国内外深井超深井固井技术研究现状探析

汪财彦

（大庆钻探工程公司钻技一公司，黑龙江大庆163000）

随着世界发展对石油资源的需求量越来越大，石油资源的开采量不断下降，石油资源的开采难度不断上升，因此深井、超深井的固井技术变得十分重要。一些固井技术、固井材料等都发生了巨大的改变，新工艺、新设备、新材料的应用十分广泛，促进了深井超深井勘探开发的长远发展。

1 国内固井工艺技术的进展

（1）固井前需要采用循环容积效率法确定钻井液的循环处理时间，保障井下钻井液充分循环；

（2）高压油气井固井、油气水层活跃井固井、长封固段井固井中固井前的稳压、固井过程中的稳压、候凝过程中水泥浆失重时的稳压等三稳压理论是固井设计的基本原则；

（3）一些井经常受到地层、材料、水泥浆、设备等条件的影响，紊流固井很难顺利实施，这时候就需要采取低返速固井技术，解决该类井提高顶替效率问题；

（4）最近的几年中我们深入地研究了水泥浆失重与气窜的机理，找到影响气窜的主要原因，并采取有针对性的技术措施；

（5）最近的几年中我们对深井防窜材料和工艺技术方面进行了深入研究，有效地解决了浅层气井固井技术上一些问题，研究水泥浆体系、完善浅层气固井工艺；

（6）想要不断地提升固井质量，就要对固井进行科学合理的设计，根据我国固井水平的实际情况，多方位、全角度地进行考虑；

（7）固井设计的可靠性与科学性通过计算机注水泥设计和评价注水泥作业得到了进一步的提升。

2 国外固井工艺技术的进展

随着最近科技的不断发展进步，新技术的不断出现，国外固井技术、固井方法都有着很大程度的提升，有效解决了一些油井固井难的问题。

2.1 新型油井水泥的开发

2.1.1 新型纤维水泥体系

新型纤维水泥体系在高渗透、多孔性、天然裂缝、次生性裂缝及孔洞性地层中比较适用，能够形成纤维网状结构，避免钻井和初注水泥作业时出现漏失现象，普通的纤维在水泥中很容易造成地面和井底设备的堵塞，而纤维水泥就不会出现以上情况，同时纤维水泥与低密度固井水泥浆同时使用时，发挥出的效果更加理想。

2.1.2 金属微条带水泥

金属微条带水泥是在水泥中加入了一种特殊的金属条带，水泥在凝固后有着良好的承载能力及耐钻性，同时金属微条带水泥还具有良好的抗裂缝延伸能力和抗冲击力，该种水泥在侧钻时消耗的时间更短。

2.1.3 胶联水泥体系

胶联水泥体系是将压裂液与水泥混合在一起作为水泥浆使用，胶联水泥在井下具有压裂液的性质，在井下凝固的速度很快。胶联水泥分为镁氧胶联水泥和常规胶联水泥两种类型。常规胶联水泥的组成包括氧化镁、氧化钙、碳酸盐和硫酸盐，水泥与水混合在一起后，产生化学反应生成高强抗压无机物，无机物主要由镁—羟基—硫酸盐/氯化物组成。而镁氧胶联水泥是由缓凝剂、胶联剂、羧甲基纤维素混合而成的，该混合物可以在井下可以迅速地凝结成固体，有着很强的抗压性能。

2.2 水泥水化热对环空温度影响的试验

通过复杂的室内实验，我们找到了环空温度和水泥水固化性能对水泥水化热之间的联系，固井质量与水泥在环空中水化主要的影响因素有两种，一种是环空温度随着水泥水化过程不断地上升，另一种是水泥环在水泥初凝后环空温度的变化和水泥水化热峰值的影响下，应力不断增加。

