調(diào)整井固井工藝技術(shù)研究進(jìn)展

李德紅，蔣新立，李明忠，肖武鋒，靳艷霞，李 季，宋文宇

(1.中石化華北石油工程有限公司技術(shù)服務(wù)公司，河南 鄭州 450006；2.中石化華北石油工程有限公司河南鉆井分公司，河南 南陽 473000)

0 引言

國內(nèi)許多油田，諸如勝利、大慶、中原、河南、江蘇等油田已逐漸進(jìn)入開發(fā)中后期，大多歷經(jīng)長期的二次、三次采油，綜合含水高達(dá)90%以上，但由于陸相非均質(zhì)油藏高含水期剩余油具有“普遍分布、局部富集”特征，東部油田剩余可采儲量仍占全國60.1%，仍具有重大的開發(fā)潛力[1-2]。目前主要借助調(diào)整井重組優(yōu)化井網(wǎng)和層內(nèi)細(xì)分開發(fā)方式，開采剩余油分散的難采儲層、具有薄隔層的低滲薄差儲層及厚油層水淹程度低的部位。但由于存在地質(zhì)情況復(fù)雜、產(chǎn)出流體成分多樣、多壓力層系并存且多為動態(tài)變化，以及油層多隔層薄的特點，調(diào)整井固井質(zhì)量難以達(dá)到要求[3-4]。固井后產(chǎn)層或?qū)娱g封固不合格，無法直接投產(chǎn)需修井補救；套管外冒油、氣和水等問題對分層注采造成層間干擾，導(dǎo)致采油工藝復(fù)雜并降低了油井利用率；已投產(chǎn)井在水泥未封固或封固質(zhì)量不合格部位，套管受應(yīng)力加大，影響承載能力，造成變形、漏或錯斷，降低了油井生產(chǎn)壽命[5]。為更好提高調(diào)整井固井質(zhì)量，提高老油田開發(fā)效益，筆者分析總結(jié)了調(diào)整井固井面臨的關(guān)鍵技術(shù)難點和采取的主要技術(shù)措施，提出下一步可采取的工藝技術(shù)的攻關(guān)方向。

1 調(diào)整井固井存在的問題

長期鉆井、注采開發(fā)改變了油氣層的原始狀態(tài)，造成了地層特征在空間、時間上的復(fù)雜變化，給老油田調(diào)整井固井帶來了諸多的技術(shù)難點，具體表現(xiàn)在以下幾個方面。

1.1 空間橫向上地層情況復(fù)雜

由于長期的注水開發(fā)，加之水驅(qū)油過程中油水界面運移不平衡，地層壓力系統(tǒng)變得相當(dāng)復(fù)雜，地層結(jié)構(gòu)遭到破壞。地層同一層面上存在著壓力差，油水處于活動狀態(tài)。在多斷塊油田，由于套管損壞、層間的連通性、油層的連通性和非均質(zhì)性等因素，使本來存在的層間、層內(nèi)及平面矛盾更加突出[6]。因此，施工時針對單井應(yīng)具有適應(yīng)性的“一井一策”固井設(shè)計。

1.2 地層縱向上多壓力體系并存

鉆井中的漏失和水驅(qū)、氣驅(qū)、聚合物驅(qū)或多元復(fù)合驅(qū)的開發(fā)，由于地質(zhì)構(gòu)造因素影響各層位的開發(fā)動用程度，不同層位滲透性差異以及套損井持續(xù)注水等，造成在同一口井的縱向剖面上，高壓層、欠壓層和常壓層交互存在，形成縱向上的多壓力體系，甚至存在易漏、易吐的復(fù)合地層。如河南油田江河地區(qū)的Ⅶ、Ⅷ和Ⅸ油組層間壓差最高達(dá)14.4 MPa[7](如圖1所示)；吉林油田新民43-32井1390～1413 m井段與1420～1459 m井段層間壓差達(dá)9.9 MPa。

