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1、水平井固井技术 胜利石油管理局 水平井固井技术 一、概述 二、近年来水平井固井情况 三、水平井固井的特点和难点 四、工艺技术措施和应用 五、认识和建议 六、水平井固井技术研究方向 一、概述 1990年以来至2006年底，胜利油田内部共 完成水平井钻井597口，外部完成362口， 累计959口。2007年上半年，油田内部已 累计完成水平井84口。 中、长半径水平井中、短半径水平井 一、概述 完成井类型 大位移水平井 分支水平井 套管开窗侧钻水平井 阶梯式水平井 海油陆采水平井 连通式水平井 水平井开发的油藏 类型 砂砾岩稠油油藏 非稠油的边底水断 块油藏 裂缝性油藏 整装高含水油藏 地层不整合油
2、藏 低渗透油藏 一、概述 水平井完井工艺 固井射孔完井技术 筛管完井技术 带管外封隔器的筛管完井技术 分级注水泥筛管完井技术 老油田挖潜 新区产能建设和老 区调整共同发展 二、水平井固井情况 2005 20062007上半年小计计 井深 3500m92314 合 计计698584238 20052007上半年水平井固井统计 20052007上半年水平井固井统计 年度20052006 2007 上半年 合计计 水平位移 1000m34815 合计计698584238 20052007上半年水平井固井统计 年度20052006 2007 上半年 小计计 水平段长长 500m41611 合计计698
3、584238 三、水平井固井的特点和难点 1、水平井套管下入的难度 2、提高顶替效率的难度 3、钻井液性能对固井质量的影响 4、完井方式对固井质量的要求 5、水泥浆性能对固井质量的影响 6、长封固段固井的难点 1、水平井套管下入的难度 下套管摩阻： n 由套管浮重引起的与井壁的摩擦阻力 井壁的光滑程度 钻井液的润滑性能 地层岩性 下入深度 水平井钻井形成的键槽、岩屑床或固相沉淀同样会增大 下套管摩阻 n 井眼弯曲处套管轴向拉力对井壁产生的压力 与井身轨迹有关的全角变化率 套管刚度的影响 位垂比大的井，摩阻更大 2、提高顶替效率的难度 （1）紊流接触时间 （2）井身轨迹控制与井眼质量 （3）套管
4、居中度 （4）井眼清洗 （1）紊流接触时间 n 一般要求水泥浆与井壁的紊流接触时 间要大于710min。 n 水泥浆在水平井段受自身重力的作用 易下沉，达到紊流流态的时间要滞后， 水泥浆与井壁的接触时间也需要延长。 （2）井身轨迹控制与井眼质量 很难达到紊流顶替的效 果 易造成固相的桥堵“憋 泵” 井斜、方位的调整 地层应力 岩层的各项异性 水平井段穿越时遇到的夹层 狗腿 键槽 椭圆形井眼 大井眼 “糖葫芦”井眼 （3）套管居中度 n 在套管偏心的情况下，不同的环空流速在环 空的宽边和窄变的流态也会不同，总体上会造 成顶替效率的不一致 n 在套管严重偏心甚至贴向井壁一侧的时候， 出现环空不能完
5、全“替净”而窜槽 n 发生油气水窜时对产层的污染 n 研究表明，套管居中度要达到67%以上，才 能获得良好的顶替效率 （3）套管居中度 居中度计算公式： 式中： Dw井眼直径，mm Dc套管外径，mm Wn套管与井眼的窄边间隙， mm 3、钻井液性能对固井质量的 影响 n 油基泥浆，在某种程度上降低了隔离液或 水泥浆对钻井液的驱替效果，使水泥与套管 和井壁之间的界面胶结能力下降。 n 钻井液的滤失量大，易形成较厚的泥饼， 难以在固井过程清除。 n 高密度和高粘度的钻井液，使水泥浆顶替 钻井液更为困难。 4、完井方式对固井质量的 要求 n 套管（或尾管）射孔完井方式 封隔油气水层 支撑和保护套管
