提高复杂井固井质量的关键因素探讨

阐述了当前国内复杂井工程地质特征及固井失效的基本类型,从系统工程角度归纳了影响复杂井固井质量的主、客观因素,钻井液性能对固井质量的潜在影响和水泥浆性能设计容易产生的主要缺陷问题.在此基础上,根据注水泥作业的系统组成,质量控制涉及的硬、软件子系统,固井工程系统约束、管理与技术集成要求等,全面探讨了提高复杂井固井质量的控制要素,提出了复杂井科学注水泥的基本要求和当前提高复杂井固井质量应研究的关键问题.     

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。     

深井固井的若干问题

讨论了深井固井的几个问题，包括长封固段顶部水泥抗压强度的最新ISO标准方法、注水泥温度、窄环空固井带来的问题、深井钻井液、固井液的流变性及流变性试验方法、水泥环的收缩及工程设计问题、深井钻井液与完井液对水泥环及套管的腐蚀研究、深井堵漏问题、特高温固井的低密度水泥浆体系。     

低密度固井质量声波测井评价方法研究

数值模拟了低密度水泥套管井中短源距声波测井全波波形,分析了水泥固井第1界面和第2界面情形的全波波形与流体环隙宽度的关系,建立了低密度水泥固井的套管波幅度校正关系式。认为在低密度水泥套管井中．若采用常规水泥固井的解释标准,用套管波评价第1界面水泥胶结时．需要进行校正．而评价第2界面水泥胶结时,可以不用校正。根据理论结果结合实际测井记录的波形特点．研究了波形信息提取方法,得到了第1、第2界面胶结指数等参数．用以评价固井质量。这种方法在西北油田低密度固井质量评价中获得了较好的结果。     

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。     

低密度水泥固井对套管波幅度的影响及其校正方法

在采用声波全波列测井评价固井质量时,由于低密度水泥比高密度水泥的声耦合差,会对评价结果造成很大的误差。通过数值模拟和波形对比,分析了低密度水泥固井对套管波幅度的影响,进而提出了在固井质量评价中的套管波幅度校正方法,把低密度水泥固井的套管波幅度校正到高密度水泥固井时套管波幅度,这样可用常规水泥固井评价标准来进行评价。实际资料处理证明了该方法的有效性。     

硅烷偶联剂包覆油井水泥的性能与应用

为提高固井水泥环的耐久性,使用硅烷偶联剂KH-560对油井水泥颗粒表面进行包覆处理后以10%的加量加入固井水泥浆中配制成新型的自修复固井水泥浆体系。通过润湿性和水化放热试验研究了硅烷偶联剂包覆油井水泥的表面特性;通过SEM扫描电镜分析和固井水泥环微间隙与微裂缝自修复模拟试验研究了加入硅烷偶联剂包覆油井水泥的固井水泥浆体系固化体的微观结构和自修复性能。研究结果表明:硅烷偶联剂包覆处理后的油井水泥颗粒表面形成了憎水保护膜,降低了水化反应活性;将硅烷偶联剂包覆油井水泥以10%加量加入固井水泥浆后,明显增加了固井水泥环中的未水化产物数量,能够发生多次水化反应,为固井水泥环自修复性能的建立提供了有利条件;加入硅烷偶联剂包覆油井水泥的固井水泥浆固化体损伤试样(模拟微间隙与微裂缝)经过养护后抗窜强度恢复值高于50%,自修复能力优于普通的固井水泥浆,固井水泥环的耐久性和完整性增强,提高了复杂条件下的油气井和储气库的固井质量。     

90年代新兴的几种固井技术

综述了国内外＂短候凝＂水泥浆固井、多功能钻井液、浅层气及煤层气固井、新型泡沫水泥浆固井、小眼井及小间隙固井、注水泥设计与作业评价系统、油井水泥外加剂等七个方面技术现状和发展趋势，并简要介绍了国外９０年代国井施工设备的发展情况和ＲＣＭ－Ⅱ型混配系统的主要特色。     

漏失井尾管固井

在尾管固井中常发生井漏,固井一次成功关键在于正确应用正反注水泥技术。本文对注水泥方式的选择、水泥量确定、水泥浆要求、注水泥作业过程以及施工中的注意事项进行了介绍。     

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。     

大张坨地下储气库注采井固井实践

大张坨储气库是我国的第1个地下储气库,用于调整京津两地的用气量。在储气库区块上的库8井是1口定向井,固井有以下难点:1.地层破裂压力低,易发生漏失;2.地层压力系数低,产层易伤害;3.水泥封固段长,地温梯度高达3.4℃/100 m,且使得上部水泥浆凝固时间长,影响水泥浆胶结质量。针对以上情况,采取了以下措施:1.采用屏蔽暂堵技术,提高地层承压能力;2.采用双级注水泥工艺,一级固井用常规水泥浆密度,二级固井采用低密度水泥浆,主要是漂珠和微硅共同配制的水泥浆体系;3.控制水泥浆失水量和自由水;4.增加套管扶正器用量,保证套管有较高的居中度,提高顶替效率。通过采取以上措施,经SBT测井表明一级固井质量优质,二级固井质量合格。     