統(tǒng)計資料表明，對具有該特征的井固井時面臨著防漏與壓穩(wěn)的矛盾，直井影響水泥漿封固質(zhì)量。一方面高壓層油氣水易向“失重”狀態(tài)中的水泥漿中竄流；另一方面因低壓層井漏，降低井筒壓力，影響固井返高，將加劇高壓層流體竄入和層間竄流。候凝期間的這種動態(tài)竄流會攜帶走水泥水化液相中的Ca2+、Mg2+、OH-等離子，使水泥漿顆粒膠結(jié)機質(zhì)受到破壞，水泥石結(jié)構(gòu)變得疏松，影響抗壓強度和膠結(jié)質(zhì)量[6,8]。

1.3 地層產(chǎn)出流體影響固井液性能

圖1 河南油田H8-108井FMT測壓數(shù)據(jù)Fig.1 FMT measured pressure data of H8-108Well,Henan Oilfield

二次、三次采油技術(shù)改變了儲層孔隙介質(zhì)和流體性質(zhì)。地層產(chǎn)水稀釋水泥漿，延長稠化時間、降低穩(wěn)定性和密度；聚合物驅(qū)地下滯留物降低水泥漿流動性、增大失水、縮短稠化時間；各種礦物離子成分腐蝕水泥石，增大滲透率、降低水泥石抗壓強度和膠結(jié)強度[9]。

1.4 地層壓力、流體系統(tǒng)動態(tài)變化

在鉆固井過程中雖采取停注放溢等降壓措施，但地下滲流剖面復(fù)雜，流體仍處于動態(tài)。在固井施工與候凝期間，如何保證環(huán)空靜(動)液柱壓力及平衡動態(tài)固井是老油區(qū)開發(fā)井固井的一個顯著特點[10]。而且地層壓力系統(tǒng)、流體物性隨時間變化快，固井液體系、設(shè)計方法與施工過程控制措施的適應(yīng)周期較短。

1.5 層系多、隔層薄、層內(nèi)細(xì)分開發(fā)對固井質(zhì)量要求高

固井質(zhì)量好壞對確定開發(fā)層位、射孔方案至關(guān)重要，直接影響注采系統(tǒng)調(diào)整、穩(wěn)油控水、層內(nèi)挖潛以及油田采收率。封固層系多、封固段長，固井要求所有鉆開的產(chǎn)層必須完全封隔和封固，而且水泥環(huán)在射孔、酸化壓裂改造措施作業(yè)下能夠保證長期密封有效。

1.6 鉆井井眼條件影響固井質(zhì)量

地層產(chǎn)水、井內(nèi)竄流易引起鉆井時井壁掉塊，形成不規(guī)則井徑；使用加重鉆井液壓穩(wěn)高壓層，造成鉆井液固相含量增多、粘切增大、流動性差，井壁泥餅厚而松散。尤其高滲低壓層井段，在正壓差作用下，厚泥餅易造成下套管遇阻，導(dǎo)致輔助工具和固井附件(封隔器、扶正器等)難以按照設(shè)計方案下入。以上均對固井時的頂替效率造成不利的影響[7,11]。

2 提高調(diào)整井固井質(zhì)量技術(shù)措施

針對老油田后期調(diào)整井固井所面對的技術(shù)難點，目前國內(nèi)外主要從壓穩(wěn)防竄防漏、提高頂替效率、固井液體系和輔助配套工具等方面采取了一系列的措施，并取得了一定的應(yīng)用效果。

2.1 壓穩(wěn)防竄、防漏設(shè)計

易竄易漏井固井設(shè)計主要以平衡壓力固井為原則，保證注替漿過程中在環(huán)空動液柱壓力下不發(fā)生漏失，并壓穩(wěn)高壓層，在靜液柱壓力下和水泥候凝過程中不發(fā)生水竄、油氣竄[12-13]。

