固井质量分析

固井工程质量分析
影响固井质量的主要因素包括钻井过程质量、固井施工以及其他特殊因素等，分析一口井的固井质量必须从多方面考虑。

通过对固井质量影响因素的分析，运用提高固井质量的方法提高固井质量，从而提高油水井的使用寿命、减少油水井后期作业的影响，降低油田生产开发成本。

在本项目中，主要学习固井质量影响因素以及提高固井质量的方法和途径。

◆任务描述
固井质量的影响因素是多方面的，从建井的整个工艺过程和地质因素等方面对固井质量影响因素进行全面分析，找出影响固井质量的主要因素和次要因素，从而有针对性地制定固井施工措施，提高固井质量。

◆任务分析
通过对常见固井质量影响因素的分析，结合具体的施工过程，完成对钻井、固井资料的收集，对单井进行因果对照法绘制影响固井质量的因果图，对某一区块采用统计方法，查找影响固井质量的因素。

◆学习材料
一、地层因素
（一）高压异常层
高压异常层地层压力梯度一般在0.017MPa/m以上，最高达0.026MPa/m。

如此高的操层压力对固井质量的影响是很大的，主要表现在三个方面：
（1）高压层钻井完井施工的钻井液密度高，不利于提高固井顶替效率。

由于顶替效率水泥浆和钻井液的密度差有很大关系，差值越大，在环空液柱中位于水泥浆上部的钻井液处补高能量不稳状态，易与水泥浆置换、影响固井顶替效率。

（2）固井后水泥浆在候凝过程中处于失重状态，当套管外环空的液柱压力低于高压层的地层压力时，地层中的高压油气水就会侵入到水泥环中，从而影响水泥环的胶结质量。

侵入严重时，高压油气水可沿一、二界面上窜，直窜至地面，达到管外冒油气水。

在3种流体中，以气体窜入最为严重，因为气体一旦窜入就会迅速上移，并在水泥环中形成孔隙或通道，影响程度最大。

例如大庆喇嘛甸油田中块，气顶活跃，层位集中在井深920m上下，该区出现的固井脯量问题井中，绝大多数是在气顶层位及其上侧出现幅度。

（3）由于在高压区内钻井液的密度较高，其固相含量就越多，在井壁上就会形成一层厚的和胶结疏松的泥饼，固井过程中很难把泥浆全部顶替干净，导致第二界面封固质量不好。

（二）欠压层及高渗低压层
欠压层（高渗低压层）是指地层压力较低（一般低于原始地层压力）、渗透率较高的层位具有3个基本特征：
（1）砂岩层单层有效厚度大，一般大于5m；
（2）平面分布广，在全油区连片分布；
（3）渗透率高，有效渗透率大于或等于500μm²。

形成欠压层的原因只有一条，即长期处于缺水开采状态。

欠压层对固井质量的影响主要有3点；
（1）在固井施工过程中，由于环空液柱压力梯度远高于地层压力梯度，第一界面处于过平衡状态，固井后随着水泥浆失重，环空液柱压力开始降低，一旦第二界面的压力平衡被打破，地层流体（包括钻井过程中渗入地层的钻井液）就会回流进入水泥环，影响水泥环的胶结质量。

（2）由于地层渗透性高，在钻井过程中井壁易形成虚泥饼或厚泥饼，固井施工时，在冲洗液和前导水泥浆的作用下，造成部分泥饼脱落，使水泥浆直接面对高渗层而大量失水，致使形成的水泥石呈现脆性，强度低。

（3）欠压层段易发生漏失或渗漏，造成油层漏封或报废井。

（三）多压力层系的影响
多压力层系在同一井眼内，钻穿的各层位之间的地层孔隙压力与破裂压力互不相同，层与层间的地层压力（孔隙压力、破裂压力）差异很大。

在多压力层系调整井固井过程中，存在的主要问题是压稳与欠压层的温失问题。

由于钢井液的设计既要考虑压稳高压层，又要防止欠压层漏失，因此，这类井的钻井液密度要比同单纯高压井要低，固井后，难以保证压稳，容易在高压层段发生油气水窜，欠压层段发生漏失及地层流体回流侵入，影响固井质量。

