张婷
大庆钻探工程公司钻井生产技术服务一公司
摘要：随着油田进入开发后期，老区剩余油、致密油气资源开发受到重视，为了提高单井产量，水平井应用越来越普遍。水平井井身结构特殊，给固井施工作业带来了难题，对水平井固井中存在的岩屑床、水泥浆顶替、胶结质量等问题及控制措施进行探讨，分析了水平井固井关键技术，对提升固井质量具有借鉴意义。
关键词：水平井；固井；质量控制；关键技术
1 前言
随着油田进入开发后期，原油产量下降，开采难度增大，为了提高单井产量，增产稳产，在油田开发中普遍使用水平井。水平井水平段较长，能够在储层中向前延伸，与储层接触面积大大增加，结合分段压裂技术，能够极大提高单井产量，采油效果好，采用水平井开发单井产量能够提升数倍，在老区剩余油开发以及致密油气资源开发中能够极大提高单井产能，大大提升开发的经济效益。然而，水平井为了达到钻井目的，井身结构通常比较复杂，为了保证储层钻遇率，不断调整井眼轨迹。此外，地层起伏不定，水平段曲率变化大，固井过程中套管下入难度大，水平段套管居中度难以控制。套管居中不好，影响水泥浆顶替效率。针对水平井固井中存在的这些问题，需要针对性研究，分析水平井固井关键技术，采取相应技术对策保证水平井固井质量，对于油田开发具有重要意义。
2 水平井固井中存在的问题及控制措施
2.1 岩屑床问题及控制措施
在水平井的水平井段，岩屑和加重材料在重力作用下沿井眼下在井眼的低边大量沉积，形成岩屑床。注水泥时这些积存的岩屑造成在井眼下侧的钻井液难以置换，水泥环内将残留一条钻井液通道，降低了水泥环的完整性，易引起层间互窜。
针对岩屑床问题，固井施工前应对井眼进行清洁，可以从以下几个方面清洁井眼：①对于大斜度井或水平井，在大斜度井段或长水平段，如果岩屑床较为严重，可以使用划眼的方法清除岩屑床。划眼能够将粘在井壁上的泥饼脱落，在清除岩屑的同时，还能修复井壁，使井眼状况得到改善。在下完套管后，还需要通过采用大排量钻循环钻井液来清除岩屑，使岩屑床彻底清除，避免影响水泥浆顶替效率；②使用套管扶正器。套管扶正器能够使套管保持居中，从而显著提升水泥浆顶替效率，从而是井壁下部的岩屑床能够被顶替出来；③采用固井前置液。固井前置液需要优化设计，使其具有较强的携砂能力及悬浮稳定性，能够有效清除岩屑床。
2.2 水泥浆顶替效率控制措施
水平井估计是过程中，水泥浆对钻井液的顶替不是平行推进，而是水泥浆在重力作用下，底部呈尖峰状推进，使得套管外壁与井壁之间顶替不干净，水泥浆固结后容易出现油气水窜槽。造成窜槽的原因有：①是套管没有扶正在井眼中央，造成一边贴在井壁，使水泥窜槽；②是水泥浆太稀，密度不足，水泥浆流动与泥浆相混，造成窜槽；③井眼缩径，水泥浆流速大，不能形成塞流，而是尖锋流窜入泥浆中；④水泥浆失水和水化过程产生体积减缩；⑤环空中的游离水聚集形成窜槽。
针对固井水泥浆窜槽的问题，可以采取以下措施进行控制：①降低泥浆粘度和切力。为了防止水泥浆窜槽，可以降低钻井液的粘度和切力，或者提高水泥浆的切力和粘度，从而提高驱替效果。水泥浆粘度和切力比钻井液越大，驱替效果越好，水泥浆顶替效率越高；②使水泥浆与钻井液密度差进一步加大。水泥浆与钻井液密度差越大，能够提高水泥浆对钻井液的浮力，驱替效果更好。通常，水泥浆、固井前置液、钻井液密关系为：水泥浆>前置液>钻井液；③提升注水泥浆排量。
