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摘要：固井是钻井过程中的重要作业。在钻井作业中一般至少要有两次固井（生产井），多至4～5次固井（深探井）。水平井固井质量不高的主要原因在于水平段套管在重力作用下往往偏向下井壁，固井时水泥浆容易从宽间隙处顶替钻井液，使得窄间隙处的顶替效率不高，容易形成钻井液滞留，导致形成的水泥环薄厚不均，甚至有些地方没有形成水泥环严重影响固井质量。固井质量严重影响水平井优势发挥，水平井射孔后很快窜槽水淹。为提高水平井固井质量，研究顶替机理和固井气窜规律，开发塑性胶乳及塑性膨胀防气窜水泥浆体系，提高复杂井眼水泥浆的顶替效率。
关键词：固井质量；水平井；顶替机理；固井气窜规律；水泥浆体系
固井是钻完井作业过程中不可缺少的一个重要环节，它包括下套管和注水泥。固井技术是多学科的综合应用技术，具有系统性、一次性和时间短的特点。固井的主要目的是保护和支撑油气井内的套管，封隔油、气和水等地层。水平井固井质量不高的主要原因在于：水平段套管在重力作用下往往偏向下井壁，固井时水泥浆容易从宽间隙处顶替钻井液，使得窄间隙处的顶替效率不高，容易形成钻井液滞留，导致形成的水泥环薄厚不均，甚至有些地方没有形成水泥环，严重影响固井质量。本文系统分析了水平井固井质量影响因素，提出提高水平井固井质量的系列措施，对现场水平井固井施工具有一定的指导意义，有助于提高水平井固井质量。
1水平井固井质量的影响因素
1. 1井眼质量
水平井钻井井眼质量对固井质量影响很大，通过对比分析多口水平井固井声幅曲线，发现井眼轨迹规则而平滑的井段固井质量较好，井眼不规则的井段固井质量较差；造斜段由于井眼不规则，固井质量明显低于直井段和水平段。因此，优质的井眼质量不仅有利于套管的顺利下入，而且有利于套管居中以及实现有效的顶替，是获得水平井良好固井质量的前提。
1. 2套管下入及居中情况
在造斜段和水平段，套管与井壁接触面积大，导致套管严重偏心和贴壁，下入摩阻增大，易出现套管下不到位和卡套管事故。同时，套管偏心严重影响了驱替效率和封固质量。理论与实践证明，只有居中度达到或大于67%时，固井质量才有保证。
1. 3混油钻井液
由于水平井井眼轨迹的特殊性，为了保证井壁稳定和减小井壁对管柱的摩阻，往往在泥浆中混入10%左右的原油，混入原油后井壁泥饼和套管壁上的油膜严重影响了两个胶结面的胶结质量，易出现窜槽导致油气水层互窜。
1. 4岩屑床
在钻进大斜度井段和水平段过程中，常形成键槽和椭圆形等不规则井眼，造成井径扩大，且易形成岩屑床和死泥浆，钻进过程中岩屑不易被有效携带，造成岩屑和固相颗粒在水平段大量沉积，影响了有效顶替。
1. 5水泥浆析水
在大斜度井段和水平段，因斜向或横向运移的特点，自由水易聚集在井眼高边形成连续水槽或水带，形成油气窜流的通道。因此，降低水泥浆析水及保持水泥浆浆体稳定是提高固井质量的关键。
2提高水平井固井质量的措施
2. 1 井眼准备
井眼准备是水平井下套管以及实施固井作业的关键环节，主要技术措施如下：①使用原钻具通井，充分循环洗井并循环处理钻井液；②电测后通井，利用短起下钻使井眼达到井壁稳定、畅通无阻；③大排量充分循环洗井，调整钻井液性能，控制滤失量与动切力，保证无沉砂、垮塌与漏失。④通井起钻前，在大斜度井段和水平段注入防卡钻井液，加足润滑材料，以降低摩阻和扭矩，为下套管作业创造有利的井眼条件。
2. 2调整钻井液性能
由于使用混油或油基钻井液，钻井后期又加入油层保护剂，致使钻井液静切力与动切力较高，流动性差，容易出现下套管中途发生井漏或者套管无法下到位、开泵困难、甚至无法开泵等事故。因此，控制和调整钻井液性能是顺利实施注水泥作业的前提。
2. 3前置液设计
水平井在造斜段和水平段钻进时一般采用混油钻井液，钻进过程中泥饼表面形成油膜，导致井壁和套管壁不能形成良好的水润界面，从而影响胶结面的胶结质量与胶结强度。改善井壁和套管壁的润湿性能是前置液的关键。冲洗液设计的主要原则是具有较低的密度（1. 0
～1. 10g /cm3），可有效破坏井壁的油润环境，使井壁由亲油性向亲水性转变；冲洗液流态接近牛顿流体且具有较低的紊流临界排量，对泥饼有较强的浸透力，能降低钻井液粘度与切力；稀释性能好，冲刷井壁与套管效果好；冲洗液用量应保持紊流条件下10m in以上接触时间。水平井隔离液主要采用粘性隔离液，要求具有良好的触变性、悬浮性和稳定性，可悬浮岩屑和固相