平衡壓力固井設(shè)計的前提是準(zhǔn)確掌握地層壓力與漏失壓力，在“窗口”范圍內(nèi)進(jìn)行固井漿柱結(jié)構(gòu)設(shè)計與循環(huán)摩阻的控制。地層壓力預(yù)測主要是參考生產(chǎn)井的靜壓資料和注水井的井口剩余壓力，通過綜合分析方法進(jìn)行預(yù)測的，但無法準(zhǔn)確預(yù)測待鉆井每個小層壓力。而且地層壓力是動態(tài)變化的，已建立的相關(guān)壓力剖面的適用周期受到限制。采取周邊井停采、停注或放溢的方式來使待鉆井各層間壓力盡可能均衡。單從固井技術(shù)角度出發(fā)，合理的停注半徑與停注期限應(yīng)在周邊井生產(chǎn)層位、地層構(gòu)造和開發(fā)方式基礎(chǔ)上制定，明確井口壓力目標(biāo)值。但周邊井停注停采放溢流常受到油公司生產(chǎn)計劃的制約。

平衡壓力固井應(yīng)重點關(guān)注在動、靜液柱壓力基礎(chǔ)上的壓力附加或損耗，即循環(huán)摩阻和水泥漿“失重”效應(yīng)。合理控制循環(huán)摩阻，對窄壓力“窗口”和低漏失壓力井固井防漏尤為重要，也可輔助抑制固井時高壓層溢流，但循環(huán)摩阻控制應(yīng)同時兼顧提高頂替效率的需要。水泥漿失重造成液柱壓力無法向下部地層有效傳遞，是造成油氣水竄的關(guān)鍵原因。目前，針對循環(huán)摩阻計算已發(fā)展了一系列方法，部分已形成標(biāo)準(zhǔn)[14]；而因失重造成油氣水竄的機理、失重與水泥漿性能之間的關(guān)系以及靜液柱壓力損失的定量計算仍未形成系統(tǒng)性、綜合性的研究成果。

2.2 提高頂替效率設(shè)計

提高頂替效率是固井工程共性的技術(shù)要求。老油田后期調(diào)整井在復(fù)雜的地層壓力和油氣水關(guān)系影響下，頂替效率低的問題較為突出。研究表明，影響頂替效率的因素多，可借助的技術(shù)措施主要有提高井徑規(guī)則、保證套管居中、匹配流體間的流變性與密度級差和紊流-塞流頂替等。井壁穩(wěn)定、井徑規(guī)則、套管居中等井眼條件對提高頂替效率至關(guān)重要，固井期間頂替效率的提高歸結(jié)為水泥漿、鉆井液的流變學(xué)問題[15-16]。

2.3 功能性固井液體系

針對壓穩(wěn)防竄和防漏需要，調(diào)整井固井應(yīng)用的水泥漿體系主要有以下幾種。

2.3.1 低密度水泥漿

主要用于存在低漏失壓力地層時的固井，常作為領(lǐng)漿封固上部地層。通過在水泥灰中加入減輕劑和填充劑，優(yōu)化水灰比開發(fā)而成。普遍應(yīng)用的減輕劑和填充劑有漂珠、微硅、膨潤土、粉煤灰、惰性氣體等。多壓力體系共存時，低密度水泥漿密度設(shè)計不僅需滿足易漏層防漏，還需兼顧高壓層的壓穩(wěn)防竄。

2.3.2 防竄水泥漿

目前，防竄水泥漿技術(shù)研究方面有：提高水泥漿防竄性的關(guān)鍵性能、水泥漿防竄能力量化指標(biāo)和防竄外加劑優(yōu)化以及防竄水泥漿體系開發(fā)。

