影響長慶油田固井質量主控因素分析

馬立軍 文虎成 姚中輝

長慶油田分公司工程監督處 陜西西安 710018

1 長慶油田固井質量現狀

井身質量、固井質量是油氣田企業井筒工程建設的重要考核指標，工程技術板塊制定了井身質量和固井質量不合格判定為“紅線”，其中井身質量將定向井井身軌跡靶區和井身軌跡連續三點全角變化率作為紅線判定指標；固井質量將固井水泥返高，油氣水層段、尾管重合段、上層套管鞋處、上層套管分級箍處等固井質量，全井固井水泥環一、二界面膠結質量，入井套管質量、附件及外加劑質量，固完井套管柱試壓等方面作為紅線判定指標。

2021 年長慶油田鉆完井中，按照標準判定，固井質量不合格井中涉及到“水泥返高不合格”的占比46.22%，“封固段質量合格井段長度小于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%。油氣水層及上層套管鞋25m 范圍不合格井中定向井和水平井占比較大，分別占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，固井質量不合格的井主要發生在定向井和水平井，主要表現為水泥返高不合格、油氣水層及上層套管鞋25m 范圍不合格、封固段質量不合格，如何從技術層面提升固井質量，是研究的主要方向。

2 影響固井質量的主控因素分析

2.1 地層特性對固井質量的影響

（1）洛河層承壓能力低。

鄂爾多斯盆地洛河組地層中，巖石顆粒一般為中砂、粉砂和細砂巖，地層厚度約100～300m，基巖顆粒度100μm 以上的占80%，巖石膠結強度差，高滲大孔隙地層松散，地層承壓能力低，地層漏失當量密度在1.20～1.25g/ m3，固井過程中壓差作用發生漏失，導致水泥漿下沉，水泥返高達不到設計要求，原有尾漿封固油層的，漏失后出現輕珠體系封固，油氣層段封固質量受影響。鎮原、合水、姬塬區域尤為突出，在不合格井中均表現為“油氣水層及上層套管鞋25m 范圍不合格、水泥返高不合格”。

（2）盆地西部構造復雜，微裂縫和斷層發育。

鄂爾多斯盆地西部為天環坳陷和西緣沖斷帶，斷層裂縫發育，成藏地質條件復雜，儲層變化快，縱向多層系疊合。比如寧夏鹽池青石峁地區上古生界盒8 和山1 兩套砂體縱向復合疊置，橫向連續性差、非均質性強，氣藏受砂體展布、儲層物性、構造及斷裂等多重因素控制，多層系失返性漏失、塌漏突出，固井中漏失嚴重，造成水泥返高不夠，同時因水泥漿液柱壓力下降而壓不穩氣層造成氣竄，影響固井質量。

（3）盆地中部伊陜斜坡超前注水區域。

長慶油田三疊系長4+5—長8 均采用超前注水開發，地下流體活躍，地層壓力高，區域存在溢漏同存，在定向井、水平井中溢漏層段相對較長，尤其側鉆井在固井前套管與環空間壓力約為4MPa，致使水泥漿水浸密度下降，且密度窗口窄，巖石膠結強度差，堵漏后承壓能力不足，在固井施工及候凝過程中，壓差作用發生漏失，導致水泥漿下沉，造成水泥返高不達標。特別在延安、合水等注水老區，注水層壓力異常，鉆井過程中溢流頻繁，上部水層活躍，常規早強體系水泥漿抗水侵效果差，影響后期膠結質量造成油層以上25m 封固，固井施工中領漿低密度水泥漿不能有效抵抗地層水侵蝕，候凝期間影響水泥漿性能，造成上部油層固井質量差。

2.2 井眼軌跡對固井質量的影響

（1）易塌易漏對井眼軌跡的影響。

易塌井的主因是地層巖性和構造狀態在地層水平引力作用下發生的，會導致井眼擴大或縮小，部分井泥漿性能差，沖洗隔離效果不好，大肚子井眼存在“死泥餅”現象，污染水泥漿影響膠結質量。鉆井過程中出現井漏為正常鉆進而井眼不能承受額外液柱壓力作用的情況, 不能給固井創造一個較好的井眼條件。

（2）大斜度井造斜不符和設計要求。

大斜度井對井眼曲率控制、靶區的形狀和范圍受地質結構、油層位置和隊伍人員業務水平等因素影響，不能和設計要求相符合，致使井眼軌橫剖面出現不規則橢圓形或糖葫蘆型，縱剖面呈鋸齒形，固井過程中在井徑變化的地方會產生流體旋流，鉆井液驅替不干凈，鉆井液與水泥漿相容性差，影響固井質量。

（3）水平井井眼軌跡的影響。

大平臺大井叢、水平段2000m 以上、長7 頁巖油和致密氣等水平井，為保證油氣層鉆遇率，地質導向對鉆具調整使井眼軌跡“上翹下壓”，井眼軌跡復雜，受重力影響套管不易居中，頂替效率低，影響固井的質量。

