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【摘要】套管开窗侧钻技术作为老油田增储上产、完善开发井网的一种有效措施，得到广泛应用。而侧钻井固井质量由于受环空间隙小、固井液循环附加当量密度高、不规则井径的影响，固井质量较差。而江苏油田针对油田地质特点和侧钻井固井难点，提出了采用分级变密度固井的新工艺，有效解决了侧钻井固井质量差的难题，自2011年应用以来，已成功实施了17口井，固井成功率100%，固井优质率70%以上。
【关键词】井径 固井 水泥浆
1 侧钻井固井的难点
侧钻井的井径约为125mm，下95.25mm的尾管完井，尾管本体环空间隙14.87mm，尾管节箍处的环空间隙只有10mm，不到常规井环空间隙的40%。其难点有以下几个方面：
（1）由于环空间隙变小，增加了环空的流动助力，一般情况下，常规井管外压耗只占全部压耗的30%左右，环空当量密度增加0.04g/cm3左右，而侧钻井管外压耗一般都在80%以上，环空当量密度增加0.16g/cm3以上，而侧钻井属于老去的调整井，老区地层压力系数较低大概在0.5-0.8之间，易造成固井过程中水泥浆的漏失，这也是造成侧钻井固井成功率低和固井质量差的重要原因；
（2）由于侧钻井都是定向井，采用的是φ118单牙轮钻头+1.25°单弯螺杆+φ89mm无磁承压钻杆1根+φ73mm的加重钻杆10根+φ73mm钻杆的钻具结构，由于这种钻具组合较软，钻具的节箍为φ105mm较大，钻具易贴边，易形成岩屑床和不规则的井眼，造成固井过程中水泥环不均匀，质量差，进而影响固井质量；
（3）由于侧钻井井眼小，环空间隙窄，固井过程中水泥浆的顶替效率较差。
2 分级变密度固井工艺
针对侧钻井固井的难点，采用了一种新型的固井工艺——分级变密度固井工艺，该工艺主要的流程：首先采用特殊的方法在固井前加强井眼的处理；其次针对地层不同而选用不同性能的水泥浆体系，在油层部位选用高密度、高强度、韧性水泥浆体系；而在油层部位以上选用低密度、防气窜、微膨胀水泥浆体系；最后在施工过程中，根据电测资料来确定不同水泥浆用量，同时根据侧钻井的井眼轨迹和井况优化施工参数，一般采用变排量顶替，使得水泥浆在顶替的过程中处在平板流或塞流的状态下，以此来提高水泥浆的顶替效率，2.1 固井前井筒处理
将井筒预处理分为两个阶段；一是电测完，通井时调整钻井液的性能，及时处理井壁；二是下完尾管，调整钻井液性能。
第一阶段主要是防止缩径和修整井眼。
（1）在钻井液中添加1%磺化沥青，来稳固井壁，提高泥饼的质量；
（2）加入适量超细碳酸钙，调整钻井液的密度，正常是在原来的基础上提高0.2 g/ cm3，通过适量提高钻井液的密度，增加液柱的压力，防止井壁坍塌；
（3）在裸眼段短起，修正井壁，清除岩屑床；
（4）加入0.1%的增粘降失水剂，来调整钻井液的粘度和失水，有助于提高钻井液的携岩能力和泥饼的质量；
（5）下入新的PDC钻头，作为通井工具，来达到修正井壁，破坏岩屑床的目的；
（6）加入0.2%单向压力封闭剂，做承压实验，现在初步确定试压值5MPa，通过承压试压对井壁承压能力做一个准确的判断。
第二阶段调整钻井液的流变性降低环空压耗。
（1）加入适量清水降低钻井液的粘度，使钻井液的漏斗粘度控制在40s左右，降低环空磨阻；
（2）加入0.1%甲基硅油，改善钻井液的流变性，降低环空磨阻；
采用逐渐提高排量的方法，循环至少两周，等返出的钻井液没有气泡以及在振动筛上没有岩屑为止。
2.2 水泥浆体系的设计
根据不同层位采用不同的水泥浆体系：
（1）侧钻井的油层顶界到井底，这段井段占整个侧钻裸眼井段的25%左右（江苏油田数据），而这一井段将来要进行射孔、酸化、压裂等措施作业，对固井水泥环的强度要求很高，所以这一段采用高强度、高密度、韧性水泥浆体系，主要是提高薄水泥环的抗压、抗折强度，来满足相关措施作业的要求，同时由于这段井段占整个侧钻井段的比例较小，这种水泥浆的用量较少，对循环附加当量密度的增加与全井段低密度固井相比，增加的很小，所以不会对地层的造成格外的伤害；
