復雜地層固井技術存在的問題與研究方向探析

楊濤 程鳳翔

摘要：固井質量對我國油田平穩持續發展有著重要的意義。但在復雜地層等非常規固井作業中，因固井質量不合格造成的各類施工質量問題的發生概率仍然較高，課題研究由此出發，基于我國復雜地層固井施工現狀，從固井質量的相關問題進行了分析探討，并基于研究結論提出優化策略，旨在為我國固井工程技術的研究提供必要借鑒。

關鍵詞：復雜地層;固井技術;固井質量

引言：

固井作業是石油資源勘探開發中非常重要的一個環節，對石油資源開采會產生直接影響，在當前石油資源勘探開發不斷深入的情況下，調整井、深井超深井、超高壓井等非常規井越來越常見，針對這些非常規井的復雜地層固井技術在實際應用過程中還存在一些問題，因此，針對復雜地層固井技術在實際應用進行深入分析具有十分重要的現實意義。

1固井工程

固井是完井作業中重要的工程環節，通過向井下入套管，并向井眼和套管之間注入水泥實現環形空間密封的施工作業。固井工程技術密集，需要多個學科技術支持的綜合性工程項目，具有施工難度高、施工環節復雜、施工系統性強以及施工時間短等諸多特點，固井工程質量直接決定油井穩定性以及井內套管的使用壽命。固井工程主要分為三個流程，分為套管下放、水泥注入以及井口安裝。首先，下套管需要選擇與鉆井工程向適應匹配的尺寸以及材料，不同地層對鋼管性能要求差異較大，其中表層固井一般使用20-133/8"套管，材質一般使用韌性和強度均較低的j級套管，技術套管對材料要求相對較高，需要使用更高強度材質的套管。伴隨深度不斷增加套管強度要求逐步加大，壁厚、絲扣類型也各不相同。在套管下放過程中需要對管柱結構設計進行合理性與適用性檢驗，確保固井質量和套管下放順利。其次，水泥注入是完成套管施工后的施工工序，起到封閉環形空間，隔離油氣水層的重要作用，讓套管成為油氣與地面采油設備的唯一連通通道。油井深度各不相同，淺井與超深井深度差值超過2000m，導致井下溫度和壓力伴隨深度逐漸產生變化，不同深度的地層中土壤組成成分相差較大，因此要求固井水泥有著較寬的環境適應能力以及較高的抗高溫、耐腐蝕能力。如今我國使用固井水泥有9個級別和三個類型。不同級別和類型的水泥適用不同的井下條件。所以，根據井的深度和溫度選擇水泥是注水泥作業的首要任務。最后進行井口的安裝。

2調整井固井存在的問題

2.1促凝劑影響

當前我國大多數油田的調整井深度都處在1000～2500m的范圍內，屬于淺井，井下溫度相對較低，經過循環后井眼溫度通常能夠維持在50℃左右。為了能充分保障固井的平衡壓力，避免在固井作業過程中出現失重的現象，大多數情況下都會使用促凝劑。雖然一些促凝劑在使用后能夠有效提升水泥石的早期強度，但是隨著時間的不斷推移，水泥石的強度會逐漸出現遞減的情況，甚至一些水泥石在幾個月之后其強度能夠逐漸衰減到0，對固井質量會產生嚴重的影響。因此，必須要針對促凝劑進行深入分析。

2.2油井水泥自身存在問題

受地層成分決定，地層土壤中存在大量可能對水泥產生腐蝕的物質，如硫酸鹽、硫化氫等強酸性物質，我國目前固井使用的水泥多數為A級非抗硫水泥，此類水泥對硫酸腐蝕的抵抗能力較差。伴隨時間推移會出現嚴重的腐蝕現象，影響固井質量。經過大量實驗研究以及實踐驗證，在水泥中加入一定比例的高爐礦渣可以提升水泥對強酸性物質的腐蝕抵抗性，同時在計入高爐礦渣后，水泥會伴隨時間推移不斷增加強度，從而有效解決了強酸物質對固井水泥的腐蝕問題，并提高了固井質量。但該工藝也存在明顯的技術弊端尚待解決，加入高礦爐渣的水泥，受高礦爐渣低活性的影響，水泥稠化時間會被延長，加上井下低井溫的影響，導致水泥稠化時間進一步加強，無法滿足固井作業需求。

2.3深井、超深井固井技術存在問題

（1）深井和超深井通常情況下地層狀況都比較復雜，而且封固段都比較長，在固井作業過程中注水泥量也非常大。由于深井超深井地層狀況非常復雜，而且鉆探過程中經常會出現多套壓力體系。鑒于此，在實際的固井過程中防漏以及防噴成為了固井施工最大的難點問題。例如在實際的固井施工過程中，井眼經常會出現上涌下漏的現象，而且也非常容易出現地層坍塌或者是破碎等危險，如果地層中硫化氫的含量比較高會對固井形成腐蝕作用。（2）井底溫度高。深井超深井通常情況下井底溫度都比較高。在這種情況下對水泥漿的抗高溫性能、穩定性等提出了更高的要求，如果在作業過程中水泥漿流變性出現變化，就必然會對窄間隙中鉆井液的頂替效率產生嚴重影響，而且也很難保障紊流頂替順利進行，甚至會對水泥環強度產生影響，導致其抗沖擊力逐漸下降。

3未來固井材料技術的發展展望

目前我國油田已經探明的儲層中，存在大量的裂縫性儲層，總占比超過50%。裂縫性儲層在鉆井以及固井施工中容易出現易坍塌以及易滲漏現象，鉆井和固井難度以及施工風險系數均較高。這對鉆井以及固井施工中防水堵漏以及固定凝結材料有極高的需求，此外伴隨石油資源的不斷勘探和開發，生產井眼大小逐步縮減，小井眼井、側鉆井、分支井等數量不斷普及，此類井對固井水泥的韌性以及抗腐蝕能力均有較高的需求，但許多深井、超深井、高壓氣井在調整井前需要使用大量的水泥晶體膨脹材料，低滲透油氣藏的開發中也需要應用大量的高性能低密度的固井材料。因此，我國固井材料未來的發展方向是向著耐高溫、抗腐蝕、高穩定性的方向不斷發展，以此滿足我國油氣資源實際生產開發需要。

結束語：

固井施工是一項具有較強復雜性的系統性工程，固井材料、固井工藝在其中發揮出了非常關鍵的作用，必須要對固井技術的應用給予高度重視，尤其針對復雜地層固井技術進行深入研究，這樣才能充分保證固井質量。

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