影响长庆油田固井质量主控因素分析

马立军 文虎成 姚中辉

长庆油田分公司工程监督处 陕西西安 710018

1 长庆油田固井质量现状

井身质量、固井质量是油气田企业井筒工程建设的重要考核指标，工程技术板块制定了井身质量和固井质量不合格判定为“红线”，其中井身质量将定向井井身轨迹靶区和井身轨迹连续三点全角变化率作为红线判定指标；固井质量将固井水泥返高，油气水层段、尾管重合段、上层套管鞋处、上层套管分级箍处等固井质量，全井固井水泥环一、二界面胶结质量，入井套管质量、附件及外加剂质量，固完井套管柱试压等方面作为红线判定指标。

2021 年长庆油田钻完井中，按照标准判定，固井质量不合格井中涉及到“水泥返高不合格”的占比46.22%，“封固段质量合格井段长度小于70%”的占比5.52%。水泥返高不合格井中定向井占比82.74%，大斜度井占比7.96%，水平井占比3.11%，直井占比6.19%。油气水层及上层套管鞋25m 范围不合格井中定向井和水平井占比较大，分别占47.03%和38.98%，大斜度井占比6.78%，直井占比7.21%。由此可以看出，固井质量不合格的井主要发生在定向井和水平井，主要表现为水泥返高不合格、油气水层及上层套管鞋25m 范围不合格、封固段质量不合格，如何从技术层面提升固井质量，是研究的主要方向。

2 影响固井质量的主控因素分析

2.1 地层特性对固井质量的影响

（1）洛河层承压能力低。

鄂尔多斯盆地洛河组地层中，岩石颗粒一般为中砂、粉砂和细砂岩，地层厚度约100～300m，基岩颗粒度100μm 以上的占80%，岩石胶结强度差，高渗大孔隙地层松散，地层承压能力低，地层漏失当量密度在1.20～1.25g/ m3，固井过程中压差作用发生漏失，导致水泥浆下沉，水泥返高达不到设计要求，原有尾浆封固油层的，漏失后出现轻珠体系封固，油气层段封固质量受影响。镇原、合水、姬塬区域尤为突出，在不合格井中均表现为“油气水层及上层套管鞋25m 范围不合格、水泥返高不合格”。

（2）盆地西部构造复杂，微裂缝和断层发育。

鄂尔多斯盆地西部为天环坳陷和西缘冲断带，断层裂缝发育，成藏地质条件复杂，储层变化快，纵向多层系叠合。比如宁夏盐池青石峁地区上古生界盒8 和山1 两套砂体纵向复合叠置，横向连续性差、非均质性强，气藏受砂体展布、储层物性、构造及断裂等多重因素控制，多层系失返性漏失、塌漏突出，固井中漏失严重，造成水泥返高不够，同时因水泥浆液柱压力下降而压不稳气层造成气窜，影响固井质量。

（3）盆地中部伊陕斜坡超前注水区域。

长庆油田三叠系长4+5—长8 均采用超前注水开发，地下流体活跃，地层压力高，区域存在溢漏同存，在定向井、水平井中溢漏层段相对较长，尤其侧钻井在固井前套管与环空间压力约为4MPa，致使水泥浆水浸密度下降，且密度窗口窄，岩石胶结强度差，堵漏后承压能力不足，在固井施工及候凝过程中，压差作用发生漏失，导致水泥浆下沉，造成水泥返高不达标。特别在延安、合水等注水老区，注水层压力异常，钻井过程中溢流频繁，上部水层活跃，常规早强体系水泥浆抗水侵效果差，影响后期胶结质量造成油层以上25m 封固，固井施工中领浆低密度水泥浆不能有效抵抗地层水侵蚀，候凝期间影响水泥浆性能，造成上部油层固井质量差。

2.2 井眼轨迹对固井质量的影响

（1）易塌易漏对井眼轨迹的影响。

易塌井的主因是地层岩性和构造状态在地层水平引力作用下发生的，会导致井眼扩大或缩小，部分井泥浆性能差，冲洗隔离效果不好，大肚子井眼存在“死泥饼”现象，污染水泥浆影响胶结质量。钻井过程中出现井漏为正常钻进而井眼不能承受额外液柱压力作用的情况, 不能给固井创造一个较好的井眼条件。

（2）大斜度井造斜不符和设计要求。

大斜度井对井眼曲率控制、靶区的形状和范围受地质结构、油层位置和队伍人员业务水平等因素影响，不能和设计要求相符合，致使井眼轨横剖面出现不规则椭圆形或糖葫芦型，纵剖面呈锯齿形，固井过程中在井径变化的地方会产生流体旋流，钻井液驱替不干净，钻井液与水泥浆相容性差，影响固井质量。