（2）在油层以上井段（大约占整个井段的75%）采用低密度、防气窜、微膨胀水泥浆体系，由于这一段主要的作用是保护套管防止气窜和水窜，所以在油层以上的井段，采用流动性好的防气窜、微膨胀、低密度水泥浆体系，采用这样一种水泥浆体系能有效降低循环附加当量密度，防止压漏地层。
下面是两种不同密度水泥浆体系的配方，所用的油井水泥是江南G级水泥。其配方如下表1。
2.3 固井施工参数设计
采取平衡压力固井的设计原则，即注、替水泥浆过程中产生的环空水泥浆设计压力（静液柱压力+流动阻力），应小于最薄弱地层的破裂压力。驱替水泥浆到设计位置后，在凝固失重条件下不受油气侵窜，其静液柱压力梯度值大于地层孔隙压力梯度值。
（1）流变方程和流变参数
钻井和固井中的钻井液、水泥浆、前置液等，通常都是非牛顿流体，非牛顿流体的流变方程（通常又称为流变模式）有宾汉（Bingham）方程、幂律（Power一Law）方程、卡森（Casson）方程、罗伯逊一斯蒂夫（简称R一S）方程和赫谢尔一巴尔克利（简称H一B）方程。前三种属于两参数流变方程，后二种属于三参数流变方程。目前在现场常用的是宾汉方程和幂律方程。在注水泥中经常还使用清水或接近清水的液体作前置液，这些液体属于牛顿液体，描述它们的流变性为的是牛顿流变方程。实际上，在宾汉方程中令动切力为0或在幂律方程中令流性指数为1，则这些方程就变为了牛顿流变方程。
通过资料分析认为，水泥浆流变特性更符合幂律模式，幂律模式要比宾汉模式的误差要小，因此我们选择幂律模式。
式中：fP——流动压降，MPa；
L——流道的长度，m。
（5）环空动压力计算
对于环空中某一井深位置，此处的动压力为该井深点以上所有液体的静液压力和流动摩阻压降之和。
液体的静液压力为：
参考文献
[1] 魏文忠，郭卫东，贺昌华，等.胜利油田小井眼套管开窗侧钻技术[J].石油钻探技术.2001.29（1）：19-22
[2] 郭小阳.低压易漏长裸眼井注水泥工艺研究.天然气工业，1998；1（5）：40-44
[3] 中华人民共和国石油天然气行业标准.注水泥流变性设计.石油工业出版社，1993年7月
[4] 郭小阳，等.低压易漏长裸眼井注水泥工艺研究.天然气工业，1998，18（5）：40
作者简介
钱红彬（1982-）男，汉，江苏扬州人，助理工程师，主要从事侧钻设计工作。
【关键词】井径 固井 水泥浆
1 侧钻井固井的难点
侧钻井的井径约为125mm，下95.25mm的尾管完井，尾管本体环空间隙14.87mm，尾管节箍处的环空间隙只有10mm，不到常规井环空间隙的40%。其难点有以下几个方面：
（1）由于环空间隙变小，增加了环空的流动助力，一般情况下，常规井管外压耗只占全部压耗的30%左右，环空当量密度增加0.04g/cm3左右，而侧钻井管外压耗一般都在80%以上，环空当量密度增加0.16g/cm3以上，而侧钻井属于老去的调整井，老区地层压力系数较低大概在0.5-0.8之间，易造成固井过程中水泥浆的漏失，这也是造成侧钻井固井成功率低和固井质量差的重要原因；
（2）由于侧钻井都是定向井，采用的是φ118单牙轮钻头+1.25°单弯螺杆+φ89mm无磁承压钻杆1根+φ73mm的加重钻杆10根+φ73mm钻杆的钻具结构，由于这种钻具组合较软，钻具的节箍为φ105mm较大，钻具易贴边，易形成岩屑床和不规则的井眼，造成固井过程中水泥环不均匀，质量差，进而影响固井质量；
（3）由于侧钻井井眼小，环空间隙窄，固井过程中水泥浆的顶替效率较差。
2 分级变密度固井工艺
针对侧钻井固井的难点，采用了一种新型的固井工艺——分级变密度固井工艺，该工艺主要的流程：首先采用特殊的方法在固井前加强井眼的处理；其次针对地层不同而选用不同性能的水泥浆体系，在油层部位选用高密度、高强度、韧性水泥浆体系；而在油层部位以上选用低密度、防气窜、微膨胀水泥浆体系；最后在施工过程中，根据电测资料来确定不同水泥浆用量，同时根据侧钻井的井眼轨迹和井况优化施工参数，一般采用变排量顶替，使得水泥浆在顶替的过程中处在平板流或塞流的状态下，以此来提高水泥浆的顶替效率，2.1 固井前井筒处理
