國內外深井超深井固井技術研究現狀探析

汪財彥

（大慶鉆探工程公司鉆技一公司，黑龍江大慶163000）

隨著世界發展對石油資源的需求量越來越大，石油資源的開采量不斷下降，石油資源的開采難度不斷上升，因此深井、超深井的固井技術變得十分重要。一些固井技術、固井材料等都發生了巨大的改變，新工藝、新設備、新材料的應用十分廣泛，促進了深井超深井勘探開發的長遠發展。

1 國內固井工藝技術的進展

（1）固井前需要采用循環容積效率法確定鉆井液的循環處理時間，保障井下鉆井液充分循環；

（2）高壓油氣井固井、油氣水層活躍井固井、長封固段井固井中固井前的穩壓、固井過程中的穩壓、候凝過程中水泥漿失重時的穩壓等三穩壓理論是固井設計的基本原則；

（3）一些井經常受到地層、材料、水泥漿、設備等條件的影響，紊流固井很難順利實施，這時候就需要采取低返速固井技術，解決該類井提高頂替效率問題；

（4）最近的幾年中我們深入地研究了水泥漿失重與氣竄的機理，找到影響氣竄的主要原因，并采取有針對性的技術措施；

（5）最近的幾年中我們對深井防竄材料和工藝技術方面進行了深入研究，有效地解決了淺層氣井固井技術上一些問題，研究水泥漿體系、完善淺層氣固井工藝；

（6）想要不斷地提升固井質量，就要對固井進行科學合理的設計，根據我國固井水平的實際情況，多方位、全角度地進行考慮；

（7）固井設計的可靠性與科學性通過計算機注水泥設計和評價注水泥作業得到了進一步的提升。

2 國外固井工藝技術的進展

隨著最近科技的不斷發展進步，新技術的不斷出現，國外固井技術、固井方法都有著很大程度的提升，有效解決了一些油井固井難的問題。

2.1 新型油井水泥的開發

2.1.1 新型纖維水泥體系

新型纖維水泥體系在高滲透、多孔性、天然裂縫、次生性裂縫及孔洞性地層中比較適用，能夠形成纖維網狀結構，避免鉆井和初注水泥作業時出現漏失現象，普通的纖維在水泥中很容易造成地面和井底設備的堵塞，而纖維水泥就不會出現以上情況，同時纖維水泥與低密度固井水泥漿同時使用時，發揮出的效果更加理想。

2.1.2 金屬微條帶水泥

金屬微條帶水泥是在水泥中加入了一種特殊的金屬條帶，水泥在凝固后有著良好的承載能力及耐鉆性，同時金屬微條帶水泥還具有良好的抗裂縫延伸能力和抗沖擊力，該種水泥在側鉆時消耗的時間更短。

2.1.3 膠聯水泥體系

膠聯水泥體系是將壓裂液與水泥混合在一起作為水泥漿使用，膠聯水泥在井下具有壓裂液的性質，在井下凝固的速度很快。膠聯水泥分為鎂氧膠聯水泥和常規膠聯水泥兩種類型。常規膠聯水泥的組成包括氧化鎂、氧化鈣、碳酸鹽和硫酸鹽，水泥與水混合在一起后，產生化學反應生成高強抗壓無機物，無機物主要由鎂—羥基—硫酸鹽/氯化物組成。而鎂氧膠聯水泥是由緩凝劑、膠聯劑、羧甲基纖維素混合而成的，該混合物可以在井下可以迅速地凝結成固體，有著很強的抗壓性能。

2.2 水泥水化熱對環空溫度影響的試驗

通過復雜的室內實驗，我們找到了環空溫度和水泥水固化性能對水泥水化熱之間的聯系，固井質量與水泥在環空中水化主要的影響因素有兩種，一種是環空溫度隨著水泥水化過程不斷地上升，另一種是水泥環在水泥初凝后環空溫度的變化和水泥水化熱峰值的影響下，應力不斷增加。

