深井一次性固井技术难点与对策研究

深井一次性固井技术难点与对策研究

凌基琥

（渤海钻探工程有限公司第一固井公司青海项目部）

摘要：深井一次性固井是指在深井钻探过程中，将套管和水泥浆一次性注入井内，以实现井筒的封堵和固定。与常规固井相比，一次性固井具有施工周期短、成本低、固井质量高等优点。然而，由于深井地质条件复杂、井下温度和压力高，一次性固井技术面临着诸多挑战。如何提高深井一次性固井技术，成为当前石油工程领域亟待解决的问题，本文对深井一次性固井技术难点分析并提出解决对策。

关键词：深井；固井技术；难点分析；对策；

1深井一次性固井技术特点

深井一次性固井技术是一种在油气田开发过程中，对深井进行快速、高效、安全的固井方法。随着油气资源的开发不断向深部地层延伸，深井固井技术的研究和应用越来越受到重视。深井一次性固井技术具有施工周期短、成本低、环境污染小等优点，已经成为现代油气田开发中的重要技术手段。

1.1深井一次性固井技术的主要特点

（1）施工周期短：由于采用一次性下套管、注水泥的方法，大大缩短了固井施工周期，提高了钻井效率。

（2）成本低：与传统的多次固井方法相比，一次性固井技术可以减少套管、水泥等材料的使用量，降低施工成本。

（3）环境污染小：一次性固井技术采用无污染或低污染的固井材料，减少了固井过程中对环境的污染。

（4）安全可靠：一次性固井技术可以实现井壁的稳定和密封，提高油气井的安全生产水平。

1.2深井一次性固井技术的关键技术

（1）套管设计：根据油气田的地质条件和工程要求，合理选择套管类型、尺寸和材质，确保套管的安全可靠性。

（2）固井材料：研究开发适用于深井一次性固井的新型固井材料，如高强度、低密度的水泥浆、高性能的隔离液等。

（3）固井工艺：研究优化固井工艺参数，如注水泥压力、温度、速度等，确保固井质量。

（4）固井设备：研发适用于深井一次性固井的新型固井设备，如高压注水泥泵、自动化控制系统等。

2深井一次性固井技术难点分析

2.1低压易漏长封固段问题

在复杂地质条件下，深井和超深井钻探中经常遇到低压易漏长封固段问题。由于地层交接面不整合，压力系数低，钻进中发生大量漏失，已无法实现已定的井身结构设计，要求改变原有设计进行固井。对于低压易漏的地层来说，要实现较长的封固段和较好的封固质量，固井技术难度非常大。主要表现为：要求水泥浆密度低，流变性好，沉降稳定性好，形成的水泥石要有较高的强度。目前降低水泥浆的密度，主要是在水泥浆中掺入大量的减轻剂的办法而实现的。大部分减轻剂除在水泥浆中并不产生强度，只是起减轻和填充作用。密度越低要求加入的减轻剂就越多，减轻剂越多能够产生强度的水泥。

2.2高温高压环境下的固井难题

深井、超深井钻探过程中，高温高压环境对固井技术提出了更高的要求。水泥浆体系在高温高压条件下，易出现耐温能力不足、调凝失效、沉降稳定性与流变性矛盾突出、液相滤失严重污染储层、水泥石力学强度衰退等问题。这些问题严重影响深井、超深井固井作业安全和长期密封质量。为解决这些问题，国内外科研人员研发了抗高温固井外加剂、高温大温差水泥浆、超高温水泥浆等特色体系，以及抗高温前置液技术。这些新技术在深井、超深井固井中得到了广泛应用，但仍然面临着诸多挑战。

2.3窄密度窗口精细控压固井工艺技术问题

在复杂地质条件下，深井、超深井固井需要解决窄密度窗口精细控压固井工艺技术问题。这是因为在深井、超深井钻探中，地层的压力系数变化较大，需要根据不同地层的压力系数来调整水泥浆的密度，以保证固井质量。因此，研究窄密度窗口精细控压固井工艺技术是深井、超深井固井中的一项重要任务。

2.4井口逐级憋压技术问题

在深井、超深井固井过程中，井口逐级憋压技术是一项关键工艺。这是因为深井、超深井中的地层压力较高，需要通过逐级憋压来控制井口压力，防止地层流体侵入井筒。然而，在复杂地质条件下，井口逐级憋压技术面临着许多困难，如压力控制精度要求高、憋压速度控制难度大等。因此，研究井口逐级憋压技术是深井、超深井固井中需要解决的一项重要问题。