另外，在多压力层系井钻进过程中，易发生喷、漏、集、塌等钻并工程事故，给固井施工也带来一定难度
二、工程影响因素
（一）并身质量因素的影响
井身质量对固井质量的影响主要是井径扩大率和井径变化率。

1.并径扩大率
适中的井径扩大率是固好一口井的保证。

而井径扩大率扩大，替速就难以保证，井径扩大率越小，环空间隙就越狭窄，水泥环的强度就越差。

统计资料已经表明；井径扩大率在
5%-15%之间的井，固井优质率最高;井径扩大率超过15%时，固井质量优质率有降低的趋势，而且井径扩大率越大，优质率就越低。

当井径扩大率小于5%或缩径时，固井优质率仍然较低因此在实际钻井过程中，要尽可能地把井径扩大率控制在5%～15%之间。

2.并径变化率
井径变化率是指相邻井段内井径变化程度大小的物理量，井径变化率越大，并壁台肩就越大即留下大肚子井眼，特别是在从大井眼过渡到小井眼的一侧，滞留的钻井液或死泥饼很难替净，此处的固井质量就很难保证。

或者，在顶替过程中有排量的非均匀性，即使这些滞留死泥浆被驱替出去，也容易造成上部封固段混浆现象。

为了进一步研究全封固段的井身质量与封固质量（或顶替效率）的量化关系，这里引入了-种新的井身质量评价参数---井径不规则度。

并径不规则度是反映全封同段井径规则程度的参数，井径不规则度等于全封固段井径的均方差。

并径不规则度数值越大，井径就越不规则，大肚子井眼就越多，反映在井径曲线上，就是尖锯齿状。

根据统计计算，在不同井径扩大率（全封固段平均）情况下，随着井径不规则度值的增加，固井质量呈下降趋势;在井径不规则度值相同的情况下，随着井径扩大率的增加，固井质量随之下降。

另外，方位角随井深的变化越大，即所谓的“狗腿”严重性越大，井眼就越弯曲，套管难以居中，固井质量就难以保证。

3.钻井液性能
钻井液性能对于保证固井质量十分重要，钻井液的密度关系到压稳，黏度过高或过低，切力偏高都将影响顶替效率。

钻井液与水泥浆的相容性将影响水泥环的胶结质量。

4.钻井工程事故的影响
钻井工程事故主要包括卡钻、井漏、工具落井、井喷、井斜等。

钻井工程卡钻必须进行泡油等处理，会影响钻井液性能和井身质量。

钻井工程漏失需要进行堵漏处理，加入堵漏剂后，影响钻井液性能，且漏失井必须进行防漏固井施工，此时顶替效率难以保证。

工具落井、掉钻具等事故的发生，必须进行套铣等打捞处理，井身质量易受影响井斜等事故的发生，须进行纠斜处理，也将影响井身质量。

井喷等事故的发生，说明地层压力异常，难以实现压稳效果。

上述钻井工程事故的发生，都将直接或间接地影响固井质量。

统计和分析结果表明，在井漏事故中，堵漏处理可以提高井眼防御漏失能力，因此经过这种方法处理井的固并质量要高于简单的划眼处理或未处理。

在外溢（喷、涌、浸）事故中，应用抗窜剂、套管外封隔器
等技术能起到较好的作用、固井优质率接近同期平均水平;而提高钻井液密度（达到压稳）措施是一种被追采用的方法，固井质量效果不太理想;发生外溢事故未处理而进行固井施工，封固质量差。

在卡钻、井斜超出标准、工具落井事故中，尽管采取了一系列措施，但由于都有不同程度的负面影响，因此固井质量也达不到理想效果。

因此，对于钴井工程事故井，在搞好固井施工的同时，应配合应用新技术等预防措施，会对保证固井质量起到积极作用。

5.钻井工艺措施落实情况
在多年来钻井实践的基础上，已经形成了以“一居中、二保证、三压稳、四坚持”为核心肉容的保证固井质量的钻井完井工艺技术措施，这些措施的贯彻执行，对提高固井起到明显的效果。

