井队固井的稳定性与效率性直接影响到钻井的效率与钻井工人的安全问题，以现在的科技能力而言，以前固井的一些需要工人们亲力亲为的工作现在都可以用机械设备来代替，但是还是需要工人们的监督与操作。由于现在的工作都讲究效率与安全并存，所以如何提高固井效率问题以及工人们的安全问题是当前井队的首要问题。
固井工作并不很简单，由于需要很细致的对待固井工作的态度，并且要有很实际并且很扎实的工作技术。在固井工作中时常遇到一些不常见的情况与难题，只有在有相应的工作经验以及技术后才能发现问题，及时解决发现的问题。
在固井开始之前，要严格勘察固井周围的工作环境与工作地带，预先模拟出工作时会出现的问题，并且找到解决方案。严格按照工作实施细则来执行工作过程，保持好工作状态，按照相应的工作进度进行工作，不要急于完成，要在保证质量的前提下尽快完成固井所需要的工作。
现在的一部分井队都是在施工过程中基本没有出现过中停等事故并且在地面施工过程中没有很明显的异常以及不正常情况发生，每一个施工环节都有条不紊的进行，但是领导以及技师在检测结果中却显示了我们的工作不合格的状况，本人分析可能是有几部分导致。
一、在固井之前井队对于泥浆的处理不适当，导致在井管内壁有一部分滞留的泥浆，从而影响固井时注入的水泥浆密度偏小并且水泥胶结的质量差也会影响固井的工作质量。固井车中的流量系统传感器误差偏大或者是便携式流量计误差较大，引起流量不准，造成注入的水泥浆与实际应该使用的水泥浆偏小，可能会造成低返的情况。也有一部分施工队在施工过程中车体流量与流量计的数据不一致，并且出现较大的误差，导致水泥面低返，这种情况可能是由于井眼大小不同从而导致数据不同造成低返。
二、水泥浆的闸门不牢靠并且密封效果不好，在固井重注入水泥工程结束后，在压塞替量的工作过程中，残留在井管内壁的废水泥浆回流到井管，可能导致并且引起塞高。而且由于误差的原因导致在施工过程中没有发觉，最后在施工工作结束后提交工作影响到工作质量，引发返工的问题。
三、针对以上三个主要问题、经过个人的深刻研究与反思，在今后的工作过程中我们应该注意几个方面并且加强现场施工中对工作细节的注意，加强监督力度，进一步保证工作质量和效率的稳步提高，，加大固井工作的质量安全监督，在开展新的固井工作之前，严格检查本次的固井工作状况，及时上报有关部门。
在以后的工作中，技术人员以及工人们在施工之前要认真做好准备工作以及检查各个施工设备与施工条件，例如水量、水质、灰量等一系列工作设备。并且工作人员要充分的了解井下情况并且获得固井全部数据，并且与相关固井工作人员、监督人员等开一次必要的工作技术例会、确定下工作时间、方案等部分需要。并且坚决执行古井工作开始之前拟定的工作方案与工作计划。
一、在固井工作过程中古井技术人员以及固井工作人员要时刻站在自己的岗位上，注意施工细节，全程的把握好施工中可能发生的异常情况以及不正常状态、及时做出适当调整与方案，必要时可以重新拟定工作方案，坚持以计划为主的工作进程。
二、固井车辆要勤检勤查勤保养。发现有问题车辆及时维修与解决。一定要严格禁止有问题的车辆参加到固井工作中。以免发生不必要的意外，在固井的工作过程中每一口井的水泥头以及闸门都要做到必须的一次保养，这样做可以有效地减少或者杜绝由于机器工作事故而引发的质量问题，并且提高在固井工作中由于固井所需车辆的问题而延误正常的工作时间。
三、严格的按照制定的计划于方案施行工作进度。严格控制好所需要的水泥浆密度。杜绝不在计划之中的水泥浆下井，主要注意的就是在换灰罐时，一定关闭住闸门，防止水泥浆回流到井内并且施工之前将水泥浆混合到符合计划要求时在进行注入水泥浆作业。时刻注意水泥浆的密度与水泥浆的注入情况，保持计划中拟定的水泥浆密度与注入程度。可以更好地保持固井工作的顺利展开与进行，有效地提高工作质量。
1.深层固井的难度分析
