常規固井工藝技術分析研究

摘要：現代固井工藝起源于19世紀初，經過100多年發展，技術水平日臻完善，針對不同類油藏儲層特征，形成多套固井工藝技術。本文在對固井基本條件及技術要求分析基礎上，對常規固井工藝技術進行分析，包括插入法固井工藝、分級固井工藝、預應力固井工藝等，重點對工藝流程和技術特點進行研究，對油井固井工藝優化具有指導意義。

主題詞：固井工藝 ?工藝技術 ?分析研究

1.前言

現代固井工藝起源于19世紀初，Halliburton在俄克拉荷馬州成立新方法油井固井公司，標志著獨立于鉆機的泵注系統形成，后經歷概念化階段（1908～1938）、多種注水泥工藝發展階段（1938～1970）、科學化發展階段（1970～目前），形成了以管材力學、加工工藝學、制造技術、測量技術等為核心的固井工藝技術，為油氣開田開發奠定了基礎。

2.固井基本條件及技術要求

常規固井基本條件主要有三方面，一是井筒方面，要求井眼通暢，井底干凈，井徑擴大率小于15%，井下無漏失;二是完井管柱，套管居中，居中度不小于75%，套管與井壁環形間隙大于20mm;三是鉆井液方面，鉆井液中無嚴重油氣侵，油氣上竄速度小于10m/h，在不影響井壁穩定、井底壓力穩定的情況下，鉆井液性能應保證低粘度、低切力、低密度，且具有良好的流動性能;四是水泥漿方面，水泥漿稠化時間、流動度等性能應滿足施工要求，水泥漿和鉆井液要有一定密度差，一般要大于0.2;五是其它設備，如下灰設備、供水設備、注水泥設備、替泥漿設備及高低壓管匯等，質量和性能滿足施工要求。

對于常規固井關鍵技術要求，主現體現在三方面，首先是一次作業成功率，固井一次作業成功率是確保工程技術安全和提高固井質量的關鍵，可以省略后期補救作業;二是層間有效封隔，實現層間有效封隔是后續安全鉆井和提高開發效益的保障;三是固井質量時效性，固井質量長期合格是延長油氣井壽命和提高單井綜合經濟效益的關鍵。

3.常規固井工藝

常規固井工藝是用水泥車、下灰車及其它地面設備配置好水泥漿，通過前置液、下膠塞（隔離塞）與鉆井液隔離后，通過高壓管匯、水泥頭、套管串注入井內，從管串底部進入環空，到達設計位置，實現設計井段的套管與井壁間的有效封固。其具體工藝流程為：注前置液→注水泥漿→壓碰壓塞（上膠塞） →替鉆井液→碰壓→侯凝。

3.1插入法固井工藝

插入法固井工藝一般適用于大直徑套管固井，用下部連接有浮箍插頭小直徑鉆桿插入套管的插座式浮箍（或插座式浮鞋），與環空建立循環，通過鉆桿用水泥車向套管外環空注水泥。該工藝具有三方面技術特點，一是能減少水泥漿在套管內與鉆井液的摻混;二是縮短頂替鉆井液的時間，水泥漿可提前返出;三是減少因附加水泥量過大造成的浪費和環境污染。

插入法固井工藝套管結構為插入式浮鞋+套管串（也可以為：引鞋+1根套管+插入式浮箍+套管串），鉆桿串結構為插頭+鉆桿扶正器+鉆桿串，具體工藝流程：注入前置液→注入水泥漿替入鉆井液（替入量比鉆桿內容積少0.5m3）→放回壓，檢查回壓凡爾是否倒流→上提鉆桿循環出多余的水泥漿。

3.2分級固井工藝

分級固井工藝是通過地面控制打開和關閉位于套管中的一種特殊工具串，在固井時使注水泥作業分兩次（級）或多次（級）施工完成，所有分級箍的關閉都是靠注水泥后釋放關閉塞，在碰壓時關閉塞推動關閉套下移，關閉循環孔。

分級固井工藝適用范圍主要有六方面，一是一次要求注水泥量過大或固井段過長的井;二是地層破裂壓力系數低、滲透性濾失嚴重的井;三是封固段中有嚴重漏失層的井;四是下部有高壓層，固井侯凝期間需要防止侯凝失重的井;五是上下封隔層距離較遠，而中間不需水泥封隔的井;六是完鉆井深過大，套管過長，上部需要水泥封固支承的井。

由于分級箍的不同，分級固井工藝可分為多種類型，按施工方式可分為非連續打開式、連續打開方式和連續式注水泥式，按注水泥次數可分為雙級注水泥工藝和三級注水泥工藝。

3.3預應力固井工藝

預應力固井是在稠油熱采井中使用的一種固井工藝技術，在注水泥前或水泥漿凝固前，給套管提拉一定的拉力，使套管內部預先產生拉應力，從而平衡（減小）套管受熱膨脹時所產生的壓應力，防止原油熱采過程中套管膨脹損壞。

3.4外插法固井工藝

外插法固井一般在大井眼淺井固井中使用，多用于易坍塌、易漏失且難以建立循環井的固井施工，其工藝特點是在套管外環空中插入多個細管，細管的長度取決于要求的封固段長度，細管的多少根據井徑大小而定，一般井徑越大用細管數越多。將多個外管并聯在一起匯入至一根注入細管，通過水泥車從該管線中向套管外環空注入水泥，至套管外環空中返出，以達到固井的目的。

外插法固井只適用于淺井，具有水泥用量計算誤差小、節約水、施工時間短等特點，固井過程中流動阻力小且不易漏失，水泥漿與鉆井液摻混少。

3.5反注水泥法固井工藝

反注水泥法固井一般用于套管底部漏失嚴重的井，其工藝特點是從套管外環空按設計量向井內注水泥，從套管內返出鉆井液，當井底嚴重漏失時，鉆井液直接漏入地層，再用鉆井液將水泥漿替到預定位置，以達到固井的目的。

反注水泥法固井的特點主要有三方面，一是減少了因水泥漿上返時底部回壓過大而造成的水泥漿漏失，保證水泥漿返高，減小水泥漿對地層污染;二是水泥漿頂替效率低，易產生泥漿竄槽;三是為保證套管底部固井質量，需要部分水泥漿返入套管，固井后鉆少量水泥塞。

4.結論

本文在對固井基本條件及技術要求分析基礎上，對常規固井工藝技術進行分析研究，包括插入法固井工藝、分級固井工藝、預應力固井工藝、外插法固井工藝以及反注水泥法固井工藝等，重點對固井工藝流程和技術特點進行分析，對油井固井工藝優化具有指導意義。

參考文獻：

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作者簡介：張升峰，男，1986年9月出生湖南邵陽，回族，工程師，2012年畢業于中國石油大學（北京），現于中石油遼河油田公司鉆采工程技術部從事鉆井管理工作。