可能存在井內(nèi)流體遷移的問題。這可能導(dǎo)致水泥漿的分層、井內(nèi)流體的混入，進(jìn)而影響固井的效果。水平井的井身形狀和套管位置需要更加精確地設(shè)計(jì)，以適應(yīng)復(fù)雜的地層條件，如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，可能導(dǎo)致固井質(zhì)量不佳。

1.2 套管下放過程

在套管下放過程中，如果套管的質(zhì)量分布不均勻或在下放過程中發(fā)生了不均勻變形，可能導(dǎo)致套管不平衡，這會(huì)影響套管的下放速度和方向，增加了井筒的不穩(wěn)定性。套管下放過程中，井眼的偏心現(xiàn)象可能發(fā)生，井眼偏心會(huì)導(dǎo)致套管在下放時(shí)發(fā)生擺動(dòng)，增加了套管與井壁之間的摩擦，影響套管的下放平穩(wěn)性。如果套管在下放過程中發(fā)生扭曲，可能導(dǎo)致套管外徑的不規(guī)則變化，影響套管與井壁之間的密封性和固定性。在套管下放過程中，油泥漿排除不暢可能導(dǎo)致在套管和井壁之間形成泥漿柱，影響套管的下放速度和下放過程的穩(wěn)定性。套管與水泥漿之間的配合問題可能導(dǎo)致在下放過程中水泥漿無法順暢地充滿套管與井壁之間的空隙，從而影響固井質(zhì)量。

1.3 鉆井巖屑床和膠結(jié)質(zhì)量

在水平井鉆井中，由于水平段井眼較小、鉆進(jìn)速度較慢，巖屑清除可能不及時(shí)，巖屑在井眼中堆積，影響固井時(shí)的水泥漿流動(dòng)。巖屑的不及時(shí)清除可能導(dǎo)致井眼的有效直徑減小，從而影響水泥漿在井眼中的流動(dòng)和均勻分布，降低固井質(zhì)量。不同地層的巖屑可能具有不同的性質(zhì)，如果混合在一起，可能導(dǎo)致水泥漿的流變性變差，影響其性能。選擇的水泥漿性能要與地層條件相匹配，如果性能不匹配，可能導(dǎo)致固井效果不理想。如果水泥漿的流動(dòng)性差，可能無法充分填充井眼，造成空隙或者不均勻固化，影響固井的整體質(zhì)量。對(duì)水泥漿漿液密度的控制不當(dāng)可能導(dǎo)致漿液在井眼中漂浮或下沉，影響水泥漿的均勻分布。

1.4 鉆井液和前置液性能

鉆井液中的固相含量過高可能導(dǎo)致巖屑在井眼中沉積，影響水泥漿的均勻分布和固化效果。鉆井液的飽和度不足可能導(dǎo)致井眼周圍地層水分的流入，影響后續(xù)水泥漿的固化效果。鉆井液的pH偏離適當(dāng)范圍可能導(dǎo)致水泥漿的凝固時(shí)間變化，進(jìn)而影響固井效果。如果前置液漿液密度過高，可能導(dǎo)致前置液在井眼中沉積，影響固井時(shí)水泥漿的均勻分布。過低的密度可能導(dǎo)致井底地層的井眼塌陷，影響固井施工的順利進(jìn)行。選擇的前置液漿液性能需要與地層條件相匹配，不合適的性能可能導(dǎo)致固井效果不理想。

1.5 水泥漿性能

水泥漿在固井過程中需要具備適當(dāng)?shù)牧髯冃?，包括黏度、塑性、流?dòng)性等，以確保在井眼中能夠均勻分布并形成合適的固井環(huán)境。水泥漿的凝結(jié)時(shí)間應(yīng)當(dāng)適應(yīng)施工工藝和井下地層的特點(diǎn)，凝結(jié)時(shí)間過長(zhǎng)或過短都可能影響固井效果，導(dǎo)致不均勻固化或未充分固化。水平井通常面臨較高的地溫和地壓，水泥漿的性能需要具備良好的耐高溫高壓性能，以確保在井下環(huán)境下保持穩(wěn)定。水泥漿的密度需要合理控制，過高或過低都可能導(dǎo)致固井不穩(wěn)定，影響井壁穩(wěn)定性。如果水泥漿的流動(dòng)性差，可能導(dǎo)致在井眼中無法均勻覆蓋，形成空隙，影響固井效果。

2 水平井固井質(zhì)量提升方法研究

2.1 井身和井眼的質(zhì)量控制

在設(shè)計(jì)階段，進(jìn)行井壁穩(wěn)定性分析，考慮地層特性、井壁結(jié)構(gòu)和井筒曲率等因素，以合理選擇井眼尺寸和設(shè)計(jì)固井方案。根據(jù)井眼的地層情況和井身的特點(diǎn)，選擇合適的套管，包括合金套管、耐腐蝕套管等，以確保井眼穩(wěn)定性和固井質(zhì)量。采用有效的井身清潔技術(shù)，確保井眼中沒有殘留的巖屑、泥漿和其他雜質(zhì)，以提供良好的固井環(huán)境。針對(duì)水平井的特殊井眼結(jié)構(gòu)，優(yōu)化巖屑清除設(shè)備，確保井眼的有效直徑充分維持，并降低巖屑對(duì)固井的影響。在固井施工過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井眼穩(wěn)定性，采用傳感器和監(jiān)測(cè)技術(shù)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)調(diào)整施工方案。

