開(kāi)窗側(cè)鉆井固井技術(shù)研究與應(yīng)用探討

呂海龍

摘 要：在鉆井工作不斷發(fā)展的背景下，資源大量消耗等多種弊端逐漸凸顯。為解決施工效果不理想的問(wèn)題，施工單位在進(jìn)行鉆井工作時(shí)必須強(qiáng)化對(duì)新型鉆井工藝技術(shù)的應(yīng)用，滿足礦井開(kāi)采需求，在確保施工安全的基礎(chǔ)上提高施工效率，幫助企業(yè)獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益。文章主要分析了開(kāi)窗側(cè)鉆井固井技術(shù)的應(yīng)用策略，探討了開(kāi)窗側(cè)鉆井固井技術(shù)的優(yōu)化發(fā)展措施，希望為不斷提升固井技術(shù)的應(yīng)用效果提供參考。

關(guān)鍵詞：開(kāi)窗側(cè)鉆井固井技術(shù);應(yīng)用;優(yōu)化發(fā)展

中圖分類號(hào)：TE2;TE3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1064（2021）12-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.12.008

油氣資源開(kāi)發(fā)中，要應(yīng)用鉆井技術(shù)，才能提高油氣田開(kāi)發(fā)效率和質(zhì)量。目前，我國(guó)大多數(shù)地區(qū)的油氣田都已進(jìn)入開(kāi)發(fā)中后期階段，導(dǎo)致鉆井施工作業(yè)的施工環(huán)境更加復(fù)雜，也對(duì)鉆井技術(shù)提出了更加嚴(yán)格的要求。開(kāi)窗側(cè)鉆井固井技術(shù)是一種常見(jiàn)的鉆井技術(shù)，具有鉆井傾斜度較大、固井難度較大等特點(diǎn)，為提高固井質(zhì)量，不斷優(yōu)化鉆井結(jié)構(gòu)，相關(guān)技術(shù)人員必須通過(guò)采取優(yōu)化措施，實(shí)現(xiàn)固井技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展。

1 小井眼固井的技術(shù)難點(diǎn)及技術(shù)關(guān)鍵

由于開(kāi)窗側(cè)鉆，造成小井眼完井，對(duì)固井注水泥作業(yè)以及如何提高固井質(zhì)量提出了新的問(wèn)題，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

第一，小環(huán)空隙造成水泥環(huán)，使水泥石強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求更高;小間隙固井對(duì)常規(guī)油氣層固井而言，水泥環(huán)薄，尤其是套管接箍處，考慮到井眼縮徑因素，對(duì)水泥塞的強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求較高;小間隙固井對(duì)常規(guī)油氣層固井而言，水泥環(huán)薄，尤其是套管接箍處，水泥環(huán)厚度會(huì)更薄，從而造成水泥塞不均勻。所以，對(duì)水泥漿性能要求較高（即析水接近0，失水較低），注入水泥漿時(shí)密度的暫時(shí)性波動(dòng)會(huì)影響環(huán)空一大段水泥環(huán)的質(zhì)量，同時(shí)水泥環(huán)也需要有足夠的強(qiáng)度和韌性以承受井下作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的震動(dòng)、沖擊。

第二，由于小套管剛度小，易彎曲、偏心和貼壁，導(dǎo)致小環(huán)空隙頂壓降低，套管居中是保證固井質(zhì)量的重要因素之一。實(shí)踐證明，常規(guī)注水泥時(shí)，對(duì)套管柱的密度要求不低于67%。對(duì)于小間隙固井施工而言，實(shí)際井身質(zhì)量如井斜、傾角等的變化使套管更難以居中。

此外，由于環(huán)空間隙小，考慮到完井管柱下摩阻和完井液、水泥漿的流動(dòng)阻力，套管扶正器的數(shù)目不可能過(guò)大。套筒不居中，造成水泥漿偏流，影響了水泥漿的驅(qū)替效果。因此套管的扶正問(wèn)題及如何提高頂替效率應(yīng)加以特別考慮。

第三，整個(gè)流道變小，使注水泥作業(yè)時(shí)的流動(dòng)阻力明顯增大，造成泵壓升高，導(dǎo)致水泥漿容易失水和脫水，發(fā)生橋堵和憋泵的概率增加，因而易產(chǎn)生橋堵和憋泵的問(wèn)題。

