復(fù)雜地層固井技術(shù)存在的問(wèn)題與研究探討獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

復(fù)雜地層固井技術(shù)存在的問(wèn)題與研究探討獲獎(jiǎng)科研報(bào)告【摘

要】目前我國(guó)油田常規(guī)固井作業(yè)技術(shù)以及相對(duì)成熟，工程作業(yè)施工穩(wěn)定性較高，但在復(fù)雜地層等非常規(guī)固井作業(yè)中，因固井質(zhì)量不合格造成的各類(lèi)施工質(zhì)量問(wèn)題的發(fā)生概率仍然較高，課題研究由此出發(fā)，基于我國(guó)復(fù)雜地層固井施工現(xiàn)狀，從影響調(diào)整井?深井?超深井等三個(gè)角度對(duì)固井質(zhì)量的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了分析探討，并基于研究結(jié)論提出優(yōu)化策略，旨在為我國(guó)固井工程技術(shù)的研究提供必要借鑒?

【關(guān)鍵詞】固井;非常規(guī)井;固井質(zhì)量

固井作業(yè)是石油資源勘探開(kāi)發(fā)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)石油資源開(kāi)采會(huì)產(chǎn)生直接影響，在當(dāng)前石油資源勘探開(kāi)發(fā)不斷深入的情況下，調(diào)整井?深井超深井?超高壓井等非常規(guī)井越來(lái)越常見(jiàn)，針對(duì)這些非常規(guī)井的復(fù)雜地層固井技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中還存在一些問(wèn)題，因此，針對(duì)復(fù)雜地層固井技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行深入分析具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義?

1固井工程

固井是完井作業(yè)中重要的工程環(huán)節(jié)，通過(guò)向井下下入套管，并向井眼和套管之間注入水泥實(shí)現(xiàn)環(huán)形空間密封的施工作業(yè)?固井工程技術(shù)密集，需要多個(gè)學(xué)科技術(shù)支持的綜合性工程項(xiàng)目，具有施工難度高?施工環(huán)節(jié)復(fù)雜?施工系統(tǒng)性強(qiáng)以及施工時(shí)間短等諸多特點(diǎn)，固井工程質(zhì)量直接決定油井穩(wěn)定性以及井內(nèi)套管的使用壽命?是確保油田生產(chǎn)持續(xù)性和穩(wěn)定性的重要工程項(xiàng)目?固井工程主要分為三個(gè)流程，分為套管下放?水泥注入以及井口安裝?首先，下套管需要選擇與鉆井工程向適應(yīng)匹配的尺寸以及材料，不同地層對(duì)鋼管性能要求差異較大，其中表層固井一般使用20-133/8"套管，材質(zhì)一般使用韌性和強(qiáng)度均較低的j級(jí)套管，技術(shù)套管對(duì)材料要求相對(duì)較高，需要使用更高強(qiáng)度材質(zhì)的套管?伴隨深度不斷增加套管強(qiáng)度要求逐步加大，壁厚?絲扣類(lèi)型也各不相同?在套管下放過(guò)程中需要對(duì)管柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行合理性與適用性檢驗(yàn)，確保固井質(zhì)量和套管下放順利?其次，水泥注入是完成套管施工后的施工工序，起到封閉環(huán)形空間，隔離油氣水層的重要作用，讓套管成為油氣與地面采油設(shè)備的唯一連通通道?油井深度各不相同，淺井與超深井深度差值超過(guò)2000m，導(dǎo)致井下溫度和壓力伴隨深度逐漸產(chǎn)生變化，不同深度的地層中土壤組成成分相差較大，因此要求固井水泥有著較寬的環(huán)境適應(yīng)能力以及較高的抗高溫?耐腐蝕能力?

2調(diào)整井固井存在問(wèn)題分析

2.1促凝劑影響

當(dāng)前我國(guó)大多數(shù)油田的調(diào)整井深度都處在1000～2500m的范圍內(nèi)，屬于淺井，井下溫度相對(duì)較低，經(jīng)過(guò)循環(huán)后井眼溫度通常能夠維持在50℃左右?為了能充分保障固井的平衡壓力，避免在固井作業(yè)過(guò)程中出現(xiàn)失重的現(xiàn)象，大多數(shù)情況下都會(huì)使用促凝劑?雖然一些促凝劑在使用后能夠有效提升水泥石的早期強(qiáng)度，但是隨著時(shí)間的不斷推移，水泥石的強(qiáng)度會(huì)逐漸出現(xiàn)遞減的情況，甚至一些水泥石在幾個(gè)月之后其強(qiáng)度能夠逐漸衰減到0，對(duì)固井質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響?因此，必須要針對(duì)促凝劑進(jìn)行深入分析?

2.2油井水泥自身存在問(wèn)題

一些井下地層中本身就含有大量的硫酸鹽?硫化氫等具有酸性腐蝕作用的介質(zhì)，如果針對(duì)這部分井使用的是A級(jí)的非抗硫水泥固井會(huì)導(dǎo)致水泥石非常容易出現(xiàn)腐蝕問(wèn)題，從而使得水泥石的強(qiáng)度逐步下降，嚴(yán)重影響了固井質(zhì)量?在多年實(shí)踐中人們發(fā)現(xiàn)將30%～40%的高爐礦渣加入到油井水泥中，能夠有效提升水泥石的抗腐蝕性，而且隨著時(shí)間的推移水泥石的強(qiáng)度也會(huì)逐漸增強(qiáng)?但是高爐礦渣本身的活性比較低，而且大多數(shù)情況下調(diào)整井的井溫比較低，使得水泥石實(shí)現(xiàn)稠化的時(shí)間也比較長(zhǎng)，不能滿(mǎn)足平衡固井的實(shí)際需求?因此，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)早凝性良好的礦渣水泥漿體系的研究，全面提升油井的壽命?