（4）側鉆井的井眼軌跡的影響。

側鉆井為小井眼鉆具，套管與地層間隙相對較小，套管與地層的間隙較小，且彎曲井眼影響套管不易居中，井內流體的流動阻力大，排量低，不易實現紊流頂替，會降低頂替效率。

2.3 入井材料對固井質量的影響

固井入井材料、鉆井液性能等直接關乎整個固井作業的成敗，甚至會引發質量事故，造成不可挽回的巨大損失。

（1）套管及套管附件質量影響固井的成敗。

套管本體砂眼、防腐層破壞、絲扣損壞或絲扣密封不嚴，會造成套管脫扣落井或完井試壓不合格等質量事故。套管附件質量不合格也極易造成固井失敗等質量事故事件，如扶正器質量不合格會影響套管居中，甚至會使套管遇阻，無法下放到預定深度，浮箍浮鞋質量差，回壓閥無法打開或回彈，不能有效阻止水泥漿倒流，造成水泥塞過高（或灌香腸），環空返高不夠，甚至替漿過程無發碰壓，最終固井失敗。如XX 井浮箍回壓閥無法回彈，套管“灌香腸”，導致固井失敗。

（2）鉆井液質量對固井質量的影響。

鉆井液是固井作業中不可或缺的一部分，其密度、失水、粘度及切力每一項參數對固井作業都會產生很大影響。試驗證實，鉆井液與水泥漿之間密度差足夠大時，就會出現明顯的浮力效應，有利于提高頂替效率從而提升固井質量，反之鉆井液與水泥漿密度差較小，浮力效應減弱，頂替效率受到影響，固井質量也會受到影響。因此，在保證井控安全的前提下，適當降低鉆井液密度可以提升固井質量。同時，鉆井液的失水量直接影響地層與水泥的膠結程度，一旦增加失水量就會降低膠結率。鉆井液的流動性受到粘度影響，鉆井液的凝膠性能直接反應切力，切力越高凝膠性能越高，因此控制好鉆井液的低切力、低失水量和低粘度是提升固井質量的必要條件。

3 提升固井質量的改進措施

（1）不斷完善長慶油田各區域地層漏失壓力數椐庫，加大區塊地層漏失資料的收集，完善漏失井數據庫，動態分析各區塊漏失當量密度，為固井設計提供依據，減少固井施工中水泥漿的漏失，提高封固率。不同區塊地層承壓能力如表1 所示。

表1 不同區塊地層承壓能力

（2）加大對入庫材料檢驗- 配方優選- 成品料復核試驗，建立固井模擬體統，通過對固井施工設計、審批、頂替模擬和現場數據實時遠程傳輸和數據的統計、匯總，分析套管在井眼內的居中情況并優化套管扶正器安放位置，尤其對定向井、大斜度井、水平井進行下套管可行性分析、套管下放過程大鉤載荷預測及漂浮接箍位置優化設計、下套管波動壓力模擬，在斜井段盡可能使用滾珠扶正器，提高套管的居中程度，提高水泥漿頂替效率。套管柱居中分析如圖1 所示。漂浮接箍優化如圖2 所示。

圖1 套管柱居中分析

圖2 漂浮接箍優化

（3）統籌多方協作推動井眼準備技術措施有效實施，根據井下狀況不斷優化鉆井液性能，提高頂替效率和降低漏失風險，充分循環洗井，重視入井鉆井液清潔，提高頂替效率，減少固井復雜，尤其對上層套管管鞋段刮壁能有效提高封隔效果，以充分井眼準備為固井施工提供良好頂替環境。

（4）固井水泥及附件的核實。提高水泥及外加劑取樣比例、增加質檢內容，保證入井水泥及外加劑質量達到行業要求。注水泥前核實環空水泥漿體系及封固段長，保證液柱壓力及施工摩阻之和小于易漏層地層破裂壓力。對不同灰取樣送檢驗證水泥稠化時間、抗壓強度、游離液等綜合性能。對注灰起止、頂替起止、注入排量、碰壓、起壓等關鍵時間節點數據第一手掌握，定期召開質量分析會，對固井質量不合格井認真進行原因分析，追根溯源，制定相應質量提升措施，尤其對長期存在的漏失嚴重、多壓力體系、溢漏同存、老區注水等嚴重影響固井質量的問題持續開展針對性的技術攻關。

4 結語

固井工程是油氣井建井的一個重要環節，固井質量直接關系到油氣井壽命和單井產量，關系到安全生產，關系到區域油氣藏的采收率。影響固井質量的因素很多，既有主觀因素也有客觀因素，因此發揮人的主觀能動性，超前科學分析研判，制定有效防范措施，選擇合適的水泥漿體系和科學的固井設計，避免固井事故事件發生，提高固井質量，提升經濟與效益，有力推動油田“高質量”發展。