第四，環(huán)空隙較小，完井管柱下入預(yù)定井深較難。影響套管下入的一個(gè)重要因素是小間隙井的井身質(zhì)量，全角變化率過(guò)大和井眼縮徑將直接阻礙套管下入。環(huán)空隙較小，與常規(guī)井眼相比，井壁與套管之間的粘結(jié)力更強(qiáng)，更有可能粘結(jié)套管。環(huán)空隙較小，增大了套管下入時(shí)與井壁接觸的機(jī)會(huì)，也增大了套管下入阻力。同時(shí)，由于受油氣的開(kāi)采，其發(fā)生上竄的幾率和危害也隨之增加，對(duì)工藝措施和水泥漿的防竄能力提出了更高的要求。

2 開(kāi)窗側(cè)鉆井固井技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

2.1 做好固井施工前的準(zhǔn)備工作

固井技術(shù)施工前，必須做好相關(guān)的準(zhǔn)備工作，為固井施工的順利開(kāi)展奠定良好基礎(chǔ)。首先，在準(zhǔn)備工作中，要深入檢查尾管懸掛器等相關(guān)零部件的使用狀態(tài)，以及檢查中心管道是否流通順暢，在完成套管工作后要觀察連接處是否密封良好。其次，要仔細(xì)地檢測(cè)套管的其他零部件，確保施工設(shè)備滿足固井施工的應(yīng)用要求。再次，要控制好井身質(zhì)量及鉆井液性能。

在井徑規(guī)則和井眼軌跡變化平緩的情況下，井眼質(zhì)量指井徑和井眼軌跡的變化有利于提高頂替效率，但當(dāng)井眼出現(xiàn)大肚量或井徑出現(xiàn)鋸齒時(shí)，頂替效率難以保證，因此，在鉆井過(guò)程中應(yīng)采取一切措施，為固井創(chuàng)造良好條件。

若井筒質(zhì)量存在先天不足，則必須進(jìn)行固井設(shè)計(jì)，通過(guò)合理設(shè)計(jì)前置液、增大前置液用量，使前置湍流接觸時(shí)間達(dá)到5 min以上，從而提高洗井和頂替效率。另外，注水泥前泥漿的性能對(duì)頂替效率也有較大的影響，對(duì)小間隙固井要求注漿前注漿粘度較低。

2.2 合理控制固井施工壓力

水泥漿及鉆井液本身的物理和化學(xué)性能會(huì)在一定程度上影響鉆井施工中的壓力，為減小這一壓力，避免由于壓力過(guò)大引起的井噴問(wèn)題，必須選擇自身性能較好的水泥漿材料及鉆井液。

固井施工中的壓力與套管工作的據(jù)中度具有密不可分的關(guān)系。套管通常需要緊貼在提前開(kāi)辟的井壁上，而套管與井眼中心位置的偏離程度直接影響到鉆井液的流動(dòng)程度，如果套管距離井眼中心位置偏離程度較大，新的鉆井液在沖擊狀態(tài)下不能將前端滯留的鉆井液頂替干凈，導(dǎo)致水泥漿無(wú)法均勻分布。由此可見(jiàn)，套管與井眼中心偏離程度的控制工作至關(guān)重要。

在準(zhǔn)備工作中，必須控制套管的居中程度，可以通過(guò)提前應(yīng)用相關(guān)模擬軟件模擬現(xiàn)場(chǎng)的套管位置，確保套管的居中程度控制在一定范圍內(nèi)，即使后期鉆井液排量較低，也能清除窄邊的泥漿。

在固井施工中，如果球座與大膠塞之間產(chǎn)生碰撞或大膠塞與小膠塞之間產(chǎn)生碰撞，都會(huì)帶來(lái)碰撞壓力。如果碰撞壓力較高，會(huì)導(dǎo)致單流閥失效。除此之外，大膠塞與小膠塞的劇烈碰撞，也可能導(dǎo)致膠塞膠皮受損，進(jìn)而導(dǎo)致套管內(nèi)部的水泥產(chǎn)生堆積現(xiàn)象。在前期準(zhǔn)備工作中，碰撞壓力必須嚴(yán)格控制在一定范圍內(nèi)。在固井施工中，要控制鉆井液的排量，并采用一定的防護(hù)措施，避免套管內(nèi)部水泥堵塞。