3提高深井一次性固井技术措施

3.1高温高压固井材料的研究和应用

针对高温高压环境下的固井材料选择和性能控制问题，可以加强新型高温高压固井材料的研究和应用。例如，研发耐高温的水泥浆体系，并添加相应的添加剂，提高其在高温高压环境下的性能。

高温水热合成材料体系与外加剂的配伍性研究：针对高温高压井固井难题，研究了新型高温水热合成材料体系与固井外加剂的相互作用规律及配伍性，优选出适合新型高温水热合成材料体系的外加剂类型及加量，开发出新型高温固井工作液体系。

缓凝剂、降失水剂、分散剂对高温水热合成材料体系性能的影响研究：通过测试不同类型缓凝剂、降失水剂、分散剂以及加量对水热合成材料体系稠化时间、失水量、流变等性能的影响，得出了外加剂类型对体系固井工程性能的影响规律，确定出适合水热合成材料体系的缓凝剂、降失水剂、分散剂类型及最优加量范围。

3.2深井井筒稳定性技术措施

为了保证深井井筒的稳定性，可以采取以下技术措施。优化固井设计是保证井筒稳定性的基础。首先，应根据地层条件、钻井液性能、套管尺寸等因素，合理选择固井方式和固井材料。其次，应充分考虑固井过程中可能出现的问题，如水泥返高不足、水泥浆失重等，制定相应的预防措施。最后，应对固井过程进行模拟分析，预测可能出现的异常情况，并提前制定应急预案。

钻井液性能对固井井筒稳定性具有重要影响。因此，在深井固井过程中，应严格控制钻井液的性能，包括密度、黏度、滤失量等。此外，还应定期检测钻井液的性能，确保其在固井过程中保持稳定。高性能固井材料是保证井筒稳定性的关键。目前，市场上有多种高性能固井材料可供选择，如高强度水泥浆、抗高温水泥浆等。在深井固井过程中，应根据地层条件和固井要求，选择合适的固井材料。同时，还应定期对固井材料进行检测，确保其性能稳定。

3.3深井固井工艺参数优化

深井固井工艺参数的优化可以通过实验和数值模拟等方法进行。根据实验和模拟结果，可以确定最佳的注水泥浆配方、注浆速率和压力控制参数，以保证固井质量。

水泥浆配方优化：水泥浆是固井中最重要的材料之一。通过优化水泥浆的配方，可以提高其流变性能和固化强度。合理选择水泥种类、控制搅拌时间和温度，调整水泥浆的密度和黏度等参数，以适应不同地层条件和井深要求。

实验还可以确定最佳的注浆速率和压力控制参数。注浆速率和压力的控制对于固井质量至关重要。过高的注浆速率可能导致水泥浆的流失或形成裂缝，而过低的注浆速率则可能导致固井不充分。同样，过高的压力可能导致地层破裂或水泥浆的过度压实，而过低的压力则可能导致固井效果不佳。通过实验，可以确定最佳的注浆速率和压力控制参数，以保证固井质量。

数值模拟也是优化深井固井工艺参数的重要方法之一。数值模拟可以通过建立数学模型，模拟固井过程中的流体流动、水泥浆的注入和固化等过程。通过数值模拟，可以预测不同参数组合下的固井效果，并进行比较分析。这种方法可以在实验室条件有限的情况下，提供更全面、准确的数据支持，为优化固井工艺参数提供参考。

3.4固井工具和设备的研发和改进

为了提高深井一次性固井工具和设备的性能和操作性，可以加强研发和改进。例如，可以研发具有高性能的注浆泵、搅拌器等设备，提高注浆效率和稳定性；同时，可以改进现有工具的操作界面，提高操作的便利性和安全性。

4结束语

提高深井一次性固井技术是保障深井钻探安全和提高钻井效率的关键。通过优化水泥浆体系、改进施工工艺、选择合适的固井工具和设备以及强化现场管理，可以有效提高深井一次性固井质量。在实际施工过程中，应根据具体情况灵活运用这些措施，以实现优质、高效的深井一次性固井。

参考文献

[1].丁长锐.深井一次性固井技术难点与对策研究[J].石油和化工设备,2023,26(8):95-97.

[2].马广来.大庆油田深井一次性封固固井技术浅析[J].西部探矿工