西部地区复杂深井固井技术

西部地区深井固井难题主要包括盐膏层固井、高压防气窜固井，长封固段固井和小间隙固井，在详细分析上述主要固井问题的基础上，提出了针对性的固井工艺措施，并指出应针对不同地质条件选用不同的综合性能良好的水泥浆及隔离液体系：对于盐膏层固井，应选用高早强抗盐水泥浆体系；对于高压气层固井，应选用防气窜水泥体系；对于长封固段固井，应选用优质高强低密度水泥体系；对于小间隙固井，应选用抗高温MS-R前置液体系。以T914井盐膏层固井、DLK3井高压气层固井以及永1井小间隙固井为例，介绍了深井固井配套技术在西部地区的应用情况。     

NC5340TGJ型双机双泵固井水泥车研制

针对山区、沙漠和丘陵地区油气田的开发要求,为解决高压力、持续固井和泥浆密度控制精度等问题,开展NC5340TGJ型双机双泵固井水泥车的研制工作,攻克了电控系统集成、自动混配算法、行驶稳定性校核等关键技术。该型号固井水泥车采用2套驱动和泵送装置,可实现同时或单独施工作业,其输出最高压力为100 MPa,最大排量3 m³/min,且具备手动、自动、半自动3种混浆模式。整车布局合理,结构紧凑,运行稳定性和可靠性满足当前油气田固井作业要求。NC5340TGJ型固井水泥车已完成表层套管固井、技术套管固井等多口井施工作业,水泥浆密度波动值为±0.02 g/cm³。     

水泥伞在稠油井注水泥作业中的应用

通过对洼３８块稠油井注水泥作业中，弹簧片帆布衬式水泥伞的应用效果的评估，认为水泥伞用在稠油井上第三系馆陶组以上易漏井段，能起到降低水泥浆漏失的作用，是提高水泥面的辅助附件。     

乌兹别克复杂水平井固井工艺技术

1-G井、350井是乌兹别克斯坦的第一批水平井,表层套管尺寸大,技术套管裸眼段长,地层异常高温,盐膏层段长,油气层"上喷下漏"导致固井难度极大.经过研究摸索,(4)508 mm表层套管、(4)339.7 mm技术套管采用了插入法固井,采取两凝水泥、稀释钻井液、大排量注替等措施较好地解决了长裸眼大环空内的水泥浆窜槽问题.(4)244.5 mm尾管固井,选用厚壁套管、悬挂简单可靠的外台阶式尾管悬挂器,使用欠饱和盐水水泥浆,采取稀释钻井液、增加水泥浆的接触时间、大排量紊流顶替等措施,达到了封隔地层防止长段膏岩层蠕动之目的.(4)139.7mm完井套管固井,采用管外封隔器带分级箍加盲板的复合结构,使用不渗透水泥浆体系,较好地解决了高渗透油气层的封固问题.350井完井固井工具出现问题后,成功地实施了反向注水泥固井技术.     

F17C油井水泥膨胀降滤失双效剂的应用研究

调整井固井作业中的流体窜流问题一直是国内外尚未解决的技术难题之一,这一问题在江苏油田老区调整井固井作业中尤为突出,针对江苏油田老区调整井,特别是油水同层井的固井难题,研究开发出同时具有塑性体膨胀,硬化体膨胀和降滤失双效作用的水泥浆体系,有效地解决了固井施工中的水泥浆脱水失重,收缩失重及硬化体积收缩所造成的微间隙,因而大幅度提高调整井的固井质量,经30余口井的现场实验证明,该水泥浆体系流变性好,失水量小,稠化曲线呈直角,早期抗压强度高,且使水泥浆在塑性状态和硬化后均能膨胀,属一种技术领先的新型多功能油井水泥外加剂,F17C膨胀降滤失剂的应用从很大程度上解决了江苏油田调整井的固井难题,固井优质率明显提高,因而具有很好的推广应用价值。     

河坝1井复杂条件下固井工艺技术

河坝1井在钻进过程中，先后遇到了大段的盐膏层、低压漏失层、高压天然气层等复杂地层．地层压力层系复杂，而且井眼深、封固段长．固井作业难度大。该井综合应用了多种固井工艺技术，根据全井固井施工的突出特点，从长封固段固井、高压气层固井和防止水泥浆污染的技术措施3个方面．总结分析了固井施工的难点以及采取的固井工艺技术措施，包括双级固井、应用防窜高密度水泥浆体系、膨胀管封隔高压气层、平衡压力固井等．并对固井质量进行了评价分析。该井固井施工顺利．固井质量合格，对复杂条件下的深井和高压气井的固井施工具有一定的借鉴意义。     

提高定向井第二界面胶结质量的钻固一体化技术

定向井由于其井眼轨迹复杂、套管不易居中,导致固井顶替效率低、泥饼清除困难。而顶替不干净的钻井液和未清除的井壁泥饼与水泥浆不相溶是固井第二界面胶结质量差的主要原因。钻固一体化技术的实质是在钻井液中引入一种可固化的潜活性胶凝材料,在井壁形成可固化的泥饼,固井时通过补充潜活性材料和加入激活剂可将其转换做为固井液,有效解决了钻井液与固井液不相溶的难题。该技术在两口定向井成功应用,有效提高了油层段的第二界面胶结质量,有效防止了各种流体层间窜流的可能性。     

可循环盲板在漏失井固井中的应用

详细介绍了一种新型固井用井下工具——可循环盲板的结构、工作原理及其在漏失井筛管固井中的成功应用。应用效果表明，漏失井固井时，把普通盲板换成可循环式盲板，能实现下套管过程中自动灌浆，让部分钻井液流入到套管内，减小了环空流体上返速度，从而降低了流体对地层的流动压力，达到了降低井漏发生几率、提高固井质量的目的。