2.3 規(guī)范固井施工操作流程

為確保固井施工質(zhì)量，必須采用嚴(yán)格的管理手段，規(guī)范固井施工操作的相關(guān)流程。

固井施工必須注意以下幾個(gè)問(wèn)題。一是合理搭配鉆孔機(jī)械，確保鉆孔機(jī)械的設(shè)備剛度滿足套管需求。二是合理擺放懸掛器的位置，在進(jìn)行固定工作前做好刮壁工作，確保工作區(qū)域管壁的光滑程度。三是在套管之前進(jìn)行最后一次轉(zhuǎn)循環(huán)處理，保證內(nèi)部泥漿處理得當(dāng)，然后在鉆井內(nèi)部注入10 m3的泥漿液，通過(guò)循環(huán)注射方式，提高鉆井內(nèi)部的清潔程度。四是在選擇封閉漿材料時(shí)，注意不得使用高粘漿，要在封閉漿材料中添加適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑劑，從而降低因過(guò)度摩擦帶來(lái)的阻力，提高井眼的穩(wěn)定性。五是提前往井底注入稠漿，達(dá)到良好的封堵效果。六是在固井施工中確保下放速度控制在一定范圍內(nèi)，如果下放速度過(guò)快，可能產(chǎn)生較大的機(jī)動(dòng)壓力，導(dǎo)致井漏現(xiàn)象。七是使用高效沖洗液，能將殘留在頂部的鉆井液頂替掉。八是在水泥漿液的配比中添加定量的堵漏材料，提高水泥漿液的堵漏效果[1]。

2.4 嚴(yán)格控制開(kāi)窗側(cè)鉆井工藝要求

為確保開(kāi)窗側(cè)鉆井的固井質(zhì)量，達(dá)到保護(hù)儲(chǔ)層、滿足完井要求及提高產(chǎn)量的目的，主要固井工藝要求如下：

第一，根據(jù)地層特點(diǎn)、固井工藝和固井質(zhì)量要求，科學(xué)、合理地編制固井設(shè)計(jì)。

第二，針對(duì)小孔隙、小間隙固井的特殊情況，選擇性能優(yōu)良、質(zhì)量可靠的固井工具和管串附件，同時(shí)根據(jù)套管的套損狀況、密封性和水泥返高等情況，確定合理的懸掛位置，嚴(yán)格按照尾管固井的工藝要求及操作規(guī)程，確?，F(xiàn)場(chǎng)施工的順利進(jìn)行。

第三，注水泥前井眼和鉆井液準(zhǔn)備要求：一是針對(duì)易漏出地層進(jìn)行堵漏治水，提高地層承壓能力，確保固井質(zhì)量;二是完鉆注水泥前，要求鉆井液達(dá)到粘度低、動(dòng)塑比低、泥餅薄韌度好，滿足固井要求;三是針對(duì)井筒質(zhì)量和井下情況，合理控制循環(huán)時(shí)間，避免長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)，保證井下安全。

第四，加強(qiáng)下套管前的井眼準(zhǔn)備和井眼清理工作。在下生產(chǎn)尾管之前，必須仔細(xì)通井，確保井下安全及井眼暢通，在通井時(shí)帶大接頭或小尺寸穩(wěn)定器，防止下套管遇阻和卡鉆，氣層段反復(fù)劃眼，以清除井壁的泥餅，充分循環(huán)稀釋泥漿，大排量洗井，防止下套管遇阻，井底無(wú)沉沙。

第五，嚴(yán)格按照下套管操作規(guī)程進(jìn)行下套管作業(yè)，仔細(xì)檢查固井工具和管串附件，合理加放扶正器，確保套管處于中度，必須使用套管鉗、扭矩儀和螺紋密封脂（CASTTA101、CASTTA102），螺紋扭矩必須符合要求，確保絲扣的密封性。

第六，根據(jù)地層特征、井眼質(zhì)量、井眼軌跡和井下情況，通過(guò)固井軟件優(yōu)化計(jì)算，科學(xué)、合理地加注扶正器（剛性、彈性），保證復(fù)合井眼套管的摩阻性能達(dá)到中度≥67%，同時(shí)進(jìn)行下套管摩阻計(jì)算，確保生產(chǎn)尾管順利進(jìn)行。

