中国石油固井技术进展及发展建议

经过"十二五"的技术攻关,中国石油固井技术取得很大进步,在大温差长封固段油气井、深层复杂天然气井、页岩气及储气库井等类井的固井技术以及提高顶替效率等方面均取得重要进展;抗高温水泥浆、大温差水泥浆、韧性水泥、磷酸盐水泥、自愈合水泥等固井材料的现场应用获得良好效果;常规固井工具日益成熟,特殊固井工具取得突破;固井装备实现更新换代;固井质量智能化控制技术取得初步进展;水泥环密封完整性、水泥增韧改造机理等固井基础理论研究日益深化。由于油气勘探开发对象日益复杂,以及受低油价、工作量缩减、技术竞争加剧等因素影响,"十三五"期间固井行业将面临一系列新的挑战,需进一步提升技术创新力及核心竞争力,在复杂深井超深井、复杂天然气井、复杂调整井、非常规油气井及井筒密封完整性等方面开展深入持续的研究工作,为油气勘探开发提供更为强有力的技术支撑。     

复杂环境下水泥环全生命周期密封完整性研究进展与展望

受井下高温高压、酸性流体、固井后大规模分段压裂、油气开采等诸多因素影响，水泥环密封完整性极易遭受破坏，导致层间窜流、井口带压，甚至引发井喷。目前，以提高水泥环胶结质量为核心的水泥环密封控制技术，已无法满足复杂油气井长效开发需求，而随着深井、超深井与非常规油气井不断增多，未来面临的环境和工况更加复杂，对水泥环密封完整性的要求更高。为此，概述了复杂环境下水泥环全生命周期密封完整性研究进展，分析了目前水泥环密封完整性控制存在的主要问题，指出了未来应解决的基本理论和科学问题，并对未来相关技术进行了展望。研究认为，在持续研究高温高压环境下水泥水化及防窜理论、动载环境下水泥环密封失效规律、酸性环境下水泥石腐蚀机制的基础上，应突出全生命周期控制理念，解决“窜流、损伤、腐蚀”导致水泥环密封失效等关键科学问题，创新以水泥环密封完整性全生命周期监测技术和“防窜流、防损伤、防腐蚀”为核心的水泥环长效密封完整性控制技术，建立复杂环境下水泥环全生命周期密封理论与控制方法，支撑深层与非常规油气资源高效开发。     

功能性固井工作液研究进展

随着油气勘探开发工作的逐步深入以及向深层、复杂地层、非常规储层、海洋等领域的拓展,油气井固井难度显著增加,对固井后水泥环长期密封性能要求越来越高,固井工作液体系的研发及应用面临新的挑战。从长封固段大温差水泥浆体系、韧性水泥浆体系、防腐蚀水泥浆体系、稠油热采井固井水泥浆体系、自修复（自愈合）水泥浆体系、深水固井水泥浆体系及功能性前置液体系,总结了近年来固井工作液体系的技术进展。根据复杂井固井作业面临的挑战,从固井新材料及功能性水泥浆体系两方面提出了今后的攻关方向。      

固井自修复水泥浆技术难点分析与对策

固井水泥环的力学性能决定其层间封隔能力,进而影响油气开采。自修复水泥浆是解决水泥环在井下易脆性破坏问题的一项新技术,自修复水泥浆可在水泥环出现微裂缝、微环隙时自愈合微裂缝,修复水泥环密封完整性,对保证气井和储气库井井筒完整性有重要意义。但现有自修复水泥浆技术水平还有待提高,为促进其发展,在总结国内外研究现状基础上,分析自修复水泥浆技术的难点主要有:自修复水泥浆的应用时间较短,自修复材料在井下工况的耐久性还有待观察;缺乏业界公认的自修复能力评价方法;随着油气勘探向深层-超深层的拓展,自修复材料需适应高温、高压、高含硫工况要求;固井自修复作用机理及自修复模型的研究还需深入。提出以下技术对策:建立一套科学合理的水泥浆自修复性能评价方法;借鉴混凝土及其他材料领域的自修复技术,结合井下工况,研发适应高温、高压、高含硫要求的自修复材料;立项开展固井自修复作用机理及自修复模型研究。     

歧深1井高温深层小间隙尾管固井技术

歧深1井尾管裸眼封固段油气活跃、温度高、环空间隙小，在固井过程中易出现层间互窜、顶部水泥石超缓凝等复杂情况。针对以上难题开展了技术攻关，提出综合采用套管居中、井眼清洁及界面清洗、隔离液、防窜水泥浆及动态压力平衡固井技术。该套技术的运用，确保了该井Φ177.8 mm和Φ127 mm尾管固井环空水泥环分布均匀，且现场施工作业安全顺利，有效地解决了歧深1井尾管固井过程中易出现层间互窜、施工泵压过高（易压漏地层）、顶替效率差、水泥环薄且分布不均匀、顶部水泥石易超缓凝等问题。施工结束后候凝24 h测井固井质量合格。     

