海上水平井固井技术研究

金晨贵(中海油田服务股份有限公司，广东 深圳 518000)

0 引言

随着科技的进步，人们对油气资源的需求越来越高。水平井技术是一种优秀的钻井技术，广泛应用于油气资源开采之中。海洋拥有丰富的油气资源，但对开采技术的要求较高，传统的水平井固井技术在海上油气开采中还存在许多不足。为此，我们要不断探索优化海上水平井固井技术的技术，努力提升固井的效率和质量，为我国海上油气资源开发提供强健的技术支持。

1 水平井技术的优势

水平井技术是指最大井斜角在86°以上，并在油气储层中延伸一定距离的钻井工艺。因为其具有很强的适应能力，是一种较受欢迎的油气开发钻井技术[1]。水平井技术在油气资源开发中具有以下优势：钻水平井可以提高裂缝型油气矿藏中钻井穿越的层数，从而获得高于直井数倍的油气资源；在有底水的油气矿藏开采中，水平井可降低底水锥进，延后油水或者气水同采期，提升油气资源的开采时间，可以最大限度地开发油气资源，提高油气井的产量和采收率；在天然气开采中使用水平井钻井技术，可以有效提升钻井的密封性，降低由裂隙导致的天然气泄漏，从而充分开发天然气资源，可以减少紊流对高渗透气藏影响，进一步提升天然气的产能；水平井采用注入式钻井工艺，通过水、气、混合液的注入，可有效提升油井的平滑度和驱动力，从而提升油气开采的速率；在藏油量低、低压的油气矿藏中使用水平井钻井技术，可以扩大矿藏和矿井的接触面，提高油气资源的渗透率，进而提升油气开采量，降低开采成本。

2 海上水平井固井的技术难点

(1)水平井钻井技术会影响固井阶段的质量。水平井在钻井时会产生大量的方形和椭圆形的沟槽，扩大矿井的直径，易形成多台阶井眼，大大降低了水泥浆的顶替效率。(2)套管重心偏移、贴边会影响固井作业。由于井下的复杂状况，靠近井壁的套管会不可避免地粘上大量的泥土混合物，导致套管的重心发生偏移，导致套管贴向井壁，影响油气资源的传输。因此，调整水平井中的套管重心，减少贴边现象是水平井固井阶段的重点工作。(3)顶替效率提升困难。泥浆中的重晶石颗粒等固体物质会减低泥浆的动能，导致泥浆的顶替效率降低，容易使泥浆发生冲洗和窜槽现象，提升固井难度。(4)对水泥浆和水泥石的要求较高。如果水泥浆的沉降稳定性不足、渗水性过强，会造成析出的水积聚，形成水通道，降低套管的稳定性[2]。(5)套管下方的摩擦阻力大，由于矿井斜度的增加，套管下方的摩擦阻力会逐渐加剧。(6)套管附件的性能要求较高，由于井斜度的影响，水平井在固井时对水泥灌注的闭合装置和回压阀要求较高，如果配件达不到要求会导致水泥回灌等现象。

3 海上水平井固井技术的优化措施

3.1 优化钻井技术和钻井液设计

在水平井的钻井技术方面，要做好井眼的分布记录，避免不规则键槽的产生；控制好钻井的孔径，防止孔径过大导致顶替效率降低；做好全井段的精细化设计，并在施工中加以控制，尽可能避免不规则井段的出现。在大斜度的裸眼井固井时，由于泥浆带来的巨大阻力，单纯地靠套管的自重很难达到下管的目的，此时就需要上方的管柱提供推力来进行下管。为此，就需要润滑效果好的钻井液来辅助下管，开采企业要选用并配置合适的钻井液。

3.2 采用紊流施工

泥浆附着在套管上导致套管重心偏移、与井壁粘连是水平井钻井技术常见的问题，采用紊流施工的方式，泥浆产生的惯性和涡旋运动会降低泥浆的粘连，减少套管上附着的泥浆，从而达到清洁井壁的目的，可以保障套管实现居中下管，防止泥浆在某一井段积聚，发生窜槽现象。所以，当使用水平井钻井技术时，如果条件允许，应该首先考虑紊流施工，发挥套管柱的轴向旋转和回流作用，提升下管效率和下管质量，减少井壁固体混合物的堆积现象，提高固井质量。

3.3 优化水泥浆设计

水泥浆的设计是固井阶段的重要内容，水泥浆既要混合充分，又要具备较强的稳定性，以防止高压下水泥浆中的水大量析出聚集，形成水通道，降低矿井结构的稳定性。在水泥浆的设计中要合理设计粘稠度，在保障水泥浆流动性的同时严格控制水泥浆的稳定性，要选用混合性能好水泥材料，添加适量的辅助材料，保障水泥浆充分混合，提升水泥浆的稳定性，防止自由水析出，保证固井质量，为后期油气开采提供坚实的矿井基础[3]。

3.4 冲洗隔离液的设计

水平井固井阶段需要先向矿井中注入起冲刷润滑作用的隔离液，然后再向井中注入水泥浆。冲洗隔离液的设计要尽可能地降低其密度，因为低密度的冲洗隔离液可以将井壁中的油性物质进行融合冲刷，改变井壁的性能，提升井壁对水泥浆的粘合性能，让水泥浆可以均匀地附着在井壁上，形成孔径均匀、结构稳定的井壁，提升固井效果。冲洗液要具备较好的稀释性能，可以对附着在套管上的泥浆进行清除，让套管更好地利用自身重力逐渐居中。冲洗液要对矿井中的固相物有很好的吸附悬浮效果，防止这些固相物与泥浆混合，降低井壁的稳定性。因此，水平井固井阶段的冲洗隔离液要选用密度合适的粘性隔离液。

