田東誠（大慶油田鉆探鉆技一公司）

油氣田開發(fā)中每鉆出一口工作井都需要對(duì)其進(jìn)行固井施工，固井施工中采取節(jié)能措施可降低施工成本，減少廢棄物的產(chǎn)生，避免造成大范圍的環(huán)境污染。固井工程節(jié)能具有經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會(huì)等多方面的價(jià)值與意義，油田生產(chǎn)中應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)節(jié)能措施的利用。

固井工程施工流程復(fù)雜，技術(shù)方案眾多，施工設(shè)備能耗較大，油田生產(chǎn)中從3個(gè)方面，采取有效措施，減少固井施工耗能量。

1 施工流程節(jié)能措施

固井工程是指向井內(nèi)下入套管，并向井眼與套管之間的環(huán)形空間內(nèi)注入水泥，以達(dá)到封隔井眼油、氣、水層，方便進(jìn)一步鉆探或生產(chǎn)的目的[1]。固井施工主要分為下套管與注水泥兩個(gè)施工步驟，合理組織下套管與注水泥施工，使兩者有效對(duì)接有助于減少施工能源消耗。對(duì)下套管及注水泥施工流程分別進(jìn)行優(yōu)化可提高施工質(zhì)量與施工效率，避免反復(fù)施工及其造成的能量浪費(fèi)。以下套管為例，不合理的下套管流程極易造成下井設(shè)備的選用、安裝不合理，造成下入阻力的增大，導(dǎo)致相關(guān)設(shè)備載荷增加，能耗增大。因此，固井施工中對(duì)施工流程進(jìn)行由大到小的逐一優(yōu)化，以保證施工效率，節(jié)約施工能量。

2 技術(shù)方案節(jié)能措施

除了優(yōu)化工藝流程，對(duì)具體施工環(huán)節(jié)的施工技術(shù)方案進(jìn)行優(yōu)化也能有效降低固井施工中的能耗。下面就下套管技術(shù)方案優(yōu)化、注水泥技術(shù)方案優(yōu)化以及先進(jìn)固井技術(shù)的利用為例展開具體討論：

2.1 下套管技術(shù)方案優(yōu)化

2.1.1 漂浮下套管技術(shù)

下套管施工中導(dǎo)致耗能量增大的主要原因是套管在井眼內(nèi)摩阻與扭矩過大，采用漂浮下套管技術(shù)可有效降低套管與井筒之間的摩擦，減少施工能耗。漂浮下套管技術(shù)的基本原理是，將空氣或低密度鉆井液封閉在套管柱下部，利用浮力降低套管柱的視重，從而達(dá)到減小摩擦阻力的目的；此外，存在于漂浮接箍上方的鉆井液受自身重力作用，會(huì)對(duì)套管柱產(chǎn)生向下的推力，協(xié)助套管柱順利到達(dá)預(yù)定位置。

漂浮下套管技術(shù)施工需要的主要設(shè)備包括漂浮接箍、止塞箍、雙閥浮鞋以及固井膠塞等。其中，漂浮接箍是最重要的設(shè)備，施工中漂浮接箍可連接套管柱上的密封裝置，能與止塞箍共同工作，使空氣被封閉于接箍下部的套管柱中，鉆井液則仍舊存在于接箍上方的套管柱中。施工時(shí)由于漂浮接箍上滑套的滑動(dòng)，鉆井液可進(jìn)入下部套管柱中并開始循環(huán)。

漂浮下套管技術(shù)十分重視對(duì)套管漂浮長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中常采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，參考井眼軌跡、鉆井液性能以及套管柱尺寸等數(shù)據(jù)進(jìn)行確定。套管柱與井筒間的摩阻因數(shù)是確定套管漂浮長(zhǎng)度最重要的依據(jù)，摩阻因數(shù)通常由實(shí)際施工中井眼軌跡、鉆井液性能以及套管柱組合等資料推導(dǎo)而來。

漂浮下套管技術(shù)施工時(shí)需將浮鞋與止塞箍連接在套管柱上，并且在浮鞋與止塞箍間注滿鉆井液，安裝扶正器后將套管柱下入至漂浮接箍位置，然后再與漂浮接箍相連繼續(xù)下入，同時(shí)開始灌注泥漿。套管柱下入到預(yù)定深度時(shí)需要打開漂浮接箍與排氣閥，并進(jìn)行泥漿的間歇循環(huán)注入。泥漿循環(huán)建立后方可投入膠塞，使水泥漿上返至預(yù)定高度。

