固井技术现状及发展趋势

前言

●固井作业是油气井钻井工程中最重要的环节之一，其主要目的是封隔井眼内的油层、气层和水层，保护油气井套管、增加油气井寿命以及提高油气产量。

●自1903年开始固井以来经过近100年的努力，国内外固井技术有了一定的进步。

主要表现在：

●油井水泥的扩充与完善，油井基本水泥由一两种发展到13种；

●油井水泥外加剂已发展到14大类200多个品种；

●普遍采用计算机控制技术对配浆过程进行连续监控，注水泥设备向操作自动化、密度控制精确化方向发展；

●复杂的地层固井技术日趋完善，研究开发了适应高压气井、低压易漏失井、多压力系统以及深井超深井高温固井配套技术。

一、国内外固井技术进度情况（一）油井水泥与外加剂研究

●1、基本水泥。基本水泥增加了酸溶水泥、高细度水泥、波特兰水泥与高炉矿渣混

合物、可储存液体水泥和合成树脂水泥。

● 2、外加剂。应用油井水泥外加剂已成为解决各种复杂固井问题、提高固井质量

和保护油气层的主要技术手段。据美国

统计，固井外加剂的用量占油田化学剂

的38％。

油井水泥外加剂主要进展

●（1）降失水剂。研制开发了适应更宽温度和密度范围、抗盐和抗高温的高性能

降失水剂。

●（2）用于深水固井的特殊外加剂。

●（3）泡沫水泥浆外加剂。

●（4）改善水泥石性能的外加剂。

●（5）满足特殊地质条件下的水泥外加剂。

（二）固井技术

1、CemCRETE固井技术

为解决异常压力固井问题，道威尔—斯伦贝谢公司于1998年底研究开发了CemCRETE技术。该技术基于混凝土水泥浆技术，利用颗粒级配原理，通过优化水泥及外掺料颗粒直径分布(PSD)，优选3种以上不同直径的颗粒，使单位体积内固相颗粒增加，尽量降低水泥浆水灰比，提高水泥石的抗压强度和降低水泥石的孔隙度和渗透率。

CemCRETE固井技术应用

●密度为1.20g／cm3的低密度水泥浆，24h抗压强度大于14MPa，水泥石的渗透率和孔隙度明显小于常规水泥浆；

●阿曼石油开发公司(PDO)采用密度为2.40g／cm3的高密度水泥浆技术成功地解决了Sarmad 油田井深为4800m的深井膏盐层的高压固井问题。

2、泡沫固井技术

●哈里伯顿公司应用泡沫水泥浆替代常规漂珠低密度水泥浆固井取得了良好的现场应用效果。泡沫水泥浆由净浆、氮气、稳泡剂及水泥浆处理剂组成。

●国内通过研究，在水泥和配浆水中分别加入两种发泡剂，在混浆时发生化学反应生成氮气，通过稳泡剂使之形成稳定且相互独立的泡沫水泥浆，化学泡沫水泥浆在国内很多油田应用取得了较好的效果。

3、防窜固井技术

人们对环空气(水)窜的形成原因、影响因素、气窜的物理过程、预测方法及防气窜水泥浆体系做了大量的研究工作，先后研究开发了膨胀水泥、延缓胶凝水泥、触变水泥、可压缩水泥和非渗透乳胶水泥等多种防窜水泥浆体系。

4、钻井液转化水泥浆(MTC)固

井技术

●该项固井技术是指在泥浆中加入一些可水化的材料，使钻井液可在一定条件下转变成具有一定强度的固井液的技术。

●该技术有利于提高固井质量，尤其是有助于改善第二界面胶结质量，自80年代研究应用以来，一度在固井界引起极大的关注，被认为是传统固井作业的一次革命。

●淡化了顶替效率及顶替技术。

MTC的应用

●美国在开采了56年的某油田14口井中应用了多功能钻井液技术，结果表明，固井成功率从原来的28％提高到65％，单井成本节约8万美元。

●胜利、辽河、滇黔桂、长庆等许多油田已推广应用。

（三）固井工具

●为适应水平井、大位移井固井要求，美国哈里伯顿等公司相继研制开发了滚珠式刚性扶正器、井下启动刚性扶正器、套管漂浮接箍等。

●为解决漏失层、气层等特殊复杂地层固井问题，美国贝克—休斯公司研制开发了水泥浆膨胀的长裸眼封隔器，可通过水泥浆进行膨胀永久性封隔地层，取代注水泥作业，并能在封隔器上进行射孔作业，满足测试、生产需要。

（四）水泥浆顶替技术

●美国道威尔—斯伦贝谢公司提出了有效层流固井技术，在无法实现紊流的条件下采用有效层流固井技术取得了较好的现场应用效果。

●中石化石油钻井研究所针对深井不规则井眼水泥浆顶替效率低的技术问题，提出了紊流—塞流复合顶替技术，通过理论分析提出在不同井径条件下同时实现紊流和塞流的水泥浆流变性能要求以及相应的水泥浆流变性能设计方法。较好地解决了深井井眼不规则的固井问题。

（五）注水泥计算机动态模拟

与设计系统

●国内外普遍研制开发了相应的注水泥动态模拟与设计系统，提高了固井设计的针对性和准确性。

●美国LANDMARK、道威尔—斯伦贝谢、哈里伯顿公司都拥有先进的固井设计及作业评价系统。

（六）注水泥设备

●美国是生产成套固井设备的主要厂家，主要包括哈里伯顿、道威尔—斯伦贝谢和BJ公司，中国主要是江汉石油管理局第四石油机器厂。

●水泥浆的密度最高可精确控制在2.64g／cm3以内。

（七）水泥浆实验仪器

●为了适应固井技术不断发展的需求，国内外普遍加大了水泥浆实验仪器开发力度。

●除常规的失水仪、稠化仪、胶凝强度仪外，美国CHANDLER公司于2000年研究开发出了用于模拟和评价注水泥环空气窜的最新仪器——7150型水泥浆气窜模拟仪。

二、国内固井技术现状与发展

趋势

（一）油井水泥与外加剂

●从1990年开始，中国颁布了“油井水泥”新标准，淘汰了75、95和120℃老的水泥标准，已完成了油井水泥向API标准过渡，提高了油井水泥的质量。

●大庆油田为解决低温水泥石早强问题，

与有关水泥生产厂家研究并应用了高铝

水泥，取得了较好的效果。