水平固井技術的國內外發展探究

摘 要:對國內外水平井固井工藝技術進行了全面、細致的調研，介紹了國外水平井和大斜度井固井工藝，可供現場工程技術人員借鑒，以提高國內水平井固井工藝技術和整體效益。

關鍵詞:水平井固井;關鍵技術;進展

中圖分類號:TB

文獻標識碼:A

文章編號:1672-3198(2010)12-0326-02

固井作業是油氣井鉆井工程中最重要的環節之一，水平井(大斜度井)固井技術由于水泥漿頂替問題等因素影響而與直井有很大的差異，固井成功率低且費用高，長水平段固井更是高難度作業。在水平井技術發展初期，國外采用后期射孔完井的水平井很少，對大斜度井和水平井固井的研究不多。但為了持續發揮水平井的綜合經濟效益，很多石油公司和專業固井公司開展了技術攻關，已形成了一套提高大斜度井和水平井固井質量的設計和施工新技術，研制了相關的技術裝備。

1 國內水平井固井新技術

1.1 套管漂浮技術

在渤海灣的6口大位移延伸鉆井后固井的成功作業，說明了大位移延伸段(311.15井眼)固井的關鍵技術——套管漂浮技術，即用“盲板浮鞋+漂浮接箍”實現套管漂浮;用雙弓扶正器保證套管居中、減少下套管的摩阻;用滾輪扶正器降低界面摩擦系數;用Cem SAIDS固井仿真軟件進行摩阻預測。為提高頂替效率，保證固井質量，采用雙速替鉆井液技術，實現紊塞流上返;采用海水頂替液，實現套管的浮力漂浮。

1.2 水平井固井油氣層保護技術

以前在用244.5技術套管固井時，油層已打開，水泥對油層污染嚴重，而且固技術套管時未采取油氣層保護措施，產量較直井提高不明顯。為解決此問題，國內研究使用了244.5技術套管固井油氣層保護技術，使平均單井原油產量提高142%，取得了較好的效果。改進后的水泥傘—分級箍兩級注水泥防漏固井工藝，分兩級固井。一級封固，先固水泥傘以上30m，凝固后再用打開式分級箍進行二級固水泥到井口。水泥傘的優點是，防止水泥漿直接沖擊油氣層，達到防止壓漏地層、保護油氣層的目的。在施工的8口井中均取得較好的效果。

2 國外水平井固井工藝技術

HALIBURTON和EXXON公司對水平井固井提高鉆井液頂替效率總結了一系列的措施:如:對于井斜角在45°以上的井眼，為滿足鉆井液懸浮巖屑的要求，鉆井液的屈服值應達0.75-1.5kg/100m2。固井前循環時間至少應該是3倍于井筒容積所需循環的時間，或者循環到進出鉆井液性能達到平衡為止，盡可能使鉆井液流態應達到紊流狀態。注水泥前或注水泥期間，必須保持連續的循環。在大斜度井和水平井中堅持使用隔離液和沖洗液。水平井套管環空間隙至少不小于1 英寸(1英寸=25.4mm)，使摩阻降到最低限度。除此之外，還有一些特殊的工藝技術。

2.1 泡沫水泥固井技術

泡沫水泥是在水泥漿中注入起泡劑、穩泡劑和氮氣而形成，相對普通水泥具有如下優勢:

(1)在泵送過程中產生較高的動態流動剪切應力，從而提高它對鉆井液的驅替能力;

(2)能避免由溫度和壓力導致的水泥外殼剪切應力造成的破壞;

(3)在凝固過程中，隨著水泥漿體積收縮、氣體增泡持續膨脹，水泥石內部壓力在體系過渡階段幾乎能保持恒定，體系能有效地控制氣體運移和地層流體的侵入;

(4)具有低壓縮強度，在水力壓裂作業中，減輕人為增加裂縫的機會。

2.2 雙密度沖洗液、雙密度水泥漿固井工藝技術

美孚石油公司應用了一種水平井固井新工藝提高頂替效率，即使用雙密度沖洗液和雙密度水泥漿進行水平井固井，該方法主要用于不能使用泡沫水泥漿進行紊流頂替的大斜度井中。具體方法如下。

(1)首先清洗井眼。向井下循環雙密度沖洗液(隔離液)，循環數量和時間應保證能充分清洗干凈井筒，以利于固生產套管。

(2)下入帶扶正器的生產套管，使套管在井眼中居中。

(3)向井下套管和井壁間的環空泵入第一種水泥隔離液，注入足夠量后，停止注入，讓其自動進行壓力平衡。沖洗液(隔離液)含氯化鉀、氯化鈉、氯化鈣、氯化鋅、溴化鉀、溴化鈉、溴化鈣或溴化鋅，室溫下密度范圍為1.0-1.4g/cm3;

