固井对油气层的损害1

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1、固井对油气层的损害固井就是向井内下入一定尺寸的套管串，并在其周围注入水泥浆，把套管固定的井壁 上，避免的是：封隔疏松、易塌、易漏等复杂地层；封隔油、气、水层井壁坍塌。其目，防 止互相窜漏；安装井口，控制油气流，以利钻进或生产油气。在打开油气层后，如果钻井方 式、钻井参数、泥浆性能等因素处理不当，可能会对生产层造成多种损害,研究这些损害机理， 对保护和开发生产层具有重要意义。同时，使用同地层相配伍的钻井液,采用保护生产层的钻 井方式将直接关系到油气井的产量及油气田的开发经济效益。固井过程中油层损害机理的研究，主要是用钻井过程中取出的岩芯在可以模拟井下压 力、温度的流动试验装置上让冲洗液、水泥浆分

2、别污染后，测定渗透率下降率考虑到固井 施工过程的特点，先用钻井液污染岩芯，再用冲洗液、最后用水泥浆污染，可得出最终污染 深度及总的渗透率下降率，用以评价损害程度，并寻求降低损害的途径.固井的一般工艺流程：1作业准备阶段，根据其他影响因素确定水泥浆、水泥石的性 能指标要求。选用合适的材料调配出能达到指标要求的水泥浆。通井、洗井、调整钻井液性 能准备固井。2注水泥，尽可能压稳地层流体，并且顶替效率不高，否则将导致地层流体窜 槽或钻井液环空窜槽，从而影响固井质量。涉及的影响因素包括井眼条件、地层压力、钻井 液、冲洗液、隔离液、水泥浆、平衡注水泥设计和提高顶替效率的措施。3候凝，由于候 凝过程中未能压

3、稳地层流体、地层流体侵入环空、水泥浆凝结受到干扰，或由于水泥浆体系 不稳定、出现水化缺陷,无法形成完整、优质的水泥环,或水泥与地层、套管界面胶结不良而 影响固井质量。涉及的影响因素包括井眼条件、地层压力、水泥浆水化缺陷（如体积收缩）、 注水泥过程中水泥浆密度波动控制，以及辅助压稳地层流体的措施,如环空憋压、振动固井 等，4水泥浆凝结以后，水泥浆凝结以后，地层流体腐蚀或高温强度衰退，可使水泥石的完 整性、均质性遭到破坏;工况变化可使水泥石与地层、套管之间的界面胶结、密封能力遭到 破坏，从而导致水泥环的长期密封性能失效。涉及的影响因素包括后期工况条件的变化（温 度、压力变化，腐蚀性地层流体，地层水

4、离子组成变化）和水泥石本身的力学、热学、化学性 能。可见，根据固井作业的工艺流程，控制好各时间段内影响固井的各个因素对于获得优良 的固井质量有重要意义。因此，从某种程度上说，影响固井质量的因素构成一个环环相扣的单链过程，任何一个环 节存在不足,都将影响最终的固井质量,为此,在进行固井施工方案设计时，必须对其进行全面 的考虑。上述影响因素中，井眼条件、地层条件是限定的;套管选型受成本、钻机提升能力、 开发方案的限制;水泥环所处工况由油井生产方案决定;钻井液、冲洗液、隔离液的性能可在 一定程度上进行调节;能在大范围内进行优化控制的，仅有水泥浆性能和注水泥施工工艺。因 此，如何针对上述影响因素，调配

5、出能满足平衡注水泥、提高顶替效率、候凝过程中压稳地层 流体、形成优质水泥环、凝结后能适应后期工况。变化需要的水泥浆，并通过合理的施工工 艺将其注入井内，即成为影响固井质量的关键。在固井注水泥施工设计时,如果对水泥浆流变参数估计偏差较大,将导致由此计算出的 循环摩阻压力和施工设计排量出现偏差，导致顶替效率不高，甚至压漏地层。研究水泥浆流变 学对水泥浆的可混配性和可泵性进行评估、确定在施工中和施工后压力和深度之间的关系、 预测固井时的温度分布、设计达到最佳顶替效果所需的排量，以及当发生水泥浆柱“自由回 落时计算返出流量等方面均有重要作用。故掌握好水泥浆流变学对于固井设计，施工和评价 都十分重要。目