6、 为射孔提供坚实的中间介质 避免对产层的损害，保护油气层 n 筛管完井方式 封固顶部套管 避免油气水窜通 筛管井段不被水泥污染或封固 5、水泥浆性能对固井质量的 影响 n 在水平井段，水泥浆在候凝过程中由于 重力作用，易在井眼上侧形成游离液通道 ，引起油气水窜 n 水泥浆的失水量大，易造成对产层的损 害 n 水泥浆要具有良好的流动性和流变性能 ，以减少流动摩阻，降低施工压力 6、长封固段固井的难 点 目前大多数水平井由于开发的要求， 水泥封固段较长，特别是随着井深的增加，长封 固段固井越来越多。固井施工受长裸眼、长封固 段的限制，导致施工泵压偏高，顶替效率变差， 施工的风险加大，同时带来候凝过
7、程失重引起油 气上窜。影响固井质量，成为水平井固井新的矛 盾。 四、固井工艺技术措施和应 用 1、下套管技术措施 2、固井管串结构和固井工艺 3、套管居中度与扶正器 4、水平段套管的漂浮技术 5、隔离液设计 6、水泥浆体系设计 7、施工参数设计 1、下套管技术措施 l 下套管前通井，短起下、划眼 l 调整钻井液性能，大排量洗井 l 在斜井段及水平段打入润滑泥浆 l 模拟下套管作业 l 加大灌泥浆的频率，避免长时间的静止 l 分段灌满泥浆和循环 2、固井管串结构和施工工 艺 n 套管（或尾管）射孔完井 低渗透油藏 管串结构： 浮鞋+（旋流套管）+浮箍+套管串 固井工具的选型 n 引鞋 带回压凡尔
8、的钢质引鞋（浮鞋） n 浮鞋、浮箍 自动回位的弹簧式结构 n 分级箍 液压打开式分级箍 机械打开式分级箍的位置应选择在井斜角不超过 30的井段内，以使打开塞能顺利达到分级箍。 筛管完井固井 天然裂缝性碳酸盐岩或硬质砂岩储层 单一厚储层或不要求层段分隔的储层 岩性较为疏松的中、粗砂粒储层等 筛管顶部注水泥套管串结构： 引鞋+筛管串+套管+盲板（管）+短套 管+套管外封隔器+套管+分级箍+套管串 筛管完井固井管串 钢质引鞋 筛管短套管盲管 管外封隔器 分级箍 3、套管居中度与扶正器 n 利用刚性扶正器对套管的良好支撑能力，在 水平段交错安放刚性扶正器和弹性扶正器 n 在引鞋（浮鞋）上部加一只刚性扶
9、正器 n 在造斜井段，每两根或一根套管加一只弹性 扶正器 n 根据井眼状况做具体的设计 3、套管居中度与扶正器 n 套管扶正器使套管柱与井壁产生更多的 点接触，减少了面接触，或可以避免接触 面积进一步扩大，相对减小了下套管摩阻 。 n 合理使用扶正器的前提 ： 下套管前通过通井、循环等手段将井眼清 洗干净，减少沉砂 调整钻井液性能以维护井壁稳定 4、水平井段套管的漂浮技术 n 替入轻质（低密度）顶替液 水平段以至斜井段套管内 提高套管的上浮力 减少对下井壁的压力 清水、柴油等 l易造成顶替过程高泵压 n 漂浮接箍 降低下套管摩阻 5、隔离液设计 n 驱油型冲洗液 亲水性 满足最小紊流接触时间
10、n 低密度领浆的冲洗隔离作用 设计占环空高度300m，密度控制在 1.651.70g/cm3 较好的携砂能力 进一步清洗井眼 延长水泥浆与井壁的接触时间，提高顶替效 果 6、水泥浆体系设计 1）采用双凝水泥浆体系 n尾浆： 主要目的层段 短过渡时间的速凝水泥浆 n领浆： 稠化时间适当延长 根据施工时间调整领浆、尾浆的时间差 n减少候凝过程中失重现象发生，避免油气上 窜 6、水泥浆体系设计 2）微膨胀水泥浆体系 n在水平段水泥浆体系中加入膨胀材料 ，使水泥在候凝过程产生微膨胀，部分弥 补顶替效率的不足。 n晶格膨胀剂 6、水泥浆体系设计 3）其它性能： n失水 水泥浆失水量控制在50ml以内 将
