关键词：砂泥岩薄互层；水平井段；固井施工；固井质量
与常规水平井相比，致密油水平井水平段更长（普遍在1000m以上），井眼轨迹控制难度大易造成轨迹不平滑，这给固井施工和固井质量的保证带来了诸多困难。首先是下套管难度大。大斜度井段和水平井段套管对井壁侧向力大，由于水平段较长，导致下套管摩阻较大，使套管很难顺利下至预定位置；其次是固井顶替效率低。由于水平段套管受重力作用导致偏心严重，这样相应增大高边宽间隙临界紊流顶替排量，施工时易出现层流顶替现象；底边窄间隙岩屑与虚泥饼含量高，驱替更加困难，容易窜槽，严重影响水泥浆的顶替效率。
1 影响水平井固井质量的主要因素
1.1 地质因素
下套管作业易遇阻，只能被迫采取反复冲击的方式下入，导致套管扶正器受到挤压变形失效，降低套管居中度，严重情况下导致套管贴壁；另一方面对钻井液在完钻周期相对较长情况下的综合性能，如抑制性、携屑性及降滤失性等要求更高，容易引起井径扩大率大、产生岩屑床、泥饼较厚等问题，影响后期固井顶替效率与界面胶结质量。
1.2 井眼质量
井眼质量与固井质量密切相关。评价井眼质量的两个关键指标是井径扩大率和井眼规则度。井径扩大率对固井质量的影响主要体现在：一是在井眼“大肚子”台肩处会形成充满钻井液的旋涡死区，引起水泥浆与钻井液掺混而影响固井质量；二是井径扩大率太大会降低套管扶正器的扶正效果，使套管居中度变差。井眼不规则使井眼的横剖面呈不规则的椭圆形或葫芦形，纵剖面呈锯齿形，形成“大肚子”井段或“糖葫芦”井段，影响固井顶替效率。
1.3 钻井液性能
钻井液性能是影响固井质量的主要因素之一。钻进过程中良好的钻井液性能有利于形成井眼清洁、井径扩大率适中的井眼；固井前要求钻井液具有较低的粘度和切力，这样易于被替净；同时钻井液泥饼质量与二界面胶结质量密切相关。
1.4 水泥浆体系
与直井相比，水平井固井水泥浆性能在满足稠化时间和水泥环石抗压强度的前提下，有更为严格的要求：滤失量小于50mL、零游离液以及较好的沉降稳定性等。此外为提高水泥浆紊流条件下顶替钻井液的效率，水泥浆的静切力和动切力应比钻井液高。
1.5 顶替效率
提高固井顶替效率，使水泥浆理想填充于环空是提高固井质量的重要前提。影响水平井固井顶替效率的主要因素有：（1）套管偏心。水泥浆在同心环空中的顶替是非常均匀的。但由于水平段套管在自重作用下“躺”在井眼中，导致套管偏心。水泥浆流速及流态在宽窄间隙发生变化，宽窄间隙的流速差可达到几十倍，这会造成宽间隙的水泥浆达到紊流，而窄间隙处的水泥浆还处于层流，这种水泥浆顶替的不均匀性给注水泥作业带来不利影响。宽间隙处水泥浆可能己把钻井液替净，而窄间隙处的钻井液仍滞留在原处形成窜槽。（2）顶替参数。在水平井固井施工时，固井顶替排量受地质条件、设备条件、井眼环境、管串结构等因素的限制。（3）接触时间。紊流接触时间是环空某点在注替过程中与达到紊流的水泥浆或前置液接触时间的总和。在确保井下安全的前提下，尽可能加大前置液注入量，确保足够的接触时间，对偏心环空的固井顶替效率有显著的改善作用。（4）岩屑床。影响水平井固井质量的另一重要因素是水平井段存在的岩屑床。它不但在钻进过程中会使钻柱扭矩突然增加，甚至使床体滑坡形成堆积，影响钻进速度，严重时造成卡钻，而且会使下套管及固井作业困难、降低固井顶替效率，导致固井质量不合格。因此，有效清除岩屑床是提高水平井固井质量的关键。
2 水平井固井配套技术
2.1 井眼准备
钻进过程中严格控制轨迹，确保井眼平滑。造斜井段全角变化率小于7°/30m（特殊井除外）；水平段井斜变化率小于3.5°/30m；最大井斜角应小于92°。下套管前认真通井，对起下钻遇阻井段、全角变化率较大的井段主动划眼修整井壁，一般应进行两次通井作业，根据实钻井眼轨迹确定模拟通井钻具组合。通井钻具组合见表1。
表1 通井钻具组合
模拟通井作业中遇阻遇卡井段必须认真划眼，并进行短起下作业，直到起下钻无阻卡现象方可进行下步作业。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆通井到底后，调整好钻井液性能，充分清洗井筒，有必要时需开双泵洗井，补入润滑剂提高钻井液润滑性。循环两周以上后，短起至造斜点，再下钻到井底，然后进行洗井作业。洗井排量30~40L/s，洗井三周以上，振动筛无岩屑返出方可起钻。
2.2 套管下入与居中
