固井作業中關鍵技術研究

張華偉

（長城鉆探工程公司固井公司，遼寧 盤錦 124010）

設計是固井成功的基礎。要搞好設計，首先要準確掌握井下條件，根據這些條件進行固井施工設計。在施工過程中應監測記錄各項施工參數，以便將實際施工參數與固井設計相比較。

1 固井設計中的關鍵參數

1.1 計算

由于在大直徑裸眼中測井徑比較困難，因此很難準確掌握表層套管固井施工時的井眼容積，只能根據現場施工經驗確定注水泥量。在沒有經驗的情況下，采用50%至100%的水泥漿附加量，在某些地區，附加量常為200%。

1.2 井眼條件

除了井眼的具體參數外(井深、井眼直徑、井斜方位等)應認真研究鉆井、錄井、測井資料以便發現可能影響固井施工的問題。在設計中應考慮到并眼擴大井段、井漏、小井眼井段等問題，并應采取相應的補救措施。在大多數施工中都應電測井徑、泥漿體系性能對井眼條件，施工前的井眼準備和水泥漿都有顯著的影響。在進行泥漿設計時，應考慮到有利于固井作業。

1.3 溫度

掌握井底循環溫度是作常重要的。水泥漿的泵入時間與井眼溫度直接相關。對于固井來說，水泥漿泵入時間過長與過短同樣有害。溫度對水泥漿和泥漿的流變性也有影響，因而，對流態，U 型管效應和摩阻壓耗都有直接的影響。

1.4 壓力

為了實現井控和保證固井成功.需要準確掌握井下壓力，為了實現并控并保證水泥的強度，需要保證水泥漿的密度，水泥漿密度過高又會壓裂地層造成井漏。

2 固井施工中的質量控制

在固井施工前為了檢驗所有施工材料，應采用明確的質量控制程序，完備試驗條件，應盡可能近似地模擬已知的井下條件，采用在現場使用的水泥、添加劑樣品和水樣進行試驗。

由于API 規范對水泥要求的范圍比較寬，因此，每當對水泥質量有疑問時就應對水泥補做試驗。API 流變性試驗有助于發現潛在的問題。在施工前也應檢驗液體添加劑并與混配用水充分攪拌混合，有收干粉添加劑易于分離(特別是加重劑)在施工前應檢查是否與干水泥混合均勻。

2.1 活動套管

活動套管包括上下活動和旋轉，可有效地改善固井質量，活動套管有助于攪動滯留的泥漿，這些泥漿往往造成固井竄槽。只有在活動套管的情況下泥餅刷和泥餅刮才起作用。

下完套管后，若套管不能活動就表明存在某些問題，通常只得采取就地固井的辦法。過在注水泥漿前，施工成功的可能性已經有所下降。

2.2 固井施工監測

在固井施工中記錄一些關鍵的參數是極為重要的.在實際施工中，固井公司與承包商的代表必須及時準確掌握壓力、注水泥漿排量、密度及累積注入量等參數。這些參數同時被記錄下來，以便進行重新演算、分析、對施工做出評價并為以后施工的優化設計提洪參考。

記錄這些關鍵參數大大提高了固井的成功率，整個施工過程都被記錄下來，以后重新演算，對固井施工質量進行評價，并把實際施工與設計相比較，通過記錄裝置還可對實際注入井內的預沖洗液、隔離液和水泥漿的體積和密度進行檢驗。

2.3 套管的連接與完井

當導管下到預定深度后，在鉆臺下焊好泥漿回流管，以便使泥漿返回到循環池.鉆到預定井深后，再下表層套管.表層套管固完井后(通常水泥返到地面)在鉆臺下將表層套管割斷使其保持合適的高度。在表層套管上焊上套管頭，管內外都要焊(以便懸掛下一層套管)。有些套管頭可通過螺紋擰到表層套管上。

將防噴器組及壓井管線和節流管線通過法蘭連接到套管頭上。這時只需要安裝環形防噴器或是全封閘板防噴器，加上半封閘板防噴器.對防噴器必須按規定的壓力進行試壓.在鉆桿上接好堵塞器，下到套管內，一個一個地分別關閉防噴器，通過壓井管線進行試壓。

