固井施工質量控制因素研究

李 鵬

（延長油田井下作業工程公司，陜西 延安 717600）

固井是向井眼和套管之間的環形空間注入水泥的施工作業，是為了保護和支撐油氣井內的套管，封隔油、氣和水等地層，施工過程主要集中于井下，無法直接觀察，最直接的反映是壓力變化，具有隱蔽性，其固井質量的好壞直接關系到油水井的采收率與使用壽命，關系到延長油田百年發展大計，因此，展開了對固井質量影響因素的研究，從根源出發，尋求本質，提出了提高固井質量的技術措施[1-2]。

1 固井施工質量控制因素

影響固井質量的因素有很多，主要有地質因素、注采生產因素、鉆井因素、固井施工因素和測井因素，即有客觀存在的因素，又有實際可控的因素，各控制因素相互影響、相互制約，因此，在特定的地質和井筒條件下，嚴格把控可控因素對固井質量的影響就變得極為關鍵[3-4]。

1.1 井筒質量

井筒質量與固井質量存在密切的聯系，井筒質量主要受地質和鉆井影響，主要有井眼類型、井眼質量和環形間隙決定，表現為井徑不規則或擴大率超標、偏斜井眼內、套管柱貼邊、鉆井液配置不合理、無法將井內地質碎屑攜帶干凈、存在井漏、井噴隱患，為有效提高固井質量，必須要保障最合理的鉆井液性能和井眼條件，并依靠最準確的電測井徑數據，計算準確的水泥漿數量，尋求最優的設計方案。

1.2 水泥漿性能

水泥漿性能對固井質量有關鍵性影響，主要包括水泥漿密度、稠化時間、濾失量和流變性等。固井水泥漿必須按照行業標準進行密度、稠化時間、濾失量、流變性等主要性能試驗，定向井自由水測試，試驗裝置傾斜與實際井斜一致，控制自由水量小于0.05%。水泥漿必須控制濾失量，定向井濾失量小于50 mL，一般井固井水泥漿濾失量應小于150 mL，充填水泥漿濾失量通常不大于250 mL。必須充分了解地層情況，并做水泥漿與地層、鉆井液配伍性試驗，防止造成兩者之間反應形成膠凝或者水泥漿提前稠化。

必須提前了解地層儲層情況，分析地層空隙壓力、地層破裂壓力和漏失壓力，配比合理的水泥配方和水泥體系，通過井徑和地質情況確立合理的水泥漿數量，統計之前固井數據，確定合理的附加量，控制水泥漿數量，確保固井質量。

1.3 頂替效率

頂替效率即為水泥漿在環形空間中頂替隔離液，隔離液頂替鉆井液的程度，其主要影響因素有套管居中度、鉆井液和隔離液性能、替漿的流速等。

根據兩相液體流態的分析得知，在寬間隙和窄間隙，流體的流態不同，上返速度不同，寬邊水泥漿高速流動，窄邊發生滯留，產生竄槽現象，影響頂替效率，保證套管居中度大于67%，嚴格按設計下入扶正器，原則為：油層段及井斜不小于15°井段，扶正器間距不大于11 m，井斜小于15°井段，扶正器間距不大于20 m。

鉆井液要有良好的流動性，井筒合格前提下，減小黏度、切力、密度及流動阻力，隔離液性能要求能有效沖洗、稀釋、隔離、緩沖鉆井液，與水泥漿及鉆井液有良好的相容性，低濾失量和不影響水泥環的膠結強度，形成平面推進型的頂替效果。

獲取優質水泥環的前提是把鉆井液頂替干凈并清洗井壁上的泥漿，這就對水泥漿在環空中的上返速度提出了要求，水泥漿在環空上返時，按流速大小會出現塞流、層流和紊流3種流型。水泥漿上返流速小于0.4 m·s-1呈塞流，上返流速大于 1 m·s-1時呈紊流狀態，在其兩者之間，呈層流狀態，層流頂替效率低，紊流有利于沖刷井壁，是提高水泥漿頂替效率最有效的措施之一。

1.4 碰壓控制

碰壓是固井施工的最后一道工序，也是檢驗固井是否合格的一個標志，碰壓是否合格關系到套管串是否密封，阻流環、浮箍浮鞋是否有效，是否會留下水泥塞等。必須按規定要求進行碰壓操作，穩定緩慢的頂替防止將阻流環擠碎，對碰壓過程中的各種問題必須及時給予合理的技術措施，確保固井質量的合格，將損失降至最低。

1.5 固井施工過程控制

固井施工過程控制也是影響固井質量的又一大因素，固井施工是一項系統工程，各步驟必須按設計要求進行操作，具體要求如下：①從井隊卸完循環頭到開始注隔離液的時間不能超過25 min。②注水泥過程中，水泥漿單點密度比設計平均密度誤差為-0.03～+0.03 g·cm-3，不得連續出現兩點。③在設計時間內完成注水泥過程，管內平均注灰速度不低于當井設計要求。④施工連續緊湊，不發生因固井設備、固井管匯、水泥頭等原因而引起的施工中停現象。在2臺及以上車輛注灰，力爭每臺注灰車所配灰罐都能串聯。在灰罐不能串聯的條件下施工，注灰車輛不能同時倒罐，需倒罐的車輛每次倒罐時間不得超過2 min。替泥漿過程不得中停。⑤杜絕發生替空、膠塞提前下井等事故。

2 提高固井施工質量的技術措施

1）提高井眼裸眼質量，確保測井井徑數據準確。

2）合理使用套管扶正器，提高套管居中度。

3）提高鉆井液性能，并在固井前徹底循環鉆井液，達到固井施工要求方可施工。

4）要求使用合格的沖洗液和隔離液，具有良好的流動性與相容性，能夠隔離和沖洗井壁，酸堿度要求合格。

5）要求配備良好的水泥漿體系，根據地層和鉆井工程進行及時調整，并根據現有的科研力量，研發更加優良的水泥漿體系，以適應井內多變的復雜情況。

6）使用精良的固井設備，同時建立一支技術高超的固井隊伍，能夠應對各種復雜井況和固井故障的解決，保障固井質量的合格。

3 結 論

從井筒質量、水泥漿性能、頂替效率和碰壓控制4個方面對固井質量的控制因素展開研究，提出各控制因素的核心要點，以及他們之間的相互聯系制約關系，并提出了關于如何提高固井質量的6項技術措施，從地質井眼一直到人員水平素質，怎樣合理控制，方能確保固井質量。

固井是一項復雜的系統工程，地質儲層數據收集、設計編寫、現場施工、質量驗收，每個過程都需高標準的精細工作，工程方案設計人員和現場施工人員必須緊密配合，協調合作，把控每個要點才能形成合格的固井工程，才能實現延長固井壽命的目的。