强化固井质量控制提高油气井采收率的策略初探

2023-01-19吕海龙

当代化工研究 2022年6期

＊吕海龙

（东营大明石油工程科技开发有限责任公司山东 257000）

钻井生产过程中主要工作内容包含钻井、固井、录井、修井等多个环节，其中固井是保障钻井工作正常开展的关键环节，其与钻井的工作效率有直接的影响。在钻井过程中还存在着很多非正常以及不安全的因素，例如人为操作失误、机械、地质等因素导致的井喷、井漏、井塌等。为了避免这样不安全的因素出现，钻井工程的控制就成了关键的环节，固井生产运行在其中发挥着重大的作用。固井自身的质量就直接影响着钻井的质量，只有强化固井质量的控制才能使油气井采收率得以进一步的提高。

1.固井作业概述

固井作业是钻井施工的重要环节，固井质量的优劣直接影响到采油气作业的效果和油气井的寿命。掌握影响固井质量的因素，可以更好地进行固井设计与施工，从而获得更好的固井效果。对固井质量的影响主要有井径扩大、井斜、井眼净化度、扶正器间距、钻井液密度、粘度、切力、失水、水泥浆密度、环空返速和封固段长度11个因素，期间需要基于不同因素的影响效果提出相应的优化措施，进而更好地提升整体的采油效率。同时还需要基于不同的施工条件，对其经验和数据进行整理总结，建立专家知识体系，综合考虑各种因素对固井质量的影响，以此更好地优化固井设计的整体质量水平。

固井的目的是封堵、压水、针对大段泥页岩、疏松破碎带等复杂封堵条件，其将需要依据泥浆的循环效果建设良好的井眼通道，进而为推动后续的钻井作业提供保障。期间通过固井质量的控制，更大程度上防止井眼失稳问题的出现，同时降低井下腐蚀及事故发生的概率，为缩减建井周期以及降低油气勘探开发成本创作良好条件。固井的目的是为完井提供良好的井眼条件。仅对层封隔良好的井眼进行分层作业，如分层试验等，使得固井建设实施的顺畅性能够得到提升。期间还需要将酸化、压裂等强化开采措施融入其中，进而提升采油效率。

开发方面，固井目的在于提供良好的油流通道，以此达到防止油气资源散失、提高采收率的最终目标。还可以尽最大可能避免油气藏能量的散失，延长自喷生产时间，同时达到减少石油和天然气生产成本的目标。在固井建设的过程中，使得套管外油、气、水能够减少互窜，进而达到强化油气正常生产以及节约修井费用的目标。为保证油气井寿命满足油田长期开发的需要，对套管进行支撑，保护套管，防止套管受力或因地层流体腐蚀而损坏。有利于实施压裂、酸化、分层注水、分层开采等开采措施。注水泥具有以下特点，在一次性工程中，如固井质量差，或发生固井事故，很难修复。而且补偿费高，隐蔽工程，主要流程在井下，施工时无法直接观察，施工时间短。

多因素综合作用。若固井质量不佳，则会造成层间封隔失效形成环空窜流，环控窜流就是在注水泥作业后，由于水泥浆体系设计不合理，或注水泥施工不合理，导致环控窜流不合理，或在注水泥施工中不合理地密封环流，或未形成优质、完整的水泥环，或未形成优质、完整的水泥环或套管良好胶结，不能在油气井正常生产中有效地密封环空而导致井口冒油、水，或油、水在地下层间互窜的现象。钻探过程中，由于井下复杂地层不能有效封堵，会影响后续钻井作业的顺利进行，进而影响到油气井建井周期和建井成本，甚至影响到整个区块的勘探、开发过程。当完井时，由于地层没有得到很好的层间封隔，就不能根据油田长期发展的需要，进行分层测试、分层开采等分层作业。项目开发过程中，很难采取分层测试、分层开采、分组开采等措施，导致部分储量难以利用。油气藏本身的能量、资源会通过窜流通道散失，不利于提高产量和采收率，高压地层水通过溢流通道进入油气藏，影响油气资源的分布、运移，甚至造成油气储层的严重破坏。酸、压裂液等注入流体经串流通道进入非目的层，增产措施的实施效果降低。与此同时，注入流体乱窜使地层压力在波及范围内发生变化，从而影响油气田的正常生产和合理开发，甚至造成套管因断块复位而被破坏，套管受地层流体、注入流体的腐蚀，影响油气井的正常生产，甚至不能满足油田长期开发的需要。

