引言：結(jié)合水竄機理，確定防水竄條件，重點對防水竄配套固井技術(shù)與應(yīng)用進行了論述，以期提高固井質(zhì)量。

引言

當前，勝利油田的勘探開發(fā)進入中后期，由于整個調(diào)整井區(qū)塊長期注水開發(fā)，采用常規(guī)固井技術(shù)已無法解決調(diào)整井固井質(zhì)量受高壓水竄影響的問題，給油田后期開發(fā)造成極大的經(jīng)濟損失。為解決固井質(zhì)量受高壓水竄影響的問題，從研究固井水竄問題入手，在水竄機理分析、防水竄條件確定、防水竄配套固井技術(shù)這三個方面進行綜合分析。運用體系防竄、機械防竄、工藝防竄、綜合防竄等技術(shù)，提高固井質(zhì)量。

一、水竄機理

（1）普通水泥漿在膠凝過程中的壓力變化

隨著環(huán)空水泥漿柱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)力的不斷增長即膠凝強度的增強，逐步消失傳遞壓力的能力，形成“失重”，環(huán)空壓力下降。

由于環(huán)空壓力的缺失，當液柱壓力小于地層水壓力的時候，水竄開始發(fā)生，環(huán)空壓力也開始回升。如圖1所示。

圖1 取一定的上覆壓力作出的水竄壓力變化圖

（2）水竄流量的變化

當水泥漿壓力降到與地層水壓力相等時，并未發(fā)生水竄，而是低于地層水壓力一定值時才發(fā)生水竄，并且到達一定時間后，水竄流量開始逐漸減少。如表1所示。

表1 水泥漿在不同時間的水侵速率數(shù)據(jù)表

（3）水泥漿水化過程中自由水的析出

水泥漿在深入水化過程，過多的配漿水析出，聚集成細小水流，因重力差，水流會沿軸向方向向上流動，不斷聚集成更大的水流即水帶。這些水流的槽縫和水帶為水竄創(chuàng)造了先期條件，使它們降低了對地層的壓力，從而引發(fā)地層水流竄。

（4）水泥漿固結(jié)后的體積變化

水泥漿在凝結(jié)硬化過程中，由于物理和化學反應(yīng)的影響，形成的水泥石的體積縮小，水泥環(huán)與套管和地層之間產(chǎn)生微間隙，從而引發(fā)高壓地層流體上竄。如圖3所示。

圖2 收縮率變化圖

（5）水泥漿頂替效率因素

固井施工過程中如果水泥漿頂替效率低將會形成水泥漿夾帶的竄槽，因而造成環(huán)空水泥與套管或地層膠結(jié)面質(zhì)量差，產(chǎn)生環(huán)隙空間，這些環(huán)縫隙會導致環(huán)空地層水竄的發(fā)生。

因此，在固井施工中，防止水竄需滿足以下條件：（1）水泥漿液柱壓力與水泥漿抗竄阻力之和要大于地層水壓力；（2）環(huán)空不能有地層水竄流的通道。

二、防水竄配套固井技術(shù)

（1）防水竄水泥漿體系的選擇

晶格膨脹劑水泥漿體系可在水泥漿凝固時產(chǎn)生輕度體積膨脹，可以封閉環(huán)空微隙，改善水泥環(huán)與套管、地層的界面膠結(jié)狀況，特別提高第二界面固井質(zhì)量。解決了由于水泥漿硬化后環(huán)空水泥石體積的收縮導致高壓水竄的難題。

晶格微膨脹水泥漿體系具有失水低、強度高，流動性好、稠化時間可調(diào)、零析水；且有改善水泥漿力學性能、降低滲透率的特性，可有效提高水泥漿體防竄能力，對環(huán)境無不利影響。該體系適合于正常密度（即水泥漿密度≥1.85g/cm3）的調(diào)整井油層固井。

