水平井固井技术难点与技术对策分析

熊洪钢

摘要：近年来，随着我国石油和天然气资源勘探开发的不断深入，老油田加大了对剩余油藏、薄差油藏的开发力度，同时，非常规油气资源的勘探与开发受到青睐，水平井在低孔低渗、薄差油藏、小型圈闭油藏及非常规气藏中开发具有一定优势，由于水平井井身結构不同于直井，固井难度增大，加强对长水平段水平井固井技术研究，提升固井质量具有重要意义。

关键词：水平井;固井;难点;对策

1.长水平段水平井技术优势

随着油气勘探开发技术的不断发展，水平井应用越来越广泛，在稠油油气藏、致密气藏、薄层油气藏、非常规油气藏勘探开发中取得了较好的应用效果，实践表明，长水平段水平井具有明显的技术优势。长水平段水平井在储层中穿行，增大了井眼与储层接触范围，增加了储层渗流面积，对于低孔低渗油气藏及非常规油气藏，能够提升开发效果，增产效果明显。此外，长水平段水平井较直井节省井场用地，减少钻机搬迁安装的费用，长水平段水平井钻井成本得到了降低，产量却大幅提升，达到了普通直井的5-8倍，产量提升效果明显。

2.长水平段水平井固井技术难点

固井是完井作业重要内容之一，水平井由于井身结构特殊，加之水泥浆顶替问题影响，固井难度较直井大很多，固井费用高且成功率相对偏低，长水平段水平井固井难度更大，固井质量难以保证。长水平段水平井固井难点主要表现在：①水平井水平段在油层中穿行，当油层起伏变化时，井眼曲率变化大，套管下入困难，且套管居中度难以保证;②水平段在重力作用下，容易出现偏心，导致环空顶替效率低;③水平井水平段在重力作用下，岩屑下沉，难以随泥浆循环出井口，导致形成岩屑床，给固井带来难题;④由于水平井水平段距离较长，采用一次性长封固井，施工过程中需要的压力大，容易导致地层漏失;⑤固井过程中使用清水顶替，顶替压力大且排量不稳定，顶替效率较低。

3.水平井固井技术对策

3.1加强水平井固井工具应用

（1）套管扶正器。套管扶正器能够提高水平井固井过程中套管居中度，从而有利于清洁井眼，提高水泥浆顶替效率，此外，扶正器还能降低作业管柱下入难度。对于长水平段水平井扶正器性能必须符合要求，扶正器的复位能力强，启动力低。并且扶正器耐冲击性必须强，摩擦系数低。扶正器种类多样，针对不同需求的扶正器有刚性扶正器、半刚性扶正器、螺旋式扶正器、直条扶正器、鳍状实心扶正器等。

（2）紊流器。紊流器是在短圆筒上安装6个角度为30°～45°的硬质螺旋叶片，当流体经过紊流器时，在螺旋叶片的作用下，迫使流体形成紊流，能够冲洗外部环空，提升井眼清洗效果，使泥浆顶替效率提升。从而能够提升固井管柱居中度。

（3）套管环空封隔器。套管环空封隔器的组成主要有套管心轴和弹性管胶筒，胶筒配有膨胀阀，胶筒两头与钢制接箍连接，套管环空封隔器上有两个阀门，能够分别打开和关闭膨胀孔。通过设置一定的压力门限，当环空与中心孔压差达到压力门限时，就能够控制管外封隔器膨胀孔的开、关动作。管外封隔器在水平井固井过程中得到了广泛的应用，对于一些特殊情况，如对于需要隔离地层和裂缝的井，或是产层段选择性增产的情况，套管环空封隔器能够有效解决套管环空密封的难题。

