水平井固井工艺技术难点研究

孙利民(辽河油田曙光采油厂 辽宁 盘锦 124000)

随着石油钻井技术的提高，高效益，低成本的水平井逐年增多。由于水平井的特点，给固井工作带来以下问题：1、套管不居中，套管环空水泥环厚度严重不均；2、井筒泥饼、环空岩屑不易被清除干净；3、顶替过程若返速不合适，水泥浆易沿底边推进，将与泥浆混窜，候凝时上部易形成水带等。上述问题对固井质量造成的后果：顶替过程易发生堵蹩，留水泥塞或井漏污染油层及水泥面低返漏封油层；不能常压候凝，使水泥环胶结质量降低；水泥环窜槽，发生水窜，影响产油量。

针对水平井的固井技术难点，从以下方面研究，确保水平井固井质量。

一、井眼净化

水平井的水平位移大，井眼长，井眼的低部容易形成了岩屑沉积床，既阻碍岩屑的携带，又使清除岩屑复杂化。通常采用以下方法可以有效净化水平井井眼。

1.通过使用扩眼钻头，加放扶正器通井等技术措施，消除岩屑沉积床，保证井径规则，井眼畅通，挂去浮泥饼，有利于水泥胶结质量。

2.提高环空钻井液返速：不论井斜角多大，通过调整泵压和泵排量，提高钻井液的环空返速都能达到有效携带岩屑的效果，达到净化井眼的目的。

3.井斜在0°-45°使用层流，55°-90°使用紊流将提高清井效果。

4.通过提高钻井液密度和粘度能够达到有效携带岩屑的效果，但钻井液密度的提高对油层容易造成污染，应慎重采用。

5.在斜井中，钻井液触变性过高非常不利于钻屑的输送，在钻柱不转动时更是如此。井眼底部容易形成几乎不流动的流体层，使钻屑滞留在井底，这种影响对细颗粒来说尤为严重。所以在完钻后要调整钻井液性能，降低触变性。

6.周期性划眼起下钻，降低钻井液静切力，将稠化的钻井液在井底形成钻屑沉积床搅动起来并携带清除掉。对于使用井下马达钻进而没有钻盘转动的水平井，进行周期性划眼起下钻至关重要。

二、套管居中

套管在斜井段因自重偏心造成环空窄间隙附近滞留钻井液，水泥浆顶替达不到效果，甚至无水泥。通过应用扶正器提高套管居中度可以改善水泥浆顶替效率。

1.在能够保证套管居中度的情况下尽量少用扶正器。

2.井斜角小于45°采用双弓弹性扶正器。

3.井斜角大于45°的技术套管内和坚硬的裸眼段尽可能多的使用钢性（滚轮）扶正器

4.在大斜度封固井段依据实际亦可以钢性和弹性扶正器交替使用。

5.下套管要按设计结构顺序下入套管及附件，按设计要求加放扶正器数量和扶正器类型，执行有关下套管规程。连续灌泥浆，每10根满一次。下套管要控制下放速度，以免损坏扶正器。注意井口返出，若有漏失现象，必须起出套管，进行堵漏，不漏时方可再下套管。

三、水泥浆性能

水泥浆性能是保障固井质量的关键，尤其是水泥浆的稳定性和失水量。

水泥浆的稳定性由自由水和固相沉降两项参数确定。水泥浆从静止开始在上部析出自由水，逐渐汇集形成流道，井内流体可以流动，自由水沿着环空高边聚集，形成低密度液体连通，水泥凝固后在上部形成粗细、长短不一，支脉状的通道，容易造成油、气、水的窜槽。由于自由水的析出在底部又会形成松散的水泥颗粒沉积，与井壁胶结效果很差，同样会产生通道造成层间窜流和气体运移。因此，提高水泥浆的稳定性是关键，主要方法是提高水泥浆的粘度和胶凝强度。

1.提高水泥浆的粘度的方法包括增加固相颗粒的细度、减少水灰比等；也可以加入悬浮剂或增粘剂，诸如纤维素、聚酰胺等。

2.增加水泥浆的胶凝强度的方法一般是加入三氯化铝、三氯化铁和硫酸铝等。

水泥浆失水既会发生工程事故，还损害油气层。水泥浆失水分为注水泥顶替时的动失水和静止候凝时的静失水。在注水泥顶替阶段，水泥浆在流动中冲蚀钻井液在井壁形成的泥饼，同时又生成新的滤饼发生失水现象。经过一定时间后，滤失速度达到稳定状态，滤饼的增厚、冲蚀和水泥浆密度达到平衡状态。在静止侯凝阶段，滤饼逐渐增厚到完全充满环空的程度，随着水泥浆的凝固，静压不再被传送到更深的层段。从注水泥开始直到水泥浆完全凝固，失水始终发生。

在油气井注水泥施工中，通过增加水泥颗粒的悬浮性，提高水泥浆粘度，使之难以脱水，更多采用添加降失水剂的方法降低水泥浆失水。

四、保证顶替效率

提高注水泥的顶替效率就是如何最大程度有效地驱替钻井液，是保证水泥胶结质量和水泥环密封效果的基本前提，对于保证固井质量至关重要。

1.套管居中，环空均匀，流体通道畅通是保证躯体效果的关键。

2.活动旋转套管，能显著提高顶替效率。通过活动旋转套管可以将环空各间隙处的钻井液趋于均匀顶替，一般旋转速度以10～20 r p m为宜。

上下活动套管 ，改变液体流动方向，使液体处于剪切状态，能有效破坏钻井液的胶凝结构和触变特性。上下活动套管一般采用5分钟一次，行程约10 m（一根套管的长度）。

3.调整钻井液性能，在保证井下安全的前提下，通过降粘药剂尽量降低其塑性粘度和切力，减小钻井液的触变性影响，提高流动性，使附着在井壁的滞留钻井液易被驱替带走。。

4.增大水泥浆与钻井液密度差，对提高水泥浆顶替效率有较好的作用。一方面，其浮力作用使液体交接处的水平分界面更稳定。另一方面，改变了液体流动的相互关系，即水泥浆的压力梯度相对增加，而钻井液的阻力梯度则相对降低。

5.顶替流态是提高顶替效率的一个重要参数。紊流顶替是最好的流态；高速层流也是提高顶替效的一种可行措施。延长紊流接触时间与增大紊流程度，都有提高顶替效果的作用。

6 、注水泥浆在起压前采用大排量顶替,起压后降低排量至碰压。碰压后试阻流环，若好用不倒流，则常压候凝。若不好用，顶至最高替压以上1M Pa，关井候凝。

五、关键环节

1.水泥浆量的确定：由于水平井井径数据很难获取或数据不准，所以设计水泥浆量的附加量根据地层等因素多增加3-5%。

2.顶替量准确计量：考虑因井眼轨迹变化大对胶塞密封的影响，顶替量增加2%左右。

3.水泥浆的污染控制好，采用与水泥浆相溶性好的前置液；在尾管固井时，在悬挂器以上替入与水泥浆相溶性好的后置液。

4.现场施工优选施工设备和技术人员确保设计的执行和工序的衔接。

5.采用哈里伯顿CPT-Y4水泥车进行施工，CPT-Y4车具有RCM自动混浆系统和ADC密度控制系统，双机双泵，密度自动控制，可保证各项施工参数，