海上水平井固井技術研究

金晨貴(中海油田服務股份有限公司，廣東 深圳 518000)

0 引言

隨著科技的進步，人們對油氣資源的需求越來越高。水平井技術是一種優秀的鉆井技術，廣泛應用于油氣資源開采之中。海洋擁有豐富的油氣資源，但對開采技術的要求較高，傳統的水平井固井技術在海上油氣開采中還存在許多不足。為此，我們要不斷探索優化海上水平井固井技術的技術，努力提升固井的效率和質量，為我國海上油氣資源開發提供強健的技術支持。

1 水平井技術的優勢

水平井技術是指最大井斜角在86°以上，并在油氣儲層中延伸一定距離的鉆井工藝。因為其具有很強的適應能力，是一種較受歡迎的油氣開發鉆井技術[1]。水平井技術在油氣資源開發中具有以下優勢：鉆水平井可以提高裂縫型油氣礦藏中鉆井穿越的層數，從而獲得高于直井數倍的油氣資源；在有底水的油氣礦藏開采中，水平井可降低底水錐進，延后油水或者氣水同采期，提升油氣資源的開采時間，可以最大限度地開發油氣資源，提高油氣井的產量和采收率；在天然氣開采中使用水平井鉆井技術，可以有效提升鉆井的密封性，降低由裂隙導致的天然氣泄漏，從而充分開發天然氣資源，可以減少紊流對高滲透氣藏影響，進一步提升天然氣的產能；水平井采用注入式鉆井工藝，通過水、氣、混合液的注入，可有效提升油井的平滑度和驅動力，從而提升油氣開采的速率；在藏油量低、低壓的油氣礦藏中使用水平井鉆井技術，可以擴大礦藏和礦井的接觸面，提高油氣資源的滲透率，進而提升油氣開采量，降低開采成本。

2 海上水平井固井的技術難點

(1)水平井鉆井技術會影響固井階段的質量。水平井在鉆井時會產生大量的方形和橢圓形的溝槽，擴大礦井的直徑，易形成多臺階井眼，大大降低了水泥漿的頂替效率。(2)套管重心偏移、貼邊會影響固井作業。由于井下的復雜狀況，靠近井壁的套管會不可避免地粘上大量的泥土混合物，導致套管的重心發生偏移，導致套管貼向井壁，影響油氣資源的傳輸。因此，調整水平井中的套管重心，減少貼邊現象是水平井固井階段的重點工作。(3)頂替效率提升困難。泥漿中的重晶石顆粒等固體物質會減低泥漿的動能，導致泥漿的頂替效率降低，容易使泥漿發生沖洗和竄槽現象，提升固井難度。(4)對水泥漿和水泥石的要求較高。如果水泥漿的沉降穩定性不足、滲水性過強，會造成析出的水積聚，形成水通道，降低套管的穩定性[2]。(5)套管下方的摩擦阻力大，由于礦井斜度的增加，套管下方的摩擦阻力會逐漸加劇。(6)套管附件的性能要求較高，由于井斜度的影響，水平井在固井時對水泥灌注的閉合裝置和回壓閥要求較高，如果配件達不到要求會導致水泥回灌等現象。

3 海上水平井固井技術的優化措施

3.1 優化鉆井技術和鉆井液設計

在水平井的鉆井技術方面，要做好井眼的分布記錄，避免不規則鍵槽的產生；控制好鉆井的孔徑，防止孔徑過大導致頂替效率降低；做好全井段的精細化設計，并在施工中加以控制，盡可能避免不規則井段的出現。在大斜度的裸眼井固井時，由于泥漿帶來的巨大阻力，單純地靠套管的自重很難達到下管的目的，此時就需要上方的管柱提供推力來進行下管。為此，就需要潤滑效果好的鉆井液來輔助下管，開采企業要選用并配置合適的鉆井液。

3.2 采用紊流施工

泥漿附著在套管上導致套管重心偏移、與井壁粘連是水平井鉆井技術常見的問題，采用紊流施工的方式，泥漿產生的慣性和渦旋運動會降低泥漿的粘連，減少套管上附著的泥漿，從而達到清潔井壁的目的，可以保障套管實現居中下管，防止泥漿在某一井段積聚，發生竄槽現象。所以，當使用水平井鉆井技術時，如果條件允許，應該首先考慮紊流施工，發揮套管柱的軸向旋轉和回流作用，提升下管效率和下管質量，減少井壁固體混合物的堆積現象，提高固井質量。

3.3 優化水泥漿設計

水泥漿的設計是固井階段的重要內容，水泥漿既要混合充分，又要具備較強的穩定性，以防止高壓下水泥漿中的水大量析出聚集，形成水通道，降低礦井結構的穩定性。在水泥漿的設計中要合理設計粘稠度，在保障水泥漿流動性的同時嚴格控制水泥漿的穩定性，要選用混合性能好水泥材料，添加適量的輔助材料，保障水泥漿充分混合，提升水泥漿的穩定性，防止自由水析出，保證固井質量，為后期油氣開采提供堅實的礦井基礎[3]。

