中国石油固井面临的挑战及攻关方向

中国石油固井面临的挑战及攻关方向

2014-03-05能源情报

文/刘硕琼齐奉忠，中国石油集团钻井工程技术研究院

固井是油气井建井过程中重要的环节之一，是一个涉及面广、风险大、作业要求高、技术性很强的隐藏性井下作业工程。固井质量的好坏，直接影响到该井能否继续钻进、能否顺利生产、油气井寿命以及油气藏的采收率。经过多年的技术研究，特别是“十一五”期间的技术攻关，中国石油（CNPC）在固井基础研究、固井工艺、水泥浆体系、固井工具及装备等方面取得了长足的进步，在深井固井、天然气井固井、水平井及大位移井固井暍大温差长封固段一次上返固井等方面取得了较大突破，较好地满足了复杂情况下固井的需要，为勘探开发提供了技术保障。随着勘探开发目标向低渗透油气藏、深层油气藏、海洋油气藏、非常规油气藏转移，勘探开发的对象更加复杂，对固井工作提出了新的挑战。

1 中国石油固井面临的形势

中国石油“十二五”勘探开发规划是：原油稳中有升，天然气快速发展，非常规天然气步入接替。到2015年，国内外油气当量可达,4.0*108t，国内、国外产量基本各占一半。中国石油正全力推进西部大庆、新疆大庆和四川天然气工业基地建设，推进海外油气可持续发展，页岩气、煤层气、海洋油气成为三大接替领域。由于以上战略的实施，固井工作面临的形势越来越紧迫。

1.1 钻井工作量屡创新高，深井超深井数量快速增长

近年来，为满足储量高峰期工程和保持油气产量增长的需要，钻井工作量持续快速增长，屡创历史新高。2012年，中国石油钻井21354口，钻井进尺42.5425Mm，钻井进尺较2005年增加99.03%。钻井工作量增加，固井工作量也相应大幅度增加。

国内剩余油气资源40%以上分布在深层。最近5年来，发现的,11个大型油气田，深层占8个。油气上产必须动用深层油气资源，所以深井超深井钻井数量也越来越多。2012年，中国石油完成,4000m以上的深井643口.增加幅度较大。深井超深井固井施工风险大，对井眼准备、水泥浆配方设计及现场施工工艺等要求极高。

1.2 天然气业务持续发展，储气库建设速度加快

中国石油把天然气作为战略性和成长性工程，长庆、塔里木和西南3个年产百亿立方米的气区为天然气生产的主力军。“十二五”期间将着力建成4个储量规模超过万亿立方米的大气田，预计到2015年，产量将达到1200*108m3，天然气井钻井数量越来越多。随着天然气消费与需求的快速增长，对保证市场平稳与安全的储气库建设的需求更加急迫，储气库建设已经列入中国天然气安全稳定供气的重点工程。中国石油规划在“十二五”期间新建10座储气库，工作气量将达到,224*108m3。天然气井及储气库固井对综合防窜、水泥浆配方、水泥环长期密封性要求高，固井难度大。

1.3 非常规油气资源进入快速发展期

国内具有丰富的非常规油气资源，是常规油气资源的最佳补充。我国主要盆地和地区的页岩气资源量为（15-30）*1012m3，致密砂岩气资源量约为12*1012m3。致密砂岩气、煤层气暍页岩气等非常规天然气和重油、超重油、油砂、油页岩等非常规油是未来重点开发的资源。到2015年，国内计划探明页岩气地质储量6000*108m3，可采储量2000*108m3，页岩气产量达到65*108m3。目前，煤层

气、致密气、页岩气已成为资源接替新领域。煤层气井固井易漏失，致密油气井、页岩气井体积压裂对固井质量及水泥环的密封性要求高。

1.4 海外业务快速增长棳地质条件日益复杂

“十一五”期间，中国石油建立了“中亚-俄罗斯中东、美洲、非洲、亚太”五大海外油气合作区；到“十二五”末，海外油气产量将达2.0*108t，规划要求自主勘探支撑5500*104t油气产量。海外五大油气区勘探领域多、类型复杂，钻井复杂对象多，大多存在工程风险或地质风险，对固井技术及现场施工提出了挑战。

2 近年来固井技术主要进展

经过多年的固井技术攻关，中国石油基本形成了系列配套的外加剂及水泥浆体系暍、固井工具和相应的固井工艺技术。随着勘探开发工作的不断深入及持续研究，固井技术将得到进一步完善和发展。

2.1 固井工艺

近年来，在深井固井、天然气井固井、水平井及大位移井固井、大温差长封固段一次上返固井等方面取得了很大突破。适合于8类油藏的14种固井技术已经成熟配套，较好地满足了复杂情况下固井的需要，为油气勘探开发提供了工程技术保障。

2.2 外加剂及水泥浆体系

近年来，陆续开发了低密度高强度、高密度超高密度、长封固段大温差、韧性膨胀等特色水泥浆体系。外加剂现场用量稳步上升。聚乙烯醇类降滤失剂已经成熟，用量大幅上升；AMPS类（2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸）降滤失剂克服了鼓包、包芯、及高温稳定问题，应用范围逐步拓宽；乳胶水泥浆抗温及抗盐能力得到提高。抗温可以达到190°C，抗盐达15%；开发了防CO2腐蚀材料，形成了防

腐蚀水泥浆体系，保证水泥石在富含CO2条件下的长期密封性能；磷酸盐水泥

室内研究获得突破；开始研究自修复固井材料，并取得初步进展。

2.3 固井工具及附件

尾管悬挂器、分级箍等常规固井工具及附件已经形成系列，占领了国内绝大多数市场，具有很强的成本优势；旋转尾管悬挂器、封隔式尾管悬挂器获得新进展，膨胀尾管悬挂器已经开始商业化应用；自膨胀材料及自膨胀封隔器研究取得突破，现场试验范围逐步扩大。

2.4 固井装备

中国石油各油田固井装备水平（水泥车、干混和批混装置）得到进一步提高，水泥车进行了更新换代，混浆系统从常规射流混合器逐步演变成内循环射流混合器；密度自动控制、批次混配系统得到普遍应用；固井质量智能化控制系统研究取得初步进展。

2.5 固井基础研究

针对天然气井固井后存在的环空带压问题，通过研究找出了环空带压的原因及影响因素，初步建立了环空带压分析的理论模型。近年来，对紧密堆积理论进行了较为深入的研究，分析了其微观机理，给出了刚性体和脆性体的紧密堆积模型设计，为优化低密度及高密度水泥浆的综合性能提供了理论指导。针对页岩气井、致密油气井、储气库井固井问题，初步建立了非均匀地应力暍、温度、压力作用下水泥环受力模型，研究了水泥环密封失效力学机理及试验评估方法。

3 面临的主要挑战