油、气田的实际生产过程中，无论是钻井、完井或开发，都要考虑到套管具有足够的强度，能够承受井下多种外力的作用，并且耐腐蚀、不裂、不变形。水泥环应具有良好的层间封隔性，无环空窜流。

2.影响固井质量和油气井采收率的因素

固井整个过程主要可以分为两个步骤：首先是往井内预设宽度下的套管和向井眼和套管之间的缝隙内注入水泥。注入水泥的主要目的在于保护井内的套管，以及封隔油以及水、气等复杂的底层，巩固固井的质量才能进一步促进钻井工作开展的安全性以及推动钻井工作的顺利完成。固井属于一次性的工程项目，同时固井过程需要耗费较大的成本，并具有一定的风险性。倘若固井质量无法达标，通常情况下将很难进行补救，同时还会对之后的工作造成不小的影响，制约着油气井采收率的提高。对此，需要重视分析影响固井质量以及采收率的相关因素，并实行对应的措施来保障固井的质量，推动钻井工作的完成。固井质量主要受到以下因素影响：

（1）顶替效率。顶替效率属于对固井过程中封固质量影响较大的一个关键因素，其对于固井的质量有直接的影响。顶替效率指的是井眼和套管之间环形空间内注入泥浆的体积以及该环形空间容积的比例。倘若未能达到较好的顶替效率，那么之后不管使用什么方式都无法使固井质量得到提高。

（2）井眼质量。井眼的质量也是决定固井质量的因素之一。倘若井眼质量较好会为之后的下套管环节提供一定的便利，并使顶替效率能够得以有效的实现。井眼质量指的是井眼的轨迹以及井壁稳定性、井径扩大率、井眼平滑程度等。当井眼的轨迹以及其平滑程度足够时，固井的质量也会得到进一步的提升。

（3）水泥浆的性能与处理。固井质量还与水泥浆的性能与处理有关。首先，倘若水泥浆性能较好就能够一定程度上延长固井的使用寿命，而对水泥浆的正确处理正是保障固井寿命的主要方式。倘若没有正确的对水泥浆进行处理，极易导致水泥浆停留在井管内部，使得水泥浆的整体密度以及水泥胶结的质量下降，从而固井的质量会受到影响。

（4）地质情况。地质情况也会对固井质量有一定的影响。所谓的地质状况指的是地下地层、构造、含油气水等状况，地质情况会使得钻井的速度和效率受到影响，从而也会使得油气井的采收率受到一定的影响。

（5）闸门密封效果。闸门的密封效果对于固井质量和效率有着重要影响。当井内注入水泥浆的工作完成之后需要进行的是压塞替量工作，此时倘若闸门的密封效果不佳会导致井壁内一些残余的水泥浆倒流回井管内同时引起塞高。但倘若是由于相关工作人员没有及时的引起注意或者是由于测量误差较大并且没能够被及时的发现，从而使得固井的质量很有可能会出现需要返工的现象，严重的甚至会导致给井眼造成不可逆转的损害[1]。

（6）时间的破坏。对于固井的质量而言，随着时间的推移，由于油田被长时间的开发，打破了原有的系统平衡状态，会使得固井的质量有所降低。例如：在一段时间内，水泥会发生水化，水化过程中水泥数量和水产生化学反映使得体积比原本的体积减小了。而又过了一段时间后，水化体积收缩率增加，如果相关工作人员没有做好相关的控制措施，就会使得套管和水泥石界面的胶结强度下降，对固井的质量产生不良的影响。

除了以上所提到的一些因素以外，固井的质量还会受到相关施工人员的综合素质、施工设备以及施工方式的影响。同时对于浅层气井的井控风险意识也尤为关键，倘若相关工作人员对可能发生的风险没有较高的重视程度就会对固井工作开展的总体质量造成一定的影响。

3.提高固井质量优化钻井效率，提高油气井采收率的几点措施

为了能够进一步的提高固井的质量，使得钻井的效率能够提高，并且促进油气井采收率的提升，下面将从增强固井质量的角度，以及影响固井质量的相关因素，提出对固井质量的管理和控制措施，以此来降低固井工作过程中各种风险问题的出现概率，保障固井后续工作的顺利开展，以下是几点措施：

（1）合理控制顶替效率。从上文不难看出，顶替效率是保障固井质量的一大关键。同时顶替效率也是保障固井质量过程中较难进行把握和控制的一大因素。顶替效率会涉及到较多的方面，例如水泥浆的性能、钻井液性能以及井眼条件等。为了进一步的控制顶替效率，需要对应提高顶替效率的条件以及措施，其中包含较好的井眼条件、性能较好的钻井液以及前置液，并使得套管扶正器得到合理的加入，最后在套管处加入泥饼刷和活动套管等。通过这样的操作，能够一定程度上的对顶替效率进行合理的控制[2]。