在井况允许的条件下，应尽量提高注水泥的排量，使用大排量施工以大奥紊流的状态，在紊流状态下，质点运动不规则，除了有沿液流总方向运动外，还有横向运动、涡等，使整个流体除了沿壁面有一层很薄的层流边层外，都呈均匀推进。因此水泥浆上返时呈紊流能大大提高对窄边泥浆的牵引力，而且由于流速高、泵压高，而增加了压力梯度，从而增加了水泥浆对窄边泥浆的驱动力；④注水泥浆过程中旋转套管柱。在注水泥浆过程中旋转管柱产生周向牵引力，增加了对钻井液的驱动力，把窄边间隙处的钻井液顶替走。
2.3 固井胶结面问题及控制措施
在固井水泥浆胶结过程中，在水泥浆与套管外壁、井壁上都会形成胶结面，其中，水泥浆与套管外壁称为固井一届面，水泥浆与井壁之间的胶结面称为二界面。在水平井钻井施工过程中，为了保证钻井液的润滑性、携砂性及对储层的保护，通常使用油基钻井液或有机添加剂，这种钻井液容易在井壁上或套管外壁上形成油膜或油饼，使得套管外壁和井壁有亲水性变为疏水性，固井时水泥浆不能很好的吸附在套管外壁和井壁上，使得一、二界面胶结质量差，影响固井质量。
针对固井胶结面问题，可以采取以下控制措施：①使用固井前置液，将附着在井壁上的钻井液、油膜等清理干净，改变界面的亲油性为亲水性，使得一、二界面胶结质量提高；②顶替钻井液时上提下放或旋转套管，结合刮泥器等辅助设备，清除套管外壁和井壁上的泥饼；③提高水泥浆性能，使其膨胀能力增强，防止水泥浆胶结后体积收缩，降低水泥浆与地层之间的微小间隙。
3 水平井固井关键技术
3.1 套管下入及居中技术
由于水平井存在造斜段及水平段，在造斜段井眼弯曲角度大，套管在下入过程中在弯曲井段受重力、摩擦阻力影响，会发生形变，产生弯曲应力，下入难度大。在水平段，受到重力作用影响，套管下部与井壁摩擦，产生较大阻力，并且随着水平段延伸，摩擦阻力越大，使得套管难以准确下到预定位置。套管柱沿井眼轨迹易弯曲变形，套管的弯曲变形直接影响到套管串的居中度。而完井
时的固井质量与套管的居中度密切相关。居中度越差，顶替效率越低，固井质量就越差甚至不合格，因此在固井时为保证固井质量，必须保证套管的居中度，而安放扶正器是保证套管居中的必要手段。在下套管时，套管扶正器安放的距离越小，无疑套管的居中度就越高。但是，套管扶正器加得越密，下套管时工序越复杂，并且容易造成井下复杂情况。
3.2 固井前置液技术
在水平井钻井过程中，要求钻井液具有更好的携岩性、润滑性和储层保护性
能，通常使用油基钻井液或有机添加剂，在井壁和套管壁上形成油质泥饼或油膜，会使固井套管的表面和井壁由原来的亲水性转变为亲油性。需要使用固井前置液，改变界面的润湿性，将亲油性变为亲水性。可以使用双效前置液，配合调节剂，能够根据实际井眼情况，设计紊流或塞流顶替，提高水泥浆顶替效率。对于井径扩大率大的井，可以配置前置液切力大，以实现塞流顶替，对于井径扩大率小的的情况，可以把前置液配置成易实现紊流顶替，通过优化前置液性能，提升固井效果。
3.3 水泥浆性能优化
水泥浆的性能对固井质量起着非常关键作用，主要包括水泥浆失水量、水泥浆密度和水泥浆流变性。在固井的过程中，水平段水泥浆析出的自由水在井眼高边积聚形成通道，造成窜槽。水泥浆在水平井段凝固时，由于重力作用，水泥浆易发生沉降，造成上侧的水泥石强度低，渗透率高，气层段长，压力系数高，防气窜困难。为了保证页岩气水平井固井质量，要求水泥浆具有零析水、低失水、高沉降稳定性、良好的流变性、短稠化时间与短过渡时间，并具有一定的触变性。
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