6、前，在进行水泥浆流变性设计时，均未考虑水泥浆的时变性。而实际上，水泥 浆在注入过程中一直处于水化反应中,其反应必将影响水泥浆的流变性。随着水泥水化的进行，水泥浆流变模型不发生变化,但流变参数发生变化。总体上,表观黏 度随着水化时间的延长而增大，中、低剪切速率增长幅度比高剪切速率大，但不同浆体表现出 不同的变化特征;固井注水泥前必须对水泥浆的时变特征进行实验，尤其是中、低剪切速率下 的剪切特征,以更为准确的确定流变参数，为注水泥施工设计提供依据。注水泥后环空窜流现象主要表现为井口环空涌、喷或者是井下层间窜流。注水泥后引起 环空窜流的原因主要有如下三方面：由于钻井液被顶替不完全而经钻井液窜槽通道窜

7、流；由 于泥饼或微环隙存在而经水泥与地层或套管交界面窜流；由于失重而经水泥基体（包括两个 交界面间）窜流。防止注水泥后环空窜流的措施途径；针对环空窜流的原因，人们采取了相应的防止环空 窜流的措施:1防止由于钻井液被顶替不完全而经钻井液窜槽通道窜流。要防止 这种窜流就必须提高注水泥顶替效率,尽量使顶替效率达到100%。2防止由于泥饼或微环 隙存在而经水泥与地层或/和套管交界面窜流。在这方面,所采取的主要措施是：安泥饼刷清 除泥饼（特别是假泥饼）;注水泥时使用前置液冲蚀泥饼；使用套管外封隔器进行层间的机械 封隔;套管粘砂提高水泥与套管的胶结强度;控制套管内压变化防止微环隙产生;使用膨胀水 泥（指晶

8、体生长型膨胀）提高水泥与套管、水泥与地层的胶结强度。3防止失重所导致的环空 窜流。水泥浆失重可归纳为两类:水泥浆胶；凝引起的失重;桥堵引起的失重。水泥浆的失重 所引起的压力降低，可在初凝前使水泥浆柱压力降到静水柱压力。而由于失重引起的窜流的 危险时段也就是初凝以前，即水泥浆从液态向塑态、固态转变的凝结阶段。防止失重所导致 的环空窜流的措施可分为两类:工艺方面的措施、防窜水泥浆。从原理上而言也可分为两类: 防止或降低失重、增加窜流阻力。4防止失重所导致的环空窜流的工艺方面的措施。防止失 重所导致的环空窜流的工艺方面的措施主要如下：降低水泥柱高度;使用双凝水泥;候凝时井 口环空加压；固井时增大环空

9、内钻井液的密度;使用多级注水泥技术;使用套管外封隔器;候 凝期间井口环空脉冲振动水泥浆;候凝期间振动套管。各措施的简要原理如下：1降低水泥柱高度在对水泥浆封隔长度无什么特殊要求时，可适当减少水泥柱高度，以减少水泥的失重值及 其对窜流的影 响。但是，水泥封隔长度一般都会有一定要求，不能轻易改动,或许可以改动但有限，因此该措 施有较大的局限性。2使用双凝水泥井内要封隔的水泥段较长时，为了防止窜流，可在水泥柱各段范围内添加不同的外加剂以 调节水泥浆的凝固时间,使水泥浆从下到上逐渐凝固。常采用的是两凝水泥。当下部速凝段 处于危险状态时,上部缓凝段仍保持较高的静液压力；而缓凝段降至水柱压力时,下部速凝段

10、 早已凝固,从而防止窜流。该措施可行，所带来的不便之处是水泥浆体系稍微复杂一点，有时 更大的不便不是水泥浆体系的实现而是现场施工不便。3候凝时井口环空加压候凝时井口环空加压以弥补水泥浆失重引起的压力降。该措施的局限性是,当井下有薄弱 易漏层时、上层套管下得比较浅时,所施加的压力有限或根本不能加压。尤其是井下上部有 薄弱易漏层时，所能憋压的当量密度有限。4固井时增大环空内钻井液的密度采取这一措施是基于这样的考虑：在井下某一位置，水泥浆失重后对地层作用的压力是 水泥段失重后的压力与上部钻井液段压力之和，因此，增大环空内钻井液的密度可以增加对 地层的压力，从而有利于防窜。该措施目前基本上未应用,因为

11、一般固井时增大井内钻井液的 密度都不利于提高注水泥顶替效率，因为增大钻井液密度使水泥浆与钻井液之间的密度差减 小,且一般情况下增大钻井液密度也会使钻井液的粘度增加，这些都不利于水泥浆对钻井液 的顶替。完井方法选择也是降低油层损有的重要环节。几年来，围绕选择完井方法、双级注水 泥工艺、优选固井参数、提高水泥浆顶林效率进行了攻关研究，取得了预期效果。射孔是沟通储层和井筒以形成气液流通通道的良好完井方式，由于射孔工艺效应和结 构条件，正常情况下不可能完全实现理想的射孔孔眼。在射孔作业过程中可能导致射孔弹孔眼径向周围形成的挤压致密区的渗滤能力远小 于周围地层;射孔过程中造成的泥浆、岩屑、弹片有可能对孔