（2）严格控制井眼质量。井眼质量的提高意味着钻井生产效率的提高，同时对井眼的准备工作是保障钻井生产能够顺利进行的前提。对井眼的质量控制主要是在钻井过程中要使得相关工作人员严格的按照相关标准和正确使用规范来进行电测，并保障电测后所得出的数据足够准确和可靠；完成电测工作后，相关工作人员可以借助短起下钻的方式开展通井工作，这样一来井壁内部的稳定性能够得到一定程度的增强，同时还能够保障之后的套管工作更加顺利。随着对井眼质量控制力度的增大，使得固井的质量也有所提高，从而推动钻井生产效率提升，使得油气井的采收率显著提高起来[3]。

（3）严格按照规范注入水泥浆。水泥浆的性能同样能够对固井质量造成影响。因此，水泥浆性能以及注入水泥浆的整个过程尤为值得关注和重视。在注入水泥浆之前，需要先将水泥浆的密度调整到一个合理的水平，同时开始进行对水泥浆的监测，之后则是将水泥浆导入环形空间内部，开始水泥浆的注入作业。在整个注入过程中要小心控制好水泥浆的密度，避免不必要的浪费。在水泥浆注入结束后，要尤为注意停业作业操作，也就是保障水泥浆停止时停水、停灰、停水泥三个停同时，以此来避免由于不同步进行停止操作从而大致的水泥浆密度下降导致后期密封效果不理想的状况出现。最后，为了使得固井质量得以保障，在完成固井作业的一天内需要停止其他作业的操作流程，这样才能较好的保障水泥浆注入后的凝固效果[4]。

（4）做好对固井施工人员的控制。在固井工作过程中已经有不少的设备被现代化的设备所替代，但不可否认的是施工人员以及其技术水平仍然发挥着不小的作用。对此，在进行固井作业的全过程中，需要保持每一个时刻都有相关的工作人员在岗位上进行工作，并由工作人员密切仔细的观察固井工作的整体过程，对于在固井工作当中发现的问题要及时的做好对应的处理，尽量避免人为的错误操作导致固井质量得不到保障。同时，相关部门还需要定时对固井相关工作人员做好专业培训，提高工作人员自身对固井工作的重视程度，从而降低固井质量事故的发生概率。不仅如此，在施工作业过程中还需要有相关工作人员对固井车的状态进行实时的关注，及时的进行维修和保养，保障固井车在作业期间不要出现过多故障上的问题导致固井作业的开展遭到延误。

（5）使用水平固井技术。使用水平固井技术时，需要相关工作人员重视关注存在的井注水泥，提高对游离水的控制，使得游离水在水泥中的含量得以进一步的降低甚至消除；还可以运用高性能的水泥，与冲洗液、钻井液等兼并使用，使用过程中并不会影响其正常的作用发挥。最后在设计流变学时要更为科学合理，将孔隙压力与底层压力之间的关系进行科学的掌控，从而推动固井施工质量的提高。由于注水井最重要的作用就是为注水提供能量，从而发挥注水的实际效果，因此，采油现场的管理工作就显得尤为重要。所以，在注水井管理中，必须以提高油井实际采收率为主要依据，有效、合理地注水，首先，要收集准确的信息和数据，并对所收集的资料进行详细的分析，以便及时发现问题，采取有效的措施加以解决，同时还要根据注水井的实际情况，对注水井进行加固，提高实际注水效果。其次，管理者必须关注注水井口相关装置及配水间相关设备的阀门开闭情况，确定注水开阀方式，即正、反注、混合注。经过对石油抽采压差的合理控制，保证了泵径、冲程及冲程数能相互配合完成工作，使泵的效率最大化。与此同时，还需对抽油泵设备进行定期维修，具体维修周期要根据石油抽采现场的实际工作量和石油抽采环境来确定。

（6）高温高压固井法。由于社会的不断发展和进步，社会对于油田的质量有了更高的要求，同时要求对应的固井技术需要提高。在使用现代固井技术的背景下，需要合理的将配置线技术与新工艺相结合进行使用，并在整个过程中不断加以完善，推动固井施工质量的提高。根据深井的底层以及地质情况还需要合理的使用强化套管设计，由于深井的温度和压力过高，在这样的状态下就需要强度较大的套管，并采用套管浮箍技术将问题妥善解决。想要使油气层中不进入泥浆，对应的办法就是将密度较低的水泥使用到固井中，从而达到较好的密封效果，使得固井的质量得以提高。