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題，施工單位在進行鉆井工作時必須強化對新型鉆井工藝技術(shù)的應(yīng)用，滿足礦井開采需求，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)濟效益。文章主要分析了開窗側(cè)鉆井固井技術(shù)的應(yīng)用策略，探討了開窗側(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：開窗側(cè)鉆井固井技術(shù);應(yīng)用;優(yōu)化發(fā)展

中圖分類號：TE2;TE3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2021）12-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.12.008

油氣資源開發(fā)中，要應(yīng)用鉆井技術(shù)，才能提高油氣田開發(fā)效率和質(zhì)量。目前，我國大多數(shù)地區(qū)的油氣田都已進入開發(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，也對鉆井技術(shù)提出了更加嚴格的要求。開窗側(cè)鉆井固井技術(shù)是一種常見的鉆井技術(shù)，具有鉆井傾斜度較大、固井難度較大等特點，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)人員必須通過采取優(yōu)化措施，實現(xiàn)固井技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展。

1 小井眼固井的技術(shù)難點及技術(shù)關(guān)鍵

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

第一，小環(huán)空隙造成水泥環(huán)，使水泥石強度設(shè)計要求更高;小間隙固井對常規(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，對水泥塞的強度設(shè)計要求較高;小間隙固井對常規(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)厚度會更薄，從而造成水泥塞不均勻。所以，對水泥漿性能要求較高（即析水接近0，失水較低），注入水泥漿時密度的暫時性波動會影響環(huán)空一大段水泥環(huán)的質(zhì)量，同時水泥環(huán)也需要有足夠的強度和韌性以承受井下作業(yè)時產(chǎn)生的震動、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。實踐證明，常規(guī)注水泥時，對套管柱的密度要求不低于67%。對于小間隙固井施工而言，實際井身質(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、水泥漿的流動阻力，套管扶正器的數(shù)目不可能過大。套筒不居中，造成水泥漿偏流，影響了水泥漿的驅(qū)替效果。因此套管的扶正問題及如何提高頂替效率應(yīng)加以特別考慮。

第三，整個流道變小，使注水泥作業(yè)時的流動阻力明顯增大，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重要因素是小間隙井的井身質(zhì)量，全角變化率過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，更有可能粘結(jié)套管。環(huán)空隙較小，增大了套管下入時與井壁接觸的機會，也增大了套管下入阻力。同時，由于受油氣的開采，其發(fā)生上竄的幾率和危害也隨之增加，對工藝措施和水泥漿的防竄能力提出了更高的要求。

2 開窗側(cè)鉆井固井技術(shù)的應(yīng)用要點

2.1 做好固井施工前的準備工作

固井技術(shù)施工前，必須做好相關(guān)的準備工作，為固井施工的順利開展奠定良好基礎(chǔ)。首先，在準備工作中，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，要仔細地檢測套管的其他零部件，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，頂替效率難以保證，因此，在鉆井過程中應(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，則必須進行固井設(shè)計，通過合理設(shè)計前置液、增大前置液用量，使前置湍流接觸時間達到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頂替效率也有較大的影響，對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，避免由于壓力過大引起的井噴問題，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)致水泥漿無法均勻分布。由此可見，套管與井眼中心偏離程度的控制工作至關(guān)重要。

在準備工作中，必須控制套管的居中程度，可以通過提前應(yīng)用相關(guān)模擬軟件模擬現(xiàn)場的套管位置，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，都會帶來碰撞壓力。如果碰撞壓力較高，會導(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，進而導(dǎo)致套管內(nèi)部的水泥產(chǎn)生堆積現(xiàn)象。在前期準備工作中，碰撞壓力必須嚴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問題。一是合理搭配鉆孔機械，確保鉆孔機械的設(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，注意不得使用高粘漿，要在封閉漿材料中添加適當(dāng)?shù)臐櫥瑒?，從而降低因過度摩擦帶來的阻力，提高井眼的穩(wěn)定性。五是提前往井底注入稠漿，達到良好的封堵效果。六是在固井施工中確保下放速度控制在一定范圍內(nèi)，如果下放速度過快，可能產(chǎn)生較大的機動壓力，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 嚴格控制開窗側(cè)鉆井工藝要求