（2）雙凝水泥漿體系的應(yīng)用

雙凝水泥漿體系由具有良好的流變性、稠化時間較長的領(lǐng)漿和具有稠化過渡時間短、低失水、微膨脹的短侯凝尾漿組成，實現(xiàn)水泥漿體系雙級凝固，減少水泥漿因失重引起的油氣水竄，達到壓穩(wěn)地層的目的。

（3）防竄工具的配合使用技術(shù)

管外封隔器是用于高壓井中有效防止地層流體外竄的固井井下工具，主要用來封閉環(huán)空，并能在其以下井段的水泥漿中儲存能量，壓穩(wěn)高壓地層流體。旋流發(fā)生器能改變流體的運動狀態(tài)，增加流體的橫向作用力，可有效清除井壁虛泥餅、驅(qū)動大井徑和套管窄邊的“死”泥漿，提高水泥漿的頂替效率。

三、固井技術(shù)措施應(yīng)用

堅持“靜態(tài)環(huán)境”下固井。注水泥后的地下液體流動，水泥漿在凝固過程中受到地下動態(tài)的干擾，水泥漿被稀釋與沖蝕；因此，鉆井施工前，同區(qū)塊臨近注水井必須停注與泄壓，待測聲幅后始能恢復注水。

靜動結(jié)合。固井時要求靜態(tài)，又要兼顧到采油、注水任務(wù)的完成。解決這對矛盾的具體做法是在鉆井、固井過程中，把一定半徑范圍內(nèi)的采油井、注水井停下來，范圍以外的井繼續(xù)生產(chǎn)，造成動、靜結(jié)合，提高了固井質(zhì)量又堅持了生產(chǎn)。

采用雙凝或多凝水泥漿體系，減少水泥漿因失重引起的油氣水竄通問題。該水泥漿體系由緩凝領(lǐng)漿和短侯凝尾漿兩部分組成。緩凝領(lǐng)漿應(yīng)具有良好的流變性能、稠化時間較長的特點，起到提高頂替效率和壓穩(wěn)地層的作用；短侯凝尾漿應(yīng)具有稠化過渡時間短、低失水、微膨脹的特點；尾漿用量控制在超過油層50-100m之間，與領(lǐng)漿的初凝時間差為1小時左右。

局部封堵，全井防竄。采用套管外封隔器（ECP）對主要油氣層進行管外封隔。使高壓油、氣、水無法上竄下擾，達以局部截阻，全井防竄的目的。

使用優(yōu)質(zhì)鉆井液鉆進，控制井徑擴大率小于15%。保證井眼規(guī)則，杜絕下部油層井段出現(xiàn)“糖葫蘆” 井眼，在大井眼處，易存有死泥漿無法驅(qū)替干凈，影響界面膠結(jié)質(zhì)量。

提高頂替效率。固井施工過程中如果水泥漿頂替效率低將會形成水泥漿夾帶的竄槽，因而造成環(huán)空水泥與套管或地層膠結(jié)面質(zhì)量差，產(chǎn)生環(huán)隙空間，這些環(huán)縫隙會導致環(huán)空地層水竄的發(fā)生。

改善水泥漿流變性能。在保證施工安全的條件下，要求水泥漿要有短的過渡時間，快速的強度增長，稠化時間應(yīng)控制在施工時間+2030min，強度在30℃常壓下3～4小時達到3.5MPa以上，即采用短候凝固井技術(shù)；水泥漿應(yīng)控制失水，具有一定的觸變性。水泥漿應(yīng)有較強的內(nèi)聚力，增強水泥漿抗水侵能力，在一般水流下不分散，改善水泥漿的流變性能，使之容易達到紊流頂替的狀態(tài)；水泥漿中應(yīng)有吸水材料，凝固后的水泥，應(yīng)有較大的膨脹量，最好能控制膨脹量達到0.3%。

防水竄固井技術(shù)能明顯提高固井雙界面封固質(zhì)量，利于提高油井的采收率，延長油井的使用壽命。

（作者單位：勝利石油工程有限公司黃河鉆井總公司固井公司）

作者簡介

熊威（1981—），男，四川省大竹縣人，大學本科，工程師。