颗粒，在中温条件下塑性粘度应保持在40～180mPa·s，设计密度高于泥浆或低于水泥浆密度0. 12～0. 25g /cm3，胶凝强度低于水泥浆高于泥浆，屈服值于钻井液9. 6Pa。
2. 4 水泥浆性能设计
2. 4. 1高沉降稳定性
水平井固井中，水泥浆体系的稳定性非常关键，直接关系到其它各种性能的实现，尤其在大斜度井段和水平段，水泥浆体系不稳定将导致浆体上下密度差较大、顶部强度降低、渗透率增大、无法形成均质的水泥环，导致油气水窜。通常采用加入固相惰性材料的方法来控制析水和保证浆体稳定性。
2. 4. 2零析水低失水
提高水泥浆浆体的稳定性能，降低水泥浆析水是提高水平井固井质量的关键。水平井固井要求水泥浆自由水小于0. 5%，尽量接近零析水。
2. 4. 3短稠化时间，短过渡时间
水泥浆稠化时间过长导致水泥浆胶凝强度发展缓慢，将增大自由水的析出。因此，进行水泥浆设计时，应在保证施工安全的前提下减小水泥浆过渡时间，一般要求在15min以内，追求实现“直角”稠化。
2. 4. 5具有一定的触变性
水泥浆浆体触变性是指水泥浆具有搅拌稀释，静止增稠的特性。水泥浆保持一定的触变性可以更好地保证浆体的性能和稳定性，在水泥浆失重的状态下，浆体所形成的结构力可以防止地层流体对浆体的侵蚀。
2. 5优选管串附件
2. 5. 1浮鞋浮箍。为了防止回压阀失灵，回压阀常采用加压弹簧结构。浮鞋应选择流线型，以减小在造斜段的下入阻力。
2. 5. 2套管扶正器。合理安放套管扶正器，不仅可以改善套管的居中度，还可以减少下套管的摩擦阻力，从而保证套管安全快速到位。
套管偏心时造斜段与水平段的窄环隙易形成滞流区，顶替时在环空窄边易窜槽，影响固井質量。现场应根据地层、井斜与井径变化，选用旋流刚性扶正器与弓形弹簧扶正器。直井段一般采用弓形弹性扶正器，每三根套管安放一只弓形弹簧扶正器。造斜段主要采用刚性旋流扶正器，每两根套管安放一只旋流刚性扶正器，保证该段套管居中度达到67%以上。水平段主要采用刚性旋流扶正器。按每根套管一只或每两根套管一只安放旋流刚性扶正器，或者将旋流刚性扶正器和弓形弹簧扶正器交替安放，保证套管居中度达到67%以上。
参考文献：
[1]董世志，赵元伟. 油田固井技术研究与应用现状及前景探讨[J]. 河南科技. 2016（01）
关键词：固井质量；水平井；顶替机理；固井气窜规律；水泥浆体系
固井是钻完井作业过程中不可缺少的一个重要环节，它包括下套管和注水泥。固井技术是多学科的综合应用技术，具有系统性、一次性和时间短的特点。固井的主要目的是保护和支撑油气井内的套管，封隔油、气和水等地层。水平井固井质量不高的主要原因在于：水平段套管在重力作用下往往偏向下井壁，固井时水泥浆容易从宽间隙处顶替钻井液，使得窄间隙处的顶替效率不高，容易形成钻井液滞留，导致形成的水泥环薄厚不均，甚至有些地方没有形成水泥环，严重影响固井质量。本文系统分析了水平井固井质量影响因素，提出提高水平井固井质量的系列措施，对现场水平井固井施工具有一定的指导意义，有助于提高水平井固井质量。
1水平井固井质量的影响因素
1. 1井眼质量
水平井钻井井眼质量对固井质量影响很大，通过对比分析多口水平井固井声幅曲线，发现井眼轨迹规则而平滑的井段固井质量较好，井眼不规则的井段固井质量较差；造斜段由于井眼不规则，固井质量明显低于直井段和水平段。因此，优质的井眼质量不仅有利于套管的顺利下入，而且有利于套管居中以及实现有效的顶替，是获得水平井良好固井质量的前提。
1. 2套管下入及居中情况
在造斜段和水平段，套管与井壁接触面积大，导致套管严重偏心和贴壁，下入摩阻增大，易出现套管下不到位和卡套管事故。同时，套管偏心严重影响了驱替效率和封固质量。理论与实践证明，只有居中度达到或大于67%时，固井质量才有保证。
1. 3混油钻井液
由于水平井井眼轨迹的特殊性，为了保证井壁稳定和减小井壁对管柱的摩阻，往往在泥浆中混入10%左右的原油，混入原油后井壁泥饼和套管壁上的油膜严重影响了两个胶结面的胶结质量，易出现窜槽导致油气水层互窜。
1. 4岩屑床
