汪財彥

（大慶鉆探工程公司鉆技一公司，黑龍江大慶163000）

隨著世界發(fā)展對石油資源的需求量越來越大，石油資源的開采量不斷下降，石油資源的開采難度不斷上升，因此深井、超深井的固井技術(shù)變得十分重要。一些固井技術(shù)、固井材料等都發(fā)生了巨大的改變，新工藝、新設(shè)備、新材料的應(yīng)用十分廣泛，促進(jìn)了深井超深井勘探開發(fā)的長遠(yuǎn)發(fā)展。

1 國內(nèi)固井工藝技術(shù)的進(jìn)展

（1）固井前需要采用循環(huán)容積效率法確定鉆井液的循環(huán)處理時間，保障井下鉆井液充分循環(huán)；

（2）高壓油氣井固井、油氣水層活躍井固井、長封固段井固井中固井前的穩(wěn)壓、固井過程中的穩(wěn)壓、候凝過程中水泥漿失重時的穩(wěn)壓等三穩(wěn)壓理論是固井設(shè)計的基本原則；

（3）一些井經(jīng)常受到地層、材料、水泥漿、設(shè)備等條件的影響，紊流固井很難順利實施，這時候就需要采取低返速固井技術(shù)，解決該類井提高頂替效率問題；

（4）最近的幾年中我們深入地研究了水泥漿失重與氣竄的機(jī)理，找到影響氣竄的主要原因，并采取有針對性的技術(shù)措施；

（5）最近的幾年中我們對深井防竄材料和工藝技術(shù)方面進(jìn)行了深入研究，有效地解決了淺層氣井固井技術(shù)上一些問題，研究水泥漿體系、完善淺層氣固井工藝；

（6）想要不斷地提升固井質(zhì)量，就要對固井進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計，根據(jù)我國固井水平的實際情況，多方位、全角度地進(jìn)行考慮；

（7）固井設(shè)計的可靠性與科學(xué)性通過計算機(jī)注水泥設(shè)計和評價注水泥作業(yè)得到了進(jìn)一步的提升。

2 國外固井工藝技術(shù)的進(jìn)展

隨著最近科技的不斷發(fā)展進(jìn)步，新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，國外固井技術(shù)、固井方法都有著很大程度的提升，有效解決了一些油井固井難的問題。

2.1 新型油井水泥的開發(fā)

2.1.1 新型纖維水泥體系

新型纖維水泥體系在高滲透、多孔性、天然裂縫、次生性裂縫及孔洞性地層中比較適用，能夠形成纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，避免鉆井和初注水泥作業(yè)時出現(xiàn)漏失現(xiàn)象，普通的纖維在水泥中很容易造成地面和井底設(shè)備的堵塞，而纖維水泥就不會出現(xiàn)以上情況，同時纖維水泥與低密度固井水泥漿同時使用時，發(fā)揮出的效果更加理想。

2.1.2 金屬微條帶水泥

金屬微條帶水泥是在水泥中加入了一種特殊的金屬條帶，水泥在凝固后有著良好的承載能力及耐鉆性，同時金屬微條帶水泥還具有良好的抗裂縫延伸能力和抗沖擊力，該種水泥在側(cè)鉆時消耗的時間更短。

2.1.3 膠聯(lián)水泥體系

膠聯(lián)水泥體系是將壓裂液與水泥混合在一起作為水泥漿使用，膠聯(lián)水泥在井下具有壓裂液的性質(zhì)，在井下凝固的速度很快。膠聯(lián)水泥分為鎂氧膠聯(lián)水泥和常規(guī)膠聯(lián)水泥兩種類型。常規(guī)膠聯(lián)水泥的組成包括氧化鎂、氧化鈣、碳酸鹽和硫酸鹽，水泥與水混合在一起后，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成高強(qiáng)抗壓無機(jī)物，無機(jī)物主要由鎂—羥基—硫酸鹽/氯化物組成。而鎂氧膠聯(lián)水泥是由緩凝劑、膠聯(lián)劑、羧甲基纖維素混合而成的，該混合物可以在井下可以迅速地凝結(jié)成固體，有著很強(qiáng)的抗壓性能。

2.2 水泥水化熱對環(huán)空溫度影響的試驗

通過復(fù)雜的室內(nèi)實驗，我們找到了環(huán)空溫度和水泥水固化性能對水泥水化熱之間的聯(lián)系，固井質(zhì)量與水泥在環(huán)空中水化主要的影響因素有兩種，一種是環(huán)空溫度隨著水泥水化過程不斷地上升，另一種是水泥環(huán)在水泥初凝后環(huán)空溫度的變化和水泥水化熱峰值的影響下，應(yīng)力不斷增加。

2.3 套管破壞載荷的研究

我們對三種情況下套管和水泥環(huán)的受力情況利用有限元分析法進(jìn)行分析研究，三種情況分別為：①無支撐套管；②有水泥環(huán)套管；③套管、水泥環(huán)、地層。經(jīng)過實驗結(jié)果可知，套管和水泥環(huán)兩種介質(zhì)在水泥環(huán)力學(xué)性能的作用下對應(yīng)力分布影響比較大，套管的力學(xué)性能、幾何形狀，水泥環(huán)的幾何形狀在套管、水泥環(huán)、地層的研究中是一樣重要的，脆性水泥的屈服應(yīng)力在楊氏模量和泊松比變化的情況下有所下降，降低大概5%左右。

