第一章? 緒論
??????? 固井是油、氣井建井過程中的一個(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套管栓注入到井眼與套管柱之間的環(huán)形空間中的過程。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)雜層位封固起來以利于進(jìn)一步地鉆進(jìn)或開采。
??????? 固井的科技定義是，井壁筒沉到井底找正操平后，通過管路向井壁筒外側(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，油氣門戶”的作用。在下一次開鉆之前，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)和絲扣類型。
??????? 套管與鉆桿不同，是一次性下入的管材，沒有加厚部分，長(zhǎng)度沒有嚴(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，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)管線和注水泥管線，做好注水泥前的準(zhǔn)備工作。首先要開泵循環(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。
??????? 隨著油田勘探開發(fā)一體化鉆井逐步向深層邁進(jìn)，一些特殊要求的開發(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。一類是影響頂替效率的因素，另一類是影響候凝效果的因素。有些因素是通過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，固井無法泵入。為了滿足固井要求，只能增大水灰比，但如果水泥漿密度過小，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)期以來鉆井液性能對(duì)固井質(zhì)量的影響沒有得到足夠的重視，這對(duì)鉆井來說有其特定原因。鉆進(jìn)過程中對(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)過程中鉆井液高粘切及粗分散特性，與固井過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（俗稱死泥漿），因此，頂替效率及二界面膠結(jié)質(zhì)量也無法得到保證。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)整鉆井液性能滿足提高固井質(zhì)量工藝措施的實(shí)施創(chuàng)造條件。