特低滲透水平井固井質量影響因素及控制措施探討

王 偉

（大慶鉆探工程公司鉆技一公司技術管理中心，黑龍江大慶163000）

1 概述

隨著我國經濟的快速發展，對油氣資源的需求量持續增加，而國內油氣田產量難以有較大提升，原油進口量不斷增加，為了提升國內油氣資源供應安全，國內油氣田加大了油氣資源的勘探開發力度。近年來隨著四川頁巖氣開發取得突破，頁巖氣、頁巖油等非常規油氣資源的開發越來越受到關注。這類非常規油氣資源多屬于低孔低滲、特低孔低滲油氣藏，開發效益低，普通直井開發難以滿足邊際效益。對于非常規油氣藏，多使用水平井開發，水平井開發的優勢是具有較長水平段，控制水平段軌跡在油氣層中，就可以提升井眼和儲層的接觸面積，實現對較大范圍油氣的控制，同時結合多段壓裂等增產措施，能夠大幅提升單井產量，提升非常規油氣資源的開發效益[1-2]。特低滲透水平井井身結構及地層巖性特殊，給固井施工作業帶來了難題，如何保證固井質量是需要研究的課題。為此，針對特低滲透水平井固井質量影響因素進行分析，采取相應技術措施保證固井質量，對于提升單井產量及延長油氣井使用壽命具有重要意義。

2 水平井固井特點

水平井井身結構不同于普通直井，使得其固井存在較多難題。首先，由于水平井井身結構特殊，有造斜段、有長水平段，導致套管下入過程中，在重力作用下，受到井壁下方較大的摩擦阻力，套管下入的難度較大。另外，為了保證水平井居中度符合要求，通常會安裝一定數量的扶正器，扶正器設置過于密集，會導致套管下入的難度進一步加大，很難按照設計要求下放到預定位置[3]；其次，水平井井身結構不同于普直井，在水平段受到重力作用，鉆井液、水泥漿等受到的重力方向不是沿井眼垂向，而是沿井眼徑向受力，由于存在密度差，在鉆井過程中，巖屑顆粒容易堆積在井壁下方形成巖屑床，注水泥過程中，密度較大的漿體也會沉降在井壁下方，造成水泥漿頂替呈指進方式，較重的水泥漿在底部指進，較輕的漿體聚集在井眼上方，影響了水泥漿頂替效率，導致鉆井液不能完全被頂替干凈，使得水泥漿固結時容易出現空隙，這些空隙的存在為油氣水竄槽提供了通道[4]。

3 特低滲透水平井固井質量影響因素分析

3.1 井身質量的影響

水平井鉆井過程中，為了滿足鉆井施工要求，需要不斷調整井眼軌跡，主要表現在以下幾個方面：一是儲層厚度較薄，頂底界面難以識別，在鉆井過程中為了準確著陸，需要不斷調整鉆頭軌跡及角度；二是目的層地層起伏較大，鉆頭在儲層中鉆進時，需要不斷調整軌跡；三是鉆頭測量儀器具有一定滯后性，鉆頭鉆進一定距離后才能測量鉆頭在油層中的位置，當出層后，需要不斷調整鉆頭軌跡，尋找儲層具體位置。由于這些因素的影響，在水平段鉆進時，需要現場地質導向人員根據實際情況調整井眼軌跡，保障儲層鉆遇率。由此就造成水平井井眼軌跡復雜，不能按照預先設計軌跡鉆進，導致了井身結構復雜，給固井施工帶來了難題。

3.2 套管居中度對固井質量的影響

在水平井固井下套管過程中，由于井身結構復雜，有造斜段、有長水平段，導致套管下入過程中，在重力作用下，受到井壁下方較大的摩擦阻力，套管下入的難度較大。另外，為了保證水平井居中度符合要求，通常會安裝一定數量的扶正器，扶正器設置過于密集，會導致套管下入的難度進一步加大，很難按照設計要求下放到預定位置。套管居中不好，會影響后期水泥漿頂替效率。當套管偏下時，在下部井眼位置，水泥漿呈指進，頂替效果差，難以將鉆井液完全頂替干凈，影響固井質量。