12、眼造成堵塞;正压差射孔比 负压差射孔更易产生危害；射孔液化学性质与储层不配伍可引起粘土膨胀与水锁；射孔 液中有害固相含量高，聚能射孔产生的碎片等,可在正压差射孔时压入地层，产生伤害;高压 差、高排量会在井眼周围地带形成亏空带,再次压井可引起大量泄漏;易引起储层内颗粒运移; 易产生压实作用,产生压力敏感。采用双级固井工艺技术,一方面降低了环空液柱压力，防止注水泥浆漏失，缩短固井施工 时间;另一方面可优化一级水泥浆体系,选择最佳水泥封固井段保证有效地封固目的层；再者 可防止或减少水泥浆失重造成地层流体上窜，有利于提高固井质量。为保证探井油气层不被水泥浆污染和正确评定探井油层资源量情况，可以采用筛管

13、顶部注水 泥工艺。该工艺也是目前比较成熟的固井工艺技术。根据井眼状况和不同压力层系，应该采用不同的完井固井工艺，并采取相应的技术措施 保护油气层,保证固井质量。目前,根据不同情况可采用的配套工艺技术有:长封固井段高 压井或漏失井采用分级箍+管外封隔器工艺;尾管多套压力层系采用悬挂器+管外封隔器 工艺;尾管筛管顶部注水泥采用悬挂器+管外封隔器+分级箍工艺等。由于井底温度高、环空间隙小、施工泵压大、封固段长造成完井固井工艺相当复杂。目前， 国内外还没有比较合理、完善、系统的深井完井固井工艺。良好的井身质量包括井眼规则、无大肚子和糖葫芦井眼、井径扩大率、全角变化率达到 要求。而井径扩率超标、狗腿度严

14、重、井眼轨迹不规范、方位变化大等严重影响套管的居中， 造成水泥浆窜槽。良好的井身质量能够最大限度地提高水泥浆的顶替效率，达到良好的固井 质量。钻井液性能差,井壁坍塌掉块，虚泥饼增厚，造成套管下不到位，开泵困难，大量出砂，导 致憋泵事故。因此，为保证固井质量，在保证井下安全的情况下尽量使钻井液达到低粘低切， 具备良好的流变性。固井设计包括套管柱设计、工艺设计、水泥浆体系设计、工具附件没计和施工方案设计。 对于深井更要注意套管柱设计，固井工艺、工具附件、水泥浆体系要针对实际情况进行优选。深井的套管设计，应适当增加安全系数,并对各种生产条件全面衡量，经过谨慎权衡后,确定最 终的外载条件。除了一般常见

15、的设计因素外，需要特别权衡考虑的因素有:生产过程中可能出 现的最大井口压力和井底压力、套管的磨损、弯矩、蠕变地层。由于井深，水泥浆运行路径长，混浆严重,容易引起稠化。因此应考虑与钻井液的配伍性 （相容性），为提高顶替效率，选用剪切稀释性好、冲洗性好的液体,以清除滤饼,为水泥浆提供 一个良好的胶结界面。前置液的设计比较困难，需要特别考虑的问题是在保证顶替效率的情 况下避免欠压固井。因此，往往需要对前置液做加重处理,这在现场是一件比较繁琐的工作。 但也应该看到，在相容性好的条件下，前置液中的加重材料会对胶凝钻井液产生磨蚀作用，有 别于低密度前置液，从另一个方面产生提高顶替效率的作用。一个简单有效的

16、方法是把适当 稀释的钻井液作为预冲洗液，既容易获得又能保证有一定密度。室内实验表明，钻井液中加入 5%10%的水稀释后，可以使屈服值降低30%50%，塑性粘度降低20%30%,而密 度仅降低0.050.1g cm3。水泥浆性能随着井深的增加，水泥浆在咼温咼压下的流动及应力状态都会改变。咼温下 水泥外加剂会发生聚合、降解、交联反应。要选择优良耐高温的外加剂,根据井下温度、压 力条件下进行流变学设计，达到失水小、析水少、流动性好，要按流变学来设计和调整水泥浆 性能,达到紊流顶替，以提高顶替效率。深井套管必须探伤、试压，复查钢级、壁厚、椭圆度。 认真选择工具、附件型号和检查质量状况是深井固井要做的一