大庆深层气井防窜固井新技术

大庆深层气井具有地温梯度高、封固段长、固井后环空易气窜、套管及水泥石腐蚀等技术难点,在近年成功开发高效冲洗隔离液、 DHL丁苯胶乳抗高温防窜水泥浆体系、套管及水泥石防腐技术的基础上,针对环空气窜开展了"庆深气田防气窜固井技术研究"等重大新技术科研攻关,开发了抗高温微膨、增韧防气窜水泥浆体系和环空气窜阻断工具,并优化了固井施工工艺,发展了大庆油田深层气井固井技术,取得了良好效果.     

青海油田英西深层水平井固井技术

青海油田英西狮子沟区块深层油气藏是近年来柴达木盆地油气勘探的重大突破,该区块资源潜力巨大,同时复杂的钻井、地质条件给固井质量和后续开采带来了巨大的挑战。针对该区块水平井多级压裂的开发特点,为了建立有效的层间封隔,保持水泥环长期密封完整性,通过分析固井难点,完善了固井工艺,优选水泥浆和前置液体系,形成了一套适用于狮子沟水平井开发的固井技术。使用自愈合剂有效封堵水泥石出现的微裂缝,抑制油气窜流,使其同时具有弹性水泥特征,保证水泥环长期密封完整性。形成的基体抗侵防窜水泥浆体系具有一定触变性和较强的内部黏滞力,具有良好的"静止堵漏"效果,同时可降低窜流发生的风险。2018年以来,该固井技术在英西狮子沟区块应用20余井次,平均井深5000 m,平均水平段长1000 m,现场应用效果良好,满足后续体积压裂改造的技术需求,为英西深层开发提供关键配套技术,具有广阔的市场应用前景。      

固井材料技术新进展及研究方向

随着勘探开发工作的逐步深入以及向"深(深层)、低(低压、低渗透、低丰度)、海(海洋)、非(非常规储层)"领域的拓展,油气井固井难度显著增加,对长期封固质量的要求越来越高,固井材料研发及应用面临新的挑战。文章从超高密度水泥浆、超低密度水泥浆、大温差水泥浆、抗盐胶乳水泥浆、韧性水泥、防CO2腐蚀水泥、磷酸盐水泥、低水化热低温水泥等方面总结了近来水泥浆体系和材料的技术进展,以及抗高温隔离液、高效冲洗隔离液、驱油型高密度隔离液等方面取得的技术进步。根据公司固井作业面临的形势,从固井材料机理研究、水泥浆配方及外加剂性能完善、新型固井材料开发三方面提出了今后的攻关方向。     

“十三五”中国海油固井技术研究进展与发展建议北大核心CSCD

"十三五"期间,针对中国海油固井技术从高温高压探井到高温高压气田开发井,从深水到超深水,从油气井水泥环短期防窜到全生命周期完整性等跨越面临的技术挑战,经过系统研究攻关,形成了高温高压井固井技术、深水井固井技术、非常规井固井技术、复杂盐膏层固井技术等具中国海油特色的固井技术体系。未来,为了适应中国海油持续增加的勘探开发力度,固井技术面临超高温高压、复合酸性气体腐蚀和超窄压力窗口挑战,超深水复杂浅层地质灾害、深水复杂开发井井筒完整性挑战,超低成本、超高时效挑战。建议中国海油固井技术发展需加强海上超高温高压复杂地层安全固井技术、超深水复杂地层安全固井技术、正常温压井降本增效的固井技术等方面研究,为中国海油油气勘探开发提供强有力的技术支撑。     

“十三五”中国海油固井技术研究进展与发展建议

"十三五"期间,针对中国海油固井技术从高温高压探井到高温高压气田开发井,从深水到超深水,从油气井水泥环短期防窜到全生命周期完整性等跨越面临的技术挑战,经过系统研究攻关,形成了高温高压井固井技术、深水井固井技术、非常规井固井技术、复杂盐膏层固井技术等具中国海油特色的固井技术体系。未来,为了适应中国海油持续增加的勘探开发力度,固井技术面临超高温高压、复合酸性气体腐蚀和超窄压力窗口挑战,超深水复杂浅层地质灾害、深水复杂开发井井筒完整性挑战,超低成本、超高时效挑战。建议中国海油固井技术发展需加强海上超高温高压复杂地层安全固井技术、超深水复杂地层安全固井技术、正常温压井降本增效的固井技术等方面研究,为中国海油油气勘探开发提供强有力的技术支撑。     