但在实际钻井过程中，由于种种原因，个别钻井队为了急于抢速度、抢进尺，这些措施未能得到完全落实，造成了一定的质量隐患。

（1）未能认真划眼通井。

主要原因是钻井队急于抢进尺，下套管前不彻底划眼。

井眼中的死泥浆难以替净，井眼不畅通，不利于提高顶替效率，影响固井质量。

（2）下套管过程中执行规定不严。

主要表现在：下套管不紧扣，造成套管密封不严;套管内有落物，造成胶塞无法正常坐封，固井后套管试不住压甚至替空；下套管前不通径，造成胶塞遇阻提前碰压;不按规定程序下套管，如油层段未下入厚壁套管，高压层段未按要求下人粘砂套管等，影响固井质量及油井寿命。

（3）未按规定卡放套管扶正器，难易保证套管居中。

主要表现形式：一是下入套管扶正器的数量不足；二是扶正器的卡放位置不合理，尤其是未按井径图卡放扶正器。

把扶正器卡放在大肚子井眼处，失去扶正器的作用。

（4）工程漏失井未进行堵漏处理，井眼抗漏失能力差，固井时，由于水泥浆液柱压力较高造成固井后漏失或微漏，影响固井质量。

（5）未按规定关井放溢。

有关方面为了急于提高产量，对钻井区块未提前进行关井放溢致使所钻井区地层压力降压缓慢，呈现地层压力异常，影响固井质量。

（6）钻井液性能差。

钻井时钻井液性能差将导致井径不规则及相关粘卡事故；完井时钻井液性能差则影响固井质量。

（7）固井前未充分洗井、举砂，尤其大井眼处冲洗不干净，影响固井顶替效率。

（二）钻井原材料
影响固井质量的钻井原材料主要有油井水泥及外加剂、配浆水、钻井液处理剂等，在现场实际应用中，下列材料对固井质量的影响相对比较突出。

1.油井水泥
油井水泥质量较差，固井会对固井施工造成很大影响，如水泥中有杂块等，影响固井施工正常进行，甚至出现施工中停。

长期存放的水泥会造成下灰不畅。

油井水泥的化学性质不合格则会造成施工事故及水泥环胶结质量差，影响固井质量。

2.外加剂
外加剂质量差会在施工中造成水泥浆起泡、早凝或缓凝，影响固井施工正常进行，有些甚至会导致质量事故。

3.重品石粉
重晶石粉如果含有杂质较多，易沉淀，固井后易出现假水泥塞，须进行通井等处理，影响水泥环胶结质量。

4.固井用水
固井用水一般采用生活用水，其中K+、Na+、Ca2+、Mg2+等离子矿化度不能超过1000mg/L，CL-例子的含量不能超过1000mg/L，pH值适中，否则将影响水泥浆性能。

5.固井前置液
不同的井型、地层和钻井液体系，应采用有针对性的前置液，如油基钻井液钻井须采用柴油和乳化冲洗液。

如果使用的冲洗液不当或者冲洗效果差，使用的隔离液密度、黏度等不合适，终将影响固井质量。

6.其他技术器材
封隔器加压后打不开甚至加压后炸裂，不能起到封隔和压稳作用；控制水泥面工具打不开就不能起到应有的作用，打开后未能关闭则会造成套管串试不住压；浮鞋浮箍阀体脱落则可能造成替空，反向密封失灵会造成水泥浆回流，影响最终固井工程质量。

