水平井固井質量提升方法研究

韓 超

（中海油田服務股份有限公司，河北廊坊 065000）

水平井技術通過在地層中鉆探水平井段，能夠更有效地開采油氣資源，這種技術可以增加井底對地層的穿透，提高油氣的采收率，特別是在低滲透或非常規油氣藏的開發中取得了顯著的成功。水平井的水平段相比傳統的垂直井段更長，這意味著在相同的井筒中可以穿越更多的產層，這樣可以提高井的產能，從而增加油氣生產[1-3]。水平井的應用有助于減緩油氣井的衰減速度，由于水平井可以更好地穿越產層，減少了流體在地層中的流動距離，降低了流體流動的阻力，有助于維持更長時間的穩定產能。水平井技術在非常規油氣資源的勘探和開發中得到廣泛應用，如頁巖氣、煤層氣等，通過水平井，可以更好地開采這些非常規資源，提高產量。在注采過程中，水平井的應用可以提高注水井與采油井之間的效率，通過在產層中精確控制水平井的位置，可以更好地實現油水調劑，提高采收效率。

近年來，隨著油氣勘探開發技術的不斷進步，水平井作為一種重要的油氣井類型得到了廣泛的應用。水平井的特殊井筒結構和地層條件使得其固井工程變得更加復雜，同時對固井質量提出了更高的要求，固井質量的優劣直接關系油氣井的穩產和長期運營，水平井具有較大的井深和井段長度，井筒穩定性對于保障井下工程的正常運行至關重要，固井質量的不穩定或不足可能導致井壁塌陷、井筒變形等問題，影響井下工程的穩定性[4]。本次研究主要是根據水平井固井質量的影響因素，提出合理的應對措施，為提高水平井固井質量奠定基礎。

1 影響水平井固井質量的因素研究

1.1 井眼和井身

水平井的井眼可能會穿越不同的地層，包括堅硬的巖石、軟弱的泥巖等，這可能導致井眼鉆進的難度增加，不同地層的物理性質需要適應不同的鉆進技術和工藝。水平井的井眼尺寸在水平段和垂直段可能會發生變化，這對固井工程提出了更高的要求，需要根據井眼尺寸的變化合理選擇套管和水泥漿的性能。由于水平井的井筒曲率較大，井筒可能會發生彎曲和變形，從而影響水平井段的完整性，套管可能出現扭曲和變形，進而影響固井質量。在水平井中，井內流體壓力可能會因為井身的不均勻性而發生變化，這可能對固井施工和水泥漿的固化效果造成影響[5]。由于水平井穿越多個地層，可能存在井內流體遷移的問題。這可能導致水泥漿的分層、井內流體的混入，進而影響固井的效果。水平井的井身形狀和套管位置需要更加精確地設計，以適應復雜的地層條件，如果設計不當，可能導致固井質量不佳。

1.2 套管下放過程

在套管下放過程中，如果套管的質量分布不均勻或在下放過程中發生了不均勻變形，可能導致套管不平衡，這會影響套管的下放速度和方向，增加了井筒的不穩定性。套管下放過程中，井眼的偏心現象可能發生，井眼偏心會導致套管在下放時發生擺動，增加了套管與井壁之間的摩擦，影響套管的下放平穩性。如果套管在下放過程中發生扭曲，可能導致套管外徑的不規則變化，影響套管與井壁之間的密封性和固定性。在套管下放過程中，油泥漿排除不暢可能導致在套管和井壁之間形成泥漿柱，影響套管的下放速度和下放過程的穩定性。套管與水泥漿之間的配合問題可能導致在下放過程中水泥漿無法順暢地充滿套管與井壁之間的空隙，從而影響固井質量。

1.3 鉆井巖屑床和膠結質量

在水平井鉆井中，由于水平段井眼較小、鉆進速度較慢，巖屑清除可能不及時，巖屑在井眼中堆積，影響固井時的水泥漿流動。巖屑的不及時清除可能導致井眼的有效直徑減小，從而影響水泥漿在井眼中的流動和均勻分布，降低固井質量。不同地層的巖屑可能具有不同的性質，如果混合在一起，可能導致水泥漿的流變性變差，影響其性能。選擇的水泥漿性能要與地層條件相匹配，如果性能不匹配，可能導致固井效果不理想。如果水泥漿的流動性差，可能無法充分填充井眼，造成空隙或者不均勻固化，影響固井的整體質量。對水泥漿漿液密度的控制不當可能導致漿液在井眼中漂浮或下沉，影響水泥漿的均勻分布。

1.4 鉆井液和前置液性能

鉆井液中的固相含量過高可能導致巖屑在井眼中沉積，影響水泥漿的均勻分布和固化效果。鉆井液的飽和度不足可能導致井眼周圍地層水分的流入，影響后續水泥漿的固化效果。鉆井液的pH偏離適當范圍可能導致水泥漿的凝固時間變化，進而影響固井效果。如果前置液漿液密度過高，可能導致前置液在井眼中沉積，影響固井時水泥漿的均勻分布。過低的密度可能導致井底地層的井眼塌陷，影響固井施工的順利進行。選擇的前置液漿液性能需要與地層條件相匹配，不合適的性能可能導致固井效果不理想。

