第一章? 緒論
??????? 固井是油、氣井建井過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。固井工程包括下套管和注水泥兩個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。下套管就是在已經(jīng)鉆成的井眼中按規(guī)定深度下入一定直徑、由某種或幾種不同鋼級(jí)及壁厚的套管組成的套管柱。注水泥就是在地面上將水泥漿通過(guò)套管栓注入到井眼與套管柱之間的環(huán)形空間中的過(guò)程。水泥將套管柱與井壁巖石牢固地固結(jié)在一起，可以將油、氣、水層及復(fù)雜層位封固起來(lái)以利于進(jìn)一步地鉆進(jìn)或開(kāi)采。
??????? 固井的科技定義是，井壁筒沉到井底找正操平后，通過(guò)管路向井壁筒外側(cè)與井幫之間的環(huán)形空間注入相對(duì)密度大于泥漿的膠凝狀漿液，將泥漿自下而上地置換出來(lái)并固結(jié)井壁筒的作業(yè)。固井的目的是將套管固定在井內(nèi)，把水和其他流體從井內(nèi)替出。
??????? 在鉆井作業(yè)中一般至少要有兩次固井（生產(chǎn)井），多至4～5次固井（深探井）。最上面的固井是表層套管固井，它起的是“泥漿通路，油氣門(mén)戶(hù)”的作用。在下一次開(kāi)鉆之前，表層套管上要裝防噴器預(yù)防井噴。防噴器之上要裝泥漿導(dǎo)管，是鉆井液返回泥漿池的通路。鉆井過(guò)程中往往要下技術(shù)套管固井，它起的是“鞏固后方，安全探路”的作用。
??????? 固井主要包括三步：
??????? （1）下套管：
??????? ?套管有不同的尺寸和鋼級(jí)。表層固井通常使用20～133/8英寸的套管，多數(shù)是采用鋼級(jí)低的“J”級(jí)套管。技術(shù)套管通常使用133/8～7英寸的套管，采用的鋼級(jí)較高。油層套管固井通常使用7～5英寸的套管，鋼級(jí)強(qiáng)度與技術(shù)套管相同。根據(jù)用途、地層預(yù)測(cè)壓力和套管下入深度設(shè)計(jì)套管的強(qiáng)度，確定套管的使用壁厚，鋼級(jí)和絲扣類(lèi)型。
??????? 套管與鉆桿不同，是一次性下入的管材，沒(méi)有加厚部分，長(zhǎng)度沒(méi)有嚴(yán)格規(guī)定。為保證固井質(zhì)量和順利地下入套管，要做套管柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
??????? ?（2）注水泥
??????? ?注水泥是套管下入井后的關(guān)鍵工序，其作用是將套管和井壁的環(huán)形空間封固起來(lái)，以封隔油氣水層，使套管成為油氣通向井中的通道。套管下完后，立即接通循環(huán)管線(xiàn)和注水泥管線(xiàn)，做好注水泥前的準(zhǔn)備工作。首先要開(kāi)泵循環(huán)鉆井液，因套管與井壁的間隙較小，利用高的上返速度沖擊井壁上的泥餅，同時(shí)調(diào)整鉆井液的性能，直到循環(huán)泵壓穩(wěn)定為止。在這期間，固井泵的啟動(dòng)，供灰、供水、混漿、吸漿等工作都應(yīng)準(zhǔn)備就緒。在水泥漿注入套管之前，要泵入一定量的前置液，用來(lái)隔離鉆井液和水泥漿，以避免混漿。而且隔離液返出套管后，也起到清洗環(huán)形空間的作用。水泥漿的頂替速度要根據(jù)井下的情況而定。如無(wú)特殊情況應(yīng)采用高速紊流頂替。但在地層破裂壓力低的情況下，只能采用低速頂替。
??????? （3）井口安裝和套管試壓