2.2 套管串結(jié)構(gòu)優(yōu)化

在設(shè)計(jì)階段，根據(jù)井段地質(zhì)特點(diǎn)、井眼直徑、井斜等因素，優(yōu)化套管串的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確保其滿足井筒穩(wěn)定性的要求。在需要的井段，增加套管的壁厚，以提高套管的強(qiáng)度和抗變形能力，減輕外界力對(duì)套管的影響。選擇高強(qiáng)度、可靠的套管連接方式，確保套管連接牢固，提高整體套管串的抗拉強(qiáng)度?？紤]套管在不同溫度和壓力條件下的膨脹和收縮特性，以防止因溫度變化引起的套管卡阻和偏心。針對(duì)不同井段，合理設(shè)置套管長(zhǎng)度和間隔，使套管在井眼中的支撐作用更加均勻，提高井筒穩(wěn)定性。在井段較長(zhǎng)或要求較高的情況下，考慮采用雙層套管結(jié)構(gòu)，提高整體套管串的穩(wěn)定性和強(qiáng)度。在需要的井段，考慮增加套管串的支撐，例如使用鉆井液、泡沫水泥等，以提高井眼穩(wěn)定性。

2.3 鉆井液與前置液設(shè)計(jì)優(yōu)化

根據(jù)井下地層條件，選擇適宜的基礎(chǔ)鉆井液，確保其與地層相容，降低對(duì)井眼穩(wěn)定性的不利影響。根據(jù)井眼地層情況，合理調(diào)整鉆井液的流變性、密度、pH等性能，以適應(yīng)井下環(huán)境和地層特點(diǎn)。選擇具有良好清潔性能的鉆井液，確保及時(shí)有效地清除井眼中的巖屑，減小井眼的摩擦阻力。根據(jù)井下地層情況選擇適宜的前置液，確保其對(duì)水泥漿不產(chǎn)生不良影響，有利于水泥漿的附著和固化。優(yōu)化前置液漿液密度，確保其與水泥漿密度相匹配，避免在注入水泥漿過程中產(chǎn)生漿液分層問題。提高前置液的清潔度，通過過濾和凈化設(shè)備，減少雜質(zhì)和殘余物質(zhì)的含量，以確保固井環(huán)境清潔?？刂魄爸靡旱娘柡投龋_保其與井眼周圍地層的水分平衡，減小對(duì)水泥漿的影響。

2.4 合理設(shè)計(jì)水泥漿

根據(jù)地層特征、井眼直徑、井段要求等因素，優(yōu)化水泥漿的配方，確保其適應(yīng)不同地層條件，提高固井效果。通過添加合適的流變劑，提高水泥漿的流變性，使其在井眼中更加均勻地分布，確保良好的固井環(huán)境。合理控制水泥漿的密度，以確保其不僅能夠提供足夠的井筒支撐力，同時(shí)又不引起井眼塌陷等問題。選擇耐高溫的水泥漿，以適應(yīng)水平井井下可能遇到的高溫環(huán)境，確保水泥漿在固化過程中能夠保持穩(wěn)定性。根據(jù)實(shí)際需要，優(yōu)化水泥漿的凝固時(shí)間，以適應(yīng)施工工藝和地層條件，確保施工進(jìn)度和固井效果。通過添加改性劑，提高水泥漿與井眼壁的附著性，防止水泥漿在固井過程中出現(xiàn)剝離的問題。

2.5 提高固井的工藝和技術(shù)

采用分級(jí)固井技術(shù)，根據(jù)地層性質(zhì)、井段特點(diǎn)，將水泥漿分成不同級(jí)別，以實(shí)現(xiàn)更好的固井效果。引入封隔器脹封技術(shù)，通過封隔器在井眼中形成封堵，提高水泥漿在井眼中的封堵效果。對(duì)需要特殊處理的井段，采用雙水泥漿設(shè)計(jì)，例如基礎(chǔ)水泥漿和封堵水泥漿，以提高固井的效果。配備智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井下固井的參數(shù)，包括水泥漿性能、井眼穩(wěn)定性等，以及時(shí)調(diào)整固井工藝。對(duì)于復(fù)雜地層條件，采用多級(jí)固井技術(shù)，將井段劃分成不同的級(jí)別，分別進(jìn)行固井，提高整體固井的質(zhì)量。優(yōu)化套管下放工藝，確保套管在下放的過程中能夠保持垂直，減小套管的偏心和扭曲。

3 結(jié)論

1）影響固井質(zhì)量的因素主要包括井眼和井身、套管下放過程、鉆井巖屑床和膠結(jié)質(zhì)量、鉆井液和前置液性能、水泥漿性能。

2）提升水平井固井質(zhì)量的方法主要有井身和井眼的質(zhì)量控制、套管串結(jié)構(gòu)優(yōu)化、鉆井液與前置液設(shè)計(jì)優(yōu)化、合理設(shè)計(jì)水泥漿、提高固井的工藝和技術(shù)。

3）提升水平井固井質(zhì)量的方法可以在一定程度上保障固井質(zhì)量，有利于水平井開發(fā)。