小井眼固井质量影响因素与提升策略

摘要：在油气勘探与开发领域，小井眼固井作业扮演着至关重要的角色。小井眼固井不仅关乎油气井的初始生产效率，还直接关系到油井的长期稳定性和安全性。然而，小井眼固井作业因其独特的挑战和复杂性，一直是油气勘探开发中的技术难题。小井眼固井作业的主要挑战在于其环空间隙小和套管偏心度高。小井眼直径相对较小，导致环空间隙狭窄，水泥浆在环空中的流动阻力增大，难以实现充分的顶替，容易形成顶替盲区，影响水泥环的完整性和密封性。同时，小井眼固井作业中套管偏心度高的问题也十分突出，这会导致水泥环厚度不均，甚至在局部出现无水泥环的情况，严重削弱固井效果，增加油井生产过程中的安全风险。

关键词：小井眼；固井质量；影响因素；提升策略

一、影响小井眼固井质量的关键因素

1.水泥浆性能

水泥浆性能是影响小井眼固井质量的关键因素之一。水泥浆的性能包括密度、失水量、黏度、切力等。这些性能参数直接影响水泥浆在环空中的流动状态、顶替效率以及固化后的强度和密封性。密度是水泥浆的基本物理性质，它直接关系到水泥浆在井眼中的浮力以及抵抗地层压力的能力。合适的水泥浆密度能够确保水泥浆在井眼中稳定流动，并有效防止地层流体侵入。失水量是水泥浆在静置时，水分通过渗透作用向地层滤失的速率。失水量过大会导致水泥浆稠度增加，流动性变差，影响顶替效率。同时，失水还会造成水泥环局部强度降低，甚至形成渗透通道，影响固井质量。黏度反映了水泥浆的流动阻力。黏度适中的水泥浆既能够保持良好的流动性，又能够在环空中形成均匀的水泥环。黏度过高会增加泵送难度，过低则可能导致水泥浆在环空中分布不均。切力是水泥浆在剪切力作用下的流动特性。切力的大小直接影响水泥浆在环空中的顶替效率和分布状态。切力过高可能导致水泥浆在流动过程中产生过大的剪切应力，破坏已经形成的水泥环结构；切力过低则可能使水泥浆无法有效抵抗井眼不规则形状和套管偏心度带来的剪切应力，导致水泥浆在环空中分布不均匀。

2.套管居中度

套管居中度是影响小井眼固井质量的另一个重要因素，它直接关系到水泥浆在环空中的分布状态和顶替效率。套管居中度高意味着套管在井眼中处于较为中心的位置，这样有利于水泥浆在环空中的均匀分布和有效顶替。当套管居中时，水泥浆能够更均匀地填充在套管与井壁之间的环空，形成厚度均匀、密封性良好的水泥环，从而提高固井质量。相反，如果套管偏心度高，即套管在井眼中的位置偏离中心，那么水泥浆在环空中的分布就会变得不均匀。在偏心的一侧，水泥浆可能过于集中，导致该区域的水泥环过厚；而在另一侧，则可能因为水泥浆不足而形成薄弱环节，甚至可能出现无水泥环的情况。这种不均匀分布不仅会影响水泥环的强度和密封性，还可能导致地层流体在固井后通过薄弱环节侵入井筒，严重影响油井的生产效率和安全性。此外，套管偏心度高还会增加水泥浆顶替的难度。由于套管与井壁之间的间隙不均匀，水泥浆在流动过程中会受到不同的阻力，导致流速和压力分布的不均匀。这种不均匀流动会进一步加剧水泥浆的顶替不充分问题，使得水泥环在某些区域过厚，而在其他区域则过薄或无水泥环。

3.固井工艺和设备

固井工艺和设备同样是影响小井眼固井质量不可忽视的关键因素。随着油气勘探开发技术的不断进步，固井工艺和设备也在不断更新换代，为提高小井眼固井质量提供了有力支持。先进的固井工艺能够确保水泥浆在环空中的均匀分布和有效顶替。例如，通过优化水泥浆的注入方式，可以实现水泥浆在环空中的紊流流动，从而提高顶替效率。此外，采用分段注水泥等工艺，可以针对不同地层条件进行有针对性的处理，进一步提高固井质量。同时，先进的固井设备也是提高固井质量的重要保障。例如，高精度的套管居中设备可以确保套管在井眼中的精确居中，减少套管偏心度对固井质量的影响。高效的水泥浆搅拌和注入设备则能够确保水泥浆的性能稳定，提高注入的均匀性和准确性。此外，自动化的固井控制系统可以实时监测和调整固井过程中的各项参数，减少人为因素对固井质量的影响。

