复杂地层固井技术存在的问题与研究方向探析

杨涛 程凤翔

摘要：固井质量对我国油田平稳持续发展有着重要的意义。但在复杂地层等非常规固井作业中，因固井质量不合格造成的各类施工质量问题的发生概率仍然较高，课题研究由此出发，基于我国复杂地层固井施工现状，从固井质量的相关问题进行了分析探讨，并基于研究结论提出优化策略，旨在为我国固井工程技术的研究提供必要借鉴。

关键词：复杂地层;固井技术;固井质量

引言：

固井作业是石油资源勘探开发中非常重要的一个环节，对石油资源开采会产生直接影响，在当前石油资源勘探开发不断深入的情况下，调整井、深井超深井、超高压井等非常规井越来越常见，针对这些非常规井的复杂地层固井技术在实际应用过程中还存在一些问题，因此，针对复杂地层固井技术在实际应用进行深入分析具有十分重要的现实意义。

1固井工程

固井是完井作业中重要的工程环节，通过向井下入套管，并向井眼和套管之间注入水泥实现环形空间密封的施工作业。固井工程技术密集，需要多个学科技术支持的综合性工程项目，具有施工难度高、施工环节复杂、施工系统性强以及施工时间短等诸多特点，固井工程质量直接决定油井稳定性以及井内套管的使用寿命。固井工程主要分为三个流程，分为套管下放、水泥注入以及井口安装。首先，下套管需要选择与钻井工程向适应匹配的尺寸以及材料，不同地层对钢管性能要求差异较大，其中表层固井一般使用20-133/8"套管，材质一般使用韧性和强度均较低的j级套管，技术套管对材料要求相对较高，需要使用更高强度材质的套管。伴随深度不断增加套管强度要求逐步加大，壁厚、丝扣类型也各不相同。在套管下放过程中需要对管柱结构设计进行合理性与适用性检验，确保固井质量和套管下放顺利。其次，水泥注入是完成套管施工后的施工工序，起到封闭环形空间，隔离油气水层的重要作用，让套管成为油气与地面采油设备的唯一连通通道。油井深度各不相同，浅井与超深井深度差值超过2000m，导致井下温度和压力伴随深度逐渐产生变化，不同深度的地层中土壤组成成分相差较大，因此要求固井水泥有着较宽的环境适应能力以及较高的抗高温、耐腐蚀能力。如今我国使用固井水泥有9个级别和三个类型。不同级别和类型的水泥适用不同的井下条件。所以，根据井的深度和温度选择水泥是注水泥作业的首要任务。最后进行井口的安装。

2调整井固井存在的问题

2.1促凝剂影响

当前我国大多数油田的调整井深度都处在1000～2500m的范围内，属于浅井，井下温度相对较低，经过循环后井眼温度通常能够维持在50℃左右。为了能充分保障固井的平衡压力，避免在固井作业过程中出现失重的现象，大多数情况下都会使用促凝剂。虽然一些促凝剂在使用后能够有效提升水泥石的早期强度，但是随着时间的不断推移，水泥石的强度会逐渐出现递减的情况，甚至一些水泥石在几个月之后其强度能够逐渐衰减到0，对固井质量会产生严重的影响。因此，必须要针对促凝剂进行深入分析。

2.2油井水泥自身存在问题

受地层成分决定，地层土壤中存在大量可能对水泥产生腐蚀的物质，如硫酸盐、硫化氢等强酸性物质，我国目前固井使用的水泥多数为A级非抗硫水泥，此类水泥对硫酸腐蚀的抵抗能力较差。伴随时间推移会出现严重的腐蚀现象，影响固井质量。经过大量实验研究以及实践验证，在水泥中加入一定比例的高炉矿渣可以提升水泥对强酸性物质的腐蚀抵抗性，同时在计入高炉矿渣后，水泥会伴随时间推移不断增加强度，从而有效解决了强酸物质对固井水泥的腐蚀问题，并提高了固井质量。但该工艺也存在明显的技术弊端尚待解决，加入高矿炉渣的水泥，受高矿炉渣低活性的影响，水泥稠化时间会被延长，加上井下低井温的影响，导致水泥稠化时间进一步加强，无法满足固井作业需求。

2.3深井、超深井固井技术存在问题

（1）深井和超深井通常情况下地层状况都比较复杂，而且封固段都比较长，在固井作业过程中注水泥量也非常大。由于深井超深井地层状况非常复杂，而且钻探过程中经常会出现多套压力体系。鉴于此，在实际的固井过程中防漏以及防喷成为了固井施工最大的难点问题。例如在实际的固井施工过程中，井眼经常会出现上涌下漏的现象，而且也非常容易出现地层坍塌或者是破碎等危险，如果地层中硫化氢的含量比较高会对固井形成腐蚀作用。（2）井底温度高。深井超深井通常情况下井底温度都比较高。在这种情况下对水泥浆的抗高温性能、稳定性等提出了更高的要求，如果在作业过程中水泥浆流变性出现变化，就必然会对窄间隙中钻井液的顶替效率产生严重影响，而且也很难保障紊流顶替顺利进行，甚至会对水泥环强度产生影响，导致其抗冲击力逐渐下降。

3未来固井材料技术的发展展望

目前我国油田已经探明的储层中，存在大量的裂缝性储层，总占比超过50%。裂缝性储层在钻井以及固井施工中容易出现易坍塌以及易渗漏现象，钻井和固井难度以及施工风险系数均较高。这对钻井以及固井施工中防水堵漏以及固定凝结材料有极高的需求，此外伴随石油资源的不断勘探和开发，生产井眼大小逐步缩减，小井眼井、侧钻井、分支井等数量不断普及，此类井对固井水泥的韧性以及抗腐蚀能力均有较高的需求，但许多深井、超深井、高压气井在调整井前需要使用大量的水泥晶体膨胀材料，低渗透油气藏的开发中也需要应用大量的高性能低密度的固井材料。因此，我国固井材料未来的发展方向是向着耐高温、抗腐蚀、高稳定性的方向不断发展，以此满足我国油气资源实际生产开发需要。

结束语：

固井施工是一项具有较强复杂性的系统性工程，固井材料、固井工艺在其中发挥出了非常关键的作用，必须要对固井技术的应用给予高度重视，尤其针对复杂地层固井技术进行深入研究，这样才能充分保证固井质量。

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