开窗侧钻井固井技术研究与应用探讨

吕海龙

摘 要：在钻井工作不断发展的背景下，资源大量消耗等多种弊端逐渐凸显。为解决施工效果不理想的问题，施工单位在进行钻井工作时必须强化对新型钻井工艺技术的应用，满足矿井开采需求，在确保施工安全的基础上提高施工效率，帮助企业获得更高的经济效益。文章主要分析了开窗侧钻井固井技术的应用策略，探讨了开窗侧钻井固井技术的优化发展措施，希望为不断提升固井技术的应用效果提供参考。

关键词：开窗侧钻井固井技术;应用;优化发展

中图分类号：TE2;TE3 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2021）12-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.12.008

油气资源开发中，要应用钻井技术，才能提高油气田开发效率和质量。目前，我国大多数地区的油气田都已进入开发中后期阶段，导致钻井施工作业的施工环境更加复杂，也对钻井技术提出了更加严格的要求。开窗侧钻井固井技术是一种常见的钻井技术，具有钻井倾斜度较大、固井难度较大等特点，为提高固井质量，不断优化钻井结构，相关技术人员必须通过采取优化措施，实现固井技术的创新和发展。

1 小井眼固井的技术难点及技术关键

由于开窗侧钻，造成小井眼完井，对固井注水泥作業以及如何提高固井质量提出了新的问题，主要表现在以下几个方面：

第一，小环空隙造成水泥环，使水泥石强度设计要求更高;小间隙固井对常规油气层固井而言，水泥环薄，尤其是套管接箍处，考虑到井眼缩径因素，对水泥塞的强度设计要求较高;小间隙固井对常规油气层固井而言，水泥环薄，尤其是套管接箍处，水泥环厚度会更薄，从而造成水泥塞不均匀。所以，对水泥浆性能要求较高（即析水接近0，失水较低），注入水泥浆时密度的暂时性波动会影响环空一大段水泥环的质量，同时水泥环也需要有足够的强度和韧性以承受井下作业时产生的震动、冲击。

第二，由于小套管刚度小，易弯曲、偏心和贴壁，导致小环空隙顶压降低，套管居中是保证固井质量的重要因素之一。实践证明，常规注水泥时，对套管柱的密度要求不低于67%。对于小间隙固井施工而言，实际井身质量如井斜、倾角等的变化使套管更难以居中。

此外，由于环空间隙小，考虑到完井管柱下摩阻和完井液、水泥浆的流动阻力，套管扶正器的数目不可能过大。套筒不居中，造成水泥浆偏流，影响了水泥浆的驱替效果。因此套管的扶正问题及如何提高顶替效率应加以特别考虑。

第三，整个流道变小，使注水泥作业时的流动阻力明显增大，造成泵压升高，导致水泥浆容易失水和脱水，发生桥堵和憋泵的概率增加，因而易产生桥堵和憋泵的问题。

第四，环空隙较小，完井管柱下入预定井深较难。影响套管下入的一个重要因素是小间隙井的井身质量，全角变化率过大和井眼缩径将直接阻碍套管下入。环空隙较小，与常规井眼相比，井壁与套管之间的粘结力更强，更有可能粘结套管。环空隙较小，增大了套管下入时与井壁接触的机会，也增大了套管下入阻力。同时，由于受油气的开采，其发生上窜的几率和危害也随之增加，对工艺措施和水泥浆的防窜能力提出了更高的要求。

2 开窗侧钻井固井技术的应用要点

2.1 做好固井施工前的准备工作

固井技术施工前，必须做好相关的准备工作，为固井施工的顺利开展奠定良好基础。首先，在准备工作中，要深入检查尾管悬挂器等相关零部件的使用状态，以及检查中心管道是否流通顺畅，在完成套管工作后要观察连接处是否密封良好。其次，要仔细地检测套管的其他零部件，确保施工设备满足固井施工的应用要求。再次，要控制好井身质量及钻井液性能。

在井径规则和井眼轨迹变化平缓的情况下，井眼质量指井径和井眼轨迹的变化有利于提高顶替效率，但当井眼出现大肚量或井径出现锯齿时，顶替效率难以保证，因此，在钻井过程中应采取一切措施，为固井创造良好条件。

若井筒质量存在先天不足，则必须进行固井设计，通过合理设计前置液、增大前置液用量，使前置湍流接触时间达到5 min以上，从而提高洗井和顶替效率。另外，注水泥前泥浆的性能对顶替效率也有较大的影响，对小间隙固井要求注浆前注浆粘度较低。

2.2 合理控制固井施工压力

水泥浆及钻井液本身的物理和化学性能会在一定程度上影响钻井施工中的压力，为减小这一压力，避免由于压力过大引起的井喷问题，必须选择自身性能较好的水泥浆材料及钻井液。

固井施工中的压力与套管工作的据中度具有密不可分的关系。套管通常需要紧贴在提前开辟的井壁上，而套管与井眼中心位置的偏离程度直接影响到钻井液的流动程度，如果套管距离井眼中心位置偏离程度较大，新的钻井液在冲击状态下不能将前端滞留的钻井液顶替干净，导致水泥浆无法均匀分布。由此可见，套管与井眼中心偏离程度的控制工作至关重要。