（三）固井施工质量影响
固井施工对固井质量的影响主要有；接水泥头时间过长，注替速低，水泥浆密度不合格，施工中停等。

（1）施工前静止时间过长。

井眼内的钻井液静止时间越长，钻井液性能变化就越大，主要表现是:黏度、切力增大、井筒泥饼增厚、死泥浆多，固井时，难以达到替净效果。

（2）水泥浆密度不合格，尤其是水泥浆密度太低，则会造成候凝期间大量失水、析水，导致水泥环强度降低，影响固井质量。

水泥浆密度不均匀，井筒内的水泥浆凝结时间不同，将出现“桥塞”现象，造成混窜。

（3）注速过低时，管内的水泥浆处于高能量不稳定状态，易造成较长的混浆段。

（4）替钻井液一般应采用塞流和紊流顶替，如果速度过低，既不满足塞流又无法达到紊流，则影响顶替效率。

替速低有3种因素；一是固井设备原因；二是井队大泵供不上浆；三是采取限制顶替排量措施。

（5）固井施工中发生故障而出现中停，因受管内外压差的作用，发生U型管效应，容易引起水泥浆窜槽；对于具有触变性的特殊水泥浆体系，则会引起速凝。

（6）固井技术措施执行不严格。

主要是未活动套管，按照常规井设计的水泥浆密1.90g/cm3计算，要使顶替时环空达到紊流状态，设计管外上返速度必须达1.8m/s以上。

目前替钻井液管外返速通常只能达到1.5m/s左右，在这种条件下，必须不间断地活动套管，才能实现紊流效应。

（7）固井施工技术措施制订不得当，也将影响固井质量。

这里主要指有些井，预料到施工难度，在当前技术条件下，有能力解决，但出于经济等因素，而未采取预防措施，导致出现质量问题。

（8）固井前置液未能按设计要求注入，注入量不足，冲洗接触时间不够，顶替效果差。

三、其他影响因素
（一）固井后通井
这种情况一般发生在多级注水泥井或留有水泥塞的井，固井后用小钻头通井。

由于在油井过程中的机械振动,引起套管外环空水泥环破碎和界面微间隙出现。

（二）固井后活动套管
这种情况一般发生在有表层的井，固井后，简易套管头难以坐封，往复上提下放套管、人为地破坏水泥浆初凝时的结构，影响固井质量。

（三）井底口袋长
有的井实际套管下深和完钻井深相差较多，当超过5m以上时，井底口袋内滞留的大浆难以一次驱替干净。

在顶替过程中，由于排量的非均恒性，当排量忽大时，井底滞留的混就会被携带上去，进入水泥浆中，引起部分井段水泥环窜槽。

（四）洗井时间过长
这种情况一般发生在井场不太好的井，由于客观或者人为原因，并队套管已经下完，而井车辆组织不上去，造成循环洗井时间过长，引起井眼质量发生变化，从而对固井质量造制影响。

四、固井质量分析步骤
尽管影响固井质量的因素繁多而复杂，但对具体的一口井而言，影响其固井质量的限素
是有限的。

因此，对每一名固井工程技术人员来说，及时发现和找出影响固井质量的做因，从而制定切实有效的技术措施，对保证和提高固井工程质量起到至关重要的作用。

分析步骤如下：
（一）资料收集
一口井完整的钻井完井资料应包括;地层压力数据、油层动态、邻井情况、钻井工程情况固井施工情况、电测情况（井径图、自然电位曲线、微电极曲线）、封固质量检测情况，甚至探井包括取心见油及油气显示情况等。