（3）水平井井眼轨迹的影响。

大平台大井丛、水平段2000m 以上、长7 页岩油和致密气等水平井，为保证油气层钻遇率，地质导向对钻具调整使井眼轨迹“上翘下压”，井眼轨迹复杂，受重力影响套管不易居中，顶替效率低，影响固井的质量。

（4）侧钻井的井眼轨迹的影响。

侧钻井为小井眼钻具，套管与地层间隙相对较小，套管与地层的间隙较小，且弯曲井眼影响套管不易居中，井内流体的流动阻力大，排量低，不易实现紊流顶替，会降低顶替效率。

2.3 入井材料对固井质量的影响

固井入井材料、钻井液性能等直接关乎整个固井作业的成败，甚至会引发质量事故，造成不可挽回的巨大损失。

（1）套管及套管附件质量影响固井的成败。

套管本体砂眼、防腐层破坏、丝扣损坏或丝扣密封不严，会造成套管脱扣落井或完井试压不合格等质量事故。套管附件质量不合格也极易造成固井失败等质量事故事件，如扶正器质量不合格会影响套管居中，甚至会使套管遇阻，无法下放到预定深度，浮箍浮鞋质量差，回压阀无法打开或回弹，不能有效阻止水泥浆倒流，造成水泥塞过高（或灌香肠），环空返高不够，甚至替浆过程无发碰压，最终固井失败。如XX 井浮箍回压阀无法回弹，套管“灌香肠”，导致固井失败。

（2）钻井液质量对固井质量的影响。

钻井液是固井作业中不可或缺的一部分，其密度、失水、粘度及切力每一项参数对固井作业都会产生很大影响。试验证实，钻井液与水泥浆之间密度差足够大时，就会出现明显的浮力效应，有利于提高顶替效率从而提升固井质量，反之钻井液与水泥浆密度差较小，浮力效应减弱，顶替效率受到影响，固井质量也会受到影响。因此，在保证井控安全的前提下，适当降低钻井液密度可以提升固井质量。同时，钻井液的失水量直接影响地层与水泥的胶结程度，一旦增加失水量就会降低胶结率。钻井液的流动性受到粘度影响，钻井液的凝胶性能直接反应切力，切力越高凝胶性能越高，因此控制好钻井液的低切力、低失水量和低粘度是提升固井质量的必要条件。

3 提升固井质量的改进措施

（1）不断完善长庆油田各区域地层漏失压力数椐库，加大区块地层漏失资料的收集，完善漏失井数据库，动态分析各区块漏失当量密度，为固井设计提供依据，减少固井施工中水泥浆的漏失，提高封固率。不同区块地层承压能力如表1 所示。

表1 不同区块地层承压能力

（2）加大对入库材料检验- 配方优选- 成品料复核试验，建立固井模拟体统，通过对固井施工设计、审批、顶替模拟和现场数据实时远程传输和数据的统计、汇总，分析套管在井眼内的居中情况并优化套管扶正器安放位置，尤其对定向井、大斜度井、水平井进行下套管可行性分析、套管下放过程大钩载荷预测及漂浮接箍位置优化设计、下套管波动压力模拟，在斜井段尽可能使用滚珠扶正器，提高套管的居中程度，提高水泥浆顶替效率。套管柱居中分析如图1 所示。漂浮接箍优化如图2 所示。

图1 套管柱居中分析

图2 漂浮接箍优化

（3）统筹多方协作推动井眼准备技术措施有效实施，根据井下状况不断优化钻井液性能，提高顶替效率和降低漏失风险，充分循环洗井，重视入井钻井液清洁，提高顶替效率，减少固井复杂，尤其对上层套管管鞋段刮壁能有效提高封隔效果，以充分井眼准备为固井施工提供良好顶替环境。

（4）固井水泥及附件的核实。提高水泥及外加剂取样比例、增加质检内容，保证入井水泥及外加剂质量达到行业要求。注水泥前核实环空水泥浆体系及封固段长，保证液柱压力及施工摩阻之和小于易漏层地层破裂压力。对不同灰取样送检验证水泥稠化时间、抗压强度、游离液等综合性能。对注灰起止、顶替起止、注入排量、碰压、起压等关键时间节点数据第一手掌握，定期召开质量分析会，对固井质量不合格井认真进行原因分析，追根溯源，制定相应质量提升措施，尤其对长期存在的漏失严重、多压力体系、溢漏同存、老区注水等严重影响固井质量的问题持续开展针对性的技术攻关。

4 结语

固井工程是油气井建井的一个重要环节，固井质量直接关系到油气井寿命和单井产量，关系到安全生产，关系到区域油气藏的采收率。影响固井质量的因素很多，既有主观因素也有客观因素，因此发挥人的主观能动性，超前科学分析研判，制定有效防范措施，选择合适的水泥浆体系和科学的固井设计，避免固井事故事件发生，提高固井质量，提升经济与效益，有力推动油田“高质量”发展。