3.4 沖洗隔離液的設計

水平井固井階段需要先向礦井中注入起沖刷潤滑作用的隔離液，然后再向井中注入水泥漿。沖洗隔離液的設計要盡可能地降低其密度，因為低密度的沖洗隔離液可以將井壁中的油性物質進行融合沖刷，改變井壁的性能，提升井壁對水泥漿的粘合性能，讓水泥漿可以均勻地附著在井壁上，形成孔徑均勻、結構穩定的井壁，提升固井效果。沖洗液要具備較好的稀釋性能，可以對附著在套管上的泥漿進行清除，讓套管更好地利用自身重力逐漸居中。沖洗液要對礦井中的固相物有很好的吸附懸浮效果，防止這些固相物與泥漿混合，降低井壁的穩定性。因此，水平井固井階段的沖洗隔離液要選用密度合適的粘性隔離液。

3.5 選用高性能的套管附件

套管附件對于提升套管的穩定性，控制泥漿注入具有重要意義，在水平井固井階段需要重視套管回壓閥、浮鞋、扶正器的選用。在回壓閥方面，可以選用加壓彈簧結構，以提升回壓閥的穩定性，防止出現回壓閥失靈的狀況。在浮鞋的選用方面，要注重其耐溫性、密封性，選用鉆孔方便、接連性好的浮鞋，選用流線型的浮鞋，以降低下管摩擦阻力，提升下管效率。在套管扶正器方面要根據礦井的實際狀況，合理選用剛性扶正器和彈簧式扶正器。彈簧扶正器由彈簧鋼制成，可變形程度高，可以適應不同程度的擴徑井眼。由于其特殊的結構，可以減少卡阻現象，更好地適應下管需求。因此，在沒有特殊需求的情況下應該盡可能地選用彈簧式套管扶正器。

3.6 采用漂浮下管技術

漂浮下管技術通過在套管串中加入漂浮接箍，在漂浮接箍與套管鞋之間的套管內封閉空氣或低密度鉆井液，使該段套管串在井眼內產生一定的浮力，從而減小套管下入過程中與井壁的摩阻，達到套管安全下入的目的。在斜度較大的井段，使用漂浮下管技術可以利用套管的自重進行下管，可以選用密度較低液體注入井內，提升井下泥漿的流動性，減小套管的下管阻力，讓套管居中下滑，可以有效地防止套管偏移，提升頂替效率。

4 海上水平井固井案例

海上石油開采的固井工作不僅關乎其產油量和產油效率，還關乎油井的使用效率。每一個油井的井下環境都是不同的，固井工作需要根據油井實際狀況進行調整，做好勘探和檢測工作，避免安全事故的發生。本以渤海油田某油井的水平井固井為例，介紹水平井固井的技術難點和解決措施。

4.1 固井難點

在該油井的固井工作中發現套管尾部和防砂組件下管時遇到阻力，水層將固井滑套和封堵隔離器卡住，無法用常規方法開展固井作業。該油井采用四開井結構，由于在裸眼井段存在水油層共存的現象，所以在作業時選用了組合防砂篩管，在頂油層用封堵隔離器進行脹封，采用固井滑套進行滑動固井。但是由于裸眼井段的井斜度過大，且泥漿和固相物堆積嚴重，導致下管時阻力過大，為固井工作帶來了挑戰。由于封堵隔離器受阻的位置位于水層中部，要穿越水層還要有一定距離，就地脹封的話會導致后期開采水油共存。而且在水泥漿灌注時部分管道有可能會滲入水泥漿，封堵輸油管道。管道與井壁間空隙小，對水泥漿的配置和用量要求較高，稍有不慎，便會導致泥漿過量和竄槽。

4.2 優化固井方案

面對以上作業難點，施工組果斷選擇放棄舊的固井方案，重新進行優化設計。通過暫時封堵油層，先將卡阻段井壁與管柱間的泥漿清空，然后再用固井滑套進行滑動固井。具體方案為：首先，用增量2%的增粘劑配置膠狀鉆井液作為封堵油層的隔離液，用來懸浮住水泥漿，為固井作業提供穩定的環境基礎。其次，由于卡阻的井段管柱與井壁之間縫隙較小，對水泥漿的需求量不大，但是對水泥漿的穩定性和水配比要求較高，新方案采用直角稠化水泥漿，控制好水泥漿的水配比，盡量做到零析水，并進行充分混合攪拌，以保證水泥漿結構穩定[4]。最后，通過環空擠入的方式將水泥漿注入井壁與管柱之間，對含水層進行封堵并精準控制水泥漿的注入量。按照以上優化方案進行固井施工，該井段下管正常，水層封堵隔離良好，水泥漿灌注精準，未出現過量和竄槽現象。固井工作完成后，對油井進行各項數據檢測發現：水泥漿硬化程度高，結構穩定，未出現析水層，固井效果好；油液含水率均在5%以下，凈油率高，未檢測出砂石等固體雜質，含水層封堵成果顯著；產油量高于預估水平20%，效率明顯提升；井口出油溫度30±2 ℃，油溫正常；油壓穩定，油井運行正常?？偟膩碚f，該優化方案成功地解決了該水平井的固井難點，固井效果超過預期，值得推廣學習。

5 結語

總之，我們要正視水平井鉆井技術在固井階段存在的套管重心偏移、貼邊，頂替效率低，套管下方阻力大等問題，加快設備改進和技術創新工作。不斷優化鉆井技術，研制優質的鉆井液；積極采用紊流施工技術，減少泥漿積聚粘連；做好水泥漿的設計工作，提升水泥漿的穩定性，穩固井壁；選用合適的沖洗隔離液，以提升水泥漿的附著能力；根據井下環境選擇合適的高性能套管附件；采用漂浮下管技術，提高套管的居中能力，提升頂替效率。全方位的提升水平井固井水平，助力我國海上油氣資源開發。