分析前，这些资料必须齐全。

（二）对照层位
查看声波（或变密度）测井曲线，标出起幅度层位及对应的井段。

注明幅度大小，起幅度井段长短，核实质量情况。

（1）漏封，实际水泥面低于油层顶。

（2）窜槽，封固段出现幅度或空套管。

（3）水泥塞过高，实际水泥塞深度高于预计水泥塞位置5m以上。

上述3种情况均认为质量有问题，看图时应加识别和标出。

（三）查找原因
（1）检查固井施工记录，钻井工程和固井施工是否正常。

在实际钻井完井中，钻井工程和固井施工出现问题的井虽占少数，但是，一旦有事故发生都将对固井质量有至关重要的影响。

重点查喷、塌、漏、卡、斜、掉钻具和施工故障，注替速、水泥浆密度等参数，结合单井声幅情况查找直接影响因素。

一般来讲，事故发生的层位声幅质量较差，水泥浆密度低的井段易出现质量问题。

固井施工故障或替速低的井易混窜。

（2）检查地层压力资料，分析是否受地层因素影响。

高压层处起幅度的明显特征是；大幅度混窜，甚至出现空套管，尤其是高压气层，气层段和气层上部呈连续的幅度，当然个别井出现的幅度不明显。

欠压砂层处起幅度的特征是：度太大，反映在测井曲线上，就是每一个起幅度的幅峰，都对应于自然电位曲线的负异常二音似于“反对称”关系。

通常识别高压层和欠压砂层的主要方法是根据地层压力资料。

高压层的压力系数一般大于1.45以上，且砂体不太发育，连通性较欠压层差。

欠压层地层压力系数般在1.0以下，且砂体发育，从测井曲线上看，自然电位负异常较大，微电极曲线上实线与虚线呈分离状态，且相距较远。

（3）检查井身质量。

①检查井径扩大率大小，现有的钻井设备和固井设备是否能够保证替速
②检查井径曲线、大肚子井眼是否多。

一般井径变化大，度映到声幅曲线上的特征是每个大肚子井眼处对应的声波幅度都明显较大。

对照并径曲线，核对每个套管扶正器的卡放位置，检查扶正器是否真正起到扶正管的作用，
③检查井斜、方位角变化情况，方位角变化较大，且井眼斜度较大处很容易出质量问题因为在这样的井眼中套管总是贴井壁一侧。

（4）检查钻井液性能。

固井前，钻井液的密度必须达到设计上限，才能实现压稳地层的目的。

钻井液的黏度：按目前常用钻井液体系，要求固井时（漏斗）黏度范围控制在40-50s。

钻井液的切力；一般在固井前应达到，初切力小于3Pa，10min切力不高于5Pa。

钻井液的性能对固井顶替效率及质量的影响还没有明确的定量关系，需要在实践中进步探索和研究。

（5）检查钻井工艺技术措施执行情况。

①检查管串结构。

检查油层段是否下入厚壁套管，应下入粘砂套管的井段是否下入粘砂套管。

②检查扶正器的卡放。

检查位置是否合理，下入数量是否满足要求，油层封固段是否每根套管放一只扶正器。

③检查划眼情况。

一是检查划眼井段及划眼时间，划眼速度是否符合30m/h。

二是判断是否真正划眼，从完钻到下套管之间需要进行起钻、电测、划眼、起钻、下套管准备等工序，完成这些工序需要一定时间，如果少于这个时间，即认为是没有划眼或没有认真划，也可以从打钻记录卡的曲线上进行分析。

④检查事故处理情况。

尤其是漏失井，井队是否进行堵漏处理。

⑤检查邻近注水井是否停注放溢。

⑥检查固井施工是否按照制定的措施进行。

主要施工参数（灰量、密度、注替速等）是否达到要求，施工故障处理得是否妥当。

（6）检查原材料的使用。

①.检查油井水泥的级别是否符合固井井深的需求，产地是否记录清楚，水泥浆性能是否达到API规定的要求。

②检查外加剂类型选择是否合理，加入量是否正确，复配的水泥浆性能是否满足设计要求。

③检查技术器材质量：封隔器、控制水泥面接头使用是否正常；浮鞋浮箍是否能够实现敞压候凝；钻井队在钻井液中是否应用符合标准的石粉。

（7）检查其他情况。

应用水泥浆体系是否起泡；钻关试验的关井距离是否太近，固井后是否通井或活动套管井底口袋是否过长，洗井时间是否太长等。

邻井质量情况对比，区块质量问题分布情况对比，找出规律。

在按照上述各程序查找影响固井质量的主要原因后，制定切实可行的技术措施，编写出质量分析报告。

五、分析方法简介
固井质量分析方法因分析目的的不同而不同。

对于单井分析而言，适合采用因果对照法，绘制影响固井质量的因果图，根据质量分析程序进行对比分析。

对于某一固井区块或某质量问题，在众多的因素中寻求共性问题，宜采用统计技术，如图表、排列图、直方图等（一）单井固井质量因果图
根据影响固井质量因素，绘制因果图（图1-1）。

在进行单分析时，可以对照图中因素逐一排除，最后确定影响单井固井质量的具体原因。

（二）统计分析法
统计分析方法有多种，列表法为常用的一种非常直观方法。