二、提高小井眼固井质量的策略

1.优化水泥浆体系

优化水泥浆体系是提高小井眼固井质量的重要途径。通过调整水泥浆的配方和性能参数，可以改善其在环空中的流动状态、提高顶替效率以及增强固化后的强度和密封性。（1）采用低失水、低收缩、早强度高的水泥浆。低失水水泥浆可以减少水泥浆在环空中的滤失量，避免形成薄弱环节；低收缩水泥浆可以减少固化后的体积收缩，提高水泥环的密封性；早强度高水泥浆可以缩短固井后的冷凝时间，提高作业效率。（2）添加改性纤维与活性颗粒。改性纤维与活性颗粒可以增强水泥浆的抗冲击能力、提高水泥石的弹塑性，满足小间隙油层套管的后期作业要求。（3）采用多级注水泥或两种凝速的水泥。通过调整水泥浆的凝速和注水泥方式，可以实现对不同地层的有效封堵和固井。例如，在水泥面顶部使用少量的速凝水泥可以迅速凝固封堵环空的上部空间，防止地下压力突破交界面上窜。

2.改进套管居中技术

改进套管居中技术是提高小井眼固井质量的关键措施之一。通过采用先进的套管居中工具和设备，可以实现对套管的精确居中控制，提高水泥浆的顶替效率和水泥环的均匀性。（1）采用套管扶正器。套管扶正器是一种常用的套管居中工具，可以通过调整其位置和数量来实现对套管的精确居中控制。在小井眼固井作业中，应根据井眼条件和套管尺寸选择合适的扶正器类型和规格。（2）应用双胶塞复合碰压固井技术。双胶塞复合碰压固井技术是一种先进的固井技术，可以实现套管柱与水泥浆的紧密接触和有效封堵。通过采用该技术，可以提高小井眼固井作业的成功率和可靠性。（3）采用尾管悬挂及套管回接技术。对于超深井或复杂地质条件下的固井作业，可以采用尾管悬挂及套管回接技术来提高固井质量。该技术通过将套管分段下入井眼并进行固井处理后再进行回接处理，可以实现套管柱的有效连接和固井质量的保障。

3.采用先进的固井工具和设备

采用先进的固井工具和设备是提高小井眼固井质量的重要手段之一。通过引入自动化、智能化的固井工具和设备，可以实现对固井过程的实时监测和控制，提高作业效率和精度。（1）智能控压钻井技术与装备。智能控压钻井技术与装备可以实现对井筒压力的精准控制和调节，确保固井作业过程中的压力稳定和安全。通过采用该技术，可以降低固井作业中的风险和提高作业成功率。（2）高效PDC钻头和智能化钻头。高效PDC钻头和智能化钻头可以提高钻井作业的效率和精度，为固井作业的成功实施提供有力保障。通过采用这些先进的钻头技术，可以缩短钻井周期、降低钻井成本并提高固井作业的成功率。（3）耐高温抗高压的工具和仪器。针对超深井或高温高压地层等复杂地质条件下的固井作业，可以采用耐高温抗高压的工具和仪器来提高固井质量。这些工具和设备能够在极端环境下保持稳定的性能和工作状态，确保固井作业的成功实施。

4.加强固井过程监测与控制

加强固井过程监测与控制是提高小井眼固井质量的重要保障之一。通过实时监测和控制固井过程中的各项参数和指标，可以及时发现并解决问题，确保固井作业的安全和成功。（1）建立科学的质量管理体系。建立科学的质量管理体系可以规范固井作业流程、明确质量标准和要求、加强质量监督和检查等方面的工作。通过该体系的实施，可以提高固井作业的质量和效率并降低事故风险。（2）采用信息化技术。建立固井作业管理平台利用信息化技术建立固井作业管理平台可以实现数据共享和作业信息的实时更新。通过该平台可以实现对固井过程的全面监管和质量检查，及时发现并解决问题并优化作业流程。（3）加强现场安全管理。加强现场安全管理可以确保施工人员的人身安全和作业设备的正常运行。通过制定并执行严格的安全管理制度和操作规程、提供必要的安全装备和防护措施等方面的工作可以降低事故风险并确保固井作业的安全进行。

四、结论与展望

小井眼固井作业是油气勘探开发中的重要环节，其质量直接关系到油井的生产效率和安全性。然而，由于小井眼环空间隙小、套管偏心度高等特点，导致水泥浆顶替不充分、水泥环厚度不均等问题，严重影响了固井质量。本文从小井眼固井的特点出发，分析了影响固井质量的关键因素，并探讨了提高小井眼固井质量的多种策略。通过综合应用这些策略，可以有效提升小井眼固井质量，为油井的高效、安全生产提供有力保障。