國內(nèi)外學(xué)者對水泥漿防竄關(guān)鍵性能的研究主要集中在失水、靜膠凝強度過渡時間、滲透率、體積收縮率、穩(wěn)定性、氣侵阻力這6個方面[17]。零析水水泥漿能夠減緩有效液柱壓力降低至靜水柱壓力的時間；在失水方面，API失水量<250 mL(30 min/6.9 MPa)即可保證水泥漿防竄能力，進(jìn)一步控制失水對提高防竄流能力意義不大；靜膠凝強度由48～240 Pa是早期發(fā)生竄流的危險時刻(見圖2)，縮短過渡時間可減小竄流發(fā)生的可能性；降低塑性狀態(tài)時水泥漿的滲透率，提高水泥漿內(nèi)部結(jié)構(gòu)力增長速率，即提高氣侵阻力，控制候凝早期竄流通道的形成，是提高水泥漿防竄流能力的有效措施；保證水泥漿膨脹性，防止微環(huán)隙產(chǎn)生，可避免油氣井生產(chǎn)期間流體沿環(huán)空微環(huán)隙竄流。

圖2 靜膠凝強度發(fā)展與水泥漿柱壓力的關(guān)系Fig.2 Relationship between development of static gel strength and cement slurry column pressure

水泥漿防竄能力量化指標(biāo)包括氣竄潛力系數(shù)法(FPF)、水泥漿響應(yīng)性能系數(shù)法(SRN)、膠凝失水系數(shù)法(GELFL)、水泥漿性能系數(shù)法(SRN)、阻力系數(shù)法、壓力平衡法等[17]。上述方法主要依靠經(jīng)驗公式或評價儀器，只能片面的定性評價防竄能力，不能指導(dǎo)水泥漿防竄性能的優(yōu)化設(shè)計。

現(xiàn)場應(yīng)用的防竄水泥漿體系有觸變水泥、充氣水泥、膨脹水泥、延緩膠凝水泥、非滲透水泥等。觸變水泥在頂替到位后，迅速形成大于240 Pa的靜膠凝強度，有效縮短了水泥漿由液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)的過渡時間。觸變水泥施工存在潛在風(fēng)險，施工不連續(xù)有可能造成憋泵或灌“香腸”事故；充氣水泥利用氣泡膨脹補償水泥漿的體積收縮和壓力損失，達(dá)到防竄的目的。但受施工設(shè)備、控制工藝或發(fā)氣量限制，充氣水泥的應(yīng)用受到一定限制；延緩膠凝水泥是匹配長時間初凝時間與短初、終凝過渡時間(或靜膠凝過渡時間)，降低環(huán)空竄流幾率；非滲透水泥漿中加入高分子聚合物或微細(xì)材料，利用化學(xué)交聯(lián)劑的交聯(lián)反應(yīng)或利用微細(xì)材料充填作用形成不滲透膜，增加氣體在水泥漿中的侵入和運移阻力，如膠乳水泥、部分交聯(lián)聚合物水泥、硅灰水泥等。

2.3.3 彈韌性水泥漿

層位細(xì)分開采具有層系多、隔層薄的特征，后期射孔、壓裂等措施作業(yè)易造成脆性大的水泥環(huán)破裂和裂縫延展，使其失去層間封隔的作用，影響油氣井生產(chǎn)效率與壽命。在水泥漿中加入彈性或韌性材料，改善力學(xué)性能，水泥石的彈性模量低、韌性系數(shù)大，具有一定的抗沖擊韌性和形變恢復(fù)能力，止裂增韌，保證在射孔或壓裂作用下的密封完整性。廣泛應(yīng)用的增彈、增韌材料有纖維、彈性粒子和膠乳等[18]。纖維能夠提高水泥石韌性系數(shù)、抗壓強度和抗拉強度，能夠降低一定彈性模量；彈性粒子可顯著降低彈性模型，提高其形變與形變恢復(fù)能力，但無止裂增韌功能，若加量較大不利于抗壓強度的提高；膠乳改善水泥石韌性或彈性的效果不及纖維或彈性粒子，但具有良好的防氣竄效果。目前，以彈性粒子、纖維和二者復(fù)配為基礎(chǔ)分別開發(fā)了多套力學(xué)性能各具特征的彈韌性水泥漿體系。

2.3.4 泥餅固化技術(shù)

