特低渗透水平井固井质量影响因素及控制措施探讨

王 伟

（大庆钻探工程公司钻技一公司技术管理中心，黑龙江大庆163000）

1 概述

随着我国经济的快速发展，对油气资源的需求量持续增加，而国内油气田产量难以有较大提升，原油进口量不断增加，为了提升国内油气资源供应安全，国内油气田加大了油气资源的勘探开发力度。近年来随着四川页岩气开发取得突破，页岩气、页岩油等非常规油气资源的开发越来越受到关注。这类非常规油气资源多属于低孔低渗、特低孔低渗油气藏，开发效益低，普通直井开发难以满足边际效益。对于非常规油气藏，多使用水平井开发，水平井开发的优势是具有较长水平段，控制水平段轨迹在油气层中，就可以提升井眼和储层的接触面积，实现对较大范围油气的控制，同时结合多段压裂等增产措施，能够大幅提升单井产量，提升非常规油气资源的开发效益[1-2]。特低渗透水平井井身结构及地层岩性特殊，给固井施工作业带来了难题，如何保证固井质量是需要研究的课题。为此，针对特低渗透水平井固井质量影响因素进行分析，采取相应技术措施保证固井质量，对于提升单井产量及延长油气井使用寿命具有重要意义。

2 水平井固井特点

水平井井身结构不同于普通直井，使得其固井存在较多难题。首先，由于水平井井身结构特殊，有造斜段、有长水平段，导致套管下入过程中，在重力作用下，受到井壁下方较大的摩擦阻力，套管下入的难度较大。另外，为了保证水平井居中度符合要求，通常会安装一定数量的扶正器，扶正器设置过于密集，会导致套管下入的难度进一步加大，很难按照设计要求下放到预定位置[3]；其次，水平井井身结构不同于普直井，在水平段受到重力作用，钻井液、水泥浆等受到的重力方向不是沿井眼垂向，而是沿井眼径向受力，由于存在密度差，在钻井过程中，岩屑颗粒容易堆积在井壁下方形成岩屑床，注水泥过程中，密度较大的浆体也会沉降在井壁下方，造成水泥浆顶替呈指进方式，较重的水泥浆在底部指进，较轻的浆体聚集在井眼上方，影响了水泥浆顶替效率，导致钻井液不能完全被顶替干净，使得水泥浆固结时容易出现空隙，这些空隙的存在为油气水窜槽提供了通道[4]。

3 特低渗透水平井固井质量影响因素分析

3.1 井身质量的影响

水平井钻井过程中，为了满足钻井施工要求，需要不断调整井眼轨迹，主要表现在以下几个方面：一是储层厚度较薄，顶底界面难以识别，在钻井过程中为了准确着陆，需要不断调整钻头轨迹及角度；二是目的层地层起伏较大，钻头在储层中钻进时，需要不断调整轨迹；三是钻头测量仪器具有一定滞后性，钻头钻进一定距离后才能测量钻头在油层中的位置，当出层后，需要不断调整钻头轨迹，寻找储层具体位置。由于这些因素的影响，在水平段钻进时，需要现场地质导向人员根据实际情况调整井眼轨迹，保障储层钻遇率。由此就造成水平井井眼轨迹复杂，不能按照预先设计轨迹钻进，导致了井身结构复杂，给固井施工带来了难题。

3.2 套管居中度对固井质量的影响

在水平井固井下套管过程中，由于井身结构复杂，有造斜段、有长水平段，导致套管下入过程中，在重力作用下，受到井壁下方较大的摩擦阻力，套管下入的难度较大。另外，为了保证水平井居中度符合要求，通常会安装一定数量的扶正器，扶正器设置过于密集，会导致套管下入的难度进一步加大，很难按照设计要求下放到预定位置。套管居中不好，会影响后期水泥浆顶替效率。当套管偏下时，在下部井眼位置，水泥浆呈指进，顶替效果差，难以将钻井液完全顶替干净，影响固井质量。

