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水平井固井质量影响因素分析与提升措施探讨

发表时间：2021/3/26 来源：《中国科技信息》2021年3月作者：柳红斌

[导读] 在油田开发过程中，应用水平井开发是增产的一个重要途径。水平井在产量和综合效益上都有着良好的表现，但是其特殊的井眼轨迹为固井过程带来较大的困难，无法保证固井质量，这也直接影响到油井的寿命。

中石化胜利石油工程有限公司固井技术服务中心山东东营柳红斌 257000

摘要：在油田开发过程中，应用水平井开发是增产的一个重要途径。水平井在产量和综合效益上都有着良好的表现，但是其特殊的井眼轨迹为固井过程带来较大的困难，无法保证固井质量，这也直接影响到油井的寿命。为此，就水平井固井质量的影响因素及提升措施进行探讨。
关键词：水平井；固井质量；影响因素；提升措施
        引言：近年来，随着国内外不断加大的原油需求，使得提高原油产量迫在眉睫，而水平井开发是其中的一个主要技术手段，也是各油田高度重视的技术手段。要想保证油井的使用寿命就必须提升水平井的固井质量，这就要从各种有效的保障措施出发来提升固井施工的优质率，使其符合设计要求。
        1.水平井固井质量影响因素分析
        水平井固井质量的影响因素包括很多方面，主要包括：井身质量的影响、钻井液性能不达标、水泥浆和前置液指标不符合要求、固井施工不连续、下套管困难、套管难以居中、水泥浆顶替率低等。
        1.1 井身质量
        在水平井的施工过程中，由于目的层深度带有不确定性，就会导致油层的分布无法处于预定轨迹，因此在钻井过程中，需要相关人员进行现场技术指导，在分析实钻地层的基础上来调整轨迹，以此来保障油层的钻遇率，在这一过程中必然会引起实钻的井眼轨迹曲率变化较大。这一过程虽然实现了地质目的，但同时也使得钻井施工的风险变得更高，对于井身质量而言，更是无法保证其符合预期要求，这样就会影响到后期的固井质量。
        1.2 钻井液的性能分析
        部分施工单位处于追求利益最大化的目标，往往存在施工过程中各种钻井液处理剂加量不足，甚至是某些处理剂不添加，以此来追求节约成本，但这样的施工条件下，钻井液的流变参数、摩阻系数、含砂、失水以及密度等性能都不能满足设计需求，使得施工过程中出现较大的井径扩大率以及不规则的井眼，出现此类现象的井中，无法保障套管处于居中位置，导致固井质量不达标。
        1.3 下套管的问题
        水平井的井眼轨迹存在一定的特殊性，水平井下套管过程中会出现比常规井更大的摩擦阻力。尤其是在水平井段和大斜度井段中，井壁会受到套管较大的侧压力，因此加大了下套管过程中受到的摩擦阻力。与直井相比，为了保证套管居中，水平井下入套管需要更多的扶正器，这也极大地增加了套管下入的阻力。水平井的下套管过程会遇到很大的阻力，严重时无法下达到预定位置，而这样的现象会更明显地出现在浅层水平井中。在重力作用下，套管会出现偏心而更接近井壁下侧，在水平井段或是大斜度井段的套管更不容易实现居中。对于此类井，固井施工中，下井壁处的泥浆不可能完全被顶替干净，使得固井质量不达标。
        1.4 前置液和水泥浆
        在水平井施工中，钻进水平段或造斜段施工中通常会采用在钻井液中加入油性润滑物质，这样就会在井壁上形成油膜，油膜的存在会使得套管壁与井壁之间无法获得预期的水润界面，对胶结面的胶结强度和质量都会造成较大影响。从这一层面来分析，要想获得良好的固井质量，就需要采取合理的前置液来改善套管和井壁之间的润湿性能。
        1.5 水泥浆性能
        水泥浆性能主要包括高沉降稳定性、流变性、零析水低失水、短稠化和过渡时间、触变性。水平井固井过程中，稳定的水泥浆是保障实现各项性能的关键，特别是对于水平段和大斜度井段。不稳定的水泥浆体系会加大渗透率、降低顶部强度、形成较大的上下密度差且不能获得均质水泥环，出现油气水窜的情况。通常可通过添加固相惰性材料来保证其稳定性。流变性决定了其驱替能力和稳定性，通常会要求其有着15Pa左右的屈服值。