11、旋转失水仪旋转45角测定失水 量 n游离液（自由水）含量控制到0 n通过调整体系配方，调节浆体的流 变性能，提高沉降稳定性 7、施工参数设计 n 流变学施工参数设计 n 施工前大排量洗井 n 提高设备的整体性能 n 降低水平井眼的流动摩阻，避免过高的施 工泵压 n 环空上返速度达到1.0m/s以上 n 获得最佳的环空流态，提高顶替效率 应用实例 郑6-平9井固井施工 n 郑6区块是以潜山构造为主的裂缝型油气藏 n 筛管完井工艺： 钻至A靶点时先下入技术套管，水平井段主要采用 悬挂筛管完井 技术套管分级注水泥工艺 分级箍下至A点附近，减少一级固井的液柱压力 ，并为二级固井提供支撑。 n 潜在的风
12、险： 分级箍不能正常工作 井漏 郑6-平9井固井施工 n 原因分析： 分级箍在下入过程中受套管刚度的影响，打开套 或关闭套抗弯曲强度低，在弯曲井段易发生变形，影响 正常工作 机械打开式分级箍，打开塞不能正常到位 一级封固段偏短，不利于形成足够的支撑能力， 易导致二级井漏 n 工艺改进： 分级箍位置确定在井眼规则、岩性致密井段 l减少一级固井封固长度，避免过高的水泥浆液柱 压力 l避免过短的封固段由于胶结质量差，引发二级固 井井漏 l降低分级箍在弯曲井眼内发生变形的可能。 郑6-平9井固井施工 基本数据： 井号：郑6-平9 钻头尺寸：311.2mm完钻井深：1246m 造斜点：867m水平位移：
13、290.73m 最大井斜：80.49位置：1244m 套管尺寸：244.5mm套管下深：1244.10m 分级箍位置：898.24m 一级封固段长：392m二级封固段长：898m 郑6-平9井244.5mm技术套管固井 KOP：867m 分级箍：898.24m 12 1/4钻头1246m 9 5/8”套管1244.10m 郑6-平9井固井施工 施工过程： 一级固井： l 注驱油型隔离液8m3 l 注水泥浆4m3，密度1.651.70g/cm3，排量20l/s l 注水泥浆13m3，密度1.851.90g/cm3，排量25l/s l 释放一级碰压塞，注压塞液2m3 l 替钻井液46.7m3，排量
14、30l/s，压力03MPa l 碰压10MPa l 顶压12MPa，打开分级箍循环孔 l 开泵循环，循环出多余水泥浆2m3 l 候凝24h，准备二级固井 郑6-平9井固井施工 二级固井： l 注驱油型隔离液8m3 l 注水泥浆6m3，密度1.651.70g/cm3，排量20l/s l 注水泥浆39m3，密度1.871.92g/cm3，排量25l/s l 释放关闭塞，注压塞液2m3 l 替钻井液33.5m3，排量30l/s，压力07MPa l 碰压10MPa l 顶压12MPa，关闭分级箍循环孔 l 候凝 五、认识和建议 影响水平井固井质量的主要因素是顶替效率难 以提高 原因： 穿越地层的岩性
15、钻井液性能 轨迹控制工艺 不利条件： 井眼平滑程度差 井壁稳定性差 井径不规则 建议： 优化钻井液性能 设计合理的井身轨迹 提供规则井眼 维护井壁稳定 六、水平井固井技术研究方向 n 水平井开发的油藏类型日趋多样化 n 在深井、大位移、长水平段的水平井进行垂直压 裂等措施，是深水平井开发的突出特点 n 对水平井段水泥环的质量提出了很高的要求 n 类似固井工艺技术在国内外的研究应用仍不够深 入 大井眼条件下的顶替效率 固井水泥浆体系 六、水平井固井技术研究方 向 n 大井眼条件下提高顶替效率的研究 施工流态 施工参数的控制 特殊的工具 n 水平井固井水泥浆体系的研究 水泥浆的流变性 沉降稳定性 强度发展 保护油气层 谢谢大家！ 有不足之处，欢迎批评指正！