（1）漂浮下套管技术。水平段套管串因重力作用总趋向于紧贴井眼下侧造成托底，导致套管下入困难。漂浮下套管技术是解决上述问题的有效方法之一。该技术通过在套管串中加入漂浮短接，在漂浮短接与套管鞋之间注入空气或低密度钻井液，漂浮短接之上的管串内注入钻井液，利用浮力减小套管下入摩阻，有利于套管安全下入。为确保套管串的安全下入，根据井深、钻井液密度及井眼轨迹确定漂浮短接下入位置。当全井最大垂深静液柱压力不大于17.5MPa（打开压力的70%)时使用一只漂浮短接，其连接位置选择在临界阻力角处，临界阻力角可根据公式θc=tan-1（1/μ)计算获得，其中μ为套管与井壁的摩擦系数（裸眼摩擦系数取值0.3-0.35）；当全井最大垂深静液柱压力大于17.5MPa时，使用两只漂浮短接分别承压，下部漂浮短接连接位置选择在临界阻力角处或入靶点。（2）扶正器加放方案。根据实钻井眼轨迹进行下套管摩阻计算和套管居中度计算，合理设计套管扶正器加放位置和数量，条件允许的情况下在造斜段和水平段加密安放扶正器，尽最大能力保证套管居中度不小于 70%。基本原则：造斜段套管每根（两根）套管加放一只半刚性扶正器或滚轮扶正器；水平段套管根据井段长度和井眼曲率变化情况尽可能保证每根套管加放一只扶正器（半刚性、整体式弹性或一刚一弹交替加放）。
2.3 前置液方案
使用可以实现冲洗隔离一体化的双效前置液，前置液由冲洗悬浮剂+流型调节剂+消泡剂+加重剂构成。使用量依据冲洗实验数据，考虑压稳和隔离高度并附加100%来确定。为保证冲洗效果，前置液接触时间要求不低于 10min；密度在钻井液密度基础上附加0.05-0.15 g/cm3，但应低于前导水泥浆的密度，使浆柱保持合适的密度梯度。
2.4 水泥浆方案
致密油水平井固井一般要求水泥浆返至地面，封固段较长。考虑地层承压能力以及水泥浆候凝期间的压稳，一般采用双凝双密度固井。造斜段以上采用密度1.60g/cm3的 高 强 低 密度水泥浆，稠化时间 220-270mim，滤失量小于100mL；水平段采用密度1.90g/cm3的G级水泥浆 ，稠化时间 120-160mim 、滤 失 量小于 50mL、24h 稳定性不大于0.02g/cm3、游离液为零。为满足水力压裂和长期开采的要求，水泥环应具有较好的抗冲击性能，较低的弹性模量，较高的抗压强度和抗拉强度，因此需要对水平段水泥石进行韧性改造，一般要求水泥石弹性模量不大于6.0GPa。
2.5 顶替液方案
当垂深不小于1500m时，水平段采用清水顶替，增加套管上浮力，使套管串处于动态居中提高顶替效率；直井段采用密度为 1.30g/cm3的加重无固相顶替液顶替，利于降低顶替压力、提高顶替排量，保证后期声变测井的顺利进行。
2.6 固井施工
固井施工要以安全、平稳、连续为原则，水平井固井必须按重点井组织施工车辆，采用双车顶替、顶替排量要求在1.40m3/min以上、顶替压力满足20MPa以上的施工要求。（1）停泵前要做好车辆的试运转等前期准备工作，装水泥头时间要求控制在20min以内；（2）冲洗液返出套管后，一般要求注入排量大于1.80m3/min，以保障冲洗顶替效果；（3）要求水泥浆密度均匀，单点密度控制在设计密度的±0.02g/cm3之间；在水泥浆返出套管后，要增大注水泥浆排量并保持住，尽量使水泥浆以紊流状态在环空中向上流动以提高顶替效率；（4）压胶塞后开始双泵车替入清水，没起压前，在确保施工安全的前提下应大排量顶替（2.00m3/min 左右），以减小U型管效应。
3 应用实例
以A井为例。该井完钻井深3160m，水平段长1063m，平均井径扩大率7.45%。采用?214mm铣头+双螺扶（?212mm）进行两次通井作业；管串加放2只漂浮短接，在水平井段每两根套管加放一支?210mm半刚性扶正器；在造斜段每两套根管加放一支?210mm半刚性扶正器、在直井段每5根套管加放一支弹性扶正器。下套管作业顺利，管串一次下到位。利用软件计算水平段套管居中度在65.5%-89.8%，居中度良好。该井完钻时钻井液密度为1.40g/cm3、粘度70s、切力5Pa/18Pa。固井前经过处理的钻井液密度为1.40g/cm3、粘度57s、切力4Pa/8Pa；固井前进行充分洗井直到振动筛无返砂，循环洗井排量为2.10m3/min，泵压7.3MPa。洗井结束开始固井施工，依次注入密度1.50g/cm3的双效前置液20.5m3、4.0m3清水、高强低密度水泥浆50.0m3（平均密度1.64g/cm3）、G级韧性水泥浆56.0m3（平均密度1.91g/cm3），注水泥平均排量1.85m3/min；注水泥结束开始进行顶替作业，依次替入清水13.0m3、顶替液24.6m3（密度1.30g/cm3），顶替排量1.45-2.10m3/min，最高替压16.0MPa，碰压试压正常，敞压候凝。整个固井施工过程正常，返出水泥浆约16.0m3。候凝60h进行测声变作业，结果显示：水平段固井质量优质井段比例为66.79%，合格井段比例为30.69%，固井质量良好。
参考文献：
[1] 张峰,陈曦,杨成新,陈财金,袁中涛,郑锟.塔里木油田哈得地区长封固段水平井固井技术[J].西部探矿工程,2017（8）:85-88.
论文作者:刘涛
论文发表刊物:《科学与技术》2019年18期
论文发表时间:2020/4/28
标签：套管论文; 水泥浆论文; 水平论文; 质量论文; 密度论文; 作业论文; 岩屑论文; 《科学与技术》2019年18期论文;