第七，采用平衡壓力固井，依據(jù)防氣侵、氣竄的原理，在保證壓穩(wěn)氣層、水層和防止漏失的情況下，盡可能降低環(huán)空動(dòng)、靜液柱壓力，嚴(yán)格控制水泥漿（失水、析水、固相顆粒）進(jìn)入產(chǎn)層，造成產(chǎn)層傷害。

3 開(kāi)窗側(cè)鉆井固井技術(shù)的優(yōu)化升級(jí)

3.1 開(kāi)窗側(cè)鉆井固井技術(shù)實(shí)現(xiàn)工藝創(chuàng)新的重要價(jià)值

開(kāi)窗側(cè)鉆井固井技術(shù)施工中，計(jì)算頂替量法、雙掛鉤膠塞碰壓法是最常用的兩種固井方式，這兩種固井方式的工作原理不同，因此固井工作效果也有一定的差異。

計(jì)算頂替量法主要是科學(xué)計(jì)算水泥漿的頂替量，控制水泥漿液的套管方式，確保固井施工順利進(jìn)行。但是，在水泥漿頂替過(guò)程中，必須提前計(jì)算頂替量，對(duì)前端的殘留液進(jìn)行頂替，同時(shí)，要將頂替量控制在一定范圍內(nèi)，如果頂替量過(guò)小，小型套管就有可能因?yàn)槟酀{堵塞而發(fā)生鉆桿直徑強(qiáng)度降低的現(xiàn)象[2]，進(jìn)而導(dǎo)致固井過(guò)程中小型鉆機(jī)出現(xiàn)扭曲或折斷的問(wèn)題，嚴(yán)重影響鉆塞速度，延長(zhǎng)油氣資源的開(kāi)采周期，提高油氣資源的開(kāi)采成本。

雙掛鉤膠塞碰壓法主要是通過(guò)應(yīng)用水泥漿進(jìn)行注漿工作，然后拆卸提前預(yù)裝好的管道，投入膠塞，通過(guò)頂替前端留下的膠液，將膠塞推入套管尾部。然后應(yīng)用碰壓裝置系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水泥漿向套管頂部循環(huán)頂替的施工目標(biāo)。

兩種固井施工方法中，雙掛鉤膠塞碰壓法的固井效果較好，但是在水泥漿頂替過(guò)程中，小套管內(nèi)部容易變形，從而導(dǎo)致頂替受到阻塞，甚至還會(huì)引發(fā)不可挽回的安全事故。由此可見(jiàn)，開(kāi)窗側(cè)鉆井固井施工技術(shù)的創(chuàng)新和升級(jí)是必然的，必須解決頂替過(guò)程中套管變形問(wèn)題，才能提高固井工作的效率和質(zhì)量[3]。

3.2 創(chuàng)新型固井技術(shù)的應(yīng)用原理以及施工步驟

在應(yīng)用計(jì)算頂替量法、雙掛鉤膠塞碰壓法的基礎(chǔ)上，經(jīng)濟(jì)不斷研究、創(chuàng)新和升級(jí)，相關(guān)技術(shù)人員研發(fā)了一種新型固井工藝——中心管投球固井法。

中心管投球固井法能夠降低開(kāi)窗側(cè)鉆井固井施工中的安全風(fēng)險(xiǎn)，還能幫助施工企業(yè)節(jié)約成本造價(jià)。應(yīng)用中心管投球固井法時(shí)，管柱的組合形式相對(duì)較多，可以根據(jù)鉆井工程的實(shí)際施工情況，靈活調(diào)整鉆井及懸掛套管的位置[4]。

中心管投球固井法主要是指在注入水泥漿液之后，讓水泥漿液通過(guò)循環(huán)流轉(zhuǎn)的方式流回套管環(huán)空，實(shí)現(xiàn)二次利用，然后再將鋼球裝入套管[5]。在投入鋼球時(shí)，必須注意鋼球的投入位置，確保鋼球能夠落在下方的強(qiáng)力磁吸球座上。這一過(guò)程中，要注意對(duì)管孔的清潔工作。