3.5 选用高性能的套管附件

套管附件对于提升套管的稳定性，控制泥浆注入具有重要意义，在水平井固井阶段需要重视套管回压阀、浮鞋、扶正器的选用。在回压阀方面，可以选用加压弹簧结构，以提升回压阀的稳定性，防止出现回压阀失灵的状况。在浮鞋的选用方面，要注重其耐温性、密封性，选用钻孔方便、接连性好的浮鞋，选用流线型的浮鞋，以降低下管摩擦阻力，提升下管效率。在套管扶正器方面要根据矿井的实际状况，合理选用刚性扶正器和弹簧式扶正器。弹簧扶正器由弹簧钢制成，可变形程度高，可以适应不同程度的扩径井眼。由于其特殊的结构，可以减少卡阻现象，更好地适应下管需求。因此，在没有特殊需求的情况下应该尽可能地选用弹簧式套管扶正器。

3.6 采用漂浮下管技术

漂浮下管技术通过在套管串中加入漂浮接箍，在漂浮接箍与套管鞋之间的套管内封闭空气或低密度钻井液，使该段套管串在井眼内产生一定的浮力，从而减小套管下入过程中与井壁的摩阻，达到套管安全下入的目的。在斜度较大的井段，使用漂浮下管技术可以利用套管的自重进行下管，可以选用密度较低液体注入井内，提升井下泥浆的流动性，减小套管的下管阻力，让套管居中下滑，可以有效地防止套管偏移，提升顶替效率。

4 海上水平井固井案例

海上石油开采的固井工作不仅关乎其产油量和产油效率，还关乎油井的使用效率。每一个油井的井下环境都是不同的，固井工作需要根据油井实际状况进行调整，做好勘探和检测工作，避免安全事故的发生。本以渤海油田某油井的水平井固井为例，介绍水平井固井的技术难点和解决措施。

4.1 固井难点

在该油井的固井工作中发现套管尾部和防砂组件下管时遇到阻力，水层将固井滑套和封堵隔离器卡住，无法用常规方法开展固井作业。该油井采用四开井结构，由于在裸眼井段存在水油层共存的现象，所以在作业时选用了组合防砂筛管，在顶油层用封堵隔离器进行胀封，采用固井滑套进行滑动固井。但是由于裸眼井段的井斜度过大，且泥浆和固相物堆积严重，导致下管时阻力过大，为固井工作带来了挑战。由于封堵隔离器受阻的位置位于水层中部，要穿越水层还要有一定距离，就地胀封的话会导致后期开采水油共存。而且在水泥浆灌注时部分管道有可能会渗入水泥浆，封堵输油管道。管道与井壁间空隙小，对水泥浆的配置和用量要求较高，稍有不慎，便会导致泥浆过量和窜槽。

4.2 优化固井方案

面对以上作业难点，施工组果断选择放弃旧的固井方案，重新进行优化设计。通过暂时封堵油层，先将卡阻段井壁与管柱间的泥浆清空，然后再用固井滑套进行滑动固井。具体方案为：首先，用增量2%的增粘剂配置胶状钻井液作为封堵油层的隔离液，用来悬浮住水泥浆，为固井作业提供稳定的环境基础。其次，由于卡阻的井段管柱与井壁之间缝隙较小，对水泥浆的需求量不大，但是对水泥浆的稳定性和水配比要求较高，新方案采用直角稠化水泥浆，控制好水泥浆的水配比，尽量做到零析水，并进行充分混合搅拌，以保证水泥浆结构稳定[4]。最后，通过环空挤入的方式将水泥浆注入井壁与管柱之间，对含水层进行封堵并精准控制水泥浆的注入量。按照以上优化方案进行固井施工，该井段下管正常，水层封堵隔离良好，水泥浆灌注精准，未出现过量和窜槽现象。固井工作完成后，对油井进行各项数据检测发现：水泥浆硬化程度高，结构稳定，未出现析水层，固井效果好；油液含水率均在5%以下，净油率高，未检测出砂石等固体杂质，含水层封堵成果显著；产油量高于预估水平20%，效率明显提升；井口出油温度30±2 ℃，油温正常；油压稳定，油井运行正常。总的来说，该优化方案成功地解决了该水平井的固井难点，固井效果超过预期，值得推广学习。

5 结语

总之，我们要正视水平井钻井技术在固井阶段存在的套管重心偏移、贴边，顶替效率低，套管下方阻力大等问题，加快设备改进和技术创新工作。不断优化钻井技术，研制优质的钻井液；积极采用紊流施工技术，减少泥浆积聚粘连；做好水泥浆的设计工作，提升水泥浆的稳定性，稳固井壁；选用合适的冲洗隔离液，以提升水泥浆的附着能力；根据井下环境选择合适的高性能套管附件；采用漂浮下管技术，提高套管的居中能力，提升顶替效率。全方位的提升水平井固井水平，助力我国海上油气资源开发。