對鉆井液泥餅改性或鉆固一體化，可實現(xiàn)固井兩界面整體固化膠結(jié)，提高固井界面膠結(jié)強度與膠結(jié)質(zhì)量，主要技術(shù)有MTC技術(shù)和MTA技術(shù)。MTC固井技術(shù)是在鉆井液中加入高爐礦渣等水硬性材料，配套激活劑，使之轉(zhuǎn)化成具有一定強度的固化物；MTA技術(shù)是實現(xiàn)“水泥環(huán)-泥餅-地層”整體膠結(jié)技術(shù)，完鉆前在鉆井液中加入處理劑改性泥餅，注水泥漿前注入以凝餅形成劑為主體的前置液，以硅溶蝕、鋁置換、層間陽離子交換作用對泥餅進(jìn)行處理和改性，借助凝餅形成劑和油井水泥水化初期產(chǎn)生的可溶性離子基團，諸如OH-、H3SiO4-、H3AlO42-等，與鉆井液改性泥餅發(fā)生成巖反應(yīng)作用，實現(xiàn)了固井二界面整體固化膠結(jié)[19]。

2.4 提高固井質(zhì)量的配套工藝技術(shù)

2.4.1 環(huán)空壓力補償

采用井口加回壓或附加循環(huán)摩阻的方式，補償封固目的層水泥漿因“失重”造成的壓力損失，提高對高壓地層的壓穩(wěn)能力，防止候凝過程中油氣水竄，為水泥漿候凝及強度發(fā)展提供靜態(tài)的環(huán)境。壓力補償值的確定應(yīng)由高壓層地層壓力、其它層位漏失壓力、水泥漿“失重”后壓力損失值、上層套管鞋漏失壓力、上層套管抗內(nèi)壓強度和井口放噴器組額定工作壓力綜合決定。針對尾管固井或雙級固井，也可借助鉆井液循環(huán)產(chǎn)生的循環(huán)摩阻對下部固井漿柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行壓力補償。

2.4.2 管外封隔器

管外封隔器固井是將并存于同一裸眼井段的高壓層、易漏層進(jìn)行“分而治之”的技術(shù)。管外封隔器一般加放在漏失層或高壓層之上，憋壓漲封后在環(huán)空形成良好密封，以承擔(dān)上部靜液柱壓力或阻止高壓層油氣水上竄。若存在多組高壓或易漏失層位，可采用封隔器組。封隔器安放位置設(shè)計需要建立準(zhǔn)確的地層壓力剖面，掌握地層巖性特征與井徑數(shù)據(jù)。另外，由于封隔器阻止上部液柱壓力傳遞，在候凝與強度發(fā)展過程中體積縮小，易在第一、二界面處產(chǎn)生微裂縫，影響封隔段內(nèi)的固井質(zhì)量。

圖3 管外封隔器封隔不同壓力、不同流體性質(zhì)地層Fig.3 External casing packers isolate the stratum with different pressure and fluid

2.4.3 旋流洗井工藝

調(diào)整井井徑常不規(guī)則，且井壁虛泥餅較厚，借助旋流發(fā)生器代替牙輪鉆頭劃眼，使“波浪型”井徑形成“小鋸齒形”井徑，有效清除掉了井壁虛泥餅及粘附巖屑，使高滲低壓層泥餅變薄，有利于提高二界面封固質(zhì)量，并減少了因牙輪劃眼對井眼的破壞，縮短了通井時間[20]。

2.4.4 漿柱結(jié)構(gòu)設(shè)計

多凝漿柱結(jié)構(gòu)實現(xiàn)分段壓穩(wěn)；功能性鉆井液提高對虛泥餅沖洗效率，稀釋鉆井液，減少聚合物驅(qū)地下滯留物對水泥漿的不利影響；隔離液有效隔離鉆井液與水泥漿，必要時起到輔助壓穩(wěn)作用。地層壓力高且不存在漏失的井，固井前可加重井內(nèi)部分段長鉆井液，碰壓后保留在環(huán)空內(nèi)；鉆井液性能無法調(diào)整至固井要求時，固井前泵注一定段長低粘切且同等密度的新配鉆井液；根據(jù)井徑數(shù)據(jù)，精確計算水泥漿量，準(zhǔn)確控制返高，避免因返高過高導(dǎo)致上部水泥漿在候凝時失去對全井段的壓穩(wěn)。漿柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計流程見圖4。