2.1.2 隨鉆下套管技術(shù)

隨鉆下套管技術(shù)能夠?qū)@井施工與下套管施工相結(jié)合，有效避免了單獨(dú)進(jìn)行下套管施工而消耗大量能源。隨鉆下套管技術(shù)的主要施工原理是，利用鉆頭破碎導(dǎo)管鞋前進(jìn)方向上的巖石，并利用鉆柱所注水泥漿攜帶出鉆柱與導(dǎo)管間的巖屑，導(dǎo)管與鉆柱所受重力可使導(dǎo)管延所鉆井眼順利下入至設(shè)計(jì)深度。由于地層中存在大量粘土，導(dǎo)管與粘土便能相互膠結(jié)，并且隨著時(shí)間推延，此膠結(jié)強(qiáng)度越來越高。此后，若用較小尺寸鉆頭在導(dǎo)管內(nèi)或?qū)Ч苄虏坷^續(xù)鉆進(jìn)，導(dǎo)管與粘土間的膠結(jié)應(yīng)力便能轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)導(dǎo)管的剪切力，避免導(dǎo)管繼續(xù)下沉。隨鉆下套管不下沉的主要理論依據(jù)是，導(dǎo)管與地層間的剪切應(yīng)力能夠抵消導(dǎo)管自身重力與施工載荷的影響，因此，在進(jìn)行隨鉆下套管技術(shù)施工設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮井下地層條件與巖石性質(zhì)。優(yōu)選水利參數(shù)、轉(zhuǎn)速與鉆壓時(shí)，對(duì)地層的膠結(jié)強(qiáng)度、土的黏度以及巖石的硬度的考慮尤其重要，只有這樣才能制定出最優(yōu)的技術(shù)方案。

隨鉆下套管技術(shù)施工中應(yīng)注意使用高黏度泥漿鉆開套管鞋下部井眼，并要避免導(dǎo)管周圍發(fā)生掏空、竄槽等問題。隨鉆下套管技術(shù)較適用于地層土黏性較好的地層，尤其適用于深水海域的套管下入。

2.1.3 優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)

除了采用高效的下套管技術(shù)減小下套管施工所需能源以外，優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)也是固井施工過程中的重要節(jié)能措施。優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)的主要途徑有縮小井眼尺寸，淺下套管或減少套管層次。合理縮小井眼尺寸與淺下套管，可通過減小井筒容積來減小水泥漿注入量。能夠有效縮短注水泥的開泵時(shí)間，降低泥漿泵的能量消耗。

2.2 注水泥技術(shù)方案優(yōu)化

2.2.1 合理配制水泥漿

水泥漿性能是否符合固井施工要求，決定了固井施工的質(zhì)量與安全性，也會(huì)在很大程度上影響施工效率[2]。水泥漿性能不佳會(huì)使注水泥時(shí)水泥柱難以達(dá)到有效平衡，降低了頂替效率，增長(zhǎng)了注水泥時(shí)間，造成工作量的額外增大，使相關(guān)設(shè)備耗能增加。施工現(xiàn)場(chǎng)通常采取連續(xù)混配與批量混配兩種配漿方式，配制時(shí)要充分考慮固井施工對(duì)水泥漿性能的要求，尤其是密度與流變性指標(biāo)，盡可能做到以性能良好的水泥漿來保證施工效率，減少施工能耗。

2.2.2 適當(dāng)添加外加劑

配制水泥漿時(shí)，為了調(diào)整水泥漿性能通常需要添加適當(dāng)外加劑。以促凝劑為例，固井施工當(dāng)水泥漿上返接近目標(biāo)高度，為使其盡快凝固形成水泥塞，可適當(dāng)加入促凝劑以加快水泥漿的凝固速度，縮短泥漿泵開泵時(shí)間，降低施工設(shè)備能耗。

2.3 先進(jìn)固井技術(shù)的應(yīng)用

2.3.1 防竄固井技術(shù)

