中原油田内蒙探区浅水平井固井技术
浅谈致密油水平井固井技术难点
浅谈致密油水平井固井技术难点发布时间：2022-12-19T06:19:35.292Z 来源：《科学与技术》2022年第16期作者：李锐杰刘宁泽杨棋翔[导读] 为保证致密油水平井固井质量，提高大型压裂增产改造的需要。
通过分析致密油水平井固井技术难点，从套管安全下入、套管居中、强化施工工艺、优选水泥浆体系和保证井眼质量等几个方面对提高致密油水平井固井质量进行了多方面论述。
李锐杰刘宁泽杨棋翔（渤海钻探工程公司有限公司第一固井分公司）摘要：为保证致密油水平井固井质量，提高大型压裂增产改造的需要。
通过分析致密油水平井固井技术难点，从套管安全下入、套管居中、强化施工工艺、优选水泥浆体系和保证井眼质量等几个方面对提高致密油水平井固井质量进行了多方面论述。
关键词：致密油水平井；固井技术难点；技术应对方法致密油藏具有地层压力低、地层渗透率低和单井产量低的特点，应用常规的直井进行开发成本高，经济效益低。
近年来为了有效开发动用致密油藏，应用水平井钻井技术配合大型体积压裂技术进行整体开发动用，这也对致密油水平井的固井质量提出了更高的要求，因此需要详细分析致密油水平井固井技术难点，才能制定出相应的提高固井质量的对策。
1 致密油水平井固井技术难点分析1.1固井套管下入难度大难度比较大固井的套管如何顺利地经过弯曲井段进入到水平段中，是钻井工程设计中的一项非常关键的内容，在钻井井眼轨迹设计的过程中要充分的考虑，但是在实际的钻井施工过程中，由于地质要求油层的钻遇率，必然要进行井眼轨迹的一次或者多次的调整，造成下套管过程中井壁与套管之间摩擦阻力非常大，使套管下难以下到预定的位置。
1.2 套管在井筒内不居中水平井的自身特点就是井斜角的存在，而且到水平段的时候井斜角都达到90°左右，因此在下固井套管的时候，由于套管本身存在重量，在重力的作用下会使套管贴近下井壁，在水平段中的套管更会躺在下井壁上，造成套管与井筒之间的环空间隙不均匀，套管不能居中，影响固井的水泥胶结质量。
中原油田139.7mm开窗侧钻井固井技术
中原油田5 1/2＂开窗侧钻井固井技术一、前言中原油田目前处于开发的中后期，勘探上没有重大突破，原油生产任务艰巨。
由于中原油田先天具有的高温、高压、盐层发育等特点，造成生产套管挤毁、错断、腐蚀；井内有落物沙埋等。
由于地质因素，造成部分井未钻遇可采油层，需要改变地质设计方案、更换新井底位置等等。
为了恢复井网，减少损失储量，救活老井降低油田开采成本， 5 1/2＂套管开窗侧钻，在5 1/2＂井眼内下4＂套管、或采用尾管固井等工艺，但是由于井下复杂加上新井眼尺寸小固井施工难度较大，常导致固井憋泵和一次作业成功率低，固井质量差等现象。
为此，今年来我们专门针对开窗侧钻井固井技术进行研究工作，对不合格井及事故井进行分析，形成了一套较为成熟的小井眼固井技术，较好的解决了固井一次成功率和固井质量问题。
二、固井难点分析1、环空间隙小，形成的水泥环薄。
φ118mm钻头与φ101.6mm套管间形成的间隙仅有8.2mm，远小于常规固井要求套管外环空的最小间隙值19.1mm，如此薄的水泥环抵抗外载能力差，容易发生断裂和脆性破坏，因此对水泥石强度要求更高。
2、环空摩阻大，施工压力高。
小间隙内摩擦系数相对较大，使环空水泥浆流动阻力增大，导致固井过程中泵压高，甚至产生压漏地层和憋泵等重大事故。
3、井斜大。