一种溶黏型仿生自愈合水泥浆体系

随着固井水泥浆技术的发展，固井自愈合技术已然成为预防和治理油气窜、提高水泥环长期密封能力最为有效的技术之一。针对固井水泥环长期密封性能失效引发的环空油气窜技术难题，基于“先防后堵”的技术思路，从化学仿生的角度，研发了一种溶黏型仿生自愈合水泥浆体系，分别评价了该仿生自愈合水泥浆体系工程性能和凝固后的自愈合水泥石力学性能，并通过劈裂造缝的方式，评价了自愈合水泥石在甲烷养护条件下的力学性能恢复能力和渗透率的降低率。最后通过SEM微观测试和红外光谱分析了该自愈合水泥的愈合机理。研究结果表明：(1)水泥石力学性能优异，在抗压强度降低15%的情况下水泥石弹性模量减少41%，显示出良好的韧性，起到了“先防”的作用；(2)破坏后的水泥石遇烃激发，能生成一种溶黏型凝胶状酯类物质，重新黏合水泥石骨架，自愈合水泥石在甲烷养护条件下抗压强度恢复率达94.5%，抗折强度恢复率达58.6%，气测渗透率降幅为99%，液测渗透率降幅为100%，起到了“后堵”的作用。结论认为，溶黏型仿生自愈合水泥浆体系可有效实现固井完整性并在水泥环破坏后通过自愈合实现长期密封完整性，为防止环空异常带压这一油气井生产安全隐患提供了有力的...     

页岩气井井筒完整性若干研究进展

在页岩气开发工程中遭遇了井筒完整性问题，主要包括页岩气井水泥环密封失效引起的环空带压问题和页岩气井压裂过程中的套管变形问题。基于目前已有的相关研究成果，总结分析了页岩气井井筒完整性失效问题的相关研究进展情况。随着国内外学者对页岩气井压裂过程中套管变形研究的逐渐深入，认为页岩气井套管变形的主要影响因素包括压裂过程中的温度应力、储层非对称压裂、固井质量差及断层或裂缝滑动等。其中，压裂过程中断层或裂缝滑动造成的页岩气井套管剪切变形机理已经受到越来越多的研究人员关注，并提出可以通过提高套管强度和固井质量、避开断层或裂缝滑动区域来有效降低套管变形的技术对策。页岩气井水泥环密封失效主要由套管内压变化和套管偏心引起的水泥环屈服破坏、界面裂缝引起的窜流等问题造成的，通过采用膨胀水泥、柔性水泥及环空预应力等技术措施可有效减小水泥环密封失效的风险。通过优化设计页岩气井的特殊水泥浆体系，对于有效提高页岩气井水泥环密封完整性具有重要意义。考虑到水泥浆固井密封能力的局限性，还可以附加考虑在井眼环空局部采用机械密封方法达到密封完整性要求。关于页岩气井井筒完整性的研究结果，对于通过体积压裂完井的其它非常规油气井工程相关设计控制也具有重要的参考意义。     

顺北一区超深井窄间隙小尾管固井技术研究

顺北一区超深井窄间隙小尾管固井面临水泥环薄弱、注替泵压高、顶替效率低、井下温度高和高压盐水层发育等一系列技术难题,固井质量难以保证。为解决该问题,在总结前期固井施工经验的基础上,完善了井眼准备技术,优化了抗高温防气窜弹韧性水泥浆体系,开展了水泥石密封完整性研究,进行了固井流变学设计及压稳防气窜工艺优化,形成了顺北一区超深井窄间隙小尾管固井技术。该固井技术在现场应用3井次,固井质量良好,后期施工未发生水侵,保证了窄间隙段的长效密封性。顺北一区超深井窄间隙小尾管固井技术,不但解决了该区块的固井难题,还保障了该区块的安全、高效开发。      

国内外高温深井固井技术研究现状

随着当今探井向深井、超深井的发展,高温深井的固井也变得越来越重要.高温深井中,经常遇到高压油气层,需要用高密度水泥浆体系来平衡地层压力,同时为了防止高压地层油气水窜,需要在体系中加入防气窜剂;为防止高温油气井、气采井、地热井中温度压力的变化引起的应力破坏水泥环的整体性,国外开发了柔性水泥浆技术;另外对于含有CO2腐蚀的高温油气井,国内外常采用特种水泥体系.本文详细介绍了这几种高温深井固井新技术以及它们在国内外的的应用发展现状.     