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在水平段施工过程中，水泥颗粒可能会在重力作用下出现沉淀而影响性能。过长的水泥浆稠化时间会导致较慢的强度发展，析出大量的自由水，这就要求将其过渡时间尽量控制在15min以下，力求直角稠化。良好的触变性能保证体系的稳定和性能，在失重状态下，水泥浆体系内的结构里能有效抵抗地层流体带来的侵蚀。
        2.提升水平井固井质量技术措施
        2.1 模拟通井技术
        在进行下套管之前，要进行模拟通井作业，这样才能有效保证套管安全、顺利地下入到预定的位置。在模拟通井施工过程中，研制并应用了水平井下套管专用通井工具，这种水平井下套管模拟专用通井工具与钻井施工时钻具组合中的螺旋扶正器外形基本相同，不同的是在专用通井工具的每条棱带上都铺设了不同密度的硬质合金块，当进行模拟通井作业时，根据不同的井眼曲率和井筒的实际摩阻情况下入数量不等的专用通井工具，这样就能够有效地模拟下套管时的套管刚度。通井工具在旋转情况下，在井眼曲率过大的地方可以最大限度切削井壁，使井壁变得平整光滑。在最后一次通井调整钻井液性能时要在钻井液中加入足够的润滑剂，使钻井液具有良好的润滑性能，为套管安全下入、降低下套管的摩擦阻力做好准备，在必要情况下可以在钻井液中加入空心塑料小球来降低下套管的难度，实现套管的安全下入。
        2.2 进行管串结构优化
        管串结构的优化既会影响套管的安全下入，也会影响整个固井的顶替效率。在管串结构优化中主要对扶正器的种类、数量和间距进行优化。如果扶正器加入数量过多，那么套管的居中度就会有所提高，但同时下套管的摩擦阻力也会增大，因此需要应用固井管串软件对管串结构进行优化，以保证套管居中度在67%以上、套管安全下入的摩擦阻力最小为目标进行系统优化设计。同时对于具备条件的单位可以应用漂浮接箍与塞浮箍下套管工具。
        2.3? 进行水泥浆设计
        水泥浆是固井施工中使用最为频繁的原料之一，其原料质量决定固井施工的最终质量。水泥浆种类繁多，特性相差较大，不同的水泥浆材料有不同的工程适用环境，因此需要对水泥浆性能以及质量进行合理化研究，首先，从水泥浆自身特性出发，确保固井施工用水泥浆具有良好的稳定性以及抗沉降特征，从原料性能较大提高固井质量。其次，对水泥浆的物理特性进行优化，确保其具备较高的流动性，从而提高注入控制精度，降低施工难度，为提高顶替率提供必要条件。最终，应根据实际的施工需求，选择对应的水泥浆类型，充分考虑水泥浆的失水率、析水量，降低水泥浆使用中，自由水通道的形成可能，减少注入过程中的散失率，同时应充分考量水泥浆材料以及注入工艺的直角稠化能力。
        2.4? 强化固井工艺
        固井工艺也是固井质量影响因素的密集环节。对固井工艺的优化措施应从如下四个方面进行。首先，在钻井施工中时钻井液在井筒内部处于静止状态下时其二，在水泥浆的注入过程中，容易出现水泥浆通过套管反涌的不良现象，对此应根据情况增加调整水泥浆的注入排量。其三，压胶操作后，普遍存在开泵顶替效率较低，连续性较差的现象，应对该问题进行优化，提高开泵顶替效率，并优化工艺环节之间的时间间隔确保衔接连续性，保证去环空流动性，降低 U 型管现象。其四，加强施工压力计算的准确度以及控制能力，确保设备在额定工作负载内运行，同时要保障套管上浮力充足，必要时可以使用高密度加重钻井液，从而降低替浆压力，满足大排量的需求。
        3.结语
        影响水平井固井质量的因素相当多，要根据不同的井眼质量情况，深入系统地分析每口水平井固井施工的难点，并结合水平井固井施工工艺技术情况，提前制定相应的技术对策，这样才能保证水平井固井质量，为延长水平井产油寿命周期奠定坚实的基础。
参考文献：
[1] 刘成贵. 非常规油气水平井固井关键技术研究与应用[J].石油钻采工艺，2013(2)：48-51.
[2] 郑志刚，杨红丽. 提高水平井固井质量的几点认识[J].内蒙古石油化工，2009(23)：52-63.
[3] 谷晓冬. 提高水平井固井质量对策探讨[J].西部探矿工程，2018(8)：74-75.