中国石油固井面临的挑战及攻关方向

随着中国石油（CNPC）油气勘探开发工作的不断深入,油气勘探开发的对象日益复杂,固井质量要求越来越高,固井面临更加严峻的挑战。在分析中国石油固井面临形势的基础上,总结了近年来中国石油在固井工艺、外加剂及水泥浆体系、固井工具及附件、固井装备和基础理论研究等方面的主要进展,分析了深井超深井及复杂地层固井、复杂天然气井及酸性气藏固井、致密油气及页岩气固井、枯竭气藏储气库固井、海外复杂区块固井、海洋低温深水固井等6个方面面临的挑战,提出了要保证油气井长期有效封隔的关键技术,建议今后在基础研究、功能性水泥浆体系开发、配套工艺技术、功能性固井工具及装备研制等方面开展研究工作,对固井技术攻关具有一定的指导作用。      

中国石油固井技术进展及面临的问题

固井是石油工程技术领域的一个重要环节。经过多年攻关,中国石油固井技术取得了长足进步,基本形成了系列配套的固井材料、固井工具及相应的固井工艺技术。近年来,中国石油在深井超深井、水平井及大位移井、大温差长封固段一次上返固井方面取得了重要进展;超高密度及超低密度水泥浆、胶乳水泥浆、韧性膨胀水泥浆等在现场应用中取得了良好效果;常规固井工具及附件已经成熟,尾管悬挂器及自膨胀材料方面取得突破;固井装备实现了更新换代,固井质量智能化控制取得初步进展。由于油气勘探开发的对象日益复杂,下一步还需要在复杂超深井、复杂天然气井、储气库井、非常规油气及低温深水固井等方面开展深入的研究工作,为油气增储上产提供强有力的工程技术支撑。     

顺南区块系列特制固井工具的研制与应用

顺南区块超深、超高温、高压、含酸性气体等极端井下条件给固井工具带来严峻挑战,开展适应顺南区块需求的固井工具的技术研究具有重要意义。通过分析顺南区块固井技术难点及常规固井工具的不足,针对性的开发了系列特制固井工具:内嵌式尾管悬挂器、新型分级注水泥器、封隔式尾管回接工具和配套的高性能工具附件,分析了这些固井工具及附件的结构特点和技术优势。系列特制固井工具在顺南区块7口井均获得成功应用,解决了固井技术难题,显示其良好的推广应用前景。     

塔河油田TK908DH分支水平井固井技术

塔河油田TK908DH分支水平井固井作业存在下套管易遏阻或遇卡、水泥浆顶替效率低、易出现窜槽、对尾管悬挂器等固井工具的性能要求高等技术难点，为此，优选了水泥浆体系，并应用了性能优良、稳定的固井工具及附件，采取相应的固井技术措施，保证了该井固井作业的顺利完成，且达到TAML四级水平,为以后塔河油田分支水平井固井积累了宝贵的经验。详细介绍了该井固井时采取的技术措施及现场施工工艺。     

国内目前固井面临的新问题及发展方向

结合国内固井界普遍存在的问题,提出今后国内固井研究的主攻方向为：①固井液新材料技术：开展固井新材料基础研究,研究可固化多功能钻井液、抗腐蚀水泥体系及具有变形协调能力的水泥体系,特别是从水泥水化微观角度出发提出的水泥石基质塑化增韧思想设计具有长期层间封隔效能及较强力学形变能力的全新“水泥环”将是固井新材料发展的新方向;②井下工具技术：开展变径扶正器、可旋转水泥头及与柔管钻井完井配套的小尺寸固井工具研究,以及开展机电一体化与计算机自动控制作业装备的研究,实现井下工具与地面装备的专业化与自动化;③远程控制与决策支持系统：开展仿真模拟及卫星通讯在固井领域的应用研究,建立专家知识系统实现在线诊断、远程控制及人机交互;④复杂井及特殊结构井固井工艺技术：开展深井与超深井、特殊轨迹井、小间隙井等特殊工艺井的固井工艺研究。新材料、新工具、新工艺及计算机辅助工程将是固井学科发展的新方向,固井水泥环对油气井寿命的影响将越来越受到人们的重视。     

深水固井技术概述

论述了深水固井存在的主要难点,介绍了常见的几种深水固井水泥浆技术及深水固井工艺工具,最后就深水固井应重点注意的几个问题提出了建议。     

国内外国井技术现状及发展趋势

阐述了国内外近几年来在油井水泥外加剂、固井工艺技术、固井工具及附件、固井设计模拟与分析软件、水泥浆顶替技术、注水泥设备等方面的新进展，主要是油井基本水泥由一两种发展到13种；注水泥设备普遍采用计算机控制技术对配浆过程进行连续监控，注水泥设备向操作自动化、密度控制精确化、大能量和大功率方向发展；复杂地层固井技术日趋完善，开发了适应高压气井、塑性地层、低压易漏失井、多压力系统以及深井超深井高温固井配套技术；固井计算机模拟、仿真与监控技术，极大地提高了固井方案设计、现场施工的准确性、针对性和科学性；小井眼固井、水平井固井、分枝井固和大位移固井等特殊工艺井固井技术；研制了尾管悬挂器、双级（多级）注水泥器、扶正器。通过分析中国固井技术现状及与国外的差距，提出了中国今后要重点加强抗高温、抗盐系列外加剂的研究与开发，不断拓宽油井水泥外加剂的适用范围，进一步加大油井水泥外加剂的现场使用力度。     

小间隙高压气井固井技术

毛坝1井是1口高压气井,要求全井封固,固井施工和候凝过程容易出现水泥浆稠化憋泵、水泥浆污染盐岩层、井漏、气窜或井涌等风险。经过对该井的认真研究,采用了尾管固井再回接的方法,优选了套管工具附件、水泥浆体系等配套技术,使该井固井成功,创造了该地区复杂井固井先例。文中详细介绍了毛坝1井的固井设计和施工技术,为今后小间隙高压气井固井提供了经验。     

小井眼固井工艺及效益初探

辽河科尔康油田属低压、低渗、低产油田,井深1000~2200m。过去二开用φ215mm钻头,下φ139.7mm全管,注水泥浆25~35m3.固井用水泥车7台、灰罐车4~5台。现改用φ165mm钻头,下φ127mm套管。由于属小井眼,给固井带来许多困难。但通过套管扶正器的合理加放,运用流变学注水泥设计结果及对有关参数的选择与修改和优选水泥外加剂配方等,经7口井试验,固井质量合格,初步解决了小井眼固井技术难题。但由于小井眼钻井完井技术刚起步,设备、工具不配套,还只是在管材、水泥及外加剂、套管附件消耗和施工动用车辆等比常规井眼有所减少。     

内嵌式固井附件密封单元研制

使用特殊螺纹的套管逐渐增多,与之配套的固井附件需要加工相应的套管螺纹,存在加工难、费用高且质量不易保证等缺点。内嵌式固井附件可以解决上述问题,但国外产品价格昂贵且使用过程中存在坐封不稳、沿套管内壁滑动的问题; 国内研究仍处于探索阶段,仅有几项专利,没见到进行试验或现场应用的报道。介绍了内嵌式固井附件的工作原理,对其密封单元的卡瓦、密封圈等进行了优化; 设计了内嵌式固井附件密封单元。室内试验表明:该固井附件密封单元可以满足固井附件锚定、密封套管的要求,为进一步研制内嵌式固井附件提供参考。