??????? ?下套管注水泥之后，在水泥凝固期間就要安裝井口。表層套管的頂端要安套管頭的殼體。各層套管的頂端都掛在套管頭內(nèi)，套管頭主要用來(lái)支撐技術(shù)套管和油層套管的重量，這對(duì)固井水泥未返至地面尤為重要。套管頭還用來(lái)密封套管間的環(huán)形空間，防止壓力互竄。套管頭還是防噴器、油管頭的過(guò)渡連接。陸地上使用的套管頭上還有兩個(gè)側(cè)口，可以進(jìn)行補(bǔ)擠水泥、監(jiān)控井況。注平衡液等作業(yè)。 　　套管試壓是檢查固井質(zhì)量的重要組成部分。安裝好套管頭和接好防噴器及防噴管線(xiàn)后，要做套管頭密封的耐壓力檢查，和與防噴器聯(lián)接的密封試壓。探套管內(nèi)水泥塞后要做套管柱的壓力檢驗(yàn)，鉆穿套管鞋2~3米后（技術(shù)套管）要做地層壓裂試驗(yàn)。生產(chǎn)井要做水泥環(huán)的質(zhì)量檢驗(yàn)，用聲波探測(cè)水泥環(huán)與套管和井壁的膠結(jié)情況。固井質(zhì)量的全部指標(biāo)合格后，才能進(jìn)入到下一個(gè)作業(yè)程序。
??????? 隨著油田勘探開(kāi)發(fā)一體化鉆井逐步向深層邁進(jìn)，一些特殊要求的開(kāi)發(fā)井正逐年增多，一次性封固800～1500m的長(zhǎng)封固段固井正在成為目前多數(shù)油田勘探開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)技術(shù)。突出的技術(shù)難點(diǎn)主要表現(xiàn)為“地層承壓能力低、封固段長(zhǎng)、注入量大、作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)、施工壓力高”。因此，提高固井質(zhì)量是長(zhǎng)封固井段固井的重點(diǎn)也是難點(diǎn)。
??????? 本課題將對(duì)如何提高長(zhǎng)封固井段固井質(zhì)量的措施進(jìn)行初步的討論。
??????? 第二章? 影響長(zhǎng)封固井段固井質(zhì)量的因素及難點(diǎn)分析
??????? ?有人認(rèn)為，影響固井質(zhì)量的因素有井身質(zhì)量、 井身結(jié)構(gòu)、鉆井液性能、水泥漿體系、固井現(xiàn)場(chǎng)施工等。根據(jù)固井作業(yè)的施工順序，也可以把影響固井質(zhì)量的因素分為兩類(lèi)。一類(lèi)是影響頂替效率的因素，另一類(lèi)是影響候凝效果的因素。有些因素是通過(guò)其他因素間接影響固井質(zhì)量的。因此，弄清哪些是直接因素，哪些是間接因素是非常重要，可以有效的提高固井質(zhì)量，下面討論一下影響長(zhǎng)封固井段固井質(zhì)量的一些因素。
??????? 3.1? 地層特性
??????? 地層特性是影響水泥環(huán)第二界面膠結(jié)質(zhì)量的一個(gè)重要因素，特別是在比較活躍的水層、油層井段，水泥漿凝固過(guò)程中地層流體對(duì)其進(jìn)行侵污，從而影響了水泥石與地層的膠結(jié)強(qiáng)度。另外，對(duì)于高滲透率油氣水層，水泥漿在稠化過(guò)程中容易失去自由水，造成水泥漿粉化，體積減小并形成微間隙，從而影響固井質(zhì)量。
??????? 3.2? 水泥漿性能
??????? ?水泥漿性能對(duì)固井質(zhì)量起著關(guān)鍵性的作用，包括水泥漿失水量、水泥漿密度和水泥漿流變性。水泥漿的失水量過(guò)大，會(huì)造成水泥凝固時(shí)自由水滲入地層，使水泥漿體積減小，從而影響固井質(zhì)量。特別在中、高滲地層這種影響會(huì)更加明顯。另外，水泥漿失水量大，在施工過(guò)程中不但會(huì)造成嚴(yán)重的施工蹩泵事故，而且在水泥漿經(jīng)過(guò)油氣層時(shí)，水泥漿濾液與水泥顆粒大量進(jìn)入油氣層，堵塞油氣通道而污染油層。水泥漿密度直接反映了水灰比的大小，水泥石在固化過(guò)程中，只需25%的水即可，而水灰比25%的水泥漿密度達(dá)到2.3g/cm3以上，固井無(wú)法泵入。為了滿(mǎn)足固井要求，只能增大水灰比，但如果水泥漿密度過(guò)小，勢(shì)必增大水分流失，從而影響固井質(zhì)量。水泥漿的流變性直接影響著頂替效率。實(shí)踐證明，動(dòng)切力大的流體對(duì)動(dòng)切力小的流體具有較好的頂替效率；流動(dòng)性差會(huì)增大泵入難度，增加施工危險(xiǎn)性，而水泥漿流動(dòng)性太好，容易使水泥分層沉淀，影響封固質(zhì)量。
