塔里木油田水平井固井技术与应用研究

摘要：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。在实际的固井质量控制过程中，要保证水平井自身的井身质量，强化水平井钻井液管理，选用合适的套管扶正器，优化管串结构，保证套管居中，提高顶替效率，这样才能够保证水平井固井质量。

关键词：水平井固井；质量控制；井身质量；套管扶正器；管串结构

地层裂缝发育的低承压特点、地层的高孔渗造成水泥浆在候凝期间发生渗漏，无法有效的油水层间封隔，水平段长套管不易下到位等影响固井质量；因此，重点是强化井眼准备、优化管串结构、采用漂浮理论，同时对固井尾浆提出了“高初稠、快触变、短附加”的浆体技术要求。尽力减少水泥浆候凝期间的渗漏，有效地提高了该地区水平井固井质量。经过5井次的施工结果表明：对主力产层的固井质量优质率从原来的28%提高到了66.5%。文中的方法更适应塔里木油田碎屑岩地层固井，且简单实用。

1固井难点

1.1地层压力系数低，易漏失

薄砂层油藏原始地层压力53.54～54.02MPa，埋藏深度5000m左右，压力系数1.09～1.1，相应的产层钻进过程中，钻井液密度一般为1.22～1.28g/cm3之间。

1.2储层孔渗相对较高，地层易发生渗漏

志留—泥盆系储层平均渗透率266.15×10-3μm2。石炭系储层渗透率主要分布于（2.58～71）×10-3μm2，下石炭系砂岩储层孔隙度主要分布于4%～19.2%，渗透率主要分布于（6～163）×10-3μm2。白垩—第三系储层平均孔隙度12.2%，平均渗透率71.76×10-3μm2，为中孔、中渗的较好储层。已有研究表明在候凝过程中，水泥浆在储层中易发生渗漏导致二界面胶结弱化，储层段封固质量降低，孔渗较高的地方固井质量较差。

1.3水泥浆性能不完善

目前在研究区油层的单级固井，比较成熟的方案为高低密度水泥浆组合使用，用低密度领浆封固上部重合段和斜井段，常规密度尾浆封固下部水平段。常用水泥浆体系为LD、GT、BX。水泥浆基本性能满足固井施工要求，但尾漿初稠低（10～20BC），渗漏阻力小；尾浆稠化时间过长，渗漏时间长，水泥浆在储层中的渗漏导致二界面胶结弱化，储层段封固质量降低。

1.4水平段长，固井质量差

该地区水平段的长度一般在800m左右，水平段较长。固井质量不易保证的原因，一是由于套管自身重量导致套管“躺”在井眼里面，套管偏心，居中度不高；二是水泥浆在运移过程中，趋于在流动阻力小的上部流动，套管与地层紧密接触的下部则流速较慢，出现所谓的分层现象，顶替效率不高。

2技术措施

基于以上难点，施工现场采取了一些技术措施，对解决这些问题有较好的效果，同时，作者也提出了自己的一些设想和建议。

2.1强化井眼准备

调整泥浆性能，泥浆屈服值过高，不易于顶替，增加漏失风险，其它条件不变，通过软件模拟，钻井液的切力由10Pa降低至4Pa，循环摩阻当量密度可降低0.02～0.04g/cm3，且循环驱替效率由60%提高到98%，下在套管前，调整钻井液以降低摩阻和防钻屑沉降为目的；注水泥施工前钻井液以改善流动性为主，在保证压稳地层和井壁稳定性的前提下，降低泥浆的密度、粘度和切力等性能，提高其流动性。

2.2优选水泥浆体系

根据地层渗透性强的特性，改进的重点是：在肯定前期技术工作的基础上，为防止由于候凝期间渗漏引起的固井质量差，采用“静止堵漏”的原理，总体上倾向于提高水泥浆尾浆的塑性粘度和屈服值，同时缩短尾浆稠化时间，也容易实现壁面剪应力固井工艺。提高水泥浆尾浆初稠，增强体系的触变性，尤其是高温下的触变性，增大浆体对地层的渗流阻力，水泥浆泵送到位静置后胶凝强度发展迅速，提高了水泥浆内部应对地层流体窜的结构阻力。同时，静胶凝强度过渡时间较短，极大降低了形成窜流通道的风险。最大程度上达到防止气体或其它流体侵扰、窜流、形成窜流通道的目的。另一方面缩短施工附加时间，减少候凝期间水泥浆渗漏时间。