在钻进大斜度井段和水平段过程中，常形成键槽和椭圆形等不规则井眼，造成井径扩大，且易形成岩屑床和死泥浆，钻进过程中岩屑不易被有效携带，造成岩屑和固相颗粒在水平段大量沉积，影响了有效顶替。
1. 5水泥浆析水
在大斜度井段和水平段，因斜向或横向运移的特点，自由水易聚集在井眼高边形成连续水槽或水带，形成油气窜流的通道。因此，降低水泥浆析水及保持水泥浆浆体稳定是提高固井质量的关键。
2提高水平井固井质量的措施
2. 1 井眼准备
井眼准备是水平井下套管以及实施固井作业的关键环节，主要技术措施如下：①使用原钻具通井，充分循环洗井并循环处理钻井液；②电测后通井，利用短起下钻使井眼达到井壁稳定、畅通无阻；③大排量充分循环洗井，调整钻井液性能，控制滤失量与动切力，保证无沉砂、垮塌与漏失。④通井起钻前，在大斜度井段和水平段注入防卡钻井液，加足润滑材料，以降低摩阻和扭矩，为下套管作业创造有利的井眼条件。
2. 2调整钻井液性能
由于使用混油或油基钻井液，钻井后期又加入油层保护剂，致使钻井液静切力与动切力较高，流动性差，容易出现下套管中途发生井漏或者套管无法下到位、开泵困难、甚至无法开泵等事故。因此，控制和调整钻井液性能是顺利实施注水泥作业的前提。
2. 3前置液设计
水平井在造斜段和水平段钻进时一般采用混油钻井液，钻进过程中泥饼表面形成油膜，导致井壁和套管壁不能形成良好的水润界面，从而影响胶结面的胶结质量与胶结强度。改善井壁和套管壁的润湿性能是前置液的关键。冲洗液设计的主要原则是具有较低的密度（1. 0
～1. 10g /cm3），可有效破坏井壁的油润环境，使井壁由亲油性向亲水性转变；冲洗液流态接近牛顿流体且具有较低的紊流临界排量，对泥饼有较强的浸透力，能降低钻井液粘度与切力；稀释性能好，冲刷井壁与套管效果好；冲洗液用量应保持紊流条件下10m in以上接触时间。水平井隔离液主要采用粘性隔离液，要求具有良好的触变性、悬浮性和稳定性，可悬浮岩屑和固相
颗粒，在中温条件下塑性粘度应保持在40～180mPa·s，设计密度高于泥浆或低于水泥浆密度0. 12～0. 25g /cm3，胶凝强度低于水泥浆高于泥浆，屈服值于钻井液9. 6Pa。
2. 4 水泥浆性能设计
2. 4. 1高沉降稳定性
水平井固井中，水泥浆体系的稳定性非常关键，直接关系到其它各种性能的实现，尤其在大斜度井段和水平段，水泥浆体系不稳定将导致浆体上下密度差较大、顶部强度降低、渗透率增大、无法形成均质的水泥环，导致油气水窜。通常采用加入固相惰性材料的方法来控制析水和保证浆体稳定性。
2. 4. 2零析水低失水
提高水泥浆浆体的稳定性能，降低水泥浆析水是提高水平井固井质量的关键。水平井固井要求水泥浆自由水小于0. 5%，尽量接近零析水。
2. 4. 3短稠化时间，短过渡时间
水泥浆稠化时间过长导致水泥浆胶凝强度发展缓慢，将增大自由水的析出。因此，进行水泥浆设计时，应在保证施工安全的前提下减小水泥浆过渡时间，一般要求在15min以内，追求实现“直角”稠化。
2. 4. 5具有一定的触变性
水泥浆浆体触变性是指水泥浆具有搅拌稀释，静止增稠的特性。水泥浆保持一定的触变性可以更好地保证浆体的性能和稳定性，在水泥浆失重的状态下，浆体所形成的结构力可以防止地层流体对浆体的侵蚀。
2. 5优选管串附件
2. 5. 1浮鞋浮箍。为了防止回压阀失灵，回压阀常采用加压弹簧结构。浮鞋应选择流线型，以减小在造斜段的下入阻力。
2. 5. 2套管扶正器。合理安放套管扶正器，不仅可以改善套管的居中度，还可以减少下套管的摩擦阻力，从而保证套管安全快速到位。
套管偏心时造斜段与水平段的窄环隙易形成滞流区，顶替时在环空窄边易窜槽，影响固井質量。现场应根据地层、井斜与井径变化，选用旋流刚性扶正器与弓形弹簧扶正器。直井段一般采用弓形弹性扶正器，每三根套管安放一只弓形弹簧扶正器。造斜段主要采用刚性旋流扶正器，每两根套管安放一只旋流刚性扶正器，保证该段套管居中度达到67%以上。水平段主要采用刚性旋流扶正器。按每根套管一只或每两根套管一只安放旋流刚性扶正器，或者将旋流刚性扶正器和弓形弹簧扶正器交替安放，保证套管居中度达到67%以上。
参考文献：
[1]董世志，赵元伟. 油田固井技术研究与应用现状及前景探讨[J]. 河南科技. 2016（01）