水平井固井工藝技術難點研究

孫利民(遼河油田曙光采油廠 遼寧 盤錦 124000)

隨著石油鉆井技術的提高，高效益，低成本的水平井逐年增多。由于水平井的特點，給固井工作帶來以下問題：1、套管不居中，套管環空水泥環厚度嚴重不均；2、井筒泥餅、環空巖屑不易被清除干凈；3、頂替過程若返速不合適，水泥漿易沿底邊推進，將與泥漿混竄，候凝時上部易形成水帶等。上述問題對固井質量造成的后果：頂替過程易發生堵蹩，留水泥塞或井漏污染油層及水泥面低返漏封油層；不能常壓候凝，使水泥環膠結質量降低；水泥環竄槽，發生水竄，影響產油量。

針對水平井的固井技術難點，從以下方面研究，確保水平井固井質量。

一、井眼凈化

水平井的水平位移大，井眼長，井眼的低部容易形成了巖屑沉積床，既阻礙巖屑的攜帶，又使清除巖屑復雜化。通常采用以下方法可以有效凈化水平井井眼。

1.通過使用擴眼鉆頭，加放扶正器通井等技術措施，消除巖屑沉積床，保證井徑規則，井眼暢通，掛去浮泥餅，有利于水泥膠結質量。

2.提高環空鉆井液返速：不論井斜角多大，通過調整泵壓和泵排量，提高鉆井液的環空返速都能達到有效攜帶巖屑的效果，達到凈化井眼的目的。

3.井斜在0°-45°使用層流，55°-90°使用紊流將提高清井效果。

4.通過提高鉆井液密度和粘度能夠達到有效攜帶巖屑的效果，但鉆井液密度的提高對油層容易造成污染，應慎重采用。

5.在斜井中，鉆井液觸變性過高非常不利于鉆屑的輸送，在鉆柱不轉動時更是如此。井眼底部容易形成幾乎不流動的流體層，使鉆屑滯留在井底，這種影響對細顆粒來說尤為嚴重。所以在完鉆后要調整鉆井液性能，降低觸變性。

6.周期性劃眼起下鉆，降低鉆井液靜切力，將稠化的鉆井液在井底形成鉆屑沉積床攪動起來并攜帶清除掉。對于使用井下馬達鉆進而沒有鉆盤轉動的水平井，進行周期性劃眼起下鉆至關重要。

二、套管居中

套管在斜井段因自重偏心造成環空窄間隙附近滯留鉆井液，水泥漿頂替達不到效果，甚至無水泥。通過應用扶正器提高套管居中度可以改善水泥漿頂替效率。

1.在能夠保證套管居中度的情況下盡量少用扶正器。

2.井斜角小于45°采用雙弓彈性扶正器。

3.井斜角大于45°的技術套管內和堅硬的裸眼段盡可能多的使用鋼性（滾輪）扶正器

4.在大斜度封固井段依據實際亦可以鋼性和彈性扶正器交替使用。

5.下套管要按設計結構順序下入套管及附件，按設計要求加放扶正器數量和扶正器類型，執行有關下套管規程。連續灌泥漿，每10根滿一次。下套管要控制下放速度，以免損壞扶正器。注意井口返出，若有漏失現象，必須起出套管，進行堵漏，不漏時方可再下套管。

三、水泥漿性能

水泥漿性能是保障固井質量的關鍵，尤其是水泥漿的穩定性和失水量。

水泥漿的穩定性由自由水和固相沉降兩項參數確定。水泥漿從靜止開始在上部析出自由水，逐漸匯集形成流道，井內流體可以流動，自由水沿著環空高邊聚集，形成低密度液體連通，水泥凝固后在上部形成粗細、長短不一，支脈狀的通道，容易造成油、氣、水的竄槽。由于自由水的析出在底部又會形成松散的水泥顆粒沉積，與井壁膠結效果很差，同樣會產生通道造成層間竄流和氣體運移。因此，提高水泥漿的穩定性是關鍵，主要方法是提高水泥漿的粘度和膠凝強度。

1.提高水泥漿的粘度的方法包括增加固相顆粒的細度、減少水灰比等；也可以加入懸浮劑或增粘劑，諸如纖維素、聚酰胺等。

2.增加水泥漿的膠凝強度的方法一般是加入三氯化鋁、三氯化鐵和硫酸鋁等。

水泥漿失水既會發生工程事故，還損害油氣層。水泥漿失水分為注水泥頂替時的動失水和靜止候凝時的靜失水。在注水泥頂替階段，水泥漿在流動中沖蝕鉆井液在井壁形成的泥餅，同時又生成新的濾餅發生失水現象。經過一定時間后，濾失速度達到穩定狀態，濾餅的增厚、沖蝕和水泥漿密度達到平衡狀態。在靜止侯凝階段，濾餅逐漸增厚到完全充滿環空的程度，隨著水泥漿的凝固，靜壓不再被傳送到更深的層段。從注水泥開始直到水泥漿完全凝固，失水始終發生。

在油氣井注水泥施工中，通過增加水泥顆粒的懸浮性，提高水泥漿粘度，使之難以脫水，更多采用添加降失水劑的方法降低水泥漿失水。

四、保證頂替效率

提高注水泥的頂替效率就是如何最大程度有效地驅替鉆井液，是保證水泥膠結質量和水泥環密封效果的基本前提，對于保證固井質量至關重要。

1.套管居中，環空均勻，流體通道暢通是保證軀體效果的關鍵。

2.活動旋轉套管，能顯著提高頂替效率。通過活動旋轉套管可以將環空各間隙處的鉆井液趨于均勻頂替，一般旋轉速度以10～20 r p m為宜。

上下活動套管 ，改變液體流動方向，使液體處于剪切狀態，能有效破壞鉆井液的膠凝結構和觸變特性。上下活動套管一般采用5分鐘一次，行程約10 m（一根套管的長度）。

3.調整鉆井液性能，在保證井下安全的前提下，通過降粘藥劑盡量降低其塑性粘度和切力，減小鉆井液的觸變性影響，提高流動性，使附著在井壁的滯留鉆井液易被驅替帶走。。

4.增大水泥漿與鉆井液密度差，對提高水泥漿頂替效率有較好的作用。一方面，其浮力作用使液體交接處的水平分界面更穩定。另一方面，改變了液體流動的相互關系，即水泥漿的壓力梯度相對增加，而鉆井液的阻力梯度則相對降低。

5.頂替流態是提高頂替效率的一個重要參數。紊流頂替是最好的流態；高速層流也是提高頂替效的一種可行措施。延長紊流接觸時間與增大紊流程度，都有提高頂替效果的作用。

6 、注水泥漿在起壓前采用大排量頂替,起壓后降低排量至碰壓。碰壓后試阻流環，若好用不倒流，則常壓候凝。若不好用，頂至最高替壓以上1M Pa，關井候凝。

五、關鍵環節

1.水泥漿量的確定：由于水平井井徑數據很難獲取或數據不準，所以設計水泥漿量的附加量根據地層等因素多增加3-5%。

2.頂替量準確計量：考慮因井眼軌跡變化大對膠塞密封的影響，頂替量增加2%左右。

3.水泥漿的污染控制好，采用與水泥漿相溶性好的前置液；在尾管固井時，在懸掛器以上替入與水泥漿相溶性好的后置液。

4.現場施工優選施工設備和技術人員確保設計的執行和工序的銜接。

5.采用哈里伯頓CPT-Y4水泥車進行施工，CPT-Y4車具有RCM自動混漿系統和ADC密度控制系統，雙機雙泵，密度自動控制，可保證各項施工參數，