大位移井固井技術特點與施工對策研究

霍德利

摘 要：同直井相比，大位移井固井難度增大。本文介紹了大位移井固井中的技術難點，分析了套管居中度、水泥漿體系、頂替效率等影響因素，提出提高套管居中度、實施低密度高強度水泥漿作業、優化鉆井液性能、調整前置液結構以及提高頂替技術等措施，提高了大位移井的固井質量。

關鍵詞：大位移井；固井技術；居中度；頂替效率；對策

前 言

大位移定向井具有較大的水平位移和井斜角，這對于套管的下入及保證固井質量提出了難題，大位移井一般指水平位移與垂深之比大于或等于2、測深大于3000m或水平位移超過3000m的井。當水平位移與垂深之比超過3、測深大于3000m時，為高水垂比大位移井。與常規井相比，大位移井具有高難度、高投入、高風險的特點。在大位移井固井施工中普遍存在的問題主要有：井眼狀況不佳、地層承壓能力低、裸眼段長、套管下入困難、套管居中難、頂替效率不高以及油基鉆井液影響水泥膠結強度等。筆者通過研究發現，提高套管居中度、優化水泥漿體系、提高頂替效率可以有效解決上述問題，從而提高固井質量。

1 固井技術難點

（1）套管在拉力和自重的作用下，斜井段套管與井眼的上、下井壁發生長段面積的多處接觸，造成環空嚴重偏心，使窄邊鉆井液不能有效的清除，影響頂替效率及固井質量。（2）下套管的阻力較大，當井斜角>55。時，管柱重要的80%作用于井眼下側，如方位變化大，則情況更為嚴重，易阻卡套管。（3）在高邊易形成集中的水帶，導致水帶竄槽，成為地層層間的流通通道。

大位移定向井固井工藝技術國內于20世紀80年代末開始該項技術的研究。根據國內外各大油田對大位移井固井工藝的研究和實踐，其技術措施包括以下方面：

2套管下入摩阻分析

套管下入摩阻分析關系到套管柱下入的安全和順利，利用大位移井摩阻分析軟件對井下井套管管柱的摩阻進行計算分析。如套管下入位置1700米時，理論計算28.7t，實際測得26t。又分別檢測10個點，相對誤差均在4.0%以內。計算分析表明，摩阻計算模式對大位移井套管下入時摩阻分析計算出的理論值與實測值相對誤差較小，有較好的吻合度，滿足大位移井套管下入的工程需要。

3低密度高強度水泥漿

泥漿性能要求：（1）水泥漿自由水為零。應將配制好的水泥漿在井下溫度條件下預制后放置在測量筒內，傾斜至井斜角，測定其自由水量，放置大位移井高邊出現竄槽。（2）具有良好穩定性。要求水泥石上下密度差<0.03g/cm3，否則在垂直剖面上會形成上稀下稠，井眼高邊部低的隔截面，造成高滲透竄槽。海上大位移井固井作業中，水泥漿的性能是提高固井質量的關鍵因素。針對大位移井裸眼段長、斜度大、多油水層、易漏失等特點，優選一套大位移井的低密度高強度水泥漿體系。該體系以漂珠為減輕材料，并輔以增強材料和多種外加劑，具有密度低、強度高的特點。漂珠為空心、密閉、壁薄、粒細的玻璃球體，視密度為0165～0175g/cm3，增強劑由具有合理顆粒級配的活性超細礦物材料組成，外觀為灰白色固體粉末，密度為217～218g/cm3，該體系的基本性能如表2所示。低密度高強度水泥漿體系具有密度可調性，最低密度可達到112g/cm3，該體系抗污染能力和相容性良好，其濾失及稠化等性能均能滿足大位移井固井作業需求。2種低密度水泥漿體系強度對比如圖1所示。由圖可知，低密度高強度水泥漿形成的水泥石強度在不同的密度段均高于普通低密度水泥漿形成的水泥石強度。因此，在深水表層段固井作業中，低密度高強度水泥漿的優勢更加明顯。