3深井?超深井固井技術(shù)存在問(wèn)題

在目前油田勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域中深井鉆完井一直都是一個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題，在鉆井作業(yè)過(guò)程中，深度的不斷增加會(huì)使得固井完井施工難度也增加，各種問(wèn)題也逐步凸顯出來(lái)，例如，水泥漿外加劑不具備良好的抗高溫性能，井下溫度?壓力升高到一定程度的情況下會(huì)使水泥石逐漸變脆，水泥漿的流變性能也逐漸變差;在針對(duì)深井窄環(huán)空進(jìn)行固井作業(yè)的過(guò)程中，水泥漿上返過(guò)程中由于環(huán)空間隙比較小，從而產(chǎn)生了較大的剪切力和摩阻，因此非常容易出現(xiàn)壓漏地層的現(xiàn)象;在常規(guī)井的固井作業(yè)過(guò)程中非常容易在水泥漿凝固階段出現(xiàn)失重現(xiàn)象，從而對(duì)固井質(zhì)量形成嚴(yán)重影響?在實(shí)際的固井施工過(guò)程中，雖然在固井方案的合理性，水泥漿性能室內(nèi)實(shí)驗(yàn)都做了大量工作，但是在實(shí)際固井施工的過(guò)程中仍然會(huì)出現(xiàn)稠化時(shí)間偏差?水泥石收縮率?游離液偏大等一些問(wèn)題，從而使得固井質(zhì)量很難得到保障?

4工藝弊端

4.1高溫緩凝劑質(zhì)量不過(guò)關(guān)

如前文所述，緩凝劑在高溫下穩(wěn)定性較差，最終造成了固井質(zhì)量的下降，為了較少上述因素對(duì)固井質(zhì)量的影響，我國(guó)逐步研發(fā)除了高溫緩凝制劑，目前部分緩凝制劑的抗高溫極限已經(jīng)可以達(dá)到180℃，可以滿(mǎn)足深井?超深井下使用的溫度需求?但我國(guó)目前使用的高溫抗凝劑對(duì)添加量十分敏感，如果使用劑量小于最佳使用量，會(huì)導(dǎo)致其失去作用甚至出現(xiàn)促凝的反作用?如果實(shí)際添加劑量大于最佳使用劑量會(huì)出現(xiàn)明顯的緩凝過(guò)度問(wèn)題，導(dǎo)致緩凝劑的整體容錯(cuò)率較低，使用精度要求極高，在實(shí)際的施工過(guò)程中掌控難度較大?

此外，目前我國(guó)使用的高溫緩凝劑均有較強(qiáng)的吸附性，在融入水泥后，會(huì)改變水泥漿膠體的電荷，造成游離液比例的上升，水泥會(huì)出現(xiàn)體積收縮的現(xiàn)象，導(dǎo)致對(duì)地層的封隔作用降低，在實(shí)際的施工過(guò)程中難以實(shí)現(xiàn)質(zhì)量的管控?

4.2鉆井對(duì)固井質(zhì)量的影響

鉆井液在對(duì)鉆井?完井?固井等施工質(zhì)量都存在直接影響，因此我國(guó)鉆井企業(yè)在施工過(guò)程中十分重視鉆井液的性能與質(zhì)量，并充分考量實(shí)際施工情況來(lái)進(jìn)行鉆井液的配置，確保鉆井液性能可以全面符合施工的實(shí)際情況?但在深井以及超深井的施工過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)面臨復(fù)雜的地質(zhì)情況，地層跨層?漏層的發(fā)生概率均會(huì)伴隨井深不斷增加?因此在深井?超深井的鉆井施工中不僅需要使用符合施工需求的鉆井，還需要確保完井過(guò)程中鉆井的實(shí)用性?在實(shí)際的施工過(guò)程中，一般會(huì)根據(jù)地層情況來(lái)提高鉆井液密度和粘度從而減少地層垮塌現(xiàn)象的發(fā)生可能，也需要根據(jù)實(shí)際情況加入適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑液，來(lái)提高套管下放的效率，但潤(rùn)滑劑會(huì)形成難以徹底清洗的油膜，對(duì)膠結(jié)面造成較大的影響，無(wú)法保障完井前固井施工的實(shí)際需求?

5未來(lái)固井材料技術(shù)的發(fā)展展望

目前我國(guó)油田已經(jīng)探明的儲(chǔ)層中，存在大量的裂縫性?xún)?chǔ)層，總占比超過(guò)50%?裂縫性?xún)?chǔ)層在鉆井以及固井施工中容易出現(xiàn)易坍塌以及易滲漏現(xiàn)象，鉆井和固井難度以及施工風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)均較高?這對(duì)鉆井以及固井施工中防水堵漏以及固定凝結(jié)材料有極高的需求，此外伴隨石油資源的不斷勘探和開(kāi)發(fā)，生產(chǎn)井眼大小逐步縮減，小井眼井?側(cè)鉆井?分支井等數(shù)量不斷普及，此類(lèi)井對(duì)固井水泥的韌性以及抗腐蝕能力均有較高的需求，但許多深井?超深井?高壓氣井在調(diào)整井前需要使用大量的水泥晶體膨脹材料，低滲透油氣藏的開(kāi)發(fā)中也需要應(yīng)用大量的高性能低密度的固井材料?因此，我國(guó)固井材料未來(lái)的發(fā)展方向是向著耐高溫?抗腐蝕?高