在准备工作中，必须控制套管的居中程度，可以通过提前应用相关模拟软件模拟现场的套管位置，确保套管的居中程度控制在一定范围内，即使后期钻井液排量较低，也能清除窄边的泥浆。

在固井施工中，如果球座与大胶塞之间产生碰撞或大胶塞与小胶塞之间产生碰撞，都会带来碰撞压力。如果碰撞压力较高，会导致单流阀失效。除此之外，大胶塞与小胶塞的剧烈碰撞，也可能导致胶塞胶皮受损，进而导致套管内部的水泥产生堆积现象。在前期准备工作中，碰撞压力必须严格控制在一定范围内。在固井施工中，要控制钻井液的排量，并采用一定的防护措施，避免套管内部水泥堵塞。

2.3 规范固井施工操作流程

为确保固井施工质量，必须采用严格的管理手段，规范固井施工操作的相关流程。

固井施工必须注意以下几个问题。一是合理搭配钻孔机械，确保钻孔机械的设备刚度满足套管需求。二是合理摆放悬挂器的位置，在进行固定工作前做好刮壁工作，确保工作区域管壁的光滑程度。三是在套管之前进行最后一次转循环处理，保证内部泥浆处理得当，然后在钻井内部注入10 m3的泥浆液，通过循环注射方式，提高钻井内部的清洁程度。四是在选择封闭浆材料时，注意不得使用高粘浆，要在封闭浆材料中添加适当的润滑剂，从而降低因过度摩擦带来的阻力，提高井眼的稳定性。五是提前往井底注入稠浆，达到良好的封堵效果。六是在固井施工中确保下放速度控制在一定范围内，如果下放速度过快，可能产生较大的机动压力，导致井漏现象。七是使用高效冲洗液，能将残留在顶部的钻井液顶替掉。八是在水泥浆液的配比中添加定量的堵漏材料，提高水泥浆液的堵漏效果[1]。

2.4 严格控制开窗侧钻井工艺要求

為确保开窗侧钻井的固井质量，达到保护储层、满足完井要求及提高产量的目的，主要固井工艺要求如下：

第一，根据地层特点、固井工艺和固井质量要求，科学、合理地编制固井设计。

第二，针对小孔隙、小间隙固井的特殊情况，选择性能优良、质量可靠的固井工具和管串附件，同时根据套管的套损状况、密封性和水泥返高等情况，确定合理的悬挂位置，严格按照尾管固井的工艺要求及操作规程，确保现场施工的顺利进行。

第三，注水泥前井眼和钻井液准备要求：一是针对易漏出地层进行堵漏治水，提高地层承压能力，确保固井质量;二是完钻注水泥前，要求钻井液达到粘度低、动塑比低、泥饼薄韧度好，满足固井要求;三是针对井筒质量和井下情况，合理控制循环时间，避免长时间循环，保证井下安全。

第四，加强下套管前的井眼准备和井眼清理工作。在下生产尾管之前，必须仔细通井，确保井下安全及井眼畅通，在通井时带大接头或小尺寸稳定器，防止下套管遇阻和卡钻，气层段反复划眼，以清除井壁的泥饼，充分循环稀释泥浆，大排量洗井，防止下套管遇阻，井底无沉沙。

第五，严格按照下套管操作规程进行下套管作业，仔细检查固井工具和管串附件，合理加放扶正器，确保套管处于中度，必须使用套管钳、扭矩仪和螺纹密封脂（CASTTA101、CASTTA102），螺纹扭矩必须符合要求，确保丝扣的密封性。

第六，根据地层特征、井眼质量、井眼轨迹和井下情况，通过固井软件优化计算，科学、合理地加注扶正器（刚性、弹性），保证复合井眼套管的摩阻性能达到中度≥67%，同时进行下套管摩阻计算，确保生产尾管顺利进行。

第七，采用平衡压力固井，依据防气侵、气窜的原理，在保证压稳气层、水层和防止漏失的情况下，尽可能降低环空动、静液柱压力，严格控制水泥浆（失水、析水、固相颗粒）进入产层，造成产层伤害。

3 开窗侧钻井固井技术的优化升级

3.1 开窗侧钻井固井技术实现工艺创新的重要价值

开窗侧钻井固井技术施工中，计算顶替量法、双挂钩胶塞碰压法是最常用的两种固井方式，这两种固井方式的工作原理不同，因此固井工作效果也有一定的差异。

计算顶替量法主要是科学计算水泥浆的顶替量，控制水泥浆液的套管方式，确保固井施工顺利进行。但是，在水泥浆顶替过程中，必须提前计算顶替量，对前端的残留液进行顶替，同时，要将顶替量控制在一定范围内，如果顶替量过小，小型套管就有可能因为泥浆堵塞而发生钻杆直径强度降低的现象[2]，进而导致固井过程中小型钻机出现扭曲或折断的问题，严重影响钻塞速度，延长油气资源的开采周期，提高油气资源的开采成本。