国内外固井技术发展历程与研究方向

固井是油气井建井过程中的重要环节,固井质量直接关系到油气田、油气井寿命及安全生产。国外固井技术经过100多年的发展,在固井工艺、水泥及外加剂、固井工具及附件、固井装备等方面配套齐全。国内固井技术经历了学习模仿、自主研发、技术突破、创新发展等阶段长期发展,特别是经过"十一五"至"十二五"的攻关,有了长足进步。面对"深、低、非、老"勘探开发新形势,以及高含水、高采出程度老油田有效稳产的新任务,固井技术应针对复杂地质条件、复杂工况环境和水泥环长期密封的要求,深入开展功能性固井材料与工具、信息化智能化固井控制与检测评价一体化系统、全生命周期固井等方面的系统研究,实现产业升级换代,为油气资源及特殊能源的安全高效勘探开发提供强有力的工程技术保障。     

射孔完井工况下固井水泥环破坏研究进展

射孔完井作为国内外应用最为广泛的完井方式,对油气井增产有着非常重要的意义。随着射孔完井的不断推广,射孔后水泥环层间封隔完整性越来越受到重视,尤其是薄差油气层,而现有研究主要集中于射孔后套管损害及强度影响,对射孔完井工况下水泥环破坏涉及较少。为了更好地促进射孔后水泥环完整性的研究与发展,结合油气井射孔威力大、时间短、温度高、破坏性强等特点,分析指出了射孔完井工况下固井水泥环破坏研究难点主要集中于室内射孔模拟实验难、射孔后水泥环完整性破坏程度难确定、实际工况下水泥环抗冲击破坏能力难确定以及射孔参数影响不清楚等方面,综述了国内外射孔模拟实验、射孔水泥环完整性、水泥环抗冲击韧性、射孔作业参数影响的研究现状,探讨了目前研究存在的不足。提出了以自修复水泥、水泥浆及水泥石性能设计、优化射孔参数、井下水泥环动态破坏预测技术为核心的技术对策与趋势。      

中国海油固井技术发展现状与展望

"十二五"以来,中国海洋油气勘探开发步入了高速发展的新时代,海上固井在超深水、高温高压、浅层气等复杂井况下也面临着更加严峻的技术挑战。经过"十二五"固井技术的科研攻关,中国海油开发出一系列高性能的固井添加剂、完善的固井工艺技术、精密的水泥浆评价仪器以及稳定可靠的固井装备,并在高温高压水泥环完整性、深水、浅层气和高压盐膏层等固井领域取得长足进步。针对低油价、勘探新领域、老油田生产、安全环保等形势,展望未来海上固井技术发展方向,指出固井产品需系列化和规范化,要创新研发针对性水泥浆体系、固井技术及固井工具等。     

页岩气井固井技术难点分析

页岩气是我国一个新的天然气矿种,具有非常广阔的开采前景。页岩气藏属于低孔低渗气藏,其特殊的生产方式对固井质量要求非常高。但页岩气藏地质特征、钻完井方式及开发方式决定了页岩气井固井难度远远大于常规油气井。结合我国页岩气资源特点,从顶替效率、水泥环完整性和水泥浆体选择三方面分析页岩气井固井技术难点,以期对页岩气固井技术开发提供帮助。分析表明:不规则井眼条件下的水平井固井、保证水泥环长期完整性和水泥浆性能与成本的平衡问题是我国页岩气井固井作业的主要难点。建议从"水平井复杂井况下提高顶替效率技术、水泥环长期完整性评价技术、页岩气固井水泥浆体系"三方面加强技术攻关,以提高我国页岩气井勘探开发效益。参11     

深层复杂井固井技术在南堡3-20井的应用

冀东南堡3-20井是冀东油田南堡3号构造的一口重点预探井,在油层固井过程中存在井眼质量差、井底温度高、油气显示活跃、水泥封固段长、井漏等问题,固井面临挑战。通过分析影响固井质量的主要因素,采用强化井眼准备、优选水泥浆体系、科学计算环空液柱分布和提高顶替效率等措施,较好地解决了该井的固井难题,形成了一套深层复杂井的固井关键技术。南堡3-20井固井技术的成功应用,对同区块同类型的深层复杂井固井具有借鉴意义。     

单井固井科技发展应建立的十个新观念

随着世界各国深层勘探力度的加大和深井、超深井数目的不断增多,对固井工艺和固井材料技术提出了更高的要求。论述了发展单井固井科技应建立的十个新观念,即提高固井质量是保护油气层的关键;固井基本水泥、特种水泥的多样化以及油井水泥外加剂多品种化是解决疑难固井的两套协同、渗透的手段;防止水泥石高温强度衰退的添加剂;采用油基钻井液打的井,必须将其清洗掉;水泥石的疲劳问题;防窜的新理论及措施;准确的自动密度控制和高比混合能是配制高品质水泥浆的两个关键因素;水泥浆的沉降稳定性;关于抗压强度与水泥环的封隔性能;煤层气开发,应特别关注完井技术。