通常情况下，水泥浆体经过高温养护后表现出高温稀释的性能，但从表3中试验数据可以看出，BX水泥浆体系经过高温养护后，K值增大，n值降低，表现出高温增稠的现象，而LD、GT水泥浆体系均表现为高温稀释，同时，BX水泥浆体的触变性经过高温养护后得到加强，初、终切力差值由常温的9.2Pa增长到高温下的16.4Pa，增长了78%。并且高温下触变性的发展也较为迅速，5min的终切已经达到10min的终切的92%。同时，通过SPN值法进一步考察3种水泥浆体系的防窜能力，BX水泥浆体系高温增稠的性能、高温下触变性快速发育的能力更适合于渗漏地层的“静止堵漏”作业；较短的静胶凝强度过渡时间及较低的SPN值说明其防窜能力更强，更适合于地层流体复杂的固井施工作业。从浆体性能来看，BX水泥浆体系通过降失水剂控制20～30BC的初始稠度，较强的触变性及较好的防气窜性能更适用于碎屑岩固井。

2.3改进固井工艺

坚持大排量施工。采用紊流顶替的原则，提高施工排量，特别是顶替排量，原则上要求环空返速不低于1.2m/s。采用“漂浮固井”的原理。在替浆过程中水平段替清水，加大水平套管内外的密度差，使其“漂在”水泥浆中。根据相关理论研究计算结果，在水平井段套管外环空为1.90g/cm3的水泥浆的情况下，套管内充满1.00g/cm3的清水比套管内充满1.90g/cm3泥浆，其有效重量会减少50%左右，而产生一个使套管串向上的漂浮趋势，但在实际上这个漂浮力还同时取决于套管串的刚度和井眼轨迹情况。采用预应力固井技术。提高替浆结束以后套管内外的压差，在水泥浆凝固之前，给套管一个向内挤压的力，使其产生微变形。待水泥浆失重以后，随着环空挤压力的降低，套管慢慢膨胀，刚好弥补水泥石形成过程中的体积收缩，最大限度地减小套管与水泥环之间的间隙。考虑到设备的承受能力，套管内外压差控制在10MPa较为合适。

2.4优化套管管串

在管串的最下端排一根2m左右的短套管，在短套管上安放一只旋流刚性扶正器，使整个管柱始终处于一种“抬头”的状态，减小管串尖端遇台阶阻卡的情况。优选带有导流槽的螺旋大倒角刚性扶正器，其目的一是提高套管在井眼中的居中度，二是改变环空流体流态，提高水泥浆的驱替效率，同时，还能有效降低接箍遇阻卡的几率，帮助套管顺利下入。水平段每1根套管加放一只旋流扶正器，大斜度段每2根套管加放一只旋流扶正器，其它井段每3～5根套管加放一只旋流扶正器。

3现场应用

通过改善井筒条件，降低泥浆的粘切，采用漂浮理论工艺，同时优选BX水泥浆体系，固井质量优质率大幅度提高。通过对BX体系下的5井次长封固水平井固井质量进行统计，全井固井质量平均合格率70.2%，平均优质率49.3%；目的层固井质量平均合格率83.2%，平均优质率为66.5%。

4结论

（1）改善井筒条件，降低泥浆粘切，减小泥浆触变性，采取优化管串、“漂浮”理论、提高施工排量有助于提高固井顶替效率，提高固井质量；

（2）BX水泥浆体系，其水泥浆的高初稠、较强的触变性及防窜性能能够更好地适应研究区地层的高孔渗特性，阻止水泥浆在候凝期间的渗漏，减少对水泥浆的污染，提升层间封隔，从而提高该地区水平井固井质量。

参考文献

[1]董大秋.水平井固井质量的影响因素及提升措施探讨[J].西部探矿工程，2018（4）.

作者简介：刘百春，身份证号码：652801197406016112，男，高级工程师，现就职于塔里木油田公司油气工程研究院。

（作者单位：塔里木油田公司油气工程研究院）