固井技術(shù)助力油氣勘探開發(fā)

□ 馬占云

近日，中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院所承擔(dān)的“863”計(jì)劃課題“超深井高溫高壓復(fù)雜條件下固井技術(shù)研究”取得顯著成果。該課題研制開發(fā)了適合超深井固井的抗高溫水泥漿外加劑，成功研制出了國(guó)內(nèi)首臺(tái)可以模擬高溫高壓條件的水泥石長(zhǎng)期性能檢測(cè)儀器。提出了防止硫化氫和二氧化碳腐蝕的水泥漿體系，同時(shí)研制成功抗溫達(dá)200攝氏度適合超深井固井的防腐蝕系列配套特種尾管固井工具及固井技術(shù)工藝措施，在川東北、普光、塔河油田等區(qū)塊固井質(zhì)量合格率達(dá)到100%。

石油工程技術(shù)研究院副院長(zhǎng)、石油工程專家曾義金指出，近年來，我國(guó)石油需求呈剛性增長(zhǎng)，石油對(duì)外依存度已逼近警戒線，而國(guó)內(nèi)40%的剩余油氣資源處于深部，海外合作區(qū)塊油氣藏也較多處于深層。因此，解決石油深層鉆井、固井的有關(guān)技術(shù)難題，加快深層油氣勘探開發(fā)研究，成為增加我國(guó)石油產(chǎn)量、解決目前能源危機(jī)的一項(xiàng)重要措施。

密切跟蹤固井技術(shù)發(fā)展

曾義金介紹，超深井高溫高壓復(fù)雜條件下固井技術(shù)研究一直是跟蹤研究的課題，近幾年來國(guó)內(nèi)外在油井水泥外加劑、固井工藝技術(shù)、固井工具及附件、固井設(shè)計(jì)模擬與分析軟件、水泥漿頂替技術(shù)、注水泥設(shè)備等方面的進(jìn)展十分迅速。目前已普遍采用注水泥設(shè)備向操作自動(dòng)化、密度控制精確化、大能量和大功率方向發(fā)展，復(fù)雜的地層固井技術(shù)日趨完善。固井計(jì)算機(jī)模擬、仿真與監(jiān)控技術(shù)提高了固井方案設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)施工的準(zhǔn)確性、針對(duì)性和科學(xué)性，鉆井技術(shù)的發(fā)展也帶動(dòng)了小井眼固井、水平井固井、分支井固井和大位移固井等特殊工藝井固井技術(shù)的進(jìn)步。

曾義金說，10多年前，針對(duì)國(guó)外固井技術(shù)的發(fā)展趨向，研究人員一直致力于機(jī)械注氮泡沫水泥漿固井技術(shù)研究，研制開發(fā)了相應(yīng)的外加劑、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及配套現(xiàn)場(chǎng)施工工藝技術(shù)。在借鑒國(guó)外化學(xué)發(fā)泡經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，開展了新型泡沫水泥漿固井技術(shù)研究。通過穩(wěn)泡劑使之形成穩(wěn)定且相互獨(dú)立的泡沫水泥漿，極大地簡(jiǎn)化了施工設(shè)備和工藝，在長(zhǎng)慶、勝利、遼河等油田應(yīng)用中取得了滿意的效果。同時(shí)，對(duì)環(huán)空氣(水)竄的形成原因、影響因素氣竄的物理過程、預(yù)測(cè)方法及防氣竄水泥漿體系做了大量的研究工作，先后研究開發(fā)了膨脹水泥、延緩膠凝水泥、觸變水泥、可壓縮水泥和非滲透膠乳水泥等多種防竄水泥體系，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中效果也十分顯著。

德州大陸架公司固井技術(shù)產(chǎn)品質(zhì)量及可靠性已接近國(guó)外產(chǎn)品，在國(guó)內(nèi)已基本取代進(jìn)口產(chǎn)品。圖為海外公司工作人員參觀大陸架公司產(chǎn)品。 馬占云 供圖