??????? 3.3? 水泥石的體積收縮
??????? ?在水泥水化過(guò)程中，水泥熟料在與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后的產(chǎn)物其體積比水化前的總體積減小，純水泥水化的體積收縮率可高達(dá)5%。如果不有效控制固井水泥漿的體積收縮，將不可避免地導(dǎo)致水泥石與套管、水泥石與井壁兩個(gè)界面的膠結(jié)強(qiáng)度降低，影響固井質(zhì)量。
??????? 3.4? 鉆井液性能
??????? ?長(zhǎng)期以來(lái)鉆井液性能對(duì)固井質(zhì)量的影響沒(méi)有得到足夠的重視，這對(duì)鉆井來(lái)說(shuō)有其特定原因。鉆進(jìn)過(guò)程中對(duì)鉆井液性能的要求，與提高固井質(zhì)量的鉆井液性能要求兩者間存在一定的矛盾性。在鉆進(jìn)過(guò)程中，為保持井控、鉆速、防漏防卡、安全起下鉆等，要求鉆井液密度適當(dāng)過(guò)平衡、低失水、強(qiáng)抑制能力，具有較高粘度和切力，具有高懸浮和高攜屑能力以及具有優(yōu)質(zhì)泥餅、優(yōu)良流變性和粗分散（絮凝）特性。而在固井時(shí)，為提高井眼凈化程度及有效提高頂替效率和二界面膠結(jié)質(zhì)量，卻必須對(duì)鉆井液的性能提出調(diào)整要求。希望鉆井液性能密度適當(dāng)過(guò)平衡、低失水、強(qiáng)抑制能力，但具有較低粘度、切力、高懸浮、高攜屑能力及優(yōu)質(zhì)泥餅、優(yōu)良流變性和細(xì)分散（反絮凝）特性。因此鉆進(jìn)過(guò)程中鉆井液高粘切及粗分散特性，與固井過(guò)程鉆井液性能低粘切及細(xì)分散特性，使得鉆井液性能調(diào)整具有一定的難度及風(fēng)險(xiǎn)性，導(dǎo)致固井過(guò)程中的井眼清潔程度和井壁狀態(tài)不良，井壁上遺留大量附著膠凝物（俗稱(chēng)死泥漿），因此，頂替效率及二界面膠結(jié)質(zhì)量也無(wú)法得到保證。泥餅性能關(guān)系到井壁穩(wěn)定而且也嚴(yán)重影響到固井二界面的膠結(jié)質(zhì)量，聚合物鉆井液泥餅質(zhì)量差是致命弱點(diǎn)，特別是在強(qiáng)水敏和高滲透地層未注意泥餅造壁保護(hù)作用，而且在進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換過(guò)程中未能及時(shí)形成優(yōu)質(zhì)泥餅，井下就會(huì)出現(xiàn)因井壁不穩(wěn)定被迫提高體系黏度切力保證電測(cè)、下套管安全，以及電測(cè)、下套管后不敢降低鉆井液粘度、切力、觸變性的情況。此外，大多油田不重視使用泥餅刷清除滲透性產(chǎn)層處的井壁附著泥餅，劣質(zhì)泥餅混入水泥漿將影響水泥膠結(jié)和聲幅測(cè)井的質(zhì)量，在固井后膠結(jié)質(zhì)量不良，會(huì)導(dǎo)致投產(chǎn)后層間分隔失效影響強(qiáng)化改造工程工藝效果。因此，應(yīng)重視鉆井液應(yīng)用技術(shù)與井壁穩(wěn)定、泥餅清除要求的技術(shù)銜接，固井前最好是在完鉆前，就應(yīng)根據(jù)巖性及時(shí)轉(zhuǎn)換鉆井液體系，形成優(yōu)質(zhì)泥餅護(hù)壁，并為調(diào)整鉆井液性能滿(mǎn)足提高固井質(zhì)量工藝措施的實(shí)施創(chuàng)造條件。