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【摘 要】固井施工是钻井完井过程中一项极其重要的施工环节，其属于一次性工程，即使施工中出现问题，一般无法补救，固井质量的好坏直接影响着后续工艺的有序进展，甚至影响该井的顺利投产和使用寿命。本文通过分析水泥浆固井质量的影响因素，总结归纳出提高水泥浆固井质量的工艺技术，为固井施工提供了可借鉴的依据和宝贵经验。
【关键词】水泥浆；固井；影响；质量；研究
一、影响固井质量的因素
1.地层因素的影响。油层底水，油水同层破坏水泥环的正常胶结进程，极大的影响了油层段固井质量。新钻井多位于老油区，由于长期注水开采以及部分老井套管破损，造成了地层情况的变化，固井时当水泥浆就位后地层水容易进入井眼环空，侵入水泥浆体内。井网密、井距小，且相邻井组注采状况情况复杂，注、采层位压力传递敏感，层间相互干扰严重，钻进过程中产生压力波动，循环出的钻井液常常受到地下原油的污染，井筒壁油污多，影响着第二界面的胶结质量。
2.水泥浆性能的影响。在水泥浆被泵入环空的初期，随着水泥浆中由于水化形成胶凝强度以及水泥浆的体积收缩，环空静液压力开始下降，到了初凝前后环空静液压力将降到等高水柱静压值，为地层流体将进入环空提供可能。水泥初凝后，“失重”过程加快，到终凝后，环空静液压力降为零，甚至负值，相当环空水泥环完全被“悬挂”，此时，防窜主要依赖水泥浆胶凝结构自身的阻力，阻止地层流体进入环空。因此，当水泥浆从初凝至终凝这个阶段，是地层流体侵入环空的最薄弱环节。这一阶段也称为过渡时间，过渡时间越短，即达到防窜的水泥浆胶凝强度所需时间就越短，当然如能实现直角稠化则效果更好。水泥浆向地层失水会引起水泥浆的体积损失，失水量越大，水泥石的体积收缩越严重。因为体积损失与压力损失成正比，使得窜流可能性增大。另外，水泥浆水化收缩会在第一、第二胶结界面形成微环隙，在水泥环内部形成裂缝，影响胶结质量。
3.套管居中度的影响。流变学和水动力学证明在偏心环空中水泥浆顶替过程极易发生窜槽，窄边间隙小，液体流动阻力大，流速小，易滞留钻井液，反之宽边间隙大，液体流动阻力小，流速高，水泥浆易发生窜槽。因此，套管居中问题直接关系到固井质量的好坏。扶正器安装位置不合理，个数过少，尤其是在调整更新定向井的造斜段，如不注意扶正器的合理加放，更会导致套管的居中度偏低，为接下来的固井施工留下了隐患。
4.井径不规则的影响。由于地层岩性不稳定，井眼条件差，受钻井液冲蚀严重，井径不规则，直罗组易坍塌，坍塌后形成大肚子井眼和狗腿井眼，致使顶替效率过低，封固质量难以保证。
5.施工管理的影响。现场管理不到位，对于很多技术环节和要求不能及时的贯彻和落实，为了片面的追求钻速和进尺，减少施工时间，降低成本，往往不按正常程序进行。如：固井前不对钻井液的性能进行必要调整，下套管前不进行必要的通井，固井前不循环钻井液或者循环时间过短。导致不能消除钻井液在窄间隙、井壁上的滞留范围，有效降低泥饼厚度，从而大大降低了顶替效率，影响固井质量。在设备配备方面，固井用水准备不够充足，导致施工用水中断或供水排量小，施工不连续，不能实现水泥浆大排量顶替，使水泥浆在环空中上返速度过低，达不到设计中的紊流要求，大大降低了顶替效率，这些环节都会影响固井质量。
二、提高固井质量的技术研究
1.水泥浆体系的研究和优选。在井底温度压力条件下应使水泥浆低失水，因此可以减小水泥浆凝固过程中的体积收缩，保持一个较高的环空静压力，且体系内部具备网状结构，这样就具有了较高的内聚力，能够阻止地层水窜入环空空间。具有微膨胀性，以便能够弥补水泥浆由于水化造成的体积收缩，微裂隙、微裂缝，减小由于“失重”现象对水泥石胶结的影响，在一定程度上改善界面的胶结情况。初终凝过渡时间短，实现地层流体侵入界面前水泥浆快速胶结，且具强触变性。针对底水油藏特点，底水活跃，井浅井底温度低，采用综合固井技术。即采用双凝水泥浆体系：用低温早强降失水水泥浆封固油层，用粉煤灰低密度水泥浆封固上部井段 。在稠化时间上设计成当油层段水泥浆已经终凝，而上部二凝水泥浆体系还没有稠化，能够继续给油层施加压力，减小水泥浆“失重”现象可能导致的地层水进入环空。粉煤灰水泥浆首先进入井眼，由于流动性好，具有冲洗、净化井眼的效果，为封固油层的水泥浆封固油层创造了较好的条件。