圖4 分段壓穩(wěn)與防漏固井設(shè)計Fig.4 Staged cementing design for leakproof and pressure stabilization

2.4.5 井底加壓工具

井底加壓工具配合管外封隔器，對井底至封隔器位置封隔段內(nèi)的水泥漿進(jìn)行加壓，保持固井施工和候凝期間對地層的正壓力，或維持平衡狀態(tài)，避免因體積收縮產(chǎn)生油氣水竄而影響界面膠結(jié)質(zhì)量。加壓工具位置在浮箍之上，兩者之間調(diào)整一定套管段長，固井施工碰壓后，先打開封隔器坐封，再通過壓縮套管內(nèi)水泥漿進(jìn)入環(huán)空，達(dá)到對環(huán)空壓力補償?shù)哪康?。補償至環(huán)空壓力大小是在“失重”后平衡壓力差值基礎(chǔ)上再附加1～8 MPa壓力。加壓行程套管長度確定需考慮流體壓縮量與壓力之間的關(guān)系、壓力造成的套管伸長量以及工具打開后由壓差產(chǎn)生的自由行程[21]。井底加壓器結(jié)構(gòu)見圖5。

2.4.6 水力振動固井技術(shù)

利用聲頻振動式、水力脈沖式、環(huán)空脈沖式和機械振動式等振動器，產(chǎn)生周期性脈動壓力，實現(xiàn)套管柱的阻尼共振效應(yīng)，改善流體流動性，清除套管柱外壁的鉆井液膜和井壁周圍的泥餅，提高頂替效率、水泥石強度和界面膠結(jié)質(zhì)量，防止活躍地層流體侵入環(huán)空，達(dá)到提高固井質(zhì)量的目的。

圖5 井底加壓器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.5 Structure of the well bottom pressurizer

3 下一步攻關(guān)方向或技術(shù)措施

3.1 地層壓力預(yù)測、檢測技術(shù)與地層壓力調(diào)整技術(shù)

準(zhǔn)確預(yù)測地層壓力、破裂壓力剖面，為鉆井、固井的平衡壓力設(shè)計提供依據(jù)。在精細(xì)地質(zhì)研究基礎(chǔ)上，分析地下各小層的連通情況；借助生產(chǎn)、測試等資料，依據(jù)滲流力學(xué)理論，建立儲層穩(wěn)定生產(chǎn)、不穩(wěn)定生產(chǎn)和鉆關(guān)后的壓力分布模型；依據(jù)滲流力學(xué)理論和疊加原理，建立多井干擾時的地層中任意一點的壓力分布模型。從而為實現(xiàn)地層壓力調(diào)整確定合理的鉆關(guān)范圍、合理鉆關(guān)時間及注水井降壓方法。

由于地層壓力系統(tǒng)變化快，通過分析實鉆和完鉆后測井資料，建立一套準(zhǔn)確實時的地層壓力檢測技術(shù)和異常高壓層識別技術(shù)，對優(yōu)化多壓力體系固井設(shè)計與過程控制更為直接有效。或使用實鉆機械鉆速以Dc指數(shù)法分析，或使用鉆井液密度結(jié)合循環(huán)摩阻以流體力學(xué)方法分析；在測井技術(shù)方面，可借助地層壓力測井直接測量，或利用自然電位曲線、聲波時差曲線、電阻率曲線等進(jìn)行計算。