3.3 混油钻井液对固井质量影响

由于水平井钻井过程中为了增加润滑性，以及保护井壁稳定性，需要向钻井液中加入一定的原油或渣油，以改善钻井液性能，虽然钻井液混油能够改善钻井施工，但给后续固井施工带来难题。混油钻井液会在套管外壁或者井眼外壁上形成一层油膜或油饼，这些油性物质的存在，会改变界面的亲水性，导致后期注入的水泥浆难以吸附在界面上，从而影响第一界面和第二界面的胶结质量。因此，在注水泥浆之前，需要去除表面的含油物质，通常可以使用前置液来清除，同时活动套管，达到清除油膜或油饼的目的，减轻混油钻井液对固井质量的影响。

3.4 固井工艺的影响

在固井过程中，通常使用清水作为顶替液，使用清水的好处是能够减轻套管内液体重量，使得水平段和大斜度段套管内流体与环空中流体存在密度差，从而在浮力作用下减轻套管对扶正器的压力，保证套管居中度符合要求，达到提升顶替效率的目的，也可以保护油气储层。但这种施工工艺也存在一定问题，首先是由于清水密度低，为达到顶替目的，会导致泵压升高，顶替排量受限，水平段与大斜度段仍然难以实现紊流顶替，固井质量难以保证。其次，用水作为顶替液水虽然能够在一定程度上产生浮力，但仍不足以克服套管的重力，套管下部仍然贴近井壁下方，顶替效率仍然不高。

4 固井质量控制措施

4.1 优化井身质量

为了保证水平井井身质量，必须对井眼轨迹进行优化设计。在钻井施工过程中，要严格按规程操作，达到设计要求，在直井段，要打直打好，最大限度保证直井段井身质量。在进入造斜段，要优化井眼轨迹设计，将摩擦阻力降至最低，保证后期顺利下套管。同时要根据实际情况，优化入窗措施，确保找准目的层位，根据新钻开层位，进行构造精细解释，及时调整井眼轨迹，在确保储层钻遇率的情况下，尽量提升井身结构，以利于后期固井作业。

4.2 提升套管居中度

为了保证套管居中度，首先要确保套管顺利下入预定位置。为此，需要进行力学分析以及摩擦阻力计算，根据地层变化、井斜情况，合理选择扶正器安放位置及安装间隔，既保证套管居中度，又减小套管下入的摩擦阻力。为了达到以上目的，需要做以下工作，首先是建立水平井套管摩擦阻力分析模型、套管居中度计算模型。其次是建立套管串下放时安全分析，为套管串设计提供依据。然后对套管居中度进行分析，以确定水平段扶正器的安放数量、位置及型号。最后要对套管漂浮接箍的安放位置井下分析。通过以上措施，确保套管居中度满足要求。

4.3 提升钻井液顶替效率

影响水泥浆顶替效率的因素较多，为了提升钻井液顶替效率，需要研究不同浆体之间的顶替数学模型，分析水泥浆的流变性及密度，同时需要分析井眼参数如套管偏心情况、井径大小、井斜角、井眼扩径等，还需要分析环空单量、排量等施工参数，分析不同参数对钻井液顶替效率的影响，以达到优化设计，指导水平井固井施工作业。为此，可以开展以下内容：一是研究水平井偏心环空顶替规模。通过数值模拟来研究水平段偏心环空水泥浆顶替规律；二是根据水平井偏心顶替模型数值模拟结果，分析浆体参数、井眼参数、水力参数等对浆体顶替效率的影响，通过计算流体力学方法进行求解，以提升水泥浆顶替效率。

5 结束语

水平井在非常规油气资源开发中发挥重要作用，非常规油气藏如页岩气、页岩油等勘探越来越受到重视，这类低孔低渗、特低孔特低渗油气藏使用直井开发难以实现经济效益，只有采用长水平段结合分段压裂的方式，才能实现较好的经济效益。针对勘探目标的转变及钻井施工工艺的变化，固井施工作业必须要对影响固井质量的因素进行分析，研究相应措施，使用新的技术方法，切实保障固井质量，为后续施工作业打下基础，提升油气井使用寿命，为油田可持续发展提供技术保障。