水平井固井质量提升方法研究

韩 超

（中海油田服务股份有限公司，河北廊坊 065000）

水平井技术通过在地层中钻探水平井段，能够更有效地开采油气资源，这种技术可以增加井底对地层的穿透，提高油气的采收率，特别是在低渗透或非常规油气藏的开发中取得了显著的成功。水平井的水平段相比传统的垂直井段更长，这意味着在相同的井筒中可以穿越更多的产层，这样可以提高井的产能，从而增加油气生产[1-3]。水平井的应用有助于减缓油气井的衰减速度，由于水平井可以更好地穿越产层，减少了流体在地层中的流动距离，降低了流体流动的阻力，有助于维持更长时间的稳定产能。水平井技术在非常规油气资源的勘探和开发中得到广泛应用，如页岩气、煤层气等，通过水平井，可以更好地开采这些非常规资源，提高产量。在注采过程中，水平井的应用可以提高注水井与采油井之间的效率，通过在产层中精确控制水平井的位置，可以更好地实现油水调剂，提高采收效率。

近年来，随着油气勘探开发技术的不断进步，水平井作为一种重要的油气井类型得到了广泛的应用。水平井的特殊井筒结构和地层条件使得其固井工程变得更加复杂，同时对固井质量提出了更高的要求，固井质量的优劣直接关系油气井的稳产和长期运营，水平井具有较大的井深和井段长度，井筒稳定性对于保障井下工程的正常运行至关重要，固井质量的不稳定或不足可能导致井壁塌陷、井筒变形等问题，影响井下工程的稳定性[4]。本次研究主要是根据水平井固井质量的影响因素，提出合理的应对措施，为提高水平井固井质量奠定基础。

1 影响水平井固井质量的因素研究

1.1 井眼和井身

水平井的井眼可能会穿越不同的地层，包括坚硬的岩石、软弱的泥岩等，这可能导致井眼钻进的难度增加，不同地层的物理性质需要适应不同的钻进技术和工艺。水平井的井眼尺寸在水平段和垂直段可能会发生变化，这对固井工程提出了更高的要求，需要根据井眼尺寸的变化合理选择套管和水泥浆的性能。由于水平井的井筒曲率较大，井筒可能会发生弯曲和变形，从而影响水平井段的完整性，套管可能出现扭曲和变形，进而影响固井质量。在水平井中，井内流体压力可能会因为井身的不均匀性而发生变化，这可能对固井施工和水泥浆的固化效果造成影响[5]。由于水平井穿越多个地层，可能存在井内流体迁移的问题。这可能导致水泥浆的分层、井内流体的混入，进而影响固井的效果。水平井的井身形状和套管位置需要更加精确地设计，以适应复杂的地层条件，如果设计不当，可能导致固井质量不佳。

1.2 套管下放过程

在套管下放过程中，如果套管的质量分布不均匀或在下放过程中发生了不均匀变形，可能导致套管不平衡，这会影响套管的下放速度和方向，增加了井筒的不稳定性。套管下放过程中，井眼的偏心现象可能发生，井眼偏心会导致套管在下放时发生摆动，增加了套管与井壁之间的摩擦，影响套管的下放平稳性。如果套管在下放过程中发生扭曲，可能导致套管外径的不规则变化，影响套管与井壁之间的密封性和固定性。在套管下放过程中，油泥浆排除不畅可能导致在套管和井壁之间形成泥浆柱，影响套管的下放速度和下放过程的稳定性。套管与水泥浆之间的配合问题可能导致在下放过程中水泥浆无法顺畅地充满套管与井壁之间的空隙，从而影响固井质量。

1.3 钻井岩屑床和胶结质量

在水平井钻井中，由于水平段井眼较小、钻进速度较慢，岩屑清除可能不及时，岩屑在井眼中堆积，影响固井时的水泥浆流动。岩屑的不及时清除可能导致井眼的有效直径减小，从而影响水泥浆在井眼中的流动和均匀分布，降低固井质量。不同地层的岩屑可能具有不同的性质，如果混合在一起，可能导致水泥浆的流变性变差，影响其性能。选择的水泥浆性能要与地层条件相匹配，如果性能不匹配，可能导致固井效果不理想。如果水泥浆的流动性差，可能无法充分填充井眼，造成空隙或者不均匀固化，影响固井的整体质量。对水泥浆浆液密度的控制不当可能导致浆液在井眼中漂浮或下沉，影响水泥浆的均匀分布。

1.4 钻井液和前置液性能

钻井液中的固相含量过高可能导致岩屑在井眼中沉积，影响水泥浆的均匀分布和固化效果。钻井液的饱和度不足可能导致井眼周围地层水分的流入，影响后续水泥浆的固化效果。钻井液的pH偏离适当范围可能导致水泥浆的凝固时间变化，进而影响固井效果。如果前置液浆液密度过高，可能导致前置液在井眼中沉积，影响固井时水泥浆的均匀分布。过低的密度可能导致井底地层的井眼塌陷，影响固井施工的顺利进行。选择的前置液浆液性能需要与地层条件相匹配，不合适的性能可能导致固井效果不理想。