3.2 候凝期間竄流機理與水泥漿(環(huán))防竄機理研究

進(jìn)一步攻關(guān)方向主要有：分析水泥漿在候凝失重期間的竄流機理，確定影響水泥漿防竄能力的關(guān)鍵參數(shù)及形成水泥漿防竄能力的綜合評價方法，研究水泥環(huán)力學(xué)破壞機理與實現(xiàn)水泥環(huán)長期密封有效性機理。

3.3 性能集成型的固井液體系開發(fā)

在影響調(diào)整井固井質(zhì)量的諸多因素中，固井液體系面臨的技術(shù)難點復(fù)雜，因此固井液體系的性能要求具有一定的集成性。如在水泥漿方面，不僅需滿足基體滲透性差、靜膠凝強度過渡時間(初、終凝過渡時間)短、微膨脹等防竄性能要求，還需滿足在地層流體腐蝕離子作用下的水泥石強度與滲透率穩(wěn)定。此外基于生產(chǎn)與開發(fā)需要要求水泥環(huán)具有一定的止裂增韌和彈性變形能力，滿足提高頂替效率需要的流變性要求等。隔離液兼具沖洗與隔離作用，并起到輔助壓穩(wěn)的作用。

3.4 精細(xì)控壓固井技術(shù)

同一裸眼段存在多壓力體系時，同一層位的漏失壓力與地層壓力間“窗口”窄，或欠壓層漏失壓力與高壓層地層壓力之間的“窗口”窄，或存在易漏易吐復(fù)合層，研究精細(xì)控壓固井技術(shù)解決壓穩(wěn)與防漏難以兼顧的問題。在固井前循環(huán)和固井施工過程中，采用流體力學(xué)基本原理，準(zhǔn)確模擬固井井口、井底壓力和循環(huán)摩阻，通過調(diào)整正注入排量和返出口流量，控制反向回壓以調(diào)節(jié)井筒液柱壓力，實現(xiàn)安全固井的目的[22]。

3.5 固井頂替機理研究

提高頂替效率是一項綜合性的工程技術(shù)目標(biāo)，涉及影響因素多。開展井眼條件、流體性能和施工參數(shù)綜合作用下的頂替機理研究，為完善從下套管、鉆井液性能調(diào)整、固井液性能優(yōu)化、漿柱結(jié)構(gòu)設(shè)計至注替漿排量控制等方面的提高頂替效率設(shè)計提供理論依據(jù)。主要技術(shù)方法有：

(1)數(shù)值模擬：建立環(huán)空幾何模型、構(gòu)建流體流動模型，以流體體積法追蹤頂替界面形態(tài)，分析各因素對頂替效率的影響規(guī)律。

(2)實驗研究：建立環(huán)空頂替實驗裝置，以固井液或其相似液模擬環(huán)空頂替過程，實測頂替效率或觀測頂替界面。

(3)理論研究：在平板流模型或Hele-shaw模型基礎(chǔ)上理論計算頂替過程。其中，理論研究方法可預(yù)測各因素對頂替影響的綜合作用，以Hele-shaw模型為基礎(chǔ)的理論研究是固井頂替機理的最新發(fā)展趨勢[23-24]。

4 結(jié)論

(1)層間壓差、聚合物地下流體滯留物和頂替效率等因素影響，地下壓力場、流體成分的動態(tài)變化，加之老油田開發(fā)后期細(xì)分開采需要對固井質(zhì)量要求高，是調(diào)整井固井面臨的關(guān)鍵技術(shù)問題。

(2)目前調(diào)整井固井從平衡壓力固井設(shè)計、提高頂替效率、防竄防漏固井液體系和輔助配套工具等方面采取了系列措施，取得了一定的效果，但由于在實際地層壓力、防竄機理、地層流體成分等方面認(rèn)識不準(zhǔn)確，造成技術(shù)措施適用性有限。在此基礎(chǔ)上，提出深入開展地層壓力預(yù)測、檢測與地層壓力調(diào)整技術(shù)，防竄機理和水泥漿防竄能力量化評價技術(shù)，固井頂替機理和精細(xì)控壓固井技術(shù)以及性能集成型的固井液體系開發(fā)研究。