井眼中下入扶正器的难度和风险也很大，有时根本不能下入扶正器，因而套管在井眼中不易居中，从而严重影响了环空中顶替效益的提高。
4、水泥浆整体性能的细微变化对水泥环的质量都将产生很大影响。
如很少的析水可产生很长的环空自由水窜槽，而水泥浆稳定性差，稍有固相颗粒下沉，将会在井斜段井筒上部产生疏松胶结现象，导致地层间封固失效。
5、声幅测井容易产生遇阻现象。
这主要是计量不准和拔出中心管后，开泵不妥造成喇叭口附近水泥浆下沉留水泥塞现象。
6、油气水窜槽现象。
这主要是油气水层活跃或水泥浆在候凝过程产生失重致使油气水层欠压稳，以至产生窜槽，影响封固质量。
中原油田水平井地质评价技术
层厚度不能太大; 二是限制垂直渗透率不能太小。 6、周围直井千米井深日产油自然产能大于 210t。
水平井压裂技术目前还没有较好的应用, 只有在有自 然产能的油区才能保证水平井的开发效果。
随着水平井钻井技术的提高, 以上筛选参数可 以不断修改, 如: 目前塔里木油田已经在 5500多 m 深 1~ 2m 厚的储层里成功钻出水平井。在中原 油田, 根据以上筛选参数, 优选云 2块作为首选目 标区。
陈昊: 中原油田水平井地质评价技术
43
2, 剩余油分布研究 应用沉积微相法、动态分析法和数值模拟法描 绘出目标区的剩余油分布, 确定目标井区的剩余油 分布状况, 由此确定油藏四维地质动态模型。云 2 块属新区, 只进行油藏描述即可满足水平井优化设 计的要求, 但对于老区, 剩余油的分布直接影响水 平井的设计和效果。
( 2R eh /L ) 4 ] 1 /2 } ( 1 /2) , 边界条件为: L > Ah; D< h / 2;
L < 118R eh 。
根据水平井产能方程及水平井设计软件计算, 设
计水平井射开 300m 时采液指数为 116143m3 /d# MPa,
与直井的产能比为 6183。结合该块实际试采结果, 考 虑到水平井的污染指数, 为防止边水锥进过快, 设计
水平井油气层复合保护技术的研究与应用
ｌ
ｌ
３，
７● ３
３ ７●
７● ３
５ ３
５ ３
５ ３
发生固相沉降， 聚集在水平段井眼下部 ， 导致固相颗 粒 堵塞 井 眼和油 气通 道 。 ④ 水平 段洗 井替 浆效 率 低 ， 清 除水 平井 筛管 与地 层 间滤 饼 和岩 屑床 困难 。⑤ 井 眼 外泥 饼容 易被 钻具 刮 除 ， 固相 和液 相 污染更 严 重 。
ｚ Ｓ Ｃ２ Ｏ １ 、 防塌 润 滑 剂 Ｊ Ｈ Ｆ一２ 、 聚 合 醇等 处理 剂 ， 可 以提 高钻 井液 的 固相清 除 能力 、 提高 润滑能力 、 防止 井壁 坍塌 。改 造后 钻井 液具 有 良好 的悬浮性 和控制 失水 能力 ， 满 足 了水平 井钻 井液 长 时间静止要 求 。 ２ ． ２ “ 理 想 充填” 和“ ｄ ｇ ０ ” 复合 暂堵技 术 保 护 对 渗 透 率 贡献 大 的 孔 隙 ， 应用纤维、 弹性 体、 纳米 成 膜 剂等 多种 暂 堵 剂 ， 优 化粒 径分 布 ， 满足 保 护储 层 要求 ， 纤 维 暂 堵 剂 粒径 分 布及 室 内试 验结
６ Ｏ
８ ９
乱 屯 ４ Ｏ
４
侵入量。⑧应用液相返排技术 ， 提高了液相返排能 力。 ２ 水 平井储 层保 护 钻 井液 技术
２ ． １ 应 用 抗 温抗 盐 流 型调 节 剂、 护胶 剂、 回相 清洁
¨