4 提高套管居中度

研究顯示，當套管居中度大于65%時，固井質量可以得到很好的保證；當居中度低于45%、鉆井液頂替效率小于80%，固井質量就難以得到保證。為了在現場作業中提高套管居中度，合理地設計套管扶正器的數量顯得至關重要。如**井套管尺寸9-5/8in，裸眼段長4272m，最大井斜/為83.34度，使用扶正器216個。現場固井作業中必須適時使用扶正器，而且保證扶正器合理的加裝數量，才能大幅度地提高套管居中度，從而保證固井作業順利進行。

5 提高頂替效率

5.1 優化鉆井液性能

調整鉆井液性能和循環洗井是提高頂替效率必不可少的重要步驟。套管下到位后，以還空返速為01917～1152m/s的速度循環鉆井液2周以上，減少鉆井液的膠凝，掃除下套管時刮下的巖屑和軟泥餅。同時優化鉆井液性能，將相關性能參數控制如下：鉆井液屈服值為7～12Pa；漏斗粘度為20～30s；塑性粘度為20～30mPa#s；失水<5ml；摩阻系數<011；初/終切力為2/3Pa。盡量避免巖屑床和軟泥餅的存在，保持井眼清潔，為良好頂替打下基礎。

5.2改進頂替技術

不同的頂替流態下水泥漿和鉆井液的接觸時間對頂替效率的影響，分別顯示在層流和紊流狀態下接觸時間對頂替效率的影響。可知寬間隙到達完全頂替所需的接觸時間最短，窄間隙所需的時間最長；達到完全頂替時，紊流頂替比層流頂替所需的接觸時間要短。所以，固井作業過程中，在保證施工安全的前提下，可適當加大泵壓，，讓頂替處于紊流狀態，最大程度地提高頂替效率。

5.3調整前置液結構

絕大多數鉆井液與水泥漿是不相容的，一旦水泥漿與鉆井液接觸，鉆井液將發生水泥侵污而產生粘稠的團狀絮凝物質，從而使水泥漿形成的水泥石失去強度，影響固井質量。使用前置液的目的是為了提高鉆井液的頂替效率和水泥環的界面膠結質量，因而前置液的使用必不可少。前置液按其功能可分為沖洗液和隔離液，沖洗液側重于稀釋鉆井液，并沖洗井壁和套管壁；隔離液側重于隔離鉆井液，防止鉆井液和水泥漿相互接觸。由于油基鉆井液在海上鉆井作業中使用日益頻繁，如何提高油基鉆井液頂替效率是目前亟待解決的問題。現場作業表明，合理的前置液結構是提高油基鉆井液頂替效率的主要因素。在頂替作業過程中，基油經常被選放在最前面，用以稀釋油基鉆井液，接著使用高濃度的雙效沖洗液（潤濕反轉型表面活性劑）沖刷井壁，將環空地層和套管的親油性環境轉換為親水性環境，有懸浮能力的粘性隔離液將大部分的油基鉆井液和井里的殘余巖屑攜帶出來，使后續表面活性劑能更有效地潤濕泥餅油相，從而有效提高鉆井液的頂替效率，保證了水泥環的界面膠結質量。

6 結束語

（1）為提高套管的居中度，固井作業中必須適時使用扶正器，而且還要保證扶正器的合理加裝數量。（2）相比常規低密度水泥漿體系，低密度高強度水泥漿具有密度低、強度高、失水低、穩定性強以及滿足油層性能要求等特點，適合海上大位移井固井作業需求。（3）水泥漿頂替效率技術是提高大位移井固井質量的關鍵。（4）一般的大位移定向井可以應用常規下套管技術，但必須要進行摩阻分析。

[參考文獻]

1. 張德潤.張旭 固井液設計及應用[M]1北京：石油工業出版社， 2002