影響石油固井質(zhì)量的主要因素及改進措施

張航瑞

【摘 要】固井作業(yè)是石油鉆井工程的最后一道工序，固井作業(yè)相關(guān)工作的質(zhì)量直接影響了鉆井工程整體的質(zhì)量。本文從鉆井液、水泥漿、地層巖性和鉆研條件4個方面分析了影響石油固井質(zhì)量的主要因素，提出了改進石油固井質(zhì)量的措施并加以分析，對于推進我國石油開采行業(yè)發(fā)展進程有一定的借鑒作用。

【關(guān)鍵詞】石油鉆井工程;石油固井質(zhì)量;影響因素;改進措施

1.影響石油固井質(zhì)量的主要因素

（1）鉆井液的影響

鉆井液又稱為鉆孔沖洗液，是滿足鉆井工作需要而使用的各種循環(huán)流體的總稱。鉆井液的參數(shù)值對固井質(zhì)量有著直接的影響。鉆井液的切力和凝膠性能對頂替效率有直接的影響;鉆井液的密度會影響浮力效應(yīng)，當(dāng)鉆井液密度低于水泥漿密度時，差值越大浮力效應(yīng)越強固井質(zhì)量也越高，反之浮力效應(yīng)不明顯，固井質(zhì)量就會下降;鉆井液的粘度與其流動性有直接關(guān)系，粘度低的鉆井液流動性強，頂替效率也較高;鉆井液的失水量如果過高，會導(dǎo)致水泥石與底層之間的膠結(jié)力降低，從而降低固井質(zhì)量。

（2）水泥漿的影響

水泥漿是固井作業(yè)中的固井工作液，水泥漿在套管與井壁之間注入，固化后變成水泥石將井壁與套管固結(jié)起來。水泥漿的注入方式和自身參數(shù)都和固井作業(yè)質(zhì)量有直接的關(guān)系。注入水泥漿的密封長度應(yīng)控制在800-1200米才能保證固井質(zhì)量;注入水泥漿時的環(huán)空返速會對頂替效率有較大影響，普遍使用大排量和高環(huán)空返速的方法來提高固井質(zhì)量，近年來也有人研究如何在低速環(huán)空返速的狀態(tài)下保證固井質(zhì)量;高密度水泥漿可以提高固井質(zhì)量，水泥漿的密度和流量及鉆井液浮力有關(guān)。

（3）地層巖性的影響

地層巖性是指固井水泥環(huán)周邊的巖層孔隙度與滲透率?？紫抖扰c滲透率高會導(dǎo)致水凝固期間的水分喪失從而降低膠結(jié)程度，導(dǎo)致固井質(zhì)量的下降，甚至出現(xiàn)鉆井坍塌事故。地層巖性與溫度和壓力有關(guān)，在鉆井作業(yè)初期巖層局部壓力不大時不會對開采造成較大影響，但隨著巖層局部運動導(dǎo)致壓力增加就會出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，最終降低膠結(jié)程度影響鉆井的固井質(zhì)量。因此固井作業(yè)要對巖層的地層巖性進行勘探考察，在開采過程中也要隨時觀測井內(nèi)巖層壓力來防止事故的發(fā)生。

（4）井眼條件的影響

井眼條件對固井作業(yè)的頂替效率和施工安全有直接的影響，在一些特殊井眼條件下固井作業(yè)的效率和安全是需要專門設(shè)計才能保證的。井眼的形狀一般都是不規(guī)則的，在進行井眼條件研究時要關(guān)注井眼的規(guī)則程度和井壁是否相對光滑，井眼不規(guī)則和粗糙的井壁會影響水泥漿的膠結(jié)程度從而降低固井質(zhì)量;井眼方向也影響固井質(zhì)量，一般來說直徑的套管居中度較高，水泥漿的流動阻力較小，定向井和水平井由于有井斜，套管居中度較低會增加水泥漿的流動阻力，從而降低頂替效率影響固井質(zhì)量;環(huán)空間隙是指井眼與套管之間的間隙，環(huán)空間隙的大小會影響雷諾數(shù)從而影響水泥漿的流動效率，環(huán)空間隙小雷諾數(shù)就較小，流動阻力增大排量降低，會減少環(huán)空返速從而降低頂替效率。

2.提高固井質(zhì)量的改進措施

根據(jù)影響固井作業(yè)質(zhì)量的因素分析可知，在固井作業(yè)時要綜合考慮鉆井液、水泥漿、地層巖性和井眼條件等多項參數(shù)。要根據(jù)客觀條件選擇合適的材質(zhì)和方案來提高固井作業(yè)質(zhì)量，可以從以下幾個方面來研究改進措施：

（1）鉆井液的選擇原則

鉆井液的密度、切力、粘度等參數(shù)是在固井作業(yè)前進行有效配置從而提高固井質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)。鉆井液的選擇要以密度低、失水量小、切力弱和粘度低為標準。盡可能將密度控制在1.20g/cm³下，鉆井液的切力要維持在0帕左右，粘度不應(yīng)超過25s，失水量維持在5ml水平，這樣可以保證固井優(yōu)質(zhì)率在80%以上甚至更高。鉆井液的材質(zhì)也是一個重要指標，應(yīng)盡量選擇滲透性能較差的鉆井液從而降低泥餅對固井作業(yè)造成的影響。

（2）水泥漿的調(diào)配原則

水泥漿的密度設(shè)計是目前固井作業(yè)中一個比較困難的問題，應(yīng)盡量在保證高密度的前提下，設(shè)計具有較高沉降穩(wěn)定性、流動性以及相容性的水泥漿配置方案。具體的做法就是在高密度水泥漿配置過程中使用加重材料來提高其他性能。加重材料應(yīng)選擇與水泥材質(zhì)相適應(yīng)的顆粒力度材料，顆粒力度不宜過大，否則容易出現(xiàn)離析問題;顆粒力度過小又會提高水泥的粘稠度從而影響固井質(zhì)量。

水泥漿調(diào)配要在各項參數(shù)要求的指導(dǎo)下進行設(shè)計，在此基礎(chǔ)上還要堅持盡量少用水的原則。如果水泥漿調(diào)配作業(yè)中加入了過多的水，就會稀釋加重劑從而提高使用量，水泥漿的硬度就會受到影響。

（3）降低地層因素的影響

針對地層巖性的影響，在進行固井作業(yè)時首先要做好勘探研究工作，確定當(dāng)?shù)氐貙訋r性的特征。針對易漏地層應(yīng)選用密度低、防漏的水泥漿，進行分級固井作業(yè)來提高固井質(zhì)量。針對地層吸水性較強的情況，可以選擇使用降失水劑來減少水泥漿失水量。對于腐蝕性較高的地層巖性，可以在水泥漿中加入防腐蝕劑、防氣竄劑等來提高抗腐蝕性。對于一些特殊地層，如高壓鹽水層、鹽巖層等，在進行固井作業(yè)時要設(shè)計鹽水泥漿體系來提高膠結(jié)程度，保證固井質(zhì)量和鉆井安全。

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（作者單位：中國石油集團渤海鉆探工程有限公司第二固井分公司）