如果在固井過(guò)程中鉆井泵的壓力較高、排放的泥漿量較大，就要觀察磁吸球座與鋼球之間的密封性是否良好。如果磁吸球座與鋼球之間的密封性良好，就不需要對(duì)環(huán)空中的水泥漿進(jìn)行二次更換，在一定程度上減少了水泥漿原材料的用量。應(yīng)用中心管投球固井法，能夠在提高水泥漿應(yīng)用效率的同時(shí)，避免水泥漿堵塞鉆機(jī)的問(wèn)題[6]。

在水泥漿注入工程結(jié)束后，應(yīng)運(yùn)用新的頂替液體將水泥漿頂替出來(lái)，并合理控制頂替量，再將套管中殘留的水泥漿清洗干凈，避免套管中發(fā)生堵塞[7]。

在開(kāi)窗側(cè)鉆井固井施工中應(yīng)用中心管投球固井法，首先應(yīng)選擇合適的鉆掛形式，確保井套管能夠倒扣或懸掛在設(shè)計(jì)位置中央，在注入灰漿之前，必須在套管內(nèi)部放置一定的隔離漿，完成殘余量的頂替工作。在管道中，水泥漿會(huì)流經(jīng)管道的內(nèi)腔磁吸球座以及小套管尾部，然后再返回管道環(huán)空，從而形成封閉的水泥漿流動(dòng)方式。在投入鋼球之后，要立刻固定好鉆桿上的鉆扣，確保二者接觸良好。要對(duì)喇叭口進(jìn)行仔細(xì)清洗，將喇叭口中殘留的水泥漿清洗干凈，避免由于泥漿堵塞帶來(lái)的問(wèn)題，提高固定施工質(zhì)量。

實(shí)際施工中，必須仔細(xì)檢測(cè)鋼球與磁吸球座之間的連接緊密度，避免由于泵壓過(guò)大導(dǎo)致鋼球與磁吸球座之間出現(xiàn)縫隙。起鉆后，如果懸掛器與中心管之間的距離過(guò)大，就不要立即取出套管，這時(shí)要補(bǔ)灌泥漿。當(dāng)泥漿凝固成固定狀態(tài)后，可以運(yùn)用套管檢測(cè)井底的實(shí)際情況，將井底的殘留物質(zhì)清理干凈，為后續(xù)施工奠定良好基礎(chǔ)[8]。

4 結(jié)語(yǔ)

開(kāi)窗側(cè)鉆井固井施工技術(shù)難度高、風(fēng)險(xiǎn)大，目前，開(kāi)窗側(cè)鉆井固井技術(shù)在實(shí)際施工中主要采用計(jì)算頂替量法及雙掛鉤膠塞碰壓法，但是這兩種固井工藝存在著一定的缺陷，因此，要加快開(kāi)窗側(cè)鉆井固井施工技術(shù)的創(chuàng)新和升級(jí)，充分發(fā)揮創(chuàng)新工藝的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 馬邦.小井眼開(kāi)窗側(cè)鉆井固井工藝技術(shù)探討[J].化工管理，2020（11）：191-192.

[2] 王建，竇正道，徐浩.提高開(kāi)窗側(cè)鉆井固井質(zhì)量技術(shù)對(duì)策研究[J].新疆石油天然氣，2020，16（1）：25-29.

[3] 張浩.開(kāi)窗側(cè)鉆井固井技術(shù)研究與應(yīng)用[J].石化技術(shù)，2020，27（10）：267，269.

[4] 王玉霞.開(kāi)窗側(cè)鉆井固井技術(shù)研究與應(yīng)用探析[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2014（5）：117，108.

[5] 畢東.開(kāi)窗側(cè)鉆井固井技術(shù)應(yīng)用研究[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2021，41（14）：168-169.

[6] 易旦，何冠羲，劉成，等.開(kāi)窗側(cè)鉆井小井眼小間隙固井技術(shù)探討[J].中國(guó)高新區(qū)，2018（11）：186.

[7] 曾夏茂.淺析小井眼開(kāi)窗側(cè)鉆井中固井工藝的控制要點(diǎn)[J].化工管理，2015（9）：185.

[8] 劉雙進(jìn).小井眼開(kāi)窗側(cè)鉆井固井工藝技術(shù)[J].化工管理，2016（17）：227.