(4)從環空注入第二種水泥隔離液，隔離液含柴油、煤油、二甲苯、氯化鉀、氯化鈉或氯化鈣溶液，密度比第一種小0.1，在井眼溫度條件下環空中兩種沖洗液的表觀黏度應相差100×10-3Pa#8226;s。這樣，第二種就會保持在第一種水泥隔離液的上方，在第一種清洗下部井段時清洗上部井段。

(5)循環足夠量后，停止注入，并使兩種隔離液充分進行壓力平衡。并攜帶雜質、循環清洗井眼。

(6)向環空注入第一種水泥漿即常規水泥漿，密度比隔離液密度大。水泥漿量應足以充滿整個環空。

(7)向環空注入第二種低密度水泥漿或泡沫水泥漿，因此入井后位于第一種水泥漿的上方，填補了第一種水泥漿沒有充填的空隙，有效地封隔套管和地層。通過上述作業，可以在固套管前高效地清除水平井段的鉆井殘留物。通過使用雙密度水泥漿，能有效避免用一種高密度水泥漿固井形成的空隙，從而避免了串槽，有效封隔油氣層。也可以簡化工藝，只使用雙密度水泥漿固井。具體方法為:在水平段的上部使用密度低于鉆井過程中鉆井液密度的低密度水泥漿，可以是泡沫水泥漿或加入低密度小球、煅制氧化硅、飛塵、硼硅酸鹽小球或氮氣等的水泥漿，常用密度為0.96-1.53g/cm3。將頂替井段上部的鉆井液，防止井眼上段形成的殘余鉆井液竄槽。然后再泵入密度較高的水泥漿，該水泥漿將流入套管底部，固結套管底部環空，并有效頂替井眼環空低邊的鉆井液。

2.3 潮汐流頂替工藝

在鉆遇破裂壓力和孔隙壓力不同的多層段井時，無論鉆穿的是衰竭區還是非衰竭區，大斜度井長井段固井都要求降低當量循環密度、實現合理頂替，這就給施工帶來相當大的難度。研究表明，在進行雙密度水泥漿固井時，如保持較低排量，限制井眼寬邊的流速，能更好頂替井眼低邊的流體。因此，國外開發了一項固井新技術——低排量高密度差頂替工藝，或稱潮汐流頂替的固井工藝。為了使密度差達到最大，水泥漿和隔離液黏度應盡可能小。與分級注水泥和擴大井徑相比，該技術作業成本更低。但潮汐流頂替工藝并不能替代紊流和有效層流頂替，它只是在這兩種工藝不適合井筒條件的情況下，作為一種可供選擇的固井方法。

3 結論和建議

(1)提高大斜度井和水平井固井質量的主要技術思路是有效控制自由水、清除巖屑床、套管柱扶正、切斷可能的竄槽通道;主要措施是確定合理的井身結構、套管柱居中、低析水水泥漿、隔離液和前置液優化設計以及正確的頂替排量。

(2)提高水平井固井質量的關鍵手段是提高水泥漿頂替效率，國外研制的紊流器、刮泥器、套管扶正器和旋轉尾管下入工具在實際應用中發揮了重要作用。

(3)國外水平井泡沫水泥固井、雙密度沖洗液、雙密度水泥漿固井、旋轉尾管固井、潮汐流固井工藝技術值得國內同行借鑒和推廣。

(4)針對多產層、復雜地層的固井，管外封隔器固井、水平井分段固井完井技術是未來國內水平井固井的攻關方向。

參考文獻

[1]vanERICOort，SANJITRoy，MARIOZamora.RealtimeECDsimulation and management using a remote operations center[R].SPE92605，2005.

[2]ASLAKSONJ， DOHERTYD，SMALLEYE. Preventing annular flow after cementing， One pulseatatime:off shore Gulf of Mexico cement pulsation field results[R].SPE94230，2005.

[3]DOHERTYD，FANGUYC，MUELLERDT.LargesCale feasibility determination of storing and transporting acement slurry below deck under maritime conditions[R].SPE98894，2006.

[4]何龍，劉毅，王長等.TK108H中曲率水平井鉆井技術[J].石油鉆采工藝，2000，(4).

[5]楊啟貞等.在水平井、大位移井中選用合適的套管扶正器[J].石油鉆采工藝，2000，(4).

[6]崔軍，宋本嶺，廖華林等.勝利油田埕北21-平1大位移井固井技術[J].石油鉆采工藝，2000，(6).

[7]邊培明.草古1潛山水平井鉆井完井技術[J].石油鉆探技術，2000，(2).

[8]張宏軍，張明昌，任騰云，等.新式分級箍在草古100區塊水平井固井中的應用[J].石油鉆探技術，2001，(1).

[9]丁士東，唐世春，田平，等.塔河油田深水平井固井技術[J].石油鉆探技術，2001，(3).