固井的每個(gè)環(huán)節(jié)都是關(guān)鍵

“固井是一門綜合藝術(shù)，任何環(huán)節(jié)都沒有輕重之分。”曾義金說，以鉆井液轉(zhuǎn)化水泥漿(MTC)固井技術(shù)為例，這項(xiàng)技術(shù)是在泥漿中加入可水化的材料，使鉆井液在一定條件下轉(zhuǎn)變成具有一定強(qiáng)度的固井液。目前，國(guó)內(nèi)外多數(shù)采用高爐礦渣作為水硬性材料替代波特蘭水泥。正是由于該技術(shù)有利于提高固井質(zhì)量，尤其是有助于改善第二界面膠結(jié)質(zhì)量，自80年代研究應(yīng)用以來，一度在固井界引起極大的關(guān)注，被認(rèn)為是傳統(tǒng)固井作業(yè)的一次革命。

隨著石油工業(yè)的發(fā)展，深井、超深井、水平井、分支井、大位移井逐年增加。同時(shí),對(duì)老區(qū)塊、薄油藏的挖潛也越來越普遍。為適應(yīng)水平井、大位移井固井要求，減小下套管摩阻，相繼研制開發(fā)了滾珠式剛性扶正器、井下啟動(dòng)剛性扶正器、套管漂浮接箍等，這些對(duì)固井的成功都起著舉足輕重的作用。

隨著實(shí)踐的積累，對(duì)固井的要求也日益提高。工程院德州大陸架公司經(jīng)多年攻關(guān)，研制出水泥漿膨脹的長(zhǎng)裸眼封隔器，取代注水泥作業(yè)。為解決長(zhǎng)裸眼易漏失井尾管固井問題，尾管懸掛器液壓式分級(jí)箍聯(lián)合作業(yè)工藝及相配套的特殊膠塞系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。保證了施工的連續(xù)性。

要想固好一口井，水泥漿頂替技術(shù)也是固井中關(guān)鍵的一環(huán)。曾義金說，在無法實(shí)現(xiàn)紊流的條件下采用有效層流固井技術(shù)效果較好。針對(duì)深井不規(guī)則井眼水泥漿頂替效率低的技術(shù)問題，通過理論分析制定出不同井徑的紊流和塞流的水泥漿流變性能實(shí)施方案。結(jié)合套管居中、井眼處理、沖洗液和隔離液技術(shù)，解決了探井井眼不規(guī)則的固井問題。

曾義金在分析了國(guó)內(nèi)外固井技術(shù)后指出，工程院德州大陸架公司研究開發(fā)的系列化的尾管懸掛器、雙級(jí)注水泥器、套管扶正器、套管卡箍、套管外封隔器、內(nèi)管注水泥器、水泥頭及浮箍、浮鞋等附件，基本滿足了現(xiàn)場(chǎng)固井技術(shù)要求。質(zhì)量及可靠性已接近國(guó)外產(chǎn)品，在國(guó)內(nèi)已基本取代進(jìn)口產(chǎn)品。其中，水平井尾管固井送球器為國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。

加大非常規(guī)固井技術(shù)研發(fā)力度

當(dāng)談到固井技術(shù)的前景，曾義金滿懷信心地說，固井技術(shù)是隨著鉆井技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展的，目前，固井材料、油井水泥外加劑及其工藝技術(shù)都提升到一個(gè)新的高度，不斷推出的新工藝、新技術(shù)、新材料，基本適應(yīng)了油田勘探開發(fā)的日益需求。尤其近10年，固井技術(shù)在深井、超深井的進(jìn)展十分明顯,形成了系列配套的固井工具及固井工藝技術(shù)措施。

同時(shí)他又指出，固井技術(shù)任重道遠(yuǎn),對(duì)新型固井外加劑及水泥漿體系、新型固井完井工具、復(fù)雜條件下深井、超深井固井技術(shù)、防氣竄固井技術(shù)、復(fù)雜壓力體系調(diào)整井固井技術(shù)和防腐蝕固井技術(shù)等研究與開發(fā)還要加大力度，隨著油氣勘探開發(fā)深入和科技的進(jìn)步，固井技術(shù)也將不斷地推進(jìn)、豐富和完善。