環(huán)空中發(fā)生水竄或氣竄是固井施工中常常出現(xiàn)的問題，嚴(yán)重降低了固井施工的效率，提高了固井施工的耗能。防竄固井技術(shù)能夠有效防止固井施工中的竄槽問題，防竄槽固井技術(shù)的關(guān)鍵是在注入循環(huán)的水泥漿中添加適量的塑性材料，以提高水泥的膠結(jié)效果，避免井壁與水泥間竄槽的發(fā)生。此外，防竄槽固井技術(shù)防止套管與水泥間發(fā)生竄槽的效果也比較好，在水泥漿中添加彈性材料也能有效防止竄槽發(fā)生。

替漿后水泥漿利用環(huán)空壓力脈沖進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)也可防止竄槽的發(fā)生。具體施工要求為，將低壓氣體或液體以脈沖形式注入，使得環(huán)空中水泥漿發(fā)生高頻振動(dòng)，避免氣體竄入。此外，減小水泥漿從達(dá)到上返高度到凝固過程之間的壓力損失值，也是有效防止固井竄槽的措施。

2.3.2 鉆井液轉(zhuǎn)換水泥漿固井技術(shù)

鉆井液轉(zhuǎn)化水泥漿技術(shù)是指，通過向泥漿中添加可水化物質(zhì)，使鉆井液能在特定條件下轉(zhuǎn)變?yōu)楣叹?。此?xiàng)技術(shù)可有效縮短注水泥施工時(shí)間，縮短開泵時(shí)間，有效降低注水泥施工中泵的能耗。施工中通常選用高爐礦渣作為可水化物質(zhì)進(jìn)行添加。在超深井固井施工中，該技術(shù)還能防止竄槽，提高開泵效率，節(jié)約能源。

3 施工設(shè)備節(jié)能措施

固井施工過程中，設(shè)備選用不當(dāng)通常會(huì)造成能量的無謂消耗，對(duì)施工設(shè)備進(jìn)行優(yōu)選能夠提高能量利用效率，減少能源消耗。

3.1 減小下井設(shè)備的摩擦阻力

下套管施工過程中，往往緊隨套管需要下入扶正器等設(shè)備，下井設(shè)備的尺寸或安裝不合理，常常會(huì)增大套管下入時(shí)的阻力，增大下套管設(shè)備的載荷與功率，增加施工能耗。因此，固井施工時(shí)需格外注意下井設(shè)備的選用，盡可能減小套管下井過程中的摩擦阻力，以節(jié)約施工能量。

3.2 泥漿泵的節(jié)能

泥漿泵是固井施工中的主要耗能設(shè)備，施工中應(yīng)根據(jù)相應(yīng)工程要求，在額定功率合適的情況下，選擇能量利用效率較高的泥漿泵，以達(dá)到施工節(jié)能的目的。同時(shí)，施工過程中應(yīng)注意對(duì)泥漿泵的正確操作，切勿使其一直處于工作狀態(tài)，要根據(jù)施工進(jìn)度進(jìn)行合理停泵，減少泥漿泵的能量消耗。

3.3 計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)的使用

充分使用計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)進(jìn)行固井施工，尤其是注水泥施工的設(shè)計(jì)，可提高施工設(shè)計(jì)的合理性與準(zhǔn)確性，加快施工進(jìn)度，提高施工效率，縮短施工時(shí)間，從而達(dá)到有效降低施工能耗的目的。

4 結(jié)語

1）固井施工過程中采取一定的節(jié)能措施不僅有利于節(jié)約能源，壓縮成本，取得較高經(jīng)濟(jì)效益，還有利于保護(hù)環(huán)境，符合國家節(jié)能減排的要求。

2）固井施工過程中除了通過優(yōu)化施工工藝流程，設(shè)計(jì)合理施工方案以及選用適當(dāng)施工設(shè)備等途徑進(jìn)行節(jié)能以外，還要重視固井施工人員素質(zhì)及施工現(xiàn)場(chǎng)綜合管理，方能使得相應(yīng)節(jié)能措施取得較好效果。

[1]丁士東.國內(nèi)外固井技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].石油化工應(yīng)用,2010(9):23-24.

[2]牛祿,李永志.節(jié)能減排技術(shù)在固井工程中的研究與應(yīng)用[J].地球,2011(12):12-13.