17、项重要工作。必须对各个公司 生产的工具性能充分掌握，入井前重点检查，施工时尽量避免对薄弱环节造成冲击。这些重点 检查环节是:尾管悬挂器的中心管密封、脱挂装置的可靠性;分级箍循环孔入井前是否闭、各 种附件尺寸是否匹配等。平衡压力设计对深井固井犹为重要，要保证固井注水泥前、后管外液柱压力小于地层破 裂压力、大于地层孔隙压力。既要保证在固井中不发生漏失，又要保证在水泥浆失重后，液柱 压力大于地层孔隙压力,合理设计两凝或多凝水泥浆，防止底部高压油、气、水窜影响水泥封 固质量。下套管前采用完钻钻具组合通井,并大排量洗井，调整钻井液性能，确保井眼畅通,无垮塌 无沉砂，保证不漏、不涌，为固井施工提供良好的井

18、眼条件。为保证套管安全顺利下人设计井 深，必须调整钻井液性能:添加合适的润滑剂,改善套管与井壁的接触环境，减小下套管摩阻; 具备良好的抗高温高压性能;在保证井下安全的情况下，达到良好的流变性，钻井液密度、流 变参数、失水合理,以提高防塌防卡能力，使其易于被水泥浆驱替。合理安放扶正器可提高套管的居中度。可选用双弓弹性扶正器、刚性扶正器（直条、旋流）、 旋流发生器。扶正器对于提高顶替效果、提高固井质量有着非常重要的作用，它的主要作用 有两个:套管居中和造成局部紊流。双弓弹性扶正器安放原则:套管鞋部位下入12个;油 气层段及上下50m内，每根套管加一个扶正器;在大肚子井段，每根套管加一个扶正器;其他

19、 井段酌情下入，在疏松砂岩和井下情况较复杂的井段少加或不加扶正器。在大肚子井眼处合 理安放旋流发生器，增加大肚子井眼处的紊流力度,提高顶替效率，保证井径不规则处的固井尾管固井工艺是深井固井中最常用的一种方法，具有较好的经济价值，它改善管柱轴向 受力载荷条件及改善钻井水力条件，尤其在低压薄弱地层固井能大幅度降低环空流动阻力， 因此尾管固井工艺日益广泛地被采用。对于裸眼套管下入深、钻机负荷过大和施工难度大的 井选用尾管悬挂、套管回接工艺比较有效。首先进行尾管固井作业，然后进行套管回接。这 样可以降低液体流动阻力对油层的污染，同时减轻了套管串质量，减轻了钻机负荷。随着地理环境和人为作业环境的改变，油

20、气层损害的原因和程度也不尽相同，复杂多变，必须 根据具体作业过程分析油气层损害的原因，以采取相应的保护措施,更好的保护油气资源，节 约勘探开发成本。近年来固井技术取得了长足的进步，但是当前和今后一个时期固井面临的困难仍然很 多，解决这些问题我们深感责任重大。现就下一步的工作，提出以下几个方面的建议：第一，油田领导要高度重视固井工作。固井是钻井工程的最后一道工序，也是油气井完 成的最后一道工序，其质量直接关系到资源的保护和合理利用，关系到环境的友好与保护， 关系到油气田开发的效果和寿命，因此希望油田领导给予充分的重视，关心固井技术的发展， 为固井技术发展提供强有力的支持。第二，加强技术管理及现场

21、施工的管理。提高固井质量是一项系统工程，这项工程并不 仅仅是从事固井设计与施工单位的事情，也是地质、油藏、钻井等多个单位、多个方面共同 关注的一项系统工程，需要各部门协调配合。要想固好井，必须从各方面入手，采取有效措 施，降低每一项因素对固井质量的影响。为此，各油田要制定固井条例，健全生产质量管理 体系，要有专门人员负责固井的管理，加强与钻井等单位的联合，实行生产责任落实到人头， 严格执行设计方案，抓好重点勘探区域、重点工程、重点井的方案论证、技术攻关、施工设 计、措施落实、固井施工等，确保固井成功与固井质量。要严把入井的工具附件、水泥、外 加剂、外掺料的质量关，严格做到不合格的产品不能入井。第三，进一步改善固井装备及水泥化验仪器。近年来，国际上固井装备发展的一个重要 方向是注水泥设备向操作自动化、密度控制精确化、大能量和大功率方向发展。配浆时的混 合能量充足，可以使水泥颗粒充分水化，保证现场水泥浆的性能与室内实验条件相一致，达 到设计要求。鉴于复杂深井固井难度的日益加大，工作量日益增多，各油田现有的固井设备 还不可能很好地满足复杂井固井施工的需要，固井设备有必要进行适当更新。