2.提高顶替效率的措施。有效驱替钻井液，提高注水泥的顶替效率是清除钻井液窜槽、保证水泥胶结质量和水泥环密封效果的基本前提，影响顶替效率的主要因素是：井眼质量、套管居中、流体的流变性差异、顶替流态与接触时间、水泥浆密度均匀性、钻井液性能等。井队电测完后必须认真通井，油层段认真划眼，以破除井壁上的厚钻井液濾饼，为水泥浆就位后与套管及地层形成良好胶结创造条件。固井前调整钻井液的性能：低密、低粘、低切、低动塑比，充分循环1-2周，保证泥饼薄而致密，有效减小钻井液的触变性，消除钻井液在窄间隙、井壁上的滞流范围，提高顶替效率。待泵压平稳，达到预计数值后方可固井。施工时水泥浆大排量顶替，使水泥浆在环空的上返速度达到紊流，以提高水泥浆的顶替效率。
3.提高固井质量措施。（1）坚持通井划眼。下套管前采用原钻具通井，通井时带大接头或大尺寸稳定器，防止下套管遇阻和卡钻，气层段反复划眼，以清除井壁的泥饼；（2）使用扶正器和刮泥器。下套管时必须按设计数量和间距加放扶正器和刮泥器，气层段每根套管加扶正器一只，气层上部每两根加一只，连续加15-20只，表套加10只扶正器以保证井口居中；（3）处理钻井液。下完套管后必须稀释钻井液并充分循环，使钻井液粘度低，动塑比低，泥饼薄而韧，循环时间控制在2-3周，不可长时间循环；（4）调配好水泥浆密度。保证水泥浆密度均匀稳定，密度差不超过平均密度的±0.05g/cm3，要求水泥浆密度先低后高并提高尾浆密度，使水泥浆从下往上依次凝固；（5）保证施工连续。紊流顶替，进行平衡压力固井设计，注隔离液，注水泥，替水至碰压的全过程采用双车大泵大排量高泵速顶替，使流体（水泥浆和钻井液）以紊流状态在环空中上返，注水泥作业连续，减少“U”型管效应；（6）采取有效的措施。确保表层套管的固井质量，对于出水的表层，必须在固井前加重水泥浆压稳地层，固井施工必须加大水泥量并在水层段使用G级早强水泥封固。
三、结论与认识
1.固井质量既受客观的地质因素影响，也受钻井和固井水泥浆的自身性能的影响。
2.正确选用固井水泥浆体系，严格按照施工设计要求和规范进行固井施工，可以大大提高固井质量。
3.根据固井单晶井的实际情况，结合以往固井施工经验，合理选择固井的个性化方案，是提高固井施工质量的有效措施。
作者简介
[1]杨振杰等.钻井工程固井胶结界面研究现状[J].石油钻探技术，2005
[2]杨志毅.低压易漏、易窜井固井技术研究与应用[D].西南石油学院，2003
【关键词】水泥浆；固井；影响；质量；研究
一、影响固井质量的因素
1.地层因素的影响。油层底水，油水同层破坏水泥环的正常胶结进程，极大的影响了油层段固井质量。新钻井多位于老油区，由于长期注水开采以及部分老井套管破损，造成了地层情况的变化，固井时当水泥浆就位后地层水容易进入井眼环空，侵入水泥浆体内。井网密、井距小，且相邻井组注采状况情况复杂，注、采层位压力传递敏感，层间相互干扰严重，钻进过程中产生压力波动，循环出的钻井液常常受到地下原油的污染，井筒壁油污多，影响着第二界面的胶结质量。
2.水泥浆性能的影响。在水泥浆被泵入环空的初期，随着水泥浆中由于水化形成胶凝强度以及水泥浆的体积收缩，环空静液压力开始下降，到了初凝前后环空静液压力将降到等高水柱静压值，为地层流体将进入环空提供可能。水泥初凝后，“失重”过程加快，到终凝后，环空静液压力降为零，甚至负值，相当环空水泥环完全被“悬挂”，此时，防窜主要依赖水泥浆胶凝结构自身的阻力，阻止地层流体进入环空。因此，当水泥浆从初凝至终凝这个阶段，是地层流体侵入环空的最薄弱环节。这一阶段也称为过渡时间，过渡时间越短，即达到防窜的水泥浆胶凝强度所需时间就越短，当然如能实现直角稠化则效果更好。水泥浆向地层失水会引起水泥浆的体积损失，失水量越大，水泥石的体积收缩越严重。因为体积损失与压力损失成正比，使得窜流可能性增大。另外，水泥浆水化收缩会在第一、第二胶结界面形成微环隙，在水泥环内部形成裂缝，影响胶结质量。
3.套管居中度的影响。流变学和水动力学证明在偏心环空中水泥浆顶替过程极易发生窜槽，窄边间隙小，液体流动阻力大，流速小，易滞留钻井液，反之宽边间隙大，液体流动阻力小，流速高，水泥浆易发生窜槽。因此，套管居中问题直接关系到固井质量的好坏。扶正器安装位置不合理，个数过少，尤其是在调整更新定向井的造斜段，如不注意扶正器的合理加放，更会导致套管的居中度偏低，为接下来的固井施工留下了隐患。