技术 ， 改善钻 井液 综合性 能 引 进 新技 术 对 水 平 井 钻 井液 性 能改 进 和 完 善 ，
在 中原 油 田分 公 司采 油 六 厂 工作 。
１ Ｏ ２
内蒙古 石 油 化 工
８ ） 。
表７ 井 号
２ ０ １ ３ 年第 ７ 期
水平钻井固井技术重难点详解
水平钻井固井技术重难点详解一、水平井固井主要存在以下难点1、中原油田属于复杂的断块油气田，地层复杂，压力系统差异大，所钻井眼轨迹变化异常。
2、水平井钻井作业对固井质量影响大，为稳定井壁需要用高密度的钻井液，这会使水泥浆顶替钻井液更加困难，在大斜度井段和水平井段常用油基钻井液，这就需要足够的化学冲洗液来恢复水润性，以便提高水泥和井壁的胶结强度，在大斜度和水平井段钻井中需提高粘度钻井液来有效清洗井眼，从而降低了水泥浆顶替效率，由于高密度、高粘度和高切力钻井液在大排量循环下容易引起井漏，给固井作业带来困难，在水平井钻井过程中常常会形成键槽和椭圆形井眼，造成不规则井眼并使井径扩大，从而大大降低了注水泥时顶替效率。
3、井斜度对水平井固井质量的影响室内试验和现场经验证明，处于大斜度井段和水平井段的套管和管外环形空间，在注水泥作业中，管柱下部都存在泥浆窜槽问题，这是因为泥浆中重晶石颗粒和其他固相物体沉降而影响水泥浆顶替效率的结果。
4、套管下入困难在大斜度井段和水平井段对井壁的侧压力很大，从而大大增加了下套管摩擦阻力，使套管很难顺利下至预定位置，尤其是较浅的水平井更为突出。
5、套管偏心对固井质量的影响套管在井筒内的偏心会直接影响注水泥作业的质量，因为要想把套管靠近井壁处的泥浆顶替干净几乎是不可能的，因此，提高套管在大斜度井段和水平井段的居中度十分重要。
6、水泥浆性能影响水泥浆的沉降稳定性和水泥浆自由水易在井眼高边一侧形成水带，造成连通沟槽7、筛套顶部注水泥某些水平井需要使用筛管顶部注水泥完井工艺，要使用特殊的工具和工艺，防止在注水泥作业过程中水泥浆从套管内或环形空间进入筛管或油管而堵塞出油通道和污染油层。
8、水平井套管强度设计方法水平井套管柱的受力情况和直井有较大区别，它不能用直井的套管强度设计方法来进行设计，特别是对于那些实际井眼轨迹发生无规律变化的情况，其套管柱的受力分析和公式的推导比直井困难得多。
9、套管附件要求高套管附件中如果采用直井得浮力装置，注水泥后实现自动关闭困难，容易造成套管内留水泥塞和蹩压候凝，影响套管与水泥环间的胶结质量。
关于油田固井技术的几点认识
1721 国内油田固井技术主要类型1.1 油田泡沫固井技术在施工的时候，想要进行泡沫固井技术，要运用水泥车来完成操作。
首先在水泥车中加入水和混合剂，调和形成净浆，然后在净浆中注入氮气，制成泡沫水泥浆。
制作泡沫水泥浆用到的材料有水泥浆处理制剂、氮气、稳泡剂等等。
制好的泡沫水泥浆密度比较低，能充分满足施工需求，同时它的抗压能力强，使施工质量得到显著提高。
泡沫水泥浆还可进行大幅度压缩，从而能够有效补偿水泥浆胶凝失重。
另外，泡沫水泥浆具有较强的韧性，稳定性比较高，而造价却比较低，所以，在油田固井技术中，泡沫固井给水应用较为广泛[1]。
1.2 油田水平固井技术在运用油田水平固井技术的时候，要注意一些问题：第一，有效控制游离水，尽可能地减少游离水，如有可能，完全清楚游离水；第二，使环空保持最大限度的清洁；第三，采用上体下放的方式将套管摆放在中间位置，旋转套管，以确保套管摆放位置正确；第四，在进行水平固井时，使用具有优良性能的水泥；第五，控制地隙压力和地层压力，在条件允许的情况下，运用紊流，小眼井最好使用AMPJ体系水泥。
