宁庆天然气油层套管居中度优化技术研究与应用

1 引言

1.1 研究背景

随着深层天然气开发推进，井眼轨迹复杂性加剧，套管居中度不足导致水泥环不均、层间窜流等问题突出。据Q/SY 01037-2022《高温高压及高含硫井完整性技术规范》要求，套管居中度需≥67%，但宁庆区块2023 年统计显示达标率仅80.7%，亟需技术优化。

1.2 研究现状

国内外研究表明：

天然气开采中，油层套管居中度对生产至关重要。良好的套管居中度能确保水泥环均匀分布，有效封隔地层，防止层间窜流，提升油气井的长期稳定性与密封性。随着国内天然气开采向深层、复杂地层迈进，对套管居中度要求愈发严苛。在固井过程中，提高水泥浆的顶替效率可以提高固井质量，井眼中的套管居中度则是影响水泥浆顶替效率的重要因素。若居中度差，套管与井眼之间会形成不均匀的宽窄边，导致钻井液窜槽且顶替不干净，从而严重影响固井质量。研究表明，套管居中度大于 80%时，水泥浆顶替效率可达 95%以上，套管居中度为50%时，水泥浆顶替效率仅为70% 。所以提高套管居中度，可以有效提高水泥浆顶替效率，从而形成密封性好的水泥环，确保固井质量。然而，目前国内在这方面仍面临挑战。部分复杂地层因井眼轨迹不规则、钻井液性能波动等因素，导致套管居中度难以保证，这不仅影响固井质量，还可能引发后续生产安全隐患，增加开采成本与维护难度。

1.3 研究目标

本研究通过井眼轨迹智能监控与扶正器优化设计技术的协同创新，构建了三位一体的技术目标体系：首先确保套管居中度100%达标，消除因居中度不足（<67%）导致的水泥环分布不均问题；进而驱动固井质量合格率提升至 96.5%以上，满足高标准规范要求（Q/SY 01037-2022）；最终通过高质量固井显著降低油气井全周期维护成本，延长井筒服役寿命并减少因层间窜流引发的修井作业。三者形成“基础保障—核心提升—长效收益”的递进逻辑，实现技术可靠性与经济性的协同优化。

2 关键技术方法

2.1 井眼轨迹科学监督体系

地质数据深度解析：监督人员需对目标区域的地质资料进行全面且深入的研究。包括地层的岩性特征，如岩石的硬度、脆性等，因为不同岩性会对钻头的钻进速度和 影响。同时，详细分析地层的构造形态，像断层、褶皱的分布情况，这些构造可能导致井眼在钻进过程 发生偏移。通过对地质资料的精准把握，为后续的井眼轨迹设计合理性提供可靠。

实时轨迹监控：采用随钻测量（MWD）技术动态获取井斜角/方位角，偏差＞0.5°时触发调整指令。钻井 参数动态调整。根据实时测量数据，监督人员协同钻井工程师对钻井参数进行动态调整。如调整钻压、转速、 泥浆排量等参数，以控制井眼的钻进方向。同时，要密切关注泥浆的性能，因为泥浆的粘度、密度等参数会影 响钻头的切削效率和井壁的稳定性，进而间接影响井眼轨迹。偏差分析与调整优化。偏差原因精准定位：一旦 发现井眼轨迹出现偏差，监督人员要迅速组织相关人员进行原因分析，通过对各种可能因素的排查，精准定位 偏差原因，制定针对性的调整方案。

2.2 扶正器优化设计

2.2.1 结构选型：根据井眼条件和套管特性，选择合适的扶正器结构类型。常见的有刚性扶正器、弹性扶正器等。刚性扶正器适用于井眼规则、地层稳定的情况，能提供较强的支撑力；弹性扶正器具有较好的柔韧性，可适应一定程度的井眼不规则，在复杂地层条件下，可能需要组合使用不同类型的扶正器。

2.2.2 扶正器加放方案：使用Landmark 软件，根据不同井斜对扶正器的加放间距进行模拟。对分别为15°、30^∘ 、45°、 60^∘ 、 75^∘ 、90°六种不同井斜下进行油层套管居中度的模拟试验；选用最佳加放方案，实现不同井斜角度下，扶正器加放间距满足套管居中度要求67%。

表1 不同井斜角下扶正器间距模拟结果

备注：①加放方案：X+Y，代表非目的层每X 根套管加放1 根扶正器；目的层每Y 根套管加放1 根扶正器。②因宁庆天然气井的井深（垂深）大多3900～4500m，故在模拟时使用固定值4200m，避免多变量。

2.3 加放过程监督机制

2.3.1 扶正器质量、数量检查：对到场的扶正器进行严格的质量检验。检查扶正器的结构完整性，查看是否有裂缝、变形等缺陷；检查扶正器数量是否与设计一致。

2.3.2 安装工具与设备核查：监督安装工具的准备情况，如专用的扶正器安装钳、扭矩扳手等是否齐全且性能良好。

2.3.3严格执行扶正器加放拍照记录原则，核对宁庆天然气井施工方案与工程设计是否一致；查阅工程录井图，核对扶正器加放记录；对现场监督扶正器加放照片记录进行核实。

3 应用效果与验证

基于2025 年宁庆区块10 口试验井的工程验证数据，本技术方案展现出显著的综合效益。居中度控制：井筒套管居中度均值提升至81.4%，且最低值达69.2%，首次实现100%达标（＞67%行业红线）；固井质量突破：合格率跃升至 100%，远超目标值96.5%，较2023 年基准水平（80.7%）提升 19.3 个百分点；水泥环均质性：证实水泥环厚度波动范围＜15%，从根本上消除因水泥环不均导致的层间窜流风险。

4 结论

本研究通过三位一体的技术创新体系为复杂地层固井质量控制提供了系统解决方案：井眼轨迹智能监督系统基于地质建模与实时MWD 动态调控，将井斜偏差抑制在±0.3°高精度范围，显著优化井筒几何条件；Landmark驱动的扶正器间距优化模型覆盖15°～90°全井斜工况，通过有限元仿真确保居中度 > 67%的技术红线；标准化的加放监督流程依托“一器一拍照”：溯源机制与工具校准体系，实现质量闭环管控。三者协同形成“轨迹控制-居中保障-过程追溯”的技术链条，为深层天然气井固井质量提升构建了可复制、可验证的工程范式。