開窗側鉆井固井技術研究與應用探討

呂海龍

摘 要：在鉆井工作不斷發展的背景下，資源大量消耗等多種弊端逐漸凸顯。為解決施工效果不理想的問題，施工單位在進行鉆井工作時必須強化對新型鉆井工藝技術的應用，滿足礦井開采需求，在確保施工安全的基礎上提高施工效率，幫助企業獲得更高的經濟效益。文章主要分析了開窗側鉆井固井技術的應用策略，探討了開窗側鉆井固井技術的優化發展措施，希望為不斷提升固井技術的應用效果提供參考。

關鍵詞：開窗側鉆井固井技術;應用;優化發展

中圖分類號：TE2;TE3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2021）12-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.12.008

油氣資源開發中，要應用鉆井技術，才能提高油氣田開發效率和質量。目前，我國大多數地區的油氣田都已進入開發中后期階段，導致鉆井施工作業的施工環境更加復雜，也對鉆井技術提出了更加嚴格的要求。開窗側鉆井固井技術是一種常見的鉆井技術，具有鉆井傾斜度較大、固井難度較大等特點，為提高固井質量，不斷優化鉆井結構，相關技術人員必須通過采取優化措施，實現固井技術的創新和發展。

1 小井眼固井的技術難點及技術關鍵

由于開窗側鉆，造成小井眼完井，對固井注水泥作業以及如何提高固井質量提出了新的問題，主要表現在以下幾個方面：

第一，小環空隙造成水泥環，使水泥石強度設計要求更高;小間隙固井對常規油氣層固井而言，水泥環薄，尤其是套管接箍處，考慮到井眼縮徑因素，對水泥塞的強度設計要求較高;小間隙固井對常規油氣層固井而言，水泥環薄，尤其是套管接箍處，水泥環厚度會更薄，從而造成水泥塞不均勻。所以，對水泥漿性能要求較高（即析水接近0，失水較低），注入水泥漿時密度的暫時性波動會影響環空一大段水泥環的質量，同時水泥環也需要有足夠的強度和韌性以承受井下作業時產生的震動、沖擊。

第二，由于小套管剛度小，易彎曲、偏心和貼壁，導致小環空隙頂壓降低，套管居中是保證固井質量的重要因素之一。實踐證明，常規注水泥時，對套管柱的密度要求不低于67%。對于小間隙固井施工而言，實際井身質量如井斜、傾角等的變化使套管更難以居中。

此外，由于環空間隙小，考慮到完井管柱下摩阻和完井液、水泥漿的流動阻力，套管扶正器的數目不可能過大。套筒不居中，造成水泥漿偏流，影響了水泥漿的驅替效果。因此套管的扶正問題及如何提高頂替效率應加以特別考慮。

第三，整個流道變小，使注水泥作業時的流動阻力明顯增大，造成泵壓升高，導致水泥漿容易失水和脫水，發生橋堵和憋泵的概率增加，因而易產生橋堵和憋泵的問題。

第四，環空隙較小，完井管柱下入預定井深較難。影響套管下入的一個重要因素是小間隙井的井身質量，全角變化率過大和井眼縮徑將直接阻礙套管下入。環空隙較小，與常規井眼相比，井壁與套管之間的粘結力更強，更有可能粘結套管。環空隙較小，增大了套管下入時與井壁接觸的機會，也增大了套管下入阻力。同時，由于受油氣的開采，其發生上竄的幾率和危害也隨之增加，對工藝措施和水泥漿的防竄能力提出了更高的要求。

2 開窗側鉆井固井技術的應用要點

2.1 做好固井施工前的準備工作

固井技術施工前，必須做好相關的準備工作，為固井施工的順利開展奠定良好基礎。首先，在準備工作中，要深入檢查尾管懸掛器等相關零部件的使用狀態，以及檢查中心管道是否流通順暢，在完成套管工作后要觀察連接處是否密封良好。其次，要仔細地檢測套管的其他零部件，確保施工設備滿足固井施工的應用要求。再次，要控制好井身質量及鉆井液性能。

在井徑規則和井眼軌跡變化平緩的情況下，井眼質量指井徑和井眼軌跡的變化有利于提高頂替效率，但當井眼出現大肚量或井徑出現鋸齒時，頂替效率難以保證，因此，在鉆井過程中應采取一切措施，為固井創造良好條件。

若井筒質量存在先天不足，則必須進行固井設計，通過合理設計前置液、增大前置液用量，使前置湍流接觸時間達到5 min以上，從而提高洗井和頂替效率。另外，注水泥前泥漿的性能對頂替效率也有較大的影響，對小間隙固井要求注漿前注漿粘度較低。

2.2 合理控制固井施工壓力

水泥漿及鉆井液本身的物理和化學性能會在一定程度上影響鉆井施工中的壓力，為減小這一壓力，避免由于壓力過大引起的井噴問題，必須選擇自身性能較好的水泥漿材料及鉆井液。

固井施工中的壓力與套管工作的據中度具有密不可分的關系。套管通常需要緊貼在提前開辟的井壁上，而套管與井眼中心位置的偏離程度直接影響到鉆井液的流動程度，如果套管距離井眼中心位置偏離程度較大，新的鉆井液在沖擊狀態下不能將前端滯留的鉆井液頂替干凈，導致水泥漿無法均勻分布。由此可見，套管與井眼中心偏離程度的控制工作至關重要。

