復(fù)雜地層固井技術(shù)存在的問題與研究方向探析

楊濤 程鳳翔

摘要：固井質(zhì)量對我國油田平穩(wěn)持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。但在復(fù)雜地層等非常規(guī)固井作業(yè)中，因固井質(zhì)量不合格造成的各類施工質(zhì)量問題的發(fā)生概率仍然較高，課題研究由此出發(fā)，基于我國復(fù)雜地層固井施工現(xiàn)狀，從固井質(zhì)量的相關(guān)問題進(jìn)行了分析探討，并基于研究結(jié)論提出優(yōu)化策略，旨在為我國固井工程技術(shù)的研究提供必要借鑒。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜地層;固井技術(shù);固井質(zhì)量

引言：

固井作業(yè)是石油資源勘探開發(fā)中非常重要的一個環(huán)節(jié)，對石油資源開采會產(chǎn)生直接影響，在當(dāng)前石油資源勘探開發(fā)不斷深入的情況下，調(diào)整井、深井超深井、超高壓井等非常規(guī)井越來越常見，針對這些非常規(guī)井的復(fù)雜地層固井技術(shù)在實際應(yīng)用過程中還存在一些問題，因此，針對復(fù)雜地層固井技術(shù)在實際應(yīng)用進(jìn)行深入分析具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1固井工程

固井是完井作業(yè)中重要的工程環(huán)節(jié)，通過向井下入套管，并向井眼和套管之間注入水泥實現(xiàn)環(huán)形空間密封的施工作業(yè)。固井工程技術(shù)密集，需要多個學(xué)科技術(shù)支持的綜合性工程項目，具有施工難度高、施工環(huán)節(jié)復(fù)雜、施工系統(tǒng)性強(qiáng)以及施工時間短等諸多特點，固井工程質(zhì)量直接決定油井穩(wěn)定性以及井內(nèi)套管的使用壽命。固井工程主要分為三個流程，分為套管下放、水泥注入以及井口安裝。首先，下套管需要選擇與鉆井工程向適應(yīng)匹配的尺寸以及材料，不同地層對鋼管性能要求差異較大，其中表層固井一般使用20-133/8"套管，材質(zhì)一般使用韌性和強(qiáng)度均較低的j級套管，技術(shù)套管對材料要求相對較高，需要使用更高強(qiáng)度材質(zhì)的套管。伴隨深度不斷增加套管強(qiáng)度要求逐步加大，壁厚、絲扣類型也各不相同。在套管下放過程中需要對管柱結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行合理性與適用性檢驗，確保固井質(zhì)量和套管下放順利。其次，水泥注入是完成套管施工后的施工工序，起到封閉環(huán)形空間，隔離油氣水層的重要作用，讓套管成為油氣與地面采油設(shè)備的唯一連通通道。油井深度各不相同，淺井與超深井深度差值超過2000m，導(dǎo)致井下溫度和壓力伴隨深度逐漸產(chǎn)生變化，不同深度的地層中土壤組成成分相差較大，因此要求固井水泥有著較寬的環(huán)境適應(yīng)能力以及較高的抗高溫、耐腐蝕能力。如今我國使用固井水泥有9個級別和三個類型。不同級別和類型的水泥適用不同的井下條件。所以，根據(jù)井的深度和溫度選擇水泥是注水泥作業(yè)的首要任務(wù)。最后進(jìn)行井口的安裝。

2調(diào)整井固井存在的問題

2.1促凝劑影響

當(dāng)前我國大多數(shù)油田的調(diào)整井深度都處在1000～2500m的范圍內(nèi)，屬于淺井，井下溫度相對較低，經(jīng)過循環(huán)后井眼溫度通常能夠維持在50℃左右。為了能充分保障固井的平衡壓力，避免在固井作業(yè)過程中出現(xiàn)失重的現(xiàn)象，大多數(shù)情況下都會使用促凝劑。雖然一些促凝劑在使用后能夠有效提升水泥石的早期強(qiáng)度，但是隨著時間的不斷推移，水泥石的強(qiáng)度會逐漸出現(xiàn)遞減的情況，甚至一些水泥石在幾個月之后其強(qiáng)度能夠逐漸衰減到0，對固井質(zhì)量會產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。因此，必須要針對促凝劑進(jìn)行深入分析。

