中石油固井技术进展研究

王志伟

（大庆钻探工程公司钻井生产技术服务一公司，黑龙江大庆163355）

固井是石油勘探开发过程中的重要环节之一，也是钻井工程中相对独立的环节。固井质量的好坏不仅影响后续钻井作业，也直接影响油气井寿命和储层的采收率。为了更好地满足勘探和生产的需求，中石油在固井基础理论、固井工艺技术、固井材料和固井工具方面进行了持续攻关[1]。本文研究了中石油在固井技术方面（深井和超深井固井技术、复杂气井固井技术、水平井和大位移井固井技术、大温差长封固固井技术）、固井新材料及水泥浆体系方面和在固井工具装备方面等取得的进展。

1 固井工艺取得的进展

经过多年的研究和应用，中石油开发出适用于各类油藏的多种固井工艺。其中超深井、复杂气井、水平井的固井工艺已经基本成熟。

1.1 深井和超深井固井技术

近年来，深井和超深井的钻井作业不断增多。据统计，“十一五”期间有219口超过6000m深井，是“十五”计划的6.3倍。其中2011年4000m以上的深井数为571口，其中6000m以上的井数为88口。通过自主研发和外部合作，中石油在深井和超深井固井方面均已取得了重要突破。通过综合措施来提高钻井液的驱替效率，通过整体压稳和平衡固井技术保障固井安全施工操作，结合多种技术的联合应用，中石油的固井作业已基本满足深井及超深井勘探和生产的要求[2]。

1.2 复杂气井固井技术

近年来，中石油大幅度加快了天然气开发业务。2012年中石油天然气产量达到8.6×1010m3，占据了国内天然气市场总份额的80%，比十年前增加了8倍。随着复杂气井数量的增加，固井的技术难度也越来越高。中石油通过对引发气窜的重力损失机理进行研究，找到了影响气窜的主要因素，形成了防气窜综合技术。此外，在固井技术、水泥添加剂、隔离液和封堵材料方面也取得了重要进展。这些技术已在塔里木油田、川渝地区、庆深气田和吉林油田的固井工作中发挥了重要的作用。

其中川渝地区作为近年中石油的重点开发区块，其地质情况复杂、易发生漏失，易出现套管下入困难、固井质量差、作业风险大等问题。为更好地解决固井问题，在实际施工中中石油针对不同漏失情况采用了相应的技术措施：针对恶性漏失井首先使用带扶正器的钻具进行扩眼通井修整井壁，然后充分净化井眼并简化套管结构；对于一般漏失井则首先采用模拟套管结构的钻具组合通井来修整井壁，然后充分净化井眼，最后在下套管过程中实施分段顶通、间断调灌等技术措施来提高固井质量[3-4]。

1.3 水平井和大位移井固井技术。

水平井已被证明是提高单井产量和采收率的最佳方法。近年来，中石油加强了水平井的开发力度，2011年和2012年分别完成了1296口水平井和1701口水平井。针对水平井开发的相关技术主要有：套管居中技术、高性能水泥浆体系、储层保护技术等，进一步提高了水平井和大位移水平井的固井质量[5]。

1.4 大温差长封固井技术

随着深层和复杂油藏勘探开发的深入，需要进行大温差长封固的固井数量越来越多。在较大的温度跨度范围内进行固井是降低成本、提高钻速和确保深层油藏有效开发的关键措施之一。通过攻关中石油解决了超缓凝、水泥浆稳定性等难题，在乌兹别克斯坦Gong 1井∅244.5mm井眼的固井作业中，水泥浆上返距离达到5300m，温度跨度超过120℃。

2 外加剂和水泥浆体系取得的进展

目前，水泥浆的外加剂的应用已经非常成熟，用量也逐年增加。优异的外加剂可显着改善高温深井的固井质量，解决水泥石强度差和浆体稳定性差等固井问题。

2.1 外加剂

2.1.1 降失水剂

聚乙烯醇类化合物是一种到广泛应用的成熟的降失水剂。近年来AMPS（2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸）作为主要单体合成的降滤失剂，克服了以往降失水剂抗盐性差和抗温能力低等问题，其抗温能力已经达到200℃。