2.4 回接套管的固井技術(shù)的應(yīng)用

回接套管的固井技術(shù)主要分為兩項工藝，首先為長壽命方法，水泥對周邊環(huán)境的污染程度較小，避免出現(xiàn)固井施工中竄槽的情況；然后是正注反擠注水泥工藝，該技術(shù)已經(jīng)得到了成功的應(yīng)用。

3 國內(nèi)外固井技術(shù)差距對比分析

我國固井技術(shù)在最近的幾年中有了飛速的發(fā)展，但是與國外發(fā)達(dá)國家相比較還存在著一定的差距：主要表面在以下幾點(diǎn)：

（1）固井技術(shù)研究的深度不夠，也缺乏相應(yīng)的實驗手段，沒有專業(yè)的水泥漿性能評價儀器；

（2）固井設(shè)計時沒有充分地考慮到地質(zhì)因素影響，工藝細(xì)節(jié)設(shè)計不到位；

（3）外加劑的性能與國外相比存在一定的差距，配套設(shè)備匹配性不好，外加劑的副作用比較大。國外的油井水泥、外加劑在20世紀(jì)80年代有著飛速的發(fā)展，已經(jīng)形成了系列化的產(chǎn)品。油井水泥品種和數(shù)量在20世紀(jì)90年代也取得了很大的成績，尤其在防氣竄劑、高溫緩凝劑、水泥石強(qiáng)度和抗衰減劑等方面取得了很大的進(jìn)步，常規(guī)水泥固井質(zhì)量在添加外加劑后性能有了很大的改善；

（4）我國在計算機(jī)輔助水泥設(shè)計及評價方面還有所欠缺；

（5）固井施工自動化普及程度較低。

4 國內(nèi)外固井技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

4.1 油井水泥與外加劑研究

（1）在一些普通水泥無效的特殊固井施工過程中，基本水泥的增加有效地解決了以上問題，基本水泥中增加了高細(xì)度水泥、酸溶水泥、波樹脂水泥；

（2）想要解決復(fù)雜固井問題、提高固井質(zhì)量、保護(hù)好油氣層，油井水泥外加劑的添加已經(jīng)成為了不可或缺的關(guān)鍵內(nèi)容，最近的幾年中油井水泥外加劑的種類越來越多，應(yīng)用的范圍越來越廣泛；

（3）深井超深井固井水泥配方的不斷完善，鉆井活動越來越活躍；

（4）深入研究機(jī)械注氮相配套的系列泡沫水泥漿外加劑，尤其要了解滲透性、泡沫水泥石承受酸化壓力能力等進(jìn)行室內(nèi)實驗研究。

4.2 固井技術(shù)

（1）CemCRETE固井技術(shù)。有效解決了壓力異常帶來的固井問題，該技術(shù)是在混凝土水泥漿技術(shù)的基礎(chǔ)上研究開發(fā)的，通過水泥及外摻料顆粒直徑分布的不斷優(yōu)化，利用顆粒級配原理，選擇三種直徑不同的顆粒，增加單位體積內(nèi)固相顆粒數(shù)量，實現(xiàn)水泥漿水灰比的下降，保障水泥石抗壓能力，達(dá)到水泥石空隙度及滲透率下降的目的。

（2）泡沫固井技術(shù)。最近的幾年中我們深入地研究了機(jī)械注氮泡沫水泥漿固井技術(shù)工作，同時研究和完善了配套的計算機(jī)控制系統(tǒng)、外加劑、配套現(xiàn)場施工工藝技術(shù)等。泡沫水泥漿主要的組成包括氮?dú)?、穩(wěn)泡劑、水泥漿處理劑、凈漿等，凈漿由各種外加劑混個水配制而成，現(xiàn)場由水泥車進(jìn)行施工，氮?dú)馔ㄟ^氮?dú)獗米⑷氲絻魸{中，根據(jù)現(xiàn)場水泥漿密度由計算機(jī)自動控制注入氮量。

5 結(jié)論

經(jīng)過以上的研究和分析，深井超深井固井施工中存在很多的難題，可能遇到一些比較復(fù)雜的地形，因此需要配套完善的機(jī)具與工藝措施，深井超深井套管在井下受到很大的內(nèi)外壓力與軸向載荷壓力，在壓力的作用下我們要充分考慮套管管柱強(qiáng)度的要求，同時避免井下高溫對其產(chǎn)生影響。根據(jù)井下地質(zhì)的實際情況、油氣水關(guān)系的復(fù)雜性以及井眼的實際情況，我們對深井超深井的套管管柱安全系數(shù)要進(jìn)行科學(xué)合理的計算，確定完善的施工方案，配合相應(yīng)的水泥體系及固井工藝方法，實現(xiàn)油田深井超深井固井技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。