在繼續鉆進前，防噴器和井口連接裝置都必須保持密封，無泄漏。而后，再次開鉆至預計深度，下入下一層套管固井，水泥返到地面或返到預計深度。

通常是用吊卡提住套管的情況下候凝.水泥凝固后，套管繼續由吊卡提著將防噴器從套管頭上卸開，并在套管與套管頭之間裝上卡瓦。

用卡瓦懸吊的套管必須與吊卡懸吊的重量相同，這一點十分重要，主要是為了防止井下套管彎曲.然后將套管從套管頭法蘭頂面上割斷，或從高出法蘭頂面1 至2 英尺處割斷，通常在卡瓦上部裝有密封部件以便使兩層套管間形成密封。在原來的套管頭上通過法蘭裝上新的套管頭，重新裝上防噴器，(或是更換更高壓力等級的防噴器組)試壓后繼續鉆進。

按照這種方式，下每一層新套管，就在原來套管頭上裝上新套管頭，并將新一層套管懸掛在這一套管頭上，在生產套管上裝有油管頭，以便懸掛油管，因此，所有的管柱重量主要由表層套管支撐。

3 國內外固井新技術

3.1 新型“鉆井”固井液技術

新型“鉆井”固井液技術采用UF 鉆井、MTC 固井提高了鉆井液和固井液的相溶性，有效地解決了傳統固井水泥漿與鉆井液的不相溶問題，從而實現了第一、二界面的良好分隔和膠結強度，特別是提高第二界面的膠結質量，減少和阻止油氣、水流體的層間竄通，而且由于激活劑的擴散和滲透，使泥餅形成了固化的致密泥漿，阻止循環漏失和水泥漿液柱回落。新型“鉆井”固井液與普通油井水泥漿相比，調節性能的外加劑價廉，而且具有低失水、強度發展快、沉降穩定性好、耐污染等特點。

3.2 新型泡沫固井技術

新型泡沫有兩種充氣方法，一種方法是化學劑在水泥漿中起化學反應產生氮氣，加入其它外加劑如穩泡劑等，形成一種均勻穩定的泡沫水泥。

另一種方法為機械充氣泡沫水泥。泡沫水泥漿由凈漿、氮氣、穩泡劑及水泥漿處理劑組成。現場施工時，由水泥車用含有各種外加劑的混合水配制凈漿，通過氮氣泵向凈漿中注入氮氣形成泡沫水泥漿，注氮量的大小可根據現場設計的水泥漿密度由計算機自動控制。

3.3 防竄固井技術

環空竄流是困擾固井作業多年的問題，竄流的成因分為三種。一是界面膠結不良造成的，主要原因是由于泥餅的存在，導致界面與地層膠結不良；二是水泥失重造成環空竄流；三是微裂縫-微環隙造成環空竄流，微環隙是由于水泥環不能很好與套管膠結造成的，而微裂縫則是在水泥環與地層之間或水泥環內產生的微小通道。

通過實驗證明，設計合理的水泥混合物可防止三種類型的氣竄發生。第一種通過磁鐵礦可消除發生在套管和水泥之間的氣竄；第二種是通過添加一種特殊的材料（Anchorage Clay）能在一定程度上消除井壁上濾餅對水泥膠結的不利影響，改善膠結質量，防止井眼與水泥之間的氣竄；第三種是添加合適的彈性材料，其機理為：在水泥凝固期間會出現復雜的壓力變化，其雙正玄波壓力響應在水泥微觀結構上產生裂縫，添加的彈性材料對壓力動態起逆反應，消除水泥凝固期間的壓力變化。

結束語

影響固井質量的因素是繁多而復雜的，對每一名固井工程技術人員來說，及時發現和找出影響固井質量的關鍵因素，從而制定切實有效的技術措施，對保證和提高固井工程質量起到至關重要的作用。

[1] 屈建省.特殊固井技術[M].石油工業出版社，2006.

[2] 周金葵.鉆井工程[M].石油工業出版社，2007.