2.3 套管破壞載荷的研究

我們對三種情況下套管和水泥環的受力情況利用有限元分析法進行分析研究，三種情況分別為：①無支撐套管；②有水泥環套管；③套管、水泥環、地層。經過實驗結果可知，套管和水泥環兩種介質在水泥環力學性能的作用下對應力分布影響比較大，套管的力學性能、幾何形狀，水泥環的幾何形狀在套管、水泥環、地層的研究中是一樣重要的，脆性水泥的屈服應力在楊氏模量和泊松比變化的情況下有所下降，降低大概5%左右。

2.4 回接套管的固井技術的應用

回接套管的固井技術主要分為兩項工藝，首先為長壽命方法，水泥對周邊環境的污染程度較小，避免出現固井施工中竄槽的情況；然后是正注反擠注水泥工藝，該技術已經得到了成功的應用。

3 國內外固井技術差距對比分析

我國固井技術在最近的幾年中有了飛速的發展，但是與國外發達國家相比較還存在著一定的差距：主要表面在以下幾點：

（1）固井技術研究的深度不夠，也缺乏相應的實驗手段，沒有專業的水泥漿性能評價儀器；

（2）固井設計時沒有充分地考慮到地質因素影響，工藝細節設計不到位；

（3）外加劑的性能與國外相比存在一定的差距，配套設備匹配性不好，外加劑的副作用比較大。國外的油井水泥、外加劑在20世紀80年代有著飛速的發展，已經形成了系列化的產品。油井水泥品種和數量在20世紀90年代也取得了很大的成績，尤其在防氣竄劑、高溫緩凝劑、水泥石強度和抗衰減劑等方面取得了很大的進步，常規水泥固井質量在添加外加劑后性能有了很大的改善；

（4）我國在計算機輔助水泥設計及評價方面還有所欠缺；

（5）固井施工自動化普及程度較低。

4 國內外固井技術現狀與發展趨勢

4.1 油井水泥與外加劑研究

（1）在一些普通水泥無效的特殊固井施工過程中，基本水泥的增加有效地解決了以上問題，基本水泥中增加了高細度水泥、酸溶水泥、波樹脂水泥；

（2）想要解決復雜固井問題、提高固井質量、保護好油氣層，油井水泥外加劑的添加已經成為了不可或缺的關鍵內容，最近的幾年中油井水泥外加劑的種類越來越多，應用的范圍越來越廣泛；

（3）深井超深井固井水泥配方的不斷完善，鉆井活動越來越活躍；

（4）深入研究機械注氮相配套的系列泡沫水泥漿外加劑，尤其要了解滲透性、泡沫水泥石承受酸化壓力能力等進行室內實驗研究。

4.2 固井技術

（1）CemCRETE固井技術。有效解決了壓力異常帶來的固井問題，該技術是在混凝土水泥漿技術的基礎上研究開發的，通過水泥及外摻料顆粒直徑分布的不斷優化，利用顆粒級配原理，選擇三種直徑不同的顆粒，增加單位體積內固相顆粒數量，實現水泥漿水灰比的下降，保障水泥石抗壓能力，達到水泥石空隙度及滲透率下降的目的。

（2）泡沫固井技術。最近的幾年中我們深入地研究了機械注氮泡沫水泥漿固井技術工作，同時研究和完善了配套的計算機控制系統、外加劑、配套現場施工工藝技術等。泡沫水泥漿主要的組成包括氮氣、穩泡劑、水泥漿處理劑、凈漿等，凈漿由各種外加劑混個水配制而成，現場由水泥車進行施工，氮氣通過氮氣泵注入到凈漿中，根據現場水泥漿密度由計算機自動控制注入氮量。

5 結論

經過以上的研究和分析，深井超深井固井施工中存在很多的難題，可能遇到一些比較復雜的地形，因此需要配套完善的機具與工藝措施，深井超深井套管在井下受到很大的內外壓力與軸向載荷壓力，在壓力的作用下我們要充分考慮套管管柱強度的要求，同時避免井下高溫對其產生影響。根據井下地質的實際情況、油氣水關系的復雜性以及井眼的實際情況，我們對深井超深井的套管管柱安全系數要進行科學合理的計算，確定完善的施工方案，配合相應的水泥體系及固井工藝方法，實現油田深井超深井固井技術的可持續發展。