3.3 混油鉆井液對固井質量影響

由于水平井鉆井過程中為了增加潤滑性，以及保護井壁穩定性，需要向鉆井液中加入一定的原油或渣油，以改善鉆井液性能，雖然鉆井液混油能夠改善鉆井施工，但給后續固井施工帶來難題。混油鉆井液會在套管外壁或者井眼外壁上形成一層油膜或油餅，這些油性物質的存在，會改變界面的親水性，導致后期注入的水泥漿難以吸附在界面上，從而影響第一界面和第二界面的膠結質量。因此，在注水泥漿之前，需要去除表面的含油物質，通常可以使用前置液來清除，同時活動套管，達到清除油膜或油餅的目的，減輕混油鉆井液對固井質量的影響。

3.4 固井工藝的影響

在固井過程中，通常使用清水作為頂替液，使用清水的好處是能夠減輕套管內液體重量，使得水平段和大斜度段套管內流體與環空中流體存在密度差，從而在浮力作用下減輕套管對扶正器的壓力，保證套管居中度符合要求，達到提升頂替效率的目的，也可以保護油氣儲層。但這種施工工藝也存在一定問題，首先是由于清水密度低，為達到頂替目的，會導致泵壓升高，頂替排量受限，水平段與大斜度段仍然難以實現紊流頂替，固井質量難以保證。其次，用水作為頂替液水雖然能夠在一定程度上產生浮力，但仍不足以克服套管的重力，套管下部仍然貼近井壁下方，頂替效率仍然不高。

4 固井質量控制措施

4.1 優化井身質量

為了保證水平井井身質量，必須對井眼軌跡進行優化設計。在鉆井施工過程中，要嚴格按規程操作，達到設計要求，在直井段，要打直打好，最大限度保證直井段井身質量。在進入造斜段，要優化井眼軌跡設計，將摩擦阻力降至最低，保證后期順利下套管。同時要根據實際情況，優化入窗措施，確保找準目的層位，根據新鉆開層位，進行構造精細解釋，及時調整井眼軌跡，在確保儲層鉆遇率的情況下，盡量提升井身結構，以利于后期固井作業。

4.2 提升套管居中度

為了保證套管居中度，首先要確保套管順利下入預定位置。為此，需要進行力學分析以及摩擦阻力計算，根據地層變化、井斜情況，合理選擇扶正器安放位置及安裝間隔，既保證套管居中度，又減小套管下入的摩擦阻力。為了達到以上目的，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、套管居中度計算模型。其次是建立套管串下放時安全分析，為套管串設計提供依據。然后對套管居中度進行分析，以確定水平段扶正器的安放數量、位置及型號。最后要對套管漂浮接箍的安放位置井下分析。通過以上措施，確保套管居中度滿足要求。

4.3 提升鉆井液頂替效率

影響水泥漿頂替效率的因素較多，為了提升鉆井液頂替效率，需要研究不同漿體之間的頂替數學模型，分析水泥漿的流變性及密度，同時需要分析井眼參數如套管偏心情況、井徑大小、井斜角、井眼擴徑等，還需要分析環空單量、排量等施工參數，分析不同參數對鉆井液頂替效率的影響，以達到優化設計，指導水平井固井施工作業。為此，可以開展以下內容：一是研究水平井偏心環空頂替規模。通過數值模擬來研究水平段偏心環空水泥漿頂替規律；二是根據水平井偏心頂替模型數值模擬結果，分析漿體參數、井眼參數、水力參數等對漿體頂替效率的影響，通過計算流體力學方法進行求解，以提升水泥漿頂替效率。

5 結束語

水平井在非常規油氣資源開發中發揮重要作用，非常規油氣藏如頁巖氣、頁巖油等勘探越來越受到重視，這類低孔低滲、特低孔特低滲油氣藏使用直井開發難以實現經濟效益，只有采用長水平段結合分段壓裂的方式，才能實現較好的經濟效益。針對勘探目標的轉變及鉆井施工工藝的變化，固井施工作業必須要對影響固井質量的因素進行分析，研究相應措施，使用新的技術方法，切實保障固井質量，為后續施工作業打下基礎，提升油氣井使用壽命，為油田可持續發展提供技術保障。