2.3 套管破坏载荷的研究

我们对三种情况下套管和水泥环的受力情况利用有限元分析法进行分析研究，三种情况分别为：①无支撑套管；②有水泥环套管；③套管、水泥环、地层。经过实验结果可知，套管和水泥环两种介质在水泥环力学性能的作用下对应力分布影响比较大，套管的力学性能、几何形状，水泥环的几何形状在套管、水泥环、地层的研究中是一样重要的，脆性水泥的屈服应力在杨氏模量和泊松比变化的情况下有所下降，降低大概5%左右。

2.4 回接套管的固井技术的应用

回接套管的固井技术主要分为两项工艺，首先为长寿命方法，水泥对周边环境的污染程度较小，避免出现固井施工中窜槽的情况；然后是正注反挤注水泥工艺，该技术已经得到了成功的应用。

3 国内外固井技术差距对比分析

我国固井技术在最近的几年中有了飞速的发展，但是与国外发达国家相比较还存在着一定的差距：主要表面在以下几点：

（1）固井技术研究的深度不够，也缺乏相应的实验手段，没有专业的水泥浆性能评价仪器；

（2）固井设计时没有充分地考虑到地质因素影响，工艺细节设计不到位；

（3）外加剂的性能与国外相比存在一定的差距，配套设备匹配性不好，外加剂的副作用比较大。国外的油井水泥、外加剂在20世纪80年代有着飞速的发展，已经形成了系列化的产品。油井水泥品种和数量在20世纪90年代也取得了很大的成绩，尤其在防气窜剂、高温缓凝剂、水泥石强度和抗衰减剂等方面取得了很大的进步，常规水泥固井质量在添加外加剂后性能有了很大的改善；

（4）我国在计算机辅助水泥设计及评价方面还有所欠缺；

（5）固井施工自动化普及程度较低。

4 国内外固井技术现状与发展趋势

4.1 油井水泥与外加剂研究

（1）在一些普通水泥无效的特殊固井施工过程中，基本水泥的增加有效地解决了以上问题，基本水泥中增加了高细度水泥、酸溶水泥、波树脂水泥；

（2）想要解决复杂固井问题、提高固井质量、保护好油气层，油井水泥外加剂的添加已经成为了不可或缺的关键内容，最近的几年中油井水泥外加剂的种类越来越多，应用的范围越来越广泛；

（3）深井超深井固井水泥配方的不断完善，钻井活动越来越活跃；

（4）深入研究机械注氮相配套的系列泡沫水泥浆外加剂，尤其要了解渗透性、泡沫水泥石承受酸化压力能力等进行室内实验研究。

4.2 固井技术

（1）CemCRETE固井技术。有效解决了压力异常带来的固井问题，该技术是在混凝土水泥浆技术的基础上研究开发的，通过水泥及外掺料颗粒直径分布的不断优化，利用颗粒级配原理，选择三种直径不同的颗粒，增加单位体积内固相颗粒数量，实现水泥浆水灰比的下降，保障水泥石抗压能力，达到水泥石空隙度及渗透率下降的目的。

（2）泡沫固井技术。最近的几年中我们深入地研究了机械注氮泡沫水泥浆固井技术工作，同时研究和完善了配套的计算机控制系统、外加剂、配套现场施工工艺技术等。泡沫水泥浆主要的组成包括氮气、稳泡剂、水泥浆处理剂、净浆等，净浆由各种外加剂混个水配制而成，现场由水泥车进行施工，氮气通过氮气泵注入到净浆中，根据现场水泥浆密度由计算机自动控制注入氮量。

5 结论

经过以上的研究和分析，深井超深井固井施工中存在很多的难题，可能遇到一些比较复杂的地形，因此需要配套完善的机具与工艺措施，深井超深井套管在井下受到很大的内外压力与轴向载荷压力，在压力的作用下我们要充分考虑套管管柱强度的要求，同时避免井下高温对其产生影响。根据井下地质的实际情况、油气水关系的复杂性以及井眼的实际情况，我们对深井超深井的套管管柱安全系数要进行科学合理的计算，确定完善的施工方案，配合相应的水泥体系及固井工艺方法，实现油田深井超深井固井技术的可持续发展。