1.3 油田防窜固井技术引起窜流的主要原因有三种：微裂缝的微环隙、界面胶结不良、水泥失重。
而防窜固井技术就是通过设置合理的水泥混合物来预防窜流现象。
主要实施的方法包括：第一，运用磁铁矿，能够有效预防水泥和套管间的气窜；第二，增添特殊材料，使胶结质量得到提升，进而消除井眼与水泥之间的气窜；第三，补填合适的弹性材料，使压力的动态变化起逆反应，最终实现水泥凝固期间基本没有压力变化的目的。
1.4 油田固井液技术油田固井技术要在原有的钻井液配方基础之上进行，往原有钻井液中倒入高炉淬渣或者水化类的材料。
新形成的钻井液有了更大的兼容性，就可以和常规水泥相容了，同时还保持了原钻井液的性能。
这样就能将多层界面互相阻隔，保障胶结的顺利进行，降低油气与水流之间互相窜通的可能性。
另外，运用固井液技术，还可以加固泥浆，隔绝了循环散漏和水泥柱浆液间的回落。
中原油田φ118mm井眼钻井固井技术
天 然 气 工 业
２ｏ 年 ３ ０２ 月
中原 油 田 （１ ８ｍｍ 井 眼钻 井 固 井技 术 ９ １
晁文 学
（ 原石 油 勘 探 局 钻 井 工 艺 技 术 研 究 所 ） 中
林 勇
（ 原 油 田分 公 司 井 下 特 种 作 业 处 ） 中
钻头类型
偏心 Ｐ Ｃ Ｄ 偏心 Ｂ ｃ Ｄ 普通 Ｐ ｃ 牙鞋 Ｄ 障
０ ７ ５ ０ ８ ５ ｌ３ Ｏ
平 均 机 械钻 速 （ ｈ ｍ／ ： ０ ５ ６
（ ） 力 钻具 组 合 钻 具 组 合 一 ： １ １动 ０１ ８ ｍｍ 钻 头 ＋ ０９ ５ ｍｍ 直 螺 杆 钻 具 ＋ ０８ ９ ｍｍ 钻 铤 ＋ ０７ ３
一
高 一 低 一 适 当 ， 高 转 速 、 钻 压 、 量 适 当 。 转 即 低 排
速 由 ４ ／ ｎ提 高 到 ７ ｏ ｒ ｍｉ Ｏ～８ ／ ｎ， 压 由 ５ ０ ｒ ｍｉ 钻 Ｏ～ ６ ５
ｋ 降 到 ３ ～ ４ Ｎ ， 量 保 持 在 ８ １ ｓ 排 量 Ｎ Ｏ ｏｋ 排 ～ Ｏ Ｌ／。 小 ， 眼净 化 不能保 证 ， 械 钻 速降 低 ； 量 过 高 ， 井 机 排 井
，ｌ ｉ ｌ套 管 开 宙倒 钻 井 的 钻 井 实 践 ， 讨 了 中原 油 田 Ｏ１８ｍｍ 井 跟 钻 井 的 若 干技 术 河 题 ． 中包 括 钻 头 选 择 、 井 参 Ｔ ｌ ｒ 探 １ 其 钻 数 的优 选 、 县 组 告 和 轨 违 控 制 、 井 技 术 及 井 下 复 杂 情 况和 事 故处 理 技 术 等 。 钻 面 主 晨 词 中 厚 油 田 小 跟 井 钻 井 钻 井 ． 固 井 事 故处 理 谴
０１ ８ｍｍ 并 眼钻 井技 术 １
内蒙地区点封式水平井固井工艺技术应用
内蒙地区点封式水平井固井工艺技术应用【摘要】随着内蒙地区的勘探开发进一步开展，为有效避免油气产层污染，提高油气采收率，水平井挂筛管完井方法也越来越多。
筛管完井虽然不影响裂缝的出油和油井的产量，但是无法对地层进行分层控制和分层作业，一旦出水就无法实施稳油控水等措施。
采用多级管外封隔器加筛管的完井方式，即点封固井工艺，对地层的伤害较小，而且可实现对水平井段的分段控制，利于控制后期生产过程中的水侵等问题，但是，该完井方式工艺复杂，需要对多个管外封隔器进行充填，需要特制的充填工具。
【关键词】点封式固井应用1 点封式固井工艺点封固井工艺是将多只水泥充填式扩张式长管外封隔器下入至需封隔的几个设计位置。