4.井径不规则的影响。由于地层岩性不稳定，井眼条件差，受钻井液冲蚀严重，井径不规则，直罗组易坍塌，坍塌后形成大肚子井眼和狗腿井眼，致使顶替效率过低，封固质量难以保证。
5.施工管理的影响。现场管理不到位，对于很多技术环节和要求不能及时的贯彻和落实，为了片面的追求钻速和进尺，减少施工时间，降低成本，往往不按正常程序进行。如：固井前不对钻井液的性能进行必要调整，下套管前不进行必要的通井，固井前不循环钻井液或者循环时间过短。导致不能消除钻井液在窄间隙、井壁上的滞留范围，有效降低泥饼厚度，从而大大降低了顶替效率，影响固井质量。在设备配备方面，固井用水准备不够充足，导致施工用水中断或供水排量小，施工不连续，不能实现水泥浆大排量顶替，使水泥浆在环空中上返速度过低，达不到设计中的紊流要求，大大降低了顶替效率，这些环节都会影响固井质量。
二、提高固井质量的技术研究
1.水泥浆体系的研究和优选。在井底温度压力条件下应使水泥浆低失水，因此可以减小水泥浆凝固过程中的体积收缩，保持一个较高的环空静压力，且体系内部具备网状结构，这样就具有了较高的内聚力，能够阻止地层水窜入环空空间。具有微膨胀性，以便能够弥补水泥浆由于水化造成的体积收缩，微裂隙、微裂缝，减小由于“失重”现象对水泥石胶结的影响，在一定程度上改善界面的胶结情况。初终凝过渡时间短，实现地层流体侵入界面前水泥浆快速胶结，且具强触变性。针对底水油藏特点，底水活跃，井浅井底温度低，采用综合固井技术。即采用双凝水泥浆体系：用低温早强降失水水泥浆封固油层，用粉煤灰低密度水泥浆封固上部井段 。在稠化时间上设计成当油层段水泥浆已经终凝，而上部二凝水泥浆体系还没有稠化，能够继续给油层施加压力，减小水泥浆“失重”现象可能导致的地层水进入环空。粉煤灰水泥浆首先进入井眼，由于流动性好，具有冲洗、净化井眼的效果，为封固油层的水泥浆封固油层创造了较好的条件。
2.提高顶替效率的措施。有效驱替钻井液，提高注水泥的顶替效率是清除钻井液窜槽、保证水泥胶结质量和水泥环密封效果的基本前提，影响顶替效率的主要因素是：井眼质量、套管居中、流体的流变性差异、顶替流态与接触时间、水泥浆密度均匀性、钻井液性能等。井队电测完后必须认真通井，油层段认真划眼，以破除井壁上的厚钻井液濾饼，为水泥浆就位后与套管及地层形成良好胶结创造条件。固井前调整钻井液的性能：低密、低粘、低切、低动塑比，充分循环1-2周，保证泥饼薄而致密，有效减小钻井液的触变性，消除钻井液在窄间隙、井壁上的滞流范围，提高顶替效率。待泵压平稳，达到预计数值后方可固井。施工时水泥浆大排量顶替，使水泥浆在环空的上返速度达到紊流，以提高水泥浆的顶替效率。
3.提高固井质量措施。（1）坚持通井划眼。下套管前采用原钻具通井，通井时带大接头或大尺寸稳定器，防止下套管遇阻和卡钻，气层段反复划眼，以清除井壁的泥饼；（2）使用扶正器和刮泥器。下套管时必须按设计数量和间距加放扶正器和刮泥器，气层段每根套管加扶正器一只，气层上部每两根加一只，连续加15-20只，表套加10只扶正器以保证井口居中；（3）处理钻井液。下完套管后必须稀释钻井液并充分循环，使钻井液粘度低，动塑比低，泥饼薄而韧，循环时间控制在2-3周，不可长时间循环；（4）调配好水泥浆密度。保证水泥浆密度均匀稳定，密度差不超过平均密度的±0.05g/cm3，要求水泥浆密度先低后高并提高尾浆密度，使水泥浆从下往上依次凝固；（5）保证施工连续。紊流顶替，进行平衡压力固井设计，注隔离液，注水泥，替水至碰压的全过程采用双车大泵大排量高泵速顶替，使流体（水泥浆和钻井液）以紊流状态在环空中上返，注水泥作业连续，减少“U”型管效应；（6）采取有效的措施。确保表层套管的固井质量，对于出水的表层，必须在固井前加重水泥浆压稳地层，固井施工必须加大水泥量并在水层段使用G级早强水泥封固。
三、结论与认识
1.固井质量既受客观的地质因素影响，也受钻井和固井水泥浆的自身性能的影响。
2.正确选用固井水泥浆体系，严格按照施工设计要求和规范进行固井施工，可以大大提高固井质量。
3.根据固井单晶井的实际情况，结合以往固井施工经验，合理选择固井的个性化方案，是提高固井施工质量的有效措施。
作者简介
[1]杨振杰等.钻井工程固井胶结界面研究现状[J].石油钻探技术，2005
[2]杨志毅.低压易漏、易窜井固井技术研究与应用[D].西南石油学院，2003