固井施工环节对固井质量的影响

固井工程是钻井完井工程中的一个重要环节。油气井固井质量是保证油、气井寿命, 提高采收率以及合理开发油气资源的关键技术之一。如何提高油气井的固井质量是目前油气钻井工程所面临的突出问题, 也是提高油井寿命、保证稳产高产的重要措施。本文在分析影响固井质量因素的基础上, 提出对固井施工环节的看法, 从而才能够提高固井质量, 延长油、气井寿命提供了一定的经验。

一、固井施工的目的

就是利用固井设备将配制好的水泥浆注入套管外对疏松、易漏、易塌等复杂地层及油、水、气层进行封堵, 防止相互窜漏, 形成油气通道, 控制油气流, 以利于安全生产, 提高采收率。

二、固井施工的特点

固井施工的主要内容包括下套管和注水泥两大部分。固井质量涉及的内容比较多, 其复杂性和特殊性主要表现在以下几个方面:

1. 固井作业是一次性工程, 其质量不好一般难以补救, 即使采用挤水泥的办法补救, 却耗时、耗物, 造成不必要的经济损失;

2. 固井作业是一项系统性强的隐蔽工程, 其主要流程在井下, 施工时风险较大;

3. 固井质量好坏是影响油气开采和油田寿命长远开发利用的关键;

4. 固井工程是一项时间性强、费用高、工序内容多、工作量大和技术性强的工程。

三、影响固井质量的因素

影响油气井固井质量的因素较多, 有井下的, 也有地面的。这些因素又分别包括很多项内容, 而且, 有些因素还相互影响。认真分析掌握, 对提高固井质量有很大的帮助。

1. 地层特性。

地层特性包括地层岩性、地层压力、地层流体特性等。地层岩性影响水泥与地层之间的界面胶结能力, 从而影响水泥环1界面和2界面胶结质量。地层压力的大小直接影响水泥浆体系的性能、环空浆柱的结构、平衡压力注水泥施工的设计, 同时影响候凝过程中压稳地层流体、防止窜槽等一系列措施的采取。不同的地层流体特性在水泥浆凝固过程中对水泥浆的侵污不同, 妨碍形成优质的水泥环;同时对已形成的水泥石的腐蚀作用不同, 从而影响水泥石的长期密封性能。

2. 井眼状况及井眼结构。

由于钻井过程中多种因素的影响, 井眼的横剖面成不规则的椭圆形或糖葫芦形, 根据流体力学原理知道, 在直径改变的地方都会形成只在原地流动而不能向前推进的旋流, 因此在固井过程中不管采用多大的顶替排量, 都很难将其中的钻井液驱替干净。同时, 井眼结构的不同对水泥浆顶替效率具有较大的影响, 在定向井、分支井、水平井等弯曲井眼中套管不易居中, 极大地改变了顶替过程中环形空间的流速分布, 增加了驱替窄边钻井液的难度。而这些残留的钻井液往往和水泥浆不相容, 从而严重地影响了水泥浆的胶结, 造成窜槽。

3. 钻井液性能。

性能优良的钻井液不仅可提供一个较为规则的井眼, 而且还会在井壁上形成薄而韧的滤饼, 从而保证了固井质量。但厚而疏松的滤饼会使水泥浆不能直接接触井壁, 并在水泥水化过程中脱水粉化, 形成微环隙, 引起油气水窜, 降低了油气井的固井质量。同时, 钻井液的流变性影响水泥浆注替过程中水泥对钻井液的推动, 从而影响顶替效率。

4. 人为因素。

人为因素主要是指职工的工作责任心以及技术、业务素质。人的因素对固井质量起着至关重要的作用。固井的一切程序都要人去完成, 从固井设计、套管及水泥准备、设计、操作以及注水泥施工等, 每个环节完成程度的高低, 完成质量的好坏, 都直接或间接地影响到固井质量。

5. 固井施工参数及措施。

如何确保在注水泥及顶替过程中的作用于地层的环空液柱压力不大于地层破裂压力, 是保证多套压力层系条件下保证固井质量的必要条件。这是将裸眼井段中各种压力视为一个压力整体来研究的, 包括孔隙流体压力、井眼液柱压力、液体流动阻力等。

(1) 液体的流动阻力控制

钻井液性能的调整, 降低静切力和驱动力, 降低循环阻力;

加大注水泥前置液的用量, 充分清洗环空, 降低紊流临界排量, 增加紊流接触时间, 同时也能降低固井施工压力;

调整水泥浆流变性降低水泥浆的流动阻力, 达到控制施工压力的目的。

(2) 施工排量的控制:

在确保井下安全的前提下, 通过控制施工排量, 达到最佳顶替效率。经过固井工程设计的计算和模拟分析以及多年的研究应用证明:在目前的井身结构条件下, 注水泥排量1.00~1.20m3/min、顶替排量1.50m3/min完全可以满足固井质量的要求。

(3) 水泥附加量的优选:

过多的水泥量附加可能导致实际施工时水泥实际返高超出设计水泥返高过多, 造成施工压力的升高, 反而会造成井漏, 造成水泥的低返, 导致漏封油气层, 污染油气产层。

四、固井施工的步骤

1. 参加固井前交底会, 使操作人员做到心中有数, 对井径、井身结构, 油、气、层的位置了如指掌, 可以在固井中得到更好的掌握, 更好的操作, 从而达到固井要求;