1.1 水泥充填式扩张式长管外封隔器水泥充填式扩张式长管外封隔器是在普通管外封隔器的基础上进行了改进：一是胶筒长度增至原来2 倍，密封长度也增至原来的2 倍；二是对三套阀系孔径进行了加大，水泥浆易进入胶筒内，密封长度增大，更易达到密封；三是使用超缓凝水泥浆体系。
1.2 水泥浆充填管外封隔器工作原理通过内管将超缓凝水泥浆送到预定位置，将机械式管内封隔器通过下放坐封，开泵，小排量憋压，达到一定压力时，锁紧阀上的锁钉剪断，锁紧阀打开，同时单流阀也打开，水泥浆经限压阀进入膨胀腔内，在压力作用下封隔器膨胀变形与井壁紧密接触形成密封，实现封闭和分隔环形空间的目的。
当膨胀腔内的压力达到一定值时，限压阀销钉剪断，限压阀关闭将进液孔堵死，此时套管内压力的大小对膨胀腔内的压力无任何影响，实现安全坐封，井口放压为零，锁紧阀自动锁紧，实现永久性关闭。
放压后上提内管，管内封隔器自动解封，开泵将多余的水泥浆循环出地面。
2 超缓凝水泥浆体系超缓凝水泥浆体系配方为：嘉华d 级水泥+2.5%缓凝剂+ 1.2%降失水失剂+ 0.5% 分散剂+ 0.3% 消泡剂。
其主要性能参数为：稠化时间 > 600m in，a p i 滤失 17m pa，自由水为零。
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中原油田内蒙探区浅水平井固井技术
【摘要】内蒙探区稠油浅水平井，油层埋藏较浅、油层胶结较疏松、井眼曲率大等特点，并采用筛管完井，对储层伤害小，提高采收率，通过对该地区的固井技术研究，有效的解决稠油浅水平井固井难题。
【关键词】稠油水平井井眼净化筛管
中原油田内蒙探区稠油浅水平井位于白音查干地区，其代表井号有达9-平1井、锡14-平1井，油层埋深浅（300-600m），由于油层埋藏浅、压实及其成岩作用强度较弱，油层胶结较疏松。
并且是水平稠油热采井，这给固井带来了一系列的难题。
1 井身结构及特点
该区块中的水平井油层埋藏较浅，一般在出表层套管100m左右开始测斜，钻深至250m左右到达油层的顶部，最大井斜为75°，开始采用水平钻进方法，钻穿5-6个储层。
为提高油气采收率，有效避免油气产层污染，一般采用套管加筛管完井，即套管下至离油顶30m左右，连接热力补偿器、防砂筛管至井底，完全下在水平井段。
筛管完井，对储层伤害小，井筒与地层的沟通程度高。
同时下入热力补偿器，可有效避免热采中高温而击毁筛管。
如锡14-平1井身套管结构如下：
φ273.1x79+φ177.8x430.18+φ190x
780.67（筛管）垂深403.67 m水平位移494.77 m
2 存在的难点
2.1 压力系数低，易发生井漏
由于储层埋藏较浅，银根组储层以砂砾岩、含砾不等粒砂岩为主，埋深较浅，分选性差，结构较疏松，压实及其成岩作用强度较弱，易破裂，压力系数仅为0.8，易发生井漏，导致固井失败。
2.2 对水泥浆性能要求高
该区块为热采井，因此所选水泥浆体系既要抗高温、防井漏，又要在低温条件下形成强度快，防止油气窜槽又要满足在高温条件下开采水泥石强度不衰退和渗透率不增大，防止出现井口窜汽现象。
这给水泥浆体系提出更高的要求。
2.3 套管下入困难
由于造斜段短，下入套管短，筛管长，重量轻，摩阻大，导致套管与筛管难下入到预定位置。
2.4 井径不规则，易形成“糖葫芦”井眼
井较浅，压实及其成岩作用强度较弱，易掉块、垮塌，易形成“糖葫芦”井眼