為確保開窗側(cè)鉆井的固井質(zhì)量，達到保護儲層、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、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。

第二，針對小孔隙、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，嚴格按照尾管固井的工藝要求及操作規(guī)程，確?，F(xiàn)場施工的順利進行。

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

第四，加強下套管前的井眼準備和井眼清理工作。在下生產(chǎn)尾管之前，必須仔細通井，確保井下安全及井眼暢通，在通井時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，井底無沉沙。

第五，嚴格按照下套管操作規(guī)程進行下套管作業(yè)，仔細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，通過固井軟件優(yōu)化計算，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到中度≥67%，同時進行下套管摩阻計算，確保生產(chǎn)尾管順利進行。

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、靜液柱壓力，嚴格控制水泥漿（失水、析水、固相顆粒）進入產(chǎn)層，造成產(chǎn)層傷害。

3 開窗側(cè)鉆井固井技術(shù)的優(yōu)化升級

3.1 開窗側(cè)鉆井固井技術(shù)實現(xiàn)工藝創(chuàng)新的重要價值

開窗側(cè)鉆井固井技術(shù)施工中，計算頂替量法、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。

計算頂替量法主要是科學(xué)計算水泥漿的頂替量，控制水泥漿液的套管方式，確保固井施工順利進行。但是，在水泥漿頂替過程中，必須提前計算頂替量，對前端的殘留液進行頂替，同時，要將頂替量控制在一定范圍內(nèi)，如果頂替量過小，小型套管就有可能因為泥漿堵塞而發(fā)生鉆桿直徑強度降低的現(xiàn)象[2]，進而導(dǎo)致固井過程中小型鉆機出現(xiàn)扭曲或折斷的問題，嚴重影響鉆塞速度，延長油氣資源的開采周期，提高油氣資源的開采成本。

雙掛鉤膠塞碰壓法主要是通過應(yīng)用水泥漿進行注漿工作，然后拆卸提前預(yù)裝好的管道，投入膠塞，通過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)，實現(xiàn)水泥漿向套管頂部循環(huán)頂替的施工目標。

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，甚至還會引發(fā)不可挽回的安全事故。由此可見，開窗側(cè)鉆井固井施工技術(shù)的創(chuàng)新和升級是必然的，必須解決頂替過程中套管變形問題，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)用計算頂替量法、雙掛鉤膠塞碰壓法的基礎(chǔ)上，經(jīng)濟不斷研究、創(chuàng)新和升級，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窗側(cè)鉆井固井施工中的安全風(fēng)險，還能幫助施工企業(yè)節(jié)約成本造價。應(yīng)用中心管投球固井法時，管柱的組合形式相對較多，可以根據(jù)鉆井工程的實際施工情況，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，讓水泥漿液通過循環(huán)流轉(zhuǎn)的方式流回套管環(huán)空，實現(xiàn)二次利用，然后再將鋼球裝入套管[5]。在投入鋼球時，必須注意鋼球的投入位置，確保鋼球能夠落在下方的強力磁吸球座上。這一過程中，要注意對管孔的清潔工作。

如果在固井過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，就不需要對環(huán)空中的水泥漿進行二次更換，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，避免水泥漿堵塞鉆機的問題[6]。

在水泥漿注入工程結(jié)束后，應(yīng)運用新的頂替液體將水泥漿頂替出來，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。要對喇叭口進行仔細清洗，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的問題，提高固定施工質(zhì)量。

實際施工中，必須仔細檢測鋼球與磁吸球座之間的連接緊密度，避免由于泵壓過大導(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大，就不要立即取出套管，這時要補灌泥漿。當(dāng)泥漿凝固成固定狀態(tài)后，可以運用套管檢測井底的實際情況，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

開窗側(cè)鉆井固井施工技術(shù)難度高、風(fēng)險大，目前，開窗側(cè)鉆井固井技術(shù)在實際施工中主要采用計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，要加快開窗側(cè)鉆井固井施工技術(shù)的創(chuàng)新和升級，充分發(fā)揮創(chuàng)新工藝的應(yīng)用價值。

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