2.2油井水泥自身存在問題

受地層成分決定，地層土壤中存在大量可能對水泥產(chǎn)生腐蝕的物質(zhì)，如硫酸鹽、硫化氫等強(qiáng)酸性物質(zhì)，我國目前固井使用的水泥多數(shù)為A級非抗硫水泥，此類水泥對硫酸腐蝕的抵抗能力較差。伴隨時間推移會出現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象，影響固井質(zhì)量。經(jīng)過大量實驗研究以及實踐驗證，在水泥中加入一定比例的高爐礦渣可以提升水泥對強(qiáng)酸性物質(zhì)的腐蝕抵抗性，同時在計入高爐礦渣后，水泥會伴隨時間推移不斷增加強(qiáng)度，從而有效解決了強(qiáng)酸物質(zhì)對固井水泥的腐蝕問題，并提高了固井質(zhì)量。但該工藝也存在明顯的技術(shù)弊端尚待解決，加入高礦爐渣的水泥，受高礦爐渣低活性的影響，水泥稠化時間會被延長，加上井下低井溫的影響，導(dǎo)致水泥稠化時間進(jìn)一步加強(qiáng)，無法滿足固井作業(yè)需求。

2.3深井、超深井固井技術(shù)存在問題

（1）深井和超深井通常情況下地層狀況都比較復(fù)雜，而且封固段都比較長，在固井作業(yè)過程中注水泥量也非常大。由于深井超深井地層狀況非常復(fù)雜，而且鉆探過程中經(jīng)常會出現(xiàn)多套壓力體系。鑒于此，在實際的固井過程中防漏以及防噴成為了固井施工最大的難點問題。例如在實際的固井施工過程中，井眼經(jīng)常會出現(xiàn)上涌下漏的現(xiàn)象，而且也非常容易出現(xiàn)地層坍塌或者是破碎等危險，如果地層中硫化氫的含量比較高會對固井形成腐蝕作用。（2）井底溫度高。深井超深井通常情況下井底溫度都比較高。在這種情況下對水泥漿的抗高溫性能、穩(wěn)定性等提出了更高的要求，如果在作業(yè)過程中水泥漿流變性出現(xiàn)變化，就必然會對窄間隙中鉆井液的頂替效率產(chǎn)生嚴(yán)重影響，而且也很難保障紊流頂替順利進(jìn)行，甚至?xí)λ喹h(huán)強(qiáng)度產(chǎn)生影響，導(dǎo)致其抗沖擊力逐漸下降。

3未來固井材料技術(shù)的發(fā)展展望

目前我國油田已經(jīng)探明的儲層中，存在大量的裂縫性儲層，總占比超過50%。裂縫性儲層在鉆井以及固井施工中容易出現(xiàn)易坍塌以及易滲漏現(xiàn)象，鉆井和固井難度以及施工風(fēng)險系數(shù)均較高。這對鉆井以及固井施工中防水堵漏以及固定凝結(jié)材料有極高的需求，此外伴隨石油資源的不斷勘探和開發(fā)，生產(chǎn)井眼大小逐步縮減，小井眼井、側(cè)鉆井、分支井等數(shù)量不斷普及，此類井對固井水泥的韌性以及抗腐蝕能力均有較高的需求，但許多深井、超深井、高壓氣井在調(diào)整井前需要使用大量的水泥晶體膨脹材料，低滲透油氣藏的開發(fā)中也需要應(yīng)用大量的高性能低密度的固井材料。因此，我國固井材料未來的發(fā)展方向是向著耐高溫、抗腐蝕、高穩(wěn)定性的方向不斷發(fā)展，以此滿足我國油氣資源實際生產(chǎn)開發(fā)需要。

結(jié)束語：

固井施工是一項具有較強(qiáng)復(fù)雜性的系統(tǒng)性工程，固井材料、固井工藝在其中發(fā)揮出了非常關(guān)鍵的作用，必須要對固井技術(shù)的應(yīng)用給予高度重視，尤其針對復(fù)雜地層固井技術(shù)進(jìn)行深入研究，這樣才能充分保證固井質(zhì)量。

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