3.2水平井固井工艺技术

（1）套管下入技术。水平井由于井身结构特殊，套管下入过程中，在造斜段和水平段，与井壁的摩擦阻力较大，为了减小套管下入过程中的阻力，保证套管顺利下入，可以使用悬浮下套管工具。悬浮下套管工具能够使套管下入过程中保持中空，钻井液对套管产生浮力，减小了套管与井壁的摩擦阻力，使套管能够顺利下入。除了使用悬浮套管下入工具外，还可以使用可旋转自导式浮鞋，可旋转自导式浮鞋通常与套管下端相连，套管下入过程中如果出现遇卡的情况，可以通过上下活动套管，结合旋转自导式浮鞋来转动套管，调整套管角度，使套管能够顺利下入。

（2）套管居中技术。套管居中度差会影响水泥浆顶替效率，为了提高水平井套管居中度，可以使用扶正器，水平井较直井需要的扶正器更多，刚性和弹性扶正器使用过多又会造成钻柱与扶正器的摩擦阻力过大，为此，可以使用半刚性扶正器、液力扶正器或滚轮扶正器。半刚性扶正器具有一定伸缩性，对于井眼不规则部位可以顺利通过;液力扶正器下到井下之后可以打开，打开之前外径小，打开后外径变大，可以保证套管居中度;滚轮扶正器能够有效地减小与井壁的摩擦阻力。

不同的扶正器效果不同，针对长水平段水平井，在选择扶正器时，通常垂直井段使用弹性扶正器，造型井段使用半刚性扶正器、液力扶正器或滚轮扶正器来降低摩擦阻力，长水平段通常使用半刚性扶正器。套管下入前需要进行优化设计，为保证套管居中度满足要求，需要根据套管长度，确定扶正器安放位置及下入深度。

（3）固井前置液。为了提高对水泥浆的顶替效率，可以使用固井前置液。针对大庆地区情况，可以配置双效前置液，根据井眼条件，调节前置液性能，达到紊流或塞流顶替的效果，提升水泥浆顶替效率。根据井眼条件不同，双效前置液性能设计也不同，对于井径扩大严重、顶替排量低的井，由于难以实现紊流顶替，可以实现塞流顶替，此时需要将前置液性能调节为切力大的流变模式。对于井径无明显扩大、顶替排量高的情况，宜采取紊流顶替，此时需要将前置液性能调节为切力和粘度适中的流变模式，能够显著提升顶替效率。

（4）优化水泥浆体系性能。水泥浆性能直接影响固井效果，对于长水平段水平井，在水平段水泥浆固结后容易析出自由水，在井壁上侧形成水槽，成为油、气、水窜槽的通道，严重影响水平井固井质量。此外，在大斜度段水泥浆固结后也容易析出自由水，因此，必须控制水泥浆中自由水，提高水泥浆体系稳定性。

水泥浆中自由水主要受到水泥细度、水灰比及沉降稳定性影响，为了控制水泥浆中自由水，防止出现自由水含量过高，可以适当提高水泥的细度、降低水灰比、使用降失水剂和降自由水剂。

提高水泥浆稳定性能够提升固井质量，水泥浆稳定性主要指水泥浆聚集、沉降的稳定性，为了提高水泥浆稳定性，可以向水泥浆体系中加入增粘剂或者是减阻剂，以提升水泥浆的粘度和动电位，使得水泥浆沉降速率降低。此外，还需要向水泥浆中加入电解质，提升水泥浆的静切力，增强水泥浆触变性，提升水泥浆的悬浮力，达到提升稳定性的效果。

4.结束语

长水平段水平井在稠油油气藏、致密气藏、薄层油气藏、非常规油气藏勘探与开发中具有明显的技术优势，增产效果明显，针对长水平段水平井固井中存在的套管居中度难以保证、套管下入摩擦阻力大、容易形成岩屑床、顶替效率低等问题，使用特殊的固井工具，结合相应的固井工艺技术，能够有效地提升固井质量，保证油气井安全。

参考文献

[1]高志兴.水平井固井技术研究与应用[J].石油和化工设备，2021，24（04）：112-114.

中国石油集团长城钻探工程有限公司固井公司