在準備工作中，必須控制套管的居中程度，可以通過提前應用相關模擬軟件模擬現場的套管位置，確保套管的居中程度控制在一定范圍內，即使后期鉆井液排量較低，也能清除窄邊的泥漿。

在固井施工中，如果球座與大膠塞之間產生碰撞或大膠塞與小膠塞之間產生碰撞，都會帶來碰撞壓力。如果碰撞壓力較高，會導致單流閥失效。除此之外，大膠塞與小膠塞的劇烈碰撞，也可能導致膠塞膠皮受損，進而導致套管內部的水泥產生堆積現象。在前期準備工作中，碰撞壓力必須嚴格控制在一定范圍內。在固井施工中，要控制鉆井液的排量，并采用一定的防護措施，避免套管內部水泥堵塞。

2.3 規范固井施工操作流程

為確保固井施工質量，必須采用嚴格的管理手段，規范固井施工操作的相關流程。

固井施工必須注意以下幾個問題。一是合理搭配鉆孔機械，確保鉆孔機械的設備剛度滿足套管需求。二是合理擺放懸掛器的位置，在進行固定工作前做好刮壁工作，確保工作區域管壁的光滑程度。三是在套管之前進行最后一次轉循環處理，保證內部泥漿處理得當，然后在鉆井內部注入10 m3的泥漿液，通過循環注射方式，提高鉆井內部的清潔程度。四是在選擇封閉漿材料時，注意不得使用高粘漿，要在封閉漿材料中添加適當的潤滑劑，從而降低因過度摩擦帶來的阻力，提高井眼的穩定性。五是提前往井底注入稠漿，達到良好的封堵效果。六是在固井施工中確保下放速度控制在一定范圍內，如果下放速度過快，可能產生較大的機動壓力，導致井漏現象。七是使用高效沖洗液，能將殘留在頂部的鉆井液頂替掉。八是在水泥漿液的配比中添加定量的堵漏材料，提高水泥漿液的堵漏效果[1]。

2.4 嚴格控制開窗側鉆井工藝要求

為確保開窗側鉆井的固井質量，達到保護儲層、滿足完井要求及提高產量的目的，主要固井工藝要求如下：

第一，根據地層特點、固井工藝和固井質量要求，科學、合理地編制固井設計。

第二，針對小孔隙、小間隙固井的特殊情況，選擇性能優良、質量可靠的固井工具和管串附件，同時根據套管的套損狀況、密封性和水泥返高等情況，確定合理的懸掛位置，嚴格按照尾管固井的工藝要求及操作規程，確保現場施工的順利進行。

第三，注水泥前井眼和鉆井液準備要求：一是針對易漏出地層進行堵漏治水，提高地層承壓能力，確保固井質量;二是完鉆注水泥前，要求鉆井液達到粘度低、動塑比低、泥餅薄韌度好，滿足固井要求;三是針對井筒質量和井下情況，合理控制循環時間，避免長時間循環，保證井下安全。

第四，加強下套管前的井眼準備和井眼清理工作。在下生產尾管之前，必須仔細通井，確保井下安全及井眼暢通，在通井時帶大接頭或小尺寸穩定器，防止下套管遇阻和卡鉆，氣層段反復劃眼，以清除井壁的泥餅，充分循環稀釋泥漿，大排量洗井，防止下套管遇阻，井底無沉沙。

第五，嚴格按照下套管操作規程進行下套管作業，仔細檢查固井工具和管串附件，合理加放扶正器，確保套管處于中度，必須使用套管鉗、扭矩儀和螺紋密封脂（CASTTA101、CASTTA102），螺紋扭矩必須符合要求，確保絲扣的密封性。

第六，根據地層特征、井眼質量、井眼軌跡和井下情況，通過固井軟件優化計算，科學、合理地加注扶正器（剛性、彈性），保證復合井眼套管的摩阻性能達到中度≥67%，同時進行下套管摩阻計算，確保生產尾管順利進行。

第七，采用平衡壓力固井，依據防氣侵、氣竄的原理，在保證壓穩氣層、水層和防止漏失的情況下，盡可能降低環空動、靜液柱壓力，嚴格控制水泥漿（失水、析水、固相顆粒）進入產層，造成產層傷害。

3 開窗側鉆井固井技術的優化升級

3.1 開窗側鉆井固井技術實現工藝創新的重要價值

開窗側鉆井固井技術施工中，計算頂替量法、雙掛鉤膠塞碰壓法是最常用的兩種固井方式，這兩種固井方式的工作原理不同，因此固井工作效果也有一定的差異。

計算頂替量法主要是科學計算水泥漿的頂替量，控制水泥漿液的套管方式，確保固井施工順利進行。但是，在水泥漿頂替過程中，必須提前計算頂替量，對前端的殘留液進行頂替，同時，要將頂替量控制在一定范圍內，如果頂替量過小，小型套管就有可能因為泥漿堵塞而發生鉆桿直徑強度降低的現象[2]，進而導致固井過程中小型鉆機出現扭曲或折斷的問題，嚴重影響鉆塞速度，延長油氣資源的開采周期，提高油氣資源的開采成本。