2.1.2 缓凝剂

通过对功能团进行缓凝机理分析，中石油在缓凝剂方面也取得了较大突破。DRH-100L缓凝剂的应用温度范围为50℃～120℃，DRH-200L缓凝剂的应用温度范围为80℃～180℃，DRH-310S和DRH-320S缓凝剂的使用跨度达到90℃～190℃。已开发的大温差水泥浆体系的温度应用范围和温度跨度范围均大幅度提高，使用上述水泥浆体系的水泥石顶部强度增长较快，有利于提高长期固井质量。

2.2 水泥浆体系

2.2.1 超高密度和超低密度水泥浆体系。

近年来，中石油在超高密度和超低密度水泥浆体系的研究方面均取得了很大的进步。基于密度堆积理论开发的水泥浆体系满足了在特殊井眼条件下的固井作业需求。低密度高强度水泥浆体系主要针对低压力地层和易漏失地层，该水泥浆体系具有强度高、防窜性好等特性，最低密度可以达到1.05g/cm3。此外，还应用密度堆积理论开发了密度为2.60～3.10g/cm3的超高密度水泥浆体系。

2.2.2 乳胶水泥浆体系

为了解决高压区、石膏层中进行固井作业的技术难题，中石油开发了具有抗高温和耐盐性能的乳胶水泥浆体系。并开发了配套的外加剂，掌握了乳胶保护技术等关键技术，克服了原有水泥浆体系灵敏度高、适用性差等难题。目前该体系的耐温达180℃，耐盐达20%[6]。

2.2.3 经济型抗CO2腐蚀水泥浆体系

吉林油田的长深气田和大庆油田的徐家围子气田均为富含CO2的气田。地层中的CO2等酸性气体会降低水泥强度、增加水泥的渗透性，从而缩短气井的生产寿命。中石油研制了一种经济型抗CO2腐蚀的材料，并开发了配套的抗CO2水泥浆体系，该体系在满足施工需要的同时能有效降低该类气田的固井成本。

2.2.4 磷酸水泥浆体系。

中石油通过自主研发适合硅酸盐特性的降失水剂和缓凝剂，开发了磷酸盐水泥浆体系，成功解决了磷酸盐水泥的强度控制问题，已在吐哈等多个油田进行了应用，为抗CO2腐蚀提供了新的解决方案。

3 固井装备取得的进展

3.1 可膨胀材料和可膨胀封隔器

为了更好地解决环空和水平段的固井质量问题，中石油对可溶胀材料和可膨胀封隔器产品进行了研究和开发。可溶胀材料分为水性溶胀材料和油性溶胀材料。在开发可溶胀材料的基础上，还开发出了可膨胀封隔器。可膨胀封隔器可填充由于胶结质量差造成的微裂缝和微空隙。此类封隔器的封隔压力已超过30MPa。

3.2 其他特殊固井工具

为了更好地满足特殊工艺井的固井需求，中石油还开发了多个种类的特殊钻井工具。为了保障套管居中度，研发了刚性扶正器、弹性扶正器和可变径扶正器等多种类型的扶正器；为了提高下套管成功率，开发了漂浮接箍、各种引鞋和套管下入工具。此外还有震动固井工具、特殊尾管悬挂工具等。

4 中石油在固井方面面临的挑战

作为中国最大的油气生产企业，在能源需求和日益严峻的环境要求双重压力下，中石油实施了“油气兼顾”战略。为了保证公司油气生产的持续发展趋势，钻井数量逐年增加，开发难度也越来越大。此外，高温高压气井、高H2S和CO2井、深井、超深井、复杂构造的深井以及非常规资源井的数量越来越多，对固井作业提出了更严格的要求。因此，固井作业将面临更多的困难和挑战。

深井和超深井对套管的下入、固井工艺、水泥浆体系、固井工具和工具附件有极其严格的要求。这些井的固井风险很高，固井工作质量难以保证。尽管中石油在固井方面已经取得了很大的进步，但在复杂深井、超深井、储气库井、低温深水的固井方面还有待进一步提高。

为进一步发展中石油的固井技术，建议采取以下措施：①加强研发实验室和固井技术支持中心的建设；②提高管理水平和现场作业水平，通过制定详细的作业程序和严格执行重点项目的关键井等措施，确保固井质量；③加大研发力度，对关键固井技术和工具进行重点攻关，并加强人才的培养和国外先进技术的引进。