双挂钩胶塞碰压法主要是通过应用水泥浆进行注浆工作，然后拆卸提前预装好的管道，投入胶塞，通过顶替前端留下的胶液，将胶塞推入套管尾部。然后应用碰压装置系统，实现水泥浆向套管顶部循环顶替的施工目标。

两种固井施工方法中，双挂钩胶塞碰压法的固井效果较好，但是在水泥浆顶替过程中，小套管内部容易变形，从而导致顶替受到阻塞，甚至还会引发不可挽回的安全事故。由此可见，开窗侧钻井固井施工技术的创新和升级是必然的，必须解决顶替过程中套管变形问题，才能提高固井工作的效率和质量[3]。

3.2 创新型固井技术的应用原理以及施工步骤

在应用计算顶替量法、双挂钩胶塞碰压法的基础上，经济不断研究、创新和升级，相关技术人员研发了一种新型固井工艺——中心管投球固井法。

中心管投球固井法能够降低开窗侧钻井固井施工中的安全风险，还能帮助施工企业节约成本造价。应用中心管投球固井法时，管柱的组合形式相对较多，可以根据钻井工程的实际施工情况，灵活调整钻井及悬挂套管的位置[4]。

中心管投球固井法主要是指在注入水泥浆液之后，让水泥浆液通过循环流转的方式流回套管环空，实现二次利用，然后再将钢球装入套管[5]。在投入钢球时，必须注意钢球的投入位置，确保钢球能够落在下方的强力磁吸球座上。这一过程中，要注意对管孔的清洁工作。

如果在固井过程中钻井泵的压力较高、排放的泥浆量较大，就要观察磁吸球座与钢球之间的密封性是否良好。如果磁吸球座与钢球之间的密封性良好，就不需要对环空中的水泥浆进行二次更换，在一定程度上减少了水泥浆原材料的用量。应用中心管投球固井法，能够在提高水泥浆应用效率的同时，避免水泥浆堵塞钻机的问题[6]。

在水泥浆注入工程结束后，应运用新的顶替液体将水泥浆顶替出来，并合理控制顶替量，再将套管中残留的水泥浆清洗干净，避免套管中发生堵塞[7]。

在开窗侧钻井固井施工中应用中心管投球固井法，首先应选择合适的钻挂形式，确保井套管能够倒扣或悬挂在设计位置中央，在注入灰浆之前，必须在套管内部放置一定的隔离浆，完成残余量的顶替工作。在管道中，水泥浆会流经管道的内腔磁吸球座以及小套管尾部，然后再返回管道环空，从而形成封闭的水泥浆流动方式。在投入钢球之后，要立刻固定好钻杆上的钻扣，确保二者接触良好。要对喇叭口进行仔细清洗，将喇叭口中残留的水泥浆清洗干净，避免由于泥浆堵塞带来的问题，提高固定施工质量。

实际施工中，必须仔细检测钢球与磁吸球座之间的连接紧密度，避免由于泵压过大导致钢球与磁吸球座之间出现缝隙。起钻后，如果悬挂器与中心管之间的距离过大，就不要立即取出套管，这时要补灌泥浆。当泥浆凝固成固定状态后，可以运用套管检测井底的实际情况，将井底的残留物质清理干净，为后续施工奠定良好基础[8]。

4 结语

开窗侧钻井固井施工技术难度高、风险大，目前，开窗侧钻井固井技术在实际施工中主要采用计算顶替量法及双挂钩胶塞碰压法，但是这两种固井工艺存在着一定的缺陷，因此，要加快开窗侧钻井固井施工技术的创新和升级，充分发挥创新工艺的应用价值。

参考文献

[1] 马邦.小井眼开窗侧钻井固井工艺技术探讨[J].化工管理，2020（11）：191-192.

[2] 王建，窦正道，徐浩.提高开窗侧钻井固井质量技术对策研究[J].新疆石油天然气，2020，16（1）：25-29.

[3] 张浩.开窗侧钻井固井技术研究与应用[J].石化技术，2020，27（10）：267，269.

[4] 王玉霞.开窗侧钻井固井技术研究与应用探析[J].中国石油和化工标准与质量，2014（5）：117，108.

[5] 毕东.开窗侧钻井固井技术应用研究[J].中国石油和化工标准与质量，2021，41（14）：168-169.

[6] 易旦，何冠羲，刘成，等.开窗侧钻井小井眼小间隙固井技术探讨[J].中国高新区，2018（11）：186.

[7] 曾夏茂.浅析小井眼开窗侧钻井中固井工艺的控制要点[J].化工管理，2015（9）：185.

[8] 刘双进.小井眼开窗侧钻井固井工艺技术[J].化工管理，2016（17）：227.