2. 注意观察技术人员的手势, 做好施工前的准备工作;

3. 具体施工步骤:

(1) 冲洗管线:水泥头操作人员接到技术员的手势后倒阀门, 再向水泥车操作人员发出冲管线指令, 低档位、小排量冲洗管线;

(2) 管线试压:关闭阀门, 挂上低档位, 密切注意压力表的变化, 使压力达到技术要求 (8-9MPa) , 然后放压;

(3) 注前置液:接到技术人员的指令后, 关闭放回水闸门, 挂上循环泵、增压泵和柱塞泵, 排量从小到大, 密切注意柱塞泵的泵压变化, 确保设备运转正常.一般注前置液6-10m3;

(4) 注水泥:按技术员要求, 操作人员应控制好水泥浆密度, 保证封固油气层的目的;

(5) 压胶塞, 油井应先冲管线, 以防水泥浆进入井内留有水泥塞;

(6) 碰压、泄压:碰压时要注意观察泵压表, 油井一般为15Ma.稳压5分钟后进行泄压, 如果泄压不断流应进行二次蹩泵, 然后关井候凝。

五、固井施工的安全要求

1. 施工前, 要求施工人员穿戴劳保护具参加施工前的碰头会, 明确自己的岗位及职责;

2. 施工安装应达到不刺不漏, 各阀门、考克灵活好用;

3. 操作人员应仔细检查设备, 保证设备运转正常;

4. 施工操作人员要严格按照技术要求, 打好水泥浆密度, 保证固井质量;

5. 施工时要连续, 以防中途停止, 影响固井质量;

6. 施工现场高压区应有隔离带, 以防伤人。

六、如何保证施工水泥浆密度均匀稳定

1. 目前, 我们应有了先进的SJX5242TSN17型水泥车, 先进的控制装置及自动混浆系统使操作人员从原来的肉眼观察水泥浆稠度而转化为计算机显示.操作起来方便、可靠、自动化程度较高;

2. 面对先进的固井设备, 要保证设备的完好使用率, 使其发挥应有效应, 我们要勤检查、勤保养.在施工时, 由于水阀、灰阀有可能卡死将直接导致水泥浆比重达不到设计要求, 所以操作人员要对其所用设备做到精心保养和维护, 从而才能够保证施工的连续性;

3. 水泥车操作人员要随时根据供灰量的大小来调整供水量, 这样才能够保证水泥浆密度达到固井施工要求;

4. 灰罐车操作人员在下灰前要先观察气压表, 一般气压达到1.5MPa时下灰.这样才能满足水泥车供灰需求, 保证水泥浆密度均匀平稳。

5. 水泥车操作人员一定控制好每个尾桨车的最后两三个点的比重, 严禁不合格水泥浆入井, 这是人为造成油气层封固质量差的主要原因。

七、注水泥施工个环节操作应注意事项

1. 施工用水量充足.供水车离心泵上水良好, 操作人员要仔细观察水泥车上的手势, 中途不能造成缺水现象;

2. 压风机运转正常, 灰罐车、立式罐气化良好, 管线连接不刺不漏, 供灰阀门灵活好用;

3. 水泥车大小泵上水正常, 灰阀、水阀灵活, 计算机显示准确;

4. 在水泥浆注完替量时对于特殊地层, 如高压油水层低压漏失层, 我们在注完水泥浆后压胶塞应有200L/min排量注压胶塞液, 当井口泥浆返出时再加大排量, 用700-1000L/min排量使水泥浆缓慢的通过其特殊层位, 以达到封固油气层的目的;

5. 替量时计量要准确, 防止多替或少替;碰压时要注意观察泵压表变化, 防止过高, 造成事故;

6. 泄压时要缓慢打开旋塞阀, 然后注意观察出口是否断流, 如果不断流应蹩压关井候凝。

八、固井质量的检验

固井质量的检验标准是以声幅测井依据, 检查封堵效果.声幅值在10-15%的井段为优质段, 声幅值在10-15%的井段为合格段, 大于30%为不合格.低密度封固段值低于40%为合格, 高于40%为不合格。

九、结论及认识

1. 充分的固井的准备工作, 是确保固井施工圆满完成的前提;

2. 选用合适的前置液, 对井壁起到较好的冲刷和稳定作用, 大大提高了水泥浆的顶替效率, 保证了固井施工顺利进行;

3. 选用合适的水泥浆体系, 其水泥浆性能满足低失水、短过渡、高早强、微膨胀的要求, 实现水泥环胶结强度发展迅速, 又保证施工安全等性能指标;

4. 在特殊井的固井施工中, 注替过程要平稳连续, 这样才能提高固井质量。

摘要：本文从固井质量出现的一些问题, 结合现场实际情况, 阐明了固井施工的特点, 分析了影响固井质量的一些基本施工环节, 明确了固井施工环节的重要性, 使人们从认识上能够重视施工环节, 最终达到固井质量优质。

关键词：固井施工,固井设备,固井质量

参考文献

[1] 《钻井手册》北京:中国石化出版社.2006.

[2] 刘崇建等.油气井注水泥理论与应用.北京:石油工业出版社.2002.