雙掛鉤膠塞碰壓法主要是通過應用水泥漿進行注漿工作，然后拆卸提前預裝好的管道，投入膠塞，通過頂替前端留下的膠液，將膠塞推入套管尾部。然后應用碰壓裝置系統，實現水泥漿向套管頂部循環頂替的施工目標。

兩種固井施工方法中，雙掛鉤膠塞碰壓法的固井效果較好，但是在水泥漿頂替過程中，小套管內部容易變形，從而導致頂替受到阻塞，甚至還會引發不可挽回的安全事故。由此可見，開窗側鉆井固井施工技術的創新和升級是必然的，必須解決頂替過程中套管變形問題，才能提高固井工作的效率和質量[3]。

3.2 創新型固井技術的應用原理以及施工步驟

在應用計算頂替量法、雙掛鉤膠塞碰壓法的基礎上，經濟不斷研究、創新和升級，相關技術人員研發了一種新型固井工藝——中心管投球固井法。

中心管投球固井法能夠降低開窗側鉆井固井施工中的安全風險，還能幫助施工企業節約成本造價。應用中心管投球固井法時，管柱的組合形式相對較多，可以根據鉆井工程的實際施工情況，靈活調整鉆井及懸掛套管的位置[4]。

中心管投球固井法主要是指在注入水泥漿液之后，讓水泥漿液通過循環流轉的方式流回套管環空，實現二次利用，然后再將鋼球裝入套管[5]。在投入鋼球時，必須注意鋼球的投入位置，確保鋼球能夠落在下方的強力磁吸球座上。這一過程中，要注意對管孔的清潔工作。

如果在固井過程中鉆井泵的壓力較高、排放的泥漿量較大，就要觀察磁吸球座與鋼球之間的密封性是否良好。如果磁吸球座與鋼球之間的密封性良好，就不需要對環空中的水泥漿進行二次更換，在一定程度上減少了水泥漿原材料的用量。應用中心管投球固井法，能夠在提高水泥漿應用效率的同時，避免水泥漿堵塞鉆機的問題[6]。

在水泥漿注入工程結束后，應運用新的頂替液體將水泥漿頂替出來，并合理控制頂替量，再將套管中殘留的水泥漿清洗干凈，避免套管中發生堵塞[7]。

在開窗側鉆井固井施工中應用中心管投球固井法，首先應選擇合適的鉆掛形式，確保井套管能夠倒扣或懸掛在設計位置中央，在注入灰漿之前，必須在套管內部放置一定的隔離漿，完成殘余量的頂替工作。在管道中，水泥漿會流經管道的內腔磁吸球座以及小套管尾部，然后再返回管道環空，從而形成封閉的水泥漿流動方式。在投入鋼球之后，要立刻固定好鉆桿上的鉆扣，確保二者接觸良好。要對喇叭口進行仔細清洗，將喇叭口中殘留的水泥漿清洗干凈，避免由于泥漿堵塞帶來的問題，提高固定施工質量。

實際施工中，必須仔細檢測鋼球與磁吸球座之間的連接緊密度，避免由于泵壓過大導致鋼球與磁吸球座之間出現縫隙。起鉆后，如果懸掛器與中心管之間的距離過大，就不要立即取出套管，這時要補灌泥漿。當泥漿凝固成固定狀態后，可以運用套管檢測井底的實際情況，將井底的殘留物質清理干凈，為后續施工奠定良好基礎[8]。

4 結語

開窗側鉆井固井施工技術難度高、風險大，目前，開窗側鉆井固井技術在實際施工中主要采用計算頂替量法及雙掛鉤膠塞碰壓法，但是這兩種固井工藝存在著一定的缺陷，因此，要加快開窗側鉆井固井施工技術的創新和升級，充分發揮創新工藝的應用價值。

參考文獻

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[2] 王建，竇正道，徐浩.提高開窗側鉆井固井質量技術對策研究[J].新疆石油天然氣，2020，16（1）：25-29.

[3] 張浩.開窗側鉆井固井技術研究與應用[J].石化技術，2020，27（10）：267，269.

[4] 王玉霞.開窗側鉆井固井技術研究與應用探析[J].中國石油和化工標準與質量，2014（5）：117，108.

[5] 畢東.開窗側鉆井固井技術應用研究[J].中國石油和化工標準與質量，2021，41（14）：168-169.

[6] 易旦，何冠羲，劉成，等.開窗側鉆井小井眼小間隙固井技術探討[J].中國高新區，2018（11）：186.

[7] 曾夏茂.淺析小井眼開窗側鉆井中固井工藝的控制要點[J].化工管理，2015（9）：185.

[8] 劉雙進.小井眼開窗側鉆井固井工藝技術[J].化工管理，2016（17）：227.