1.5 水泥浆性能

水泥浆在固井过程中需要具备适当的流变性，包括黏度、塑性、流动性等，以确保在井眼中能够均匀分布并形成合适的固井环境。水泥浆的凝结时间应当适应施工工艺和井下地层的特点，凝结时间过长或过短都可能影响固井效果，导致不均匀固化或未充分固化。水平井通常面临较高的地温和地压，水泥浆的性能需要具备良好的耐高温高压性能，以确保在井下环境下保持稳定。水泥浆的密度需要合理控制，过高或过低都可能导致固井不稳定，影响井壁稳定性。如果水泥浆的流动性差，可能导致在井眼中无法均匀覆盖，形成空隙，影响固井效果。

2 水平井固井质量提升方法研究

2.1 井身和井眼的质量控制

在设计阶段，进行井壁稳定性分析，考虑地层特性、井壁结构和井筒曲率等因素，以合理选择井眼尺寸和设计固井方案。根据井眼的地层情况和井身的特点，选择合适的套管，包括合金套管、耐腐蚀套管等，以确保井眼稳定性和固井质量。采用有效的井身清洁技术，确保井眼中没有残留的岩屑、泥浆和其他杂质，以提供良好的固井环境。针对水平井的特殊井眼结构，优化岩屑清除设备，确保井眼的有效直径充分维持，并降低岩屑对固井的影响。在固井施工过程中，实时监测井眼稳定性，采用传感器和监测技术，发现问题及时调整施工方案。

2.2 套管串结构优化

在设计阶段，根据井段地质特点、井眼直径、井斜等因素，优化套管串的结构设计，确保其满足井筒稳定性的要求。在需要的井段，增加套管的壁厚，以提高套管的强度和抗变形能力，减轻外界力对套管的影响。选择高强度、可靠的套管连接方式，确保套管连接牢固，提高整体套管串的抗拉强度。考虑套管在不同温度和压力条件下的膨胀和收缩特性，以防止因温度变化引起的套管卡阻和偏心。针对不同井段，合理设置套管长度和间隔，使套管在井眼中的支撑作用更加均匀，提高井筒稳定性。在井段较长或要求较高的情况下，考虑采用双层套管结构，提高整体套管串的稳定性和强度。在需要的井段，考虑增加套管串的支撑，例如使用钻井液、泡沫水泥等，以提高井眼稳定性。

2.3 钻井液与前置液设计优化

根据井下地层条件，选择适宜的基础钻井液，确保其与地层相容，降低对井眼稳定性的不利影响。根据井眼地层情况，合理调整钻井液的流变性、密度、pH等性能，以适应井下环境和地层特点。选择具有良好清洁性能的钻井液，确保及时有效地清除井眼中的岩屑，减小井眼的摩擦阻力。根据井下地层情况选择适宜的前置液，确保其对水泥浆不产生不良影响，有利于水泥浆的附着和固化。优化前置液浆液密度，确保其与水泥浆密度相匹配，避免在注入水泥浆过程中产生浆液分层问题。提高前置液的清洁度，通过过滤和净化设备，减少杂质和残余物质的含量，以确保固井环境清洁。控制前置液的饱和度，确保其与井眼周围地层的水分平衡，减小对水泥浆的影响。

2.4 合理设计水泥浆

根据地层特征、井眼直径、井段要求等因素，优化水泥浆的配方，确保其适应不同地层条件，提高固井效果。通过添加合适的流变剂，提高水泥浆的流变性，使其在井眼中更加均匀地分布，确保良好的固井环境。合理控制水泥浆的密度，以确保其不仅能够提供足够的井筒支撑力，同时又不引起井眼塌陷等问题。选择耐高温的水泥浆，以适应水平井井下可能遇到的高温环境，确保水泥浆在固化过程中能够保持稳定性。根据实际需要，优化水泥浆的凝固时间，以适应施工工艺和地层条件，确保施工进度和固井效果。通过添加改性剂，提高水泥浆与井眼壁的附着性，防止水泥浆在固井过程中出现剥离的问题。

2.5 提高固井的工艺和技术

采用分级固井技术，根据地层性质、井段特点，将水泥浆分成不同级别，以实现更好的固井效果。引入封隔器胀封技术，通过封隔器在井眼中形成封堵，提高水泥浆在井眼中的封堵效果。对需要特殊处理的井段，采用双水泥浆设计，例如基础水泥浆和封堵水泥浆，以提高固井的效果。配备智能监测系统，实时监测井下固井的参数，包括水泥浆性能、井眼稳定性等，以及时调整固井工艺。对于复杂地层条件，采用多级固井技术，将井段划分成不同的级别，分别进行固井，提高整体固井的质量。优化套管下放工艺，确保套管在下放的过程中能够保持垂直，减小套管的偏心和扭曲。

3 结论

1）影响固井质量的因素主要包括井眼和井身、套管下放过程、钻井岩屑床和胶结质量、钻井液和前置液性能、水泥浆性能。

2）提升水平井固井质量的方法主要有井身和井眼的质量控制、套管串结构优化、钻井液与前置液设计优化、合理设计水泥浆、提高固井的工艺和技术。

3）提升水平井固井质量的方法可以在一定程度上保障固井质量，有利于水平井开发。