1.5 水泥漿性能

水泥漿在固井過程中需要具備適當的流變性，包括黏度、塑性、流動性等，以確保在井眼中能夠均勻分布并形成合適的固井環境。水泥漿的凝結時間應當適應施工工藝和井下地層的特點，凝結時間過長或過短都可能影響固井效果，導致不均勻固化或未充分固化。水平井通常面臨較高的地溫和地壓，水泥漿的性能需要具備良好的耐高溫高壓性能，以確保在井下環境下保持穩定。水泥漿的密度需要合理控制，過高或過低都可能導致固井不穩定，影響井壁穩定性。如果水泥漿的流動性差，可能導致在井眼中無法均勻覆蓋，形成空隙，影響固井效果。

2 水平井固井質量提升方法研究

2.1 井身和井眼的質量控制

在設計階段，進行井壁穩定性分析，考慮地層特性、井壁結構和井筒曲率等因素，以合理選擇井眼尺寸和設計固井方案。根據井眼的地層情況和井身的特點，選擇合適的套管，包括合金套管、耐腐蝕套管等，以確保井眼穩定性和固井質量。采用有效的井身清潔技術，確保井眼中沒有殘留的巖屑、泥漿和其他雜質，以提供良好的固井環境。針對水平井的特殊井眼結構，優化巖屑清除設備，確保井眼的有效直徑充分維持，并降低巖屑對固井的影響。在固井施工過程中，實時監測井眼穩定性，采用傳感器和監測技術，發現問題及時調整施工方案。

2.2 套管串結構優化

在設計階段，根據井段地質特點、井眼直徑、井斜等因素，優化套管串的結構設計，確保其滿足井筒穩定性的要求。在需要的井段，增加套管的壁厚，以提高套管的強度和抗變形能力，減輕外界力對套管的影響。選擇高強度、可靠的套管連接方式，確保套管連接牢固，提高整體套管串的抗拉強度。考慮套管在不同溫度和壓力條件下的膨脹和收縮特性，以防止因溫度變化引起的套管卡阻和偏心。針對不同井段，合理設置套管長度和間隔，使套管在井眼中的支撐作用更加均勻，提高井筒穩定性。在井段較長或要求較高的情況下，考慮采用雙層套管結構，提高整體套管串的穩定性和強度。在需要的井段，考慮增加套管串的支撐，例如使用鉆井液、泡沫水泥等，以提高井眼穩定性。

2.3 鉆井液與前置液設計優化

根據井下地層條件，選擇適宜的基礎鉆井液，確保其與地層相容，降低對井眼穩定性的不利影響。根據井眼地層情況，合理調整鉆井液的流變性、密度、pH等性能，以適應井下環境和地層特點。選擇具有良好清潔性能的鉆井液，確保及時有效地清除井眼中的巖屑，減小井眼的摩擦阻力。根據井下地層情況選擇適宜的前置液，確保其對水泥漿不產生不良影響，有利于水泥漿的附著和固化。優化前置液漿液密度，確保其與水泥漿密度相匹配，避免在注入水泥漿過程中產生漿液分層問題。提高前置液的清潔度，通過過濾和凈化設備，減少雜質和殘余物質的含量，以確保固井環境清潔。控制前置液的飽和度，確保其與井眼周圍地層的水分平衡，減小對水泥漿的影響。

2.4 合理設計水泥漿

根據地層特征、井眼直徑、井段要求等因素，優化水泥漿的配方，確保其適應不同地層條件，提高固井效果。通過添加合適的流變劑，提高水泥漿的流變性，使其在井眼中更加均勻地分布，確保良好的固井環境。合理控制水泥漿的密度，以確保其不僅能夠提供足夠的井筒支撐力，同時又不引起井眼塌陷等問題。選擇耐高溫的水泥漿，以適應水平井井下可能遇到的高溫環境，確保水泥漿在固化過程中能夠保持穩定性。根據實際需要，優化水泥漿的凝固時間，以適應施工工藝和地層條件，確保施工進度和固井效果。通過添加改性劑，提高水泥漿與井眼壁的附著性，防止水泥漿在固井過程中出現剝離的問題。

2.5 提高固井的工藝和技術

采用分級固井技術，根據地層性質、井段特點，將水泥漿分成不同級別，以實現更好的固井效果。引入封隔器脹封技術，通過封隔器在井眼中形成封堵，提高水泥漿在井眼中的封堵效果。對需要特殊處理的井段，采用雙水泥漿設計，例如基礎水泥漿和封堵水泥漿，以提高固井的效果。配備智能監測系統，實時監測井下固井的參數，包括水泥漿性能、井眼穩定性等，以及時調整固井工藝。對于復雜地層條件，采用多級固井技術，將井段劃分成不同的級別，分別進行固井，提高整體固井的質量。優化套管下放工藝，確保套管在下放的過程中能夠保持垂直，減小套管的偏心和扭曲。

3 結論

1）影響固井質量的因素主要包括井眼和井身、套管下放過程、鉆井巖屑床和膠結質量、鉆井液和前置液性能、水泥漿性能。

2）提升水平井固井質量的方法主要有井身和井眼的質量控制、套管串結構優化、鉆井液與前置液設計優化、合理設計水泥漿、提高固井的工藝和技術。

3）提升水平井固井質量的方法可以在一定程度上保障固井質量，有利于水平井開發。