长水平段水平井固井技术难点与对策分析

引言

长水平段水平井技术是一种在油气开采过程中应用的高效钻井技术，该项技术能够在储层中钻出长而水平的井段，相比传统垂直井更大程度地暴露于油气层，提高了储层的有效接触面积，从而增大了油气产能，可以通过在油气层中钻井并进行水平延伸，能够穿越多个含油层，使得开采更加均匀，有效地改善了采收率，相比传统垂直井，在同一区块内能够开采更多的储层，减少了井的数量和开采设备的需求，降低了开采成本。尽管该项技术的先进性相对较强，但是该项技术在开展固井作业的过程中仍然面临众多的难点问题，本次研究主要是对长水平段水平井固井技术难点进行分析，并提出合理的应对措施，以此保障长水平段水平井固井作业顺利开展。

1.工程概况

某油田页岩气水平井A 井固井工程，是一口具有代表性的长水平段开发井。该井设计为三维水平井，完钻井深 4900 米，垂深 2800 米，水平段长度达 2100 米，水平位移 3100 米，采用φ139.7mm P110 钢级生产套管全程固井。目标层位为龙马溪组页岩储层，平均孔隙度 4.8% ，地层压力系数1.35，井下温度135℃。

2.长水平段水平井固井技术难点

第一，套管居中度控制难度大。该井水平段长达2100 米，φ139.7mm 套管在水平段受重力影响严重贴靠下井壁，导致环空水泥环分布不均，尤其在龙马溪组页岩储层段易形成局部胶结薄弱带，影响后期压裂效果。

第二，水泥浆性能要求高。由于水平位移达3100 米，钻井液在长水平段形成稳定岩屑床，低边滞留的泥浆难以被完全驱替，导致水泥环与井壁胶结质量下降，可能形成窜槽通道，影响层间封隔，因此水泥浆性能要兼顾固井时防窜及后期进行分段压裂改造的需求，若不能满足多次交变荷载下力学性能要求。

第三，长水平段井眼清洁难度大。2100 米水平段岩屑运移效率低，尤其在低边易形成硬质沉积，固井前难以彻底清除，直接影响水泥浆与页岩地层的有效胶结。

3.长水平段水平井固井技术难点对策

3.1 优化套管扶正器布置

套管扶正器是长水平段水平井固井作业中常用的工具，用于确保套管在井筒中保持良好的位置和间隙。套管扶正器可以帮助套管在井筒中保持居中位置，确保固井液能够均匀地在套管和井壁之间流动，从而提高固井质量，它能够减少套管与井壁之间的接触面积，减少固井液对井壁的侵蚀，避免固井液的漏失和井壁塌陷，套管扶正器通过保持套管的居中位置，可以减少套管在水平段的振动和摩擦，降低套管和井壁之间的摩擦力，从而减少套管的磨损和疲劳，这有助于提高井筒的完整性，减少套管的损坏和泄漏风险，通过正确选择和安装套管扶正器，可以确保套管与油气层的良好接触，增大油气的产能和采收率，套管扶正器有助于保持套管在水平段中的位置稳定性，避免套管偏离目标层位，确保油气在套管内流动的通畅性，套管扶正器的设计和安装应尽可能简便和高效，以减少固井作业的时间和成本，合理选择套管扶正器的类型、数量和布置方式，可以提高作业效率，减少施工风险。

研究发现，扶正器类型对套管居中度的影响较大，整体式冲压半刚性螺旋扶正器在跨度中点处套管居中度>70%，高于安放双弓扶正器+刚性扶正器时套管的居中度，更能满足顶替效率要求。

因此，本项目采用刚性+弹性组合扶正器，在造斜段（30°~60°）每2 根套管加1 只，水平段每3 根套管加1 只，确保居中度 ⩾80% 。

3.2 采用高强度韧性防窜水泥浆技术

针对长水平段水平井固井技术难题，公司创新研发了高强度韧性防窜水泥浆技术，通过优化材料配比和施工工艺显著提升了固井质量。

高强度韧性防窜水泥浆通过掺入微硅和纳米增强材料，优化水泥石颗粒级配，提高抗压强度（≥18MPa）和抗折强度，确保水泥环在压裂过程中不发生破坏；加弹性胶乳（D800），使水泥石具备一定形变能力，降低脆性，防止因井下应力变化产生微环隙；采用触变调节剂+微膨胀材料，优化水泥浆的静胶凝强度发展曲线，减少过渡时间，同时利用氧化镁的微膨胀特性补偿水泥收缩，提高层间封隔能力；针对135℃井下环境，优化缓凝剂加量，确保水泥浆稠化时间可控（ 240±10min) ），避免因高温导致性能劣化。

在 A 井的现场应用中，该技术使固井优质段占比达 81.2% ，压裂后环空零带压，完全满足大规模体积压裂需求。与传统技术相比，减少补救作业2 次，单井节约成本超 。

3.3 协同优化钻井参数与钻具组合

针对井眼清洁难题，通过钻井参数与钻具组合的协同优化，形成了一套高效的井眼清洁技术方案。该方案综合考虑了水力参数、机械参数和工具配置的匹配关系，有效解决了大斜度井段岩屑床堆积问题。

第一，采用“双排量+变转速”循环工艺。在直井段采用1.8m³/min 高排量清洗，造斜段切换为1.2m³/min低排量配合60rpm 转速，水平段实施1.5m³/min 中等排量配合30rpm 转速的复合清洗模式。

第二，优化钻具组合配置：在常规钻具组合基础上增加水力振荡器和旋转导向工具，其中水力振荡器安装位置距离钻头 15~18m，产生轴向振动促进岩屑运移。

第三，改进钻井液性能：将动塑比控制在0.3~0.5Pa/mPa·s 范围，保证在低剪切速率下仍具有足够携岩能力。

结语

综上所述，长水平段水平井技术具有众多的应用优势，但是该项技术在使用的过程中固井作业可能面临的难点问题相对较多，需要根据难点问题出现的原因，对固井工具进行合理的选择，并对固井作业相关的技术进行合理的优化，对水泥浆体系进行合理的优化，以此保障固井作业可以安全高效开展。

参考文献

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