将井筒预处理分为两个阶段；一是电测完，通井时调整钻井液的性能，及时处理井壁；二是下完尾管，调整钻井液性能。
第一阶段主要是防止缩径和修整井眼。
（1）在钻井液中添加1%磺化沥青，来稳固井壁，提高泥饼的质量；
（2）加入适量超细碳酸钙，调整钻井液的密度，正常是在原来的基础上提高0.2 g/ cm3，通过适量提高钻井液的密度，增加液柱的压力，防止井壁坍塌；
（3）在裸眼段短起，修正井壁，清除岩屑床；
（4）加入0.1%的增粘降失水剂，来调整钻井液的粘度和失水，有助于提高钻井液的携岩能力和泥饼的质量；
（5）下入新的PDC钻头，作为通井工具，来达到修正井壁，破坏岩屑床的目的；
（6）加入0.2%单向压力封闭剂，做承压实验，现在初步确定试压值5MPa，通过承压试压对井壁承压能力做一个准确的判断。
第二阶段调整钻井液的流变性降低环空压耗。
（1）加入适量清水降低钻井液的粘度，使钻井液的漏斗粘度控制在40s左右，降低环空磨阻；
（2）加入0.1%甲基硅油，改善钻井液的流变性，降低环空磨阻；
采用逐渐提高排量的方法，循环至少两周，等返出的钻井液没有气泡以及在振动筛上没有岩屑为止。
2.2 水泥浆体系的设计
根据不同层位采用不同的水泥浆体系：
（1）侧钻井的油层顶界到井底，这段井段占整个侧钻裸眼井段的25%左右（江苏油田数据），而这一井段将来要进行射孔、酸化、压裂等措施作业，对固井水泥环的强度要求很高，所以这一段采用高强度、高密度、韧性水泥浆体系，主要是提高薄水泥环的抗压、抗折强度，来满足相关措施作业的要求，同时由于这段井段占整个侧钻井段的比例较小，这种水泥浆的用量较少，对循环附加当量密度的增加与全井段低密度固井相比，增加的很小，所以不会对地层的造成格外的伤害；
（2）在油层以上井段（大约占整个井段的75%）采用低密度、防气窜、微膨胀水泥浆体系，由于这一段主要的作用是保护套管防止气窜和水窜，所以在油层以上的井段，采用流动性好的防气窜、微膨胀、低密度水泥浆体系，采用这样一种水泥浆体系能有效降低循环附加当量密度，防止压漏地层。
下面是两种不同密度水泥浆体系的配方，所用的油井水泥是江南G级水泥。其配方如下表1。
2.3 固井施工参数设计
采取平衡压力固井的设计原则，即注、替水泥浆过程中产生的环空水泥浆设计压力（静液柱压力+流动阻力），应小于最薄弱地层的破裂压力。驱替水泥浆到设计位置后，在凝固失重条件下不受油气侵窜，其静液柱压力梯度值大于地层孔隙压力梯度值。
（1）流变方程和流变参数
钻井和固井中的钻井液、水泥浆、前置液等，通常都是非牛顿流体，非牛顿流体的流变方程（通常又称为流变模式）有宾汉（Bingham）方程、幂律（Power一Law）方程、卡森（Casson）方程、罗伯逊一斯蒂夫（简称R一S）方程和赫谢尔一巴尔克利（简称H一B）方程。前三种属于两参数流变方程，后二种属于三参数流变方程。目前在现场常用的是宾汉方程和幂律方程。在注水泥中经常还使用清水或接近清水的液体作前置液，这些液体属于牛顿液体，描述它们的流变性为的是牛顿流变方程。实际上，在宾汉方程中令动切力为0或在幂律方程中令流性指数为1，则这些方程就变为了牛顿流变方程。
通过资料分析认为，水泥浆流变特性更符合幂律模式，幂律模式要比宾汉模式的误差要小，因此我们选择幂律模式。
式中：fP——流动压降，MPa；
L——流道的长度，m。
（5）环空动压力计算
对于环空中某一井深位置，此处的动压力为该井深点以上所有液体的静液压力和流动摩阻压降之和。
液体的静液压力为：
参考文献
[1] 魏文忠，郭卫东，贺昌华，等.胜利油田小井眼套管开窗侧钻技术[J].石油钻探技术.2001.29（1）：19-22
[2] 郭小阳.低压易漏长裸眼井注水泥工艺研究.天然气工业，1998；1（5）：40-44
[3] 中华人民共和国石油天然气行业标准.注水泥流变性设计.石油工业出版社，1993年7月
[4] 郭小阳，等.低压易漏长裸眼井注水泥工艺研究.天然气工业，1998，18（5）：40
作者简介
钱红彬（1982-）男，汉，江苏扬州人，助理工程师，主要从事侧钻设计工作。