2.5 裸眼封隔器、井口密封装置、油管与套管之间的密封及分级箍等工具优选，直接影响固井的成败。
3 对策研究
3.1 提高地层的承压能力
由于该地区压力系数低，全井采用高密度固井，易漏失，造成低返，严重影响固井质量。
我们做法是对各点的漏层、井底进行压漏校核，并且要求井队通过加压试验方法来完成，以满足固井需要。
3.2 套管扶正器选择及安放位置，以提高套管居中度
我们采用为每2根套管下1个弹性扶正器，每4根套管下1个刚性扶正器，交替下入，以提高套管居中度。
3.3 优选隔离液，提高顶替效率。
为了彻底清洗水平段及大斜度段低边岩屑，给固井施工提供一个良好的井眼，保证固井质量，现场用隔离液6方、冲洗液各2方，占环空高度250m以上，加大紊流接触时间以提高顶替效率。
3.4 采用非渗透双凝水泥浆体系
采用非渗透双凝水泥浆体系水泥浆体系具有早期强度高、低失水、零析水、水泥石微膨胀等性能，满足水平井技术要求。
3.5 套管柱和筛管串采用同提拉预应力及安装热应力补偿装置，减少热采时套管损坏
4 优选水泥浆体系
4.1 水泥浆析水及稳定性要求
在水平和斜井段，水泥浆注入井内后，由于重力作用，难以保持原有的稳定性，因此水泥浆沉降稳定性要好，应避免水平段分层，确保水泥浆密度差小于0.03g/cm3。
4.2 水泥浆失水量要求
水泥浆失水小于50ml，45°。
倾角下自由水为0，使环空上端的积水带控制到最小，有利于提高水泥封隔质量。
4.3 水泥浆流变性与稠化时间的要求
为了保证水泥浆具有好的稳定性和驱替能力，流动度大于230mm。
稠化时间在保证注水泥施工安全的前提下，要求实现“直角”短期
稠化，有利于保护油气层和防止油气水侵，一般要求稠化过度时间低于8min。
4.4 水泥浆配方试验结果
嘉华d级高抗水泥+3 5%石英砂+2%降失水剂+0.8分散剂+消泡剂适量。
嘉华d级高抗水泥+3 5%石英砂+2%降失水剂+0.8分散剂+3%早强剂+消泡剂适量（表1）。
5 现场应用实例
锡14-平1井开发锡14块稠油，完井方式采用精密滤砂管顶部注水泥免钻塞完井。
即水平段下精密滤砂管，保持地层原始渗透率，上部采用免钻塞分级注水泥装置进行注水泥固井，有效封隔产层和非产层。
施工过程、描述：（1）下入完井管柱
（2）下入内注水泥管柱
（3）坐封封隔器、打开外注水泥分级箍（4）固井、关闭外注水泥分级箍
①固井、关闭外注水泥分级箍；②反洗、起出内管柱
（5）固井质量
48小时后测固井质量，质量优质。
6 结束语
（1）防窜水泥浆体系具有低失水、零析水、高沉降稳定性、高早强、短过渡、微膨胀等优良的特性，避免了由于水泥石体积收缩，在井眼高边形成游离水通道或微间隙的问题，提高了水泥环的胶结
质量和封隔地层的能力，是保证扶余浅层水平井固井质量的关键技术之一。
（2）形成了浅层水平井相配套的水泥浆配方和注水泥技术。
为中原油田今后浅层水平井、中深水平井的大规模开发及固井技术的发展、配套技术措旋的优化组合提供了科学依据和有益的尝试。
（3）扶正的合理选择和安放技术，有利于套管顺利下入和提高套管居中度及顶替效率，是提高水平井顶替效率和固井质量的重要措施。
参考文献
[1] 钻井手册（甲方）编写组编.钻井手册[m].北京：石油工业出版社，1990
[2] 万仁溥，等.现代完井工程（第二版）[m].石油工业出版社
[3] 刘崇建，等.油气井注水泥理论与应用[m].北京：石油工业出版社。