地层压力和地质情况对油田深层固井技术的实际运用会产生较大的影响,归纳起来,油田深层固井技术需要攻克的难关具体表现为下述几个方面:相对较高的泵压影响固井的正常施工。异常复杂的地质环境也增加了地层垮塌的几率和防窜的难度。较低的水泥浆抗高温水平。过高的井下二氧化碳含量在气窜作用下腐蚀套管。自身结构的不足不仅增加了配套工作的困难程度,而且套管风险出现的几率也会显着提升,降低施工稳定性。
2.油田深层固井技术有效运用的建议
第一,有效运用深层固井顶替工艺。一般而言,塞流与层流清除低边滞留的沉积钻屑与钻井液的实际效果要在一定程度上逊色于固井液在环空的紊流顶替作用,这主要是因为深层固井中套管居中度不佳。但是笔者单位几乎不可能实现水泥浆的紊流顶替,因为施工过程中对于水泥浆稳定的指标要求使得水泥浆必然会比较稠;然而利用调节前置液性能的方式来实现前置液在环空的紊流作用是具有很高的可行性的,也正是基于上述考虑,为了能够在更高程度上提升深层固井的顶替效率,则有必要高效驱替水平段与斜井段低窄边钻屑。
第二,严格控制水泥浆性能指标。对于深层固井而言,它对水泥浆的性能指标要求几乎可以用苛刻来形容,例如,应用于深层固井的水泥浆必须要具备抗高温、直角稠化、高早强、零析水、低失水等性能,而且,这些性能指标必须要同时具备,否则便会影响正常施工。需要重点指出的是,析水性能是对深层固井水泥浆最为严格的要求,它要求水泥浆能够在高温环境下具有非常好的稳定性,坚决避免出现水泥浆在候凝过程中形成自由水带和油气水窜通道的问题。具体要求是水泥浆能够在高温环境下。依照这样的性能标准配置的水泥浆非常稠,要求地面设备具备相应的配置能力。
第三,有效运用塑性水泥浆。采用以改性纤维和活性微粒为主要材料的早强增塑剂,能提高塑性水泥体系石抗冲击能力,增强水泥石弹塑性,满足小间隙油层套管的后期作业要求。
第四,有效运用深层固井气窜控制技术。气窜具有较大的危害性,可能导致井眼报废或形成严重的安全环保事故,应引起高度重视。深层固井与油层尾管固井中,要实现有效的防气窜,按照“压稳、居中、替净、封严”的要求,在水泥浆注替和凝结过程,必须保证浆柱当量压力与地层压力的平衡关系,做到水泥浆不漏,油气水不因水泥浆失重而造成窜流问题;清除和替净环空泥浆,提高水泥浆的顶替效率和水泥环的胶结质量;提高水泥石的密封质量,无局部水槽、横向水带和窜槽现象等。深层固井,应采用多凝水泥浆柱结构,确保候凝过程中能维持气层段的液柱压力;深井超深井尾管作业中,由于悬挂器以上为钻井液,水泥浆柱短,上部钻井液能在水泥浆的候凝过程中维持向下传递压力。要求钻井液泥饼薄而韧;采取有效的套管扶正技术提高套管的居中度;采取水泥浆减阻剂改善水泥浆流变性,进行水泥浆流变学优化设计,提高水泥浆顶替效率和水泥浆胶结质量。
二、超稠油浅井固井工艺技术
针对超稠油浅井固井难点问题,笔者单位从水泥体系、水泥浆密度设计、环空浆柱压力设计,井眼准备,固井工艺等方面入手,经多年的研究和实践,总结出一套行之有效的固井配套技术。
1.选用低失水、短过渡、微膨胀、沉降稳定性好的优质水泥浆体系
超稠油浅井固井首先急需解决低温防窜问题,因此必须设计低温早强短过渡沉降稳定性好的水泥浆体系。经多年研究,优选出低温降失水剂HN-100。HN-100是不渗透剂和早强性膨胀剂的混合物,它一方面在地层滤失中可形成不渗透膜;另一方面该种水泥浆体系具有一定的早强性和微膨胀性,水泥石体积不收缩,可以明显提高水泥浆的早期强度和缩短过渡时间,同时提高水泥浆的沉降稳定性,在水泥浆从液态到固态的转变过程中保持一定的浆柱压力,阻止地层流体窜入水泥浆,具有良好的防窜能力。
2.固井前对周边注、采井采取一定范围内的停采、停注方法
在总结经验教训基础上,笔者单位采取在钻开油层前半朋至固完井三天后的时间内,新钻井周围二百米范围内的井必须停止注汽,若周围井处于焖井期,必须在排液一段时间,地层泄压后方能钻开油气层,防止钻井过程中发生井涌、井喷。
3.固井施工中的防涌措施
由于长期注气开发,地下压力紊乱,并且在九十至一百二十米存在气顶油层,在钻井过程中经常会发生井涌。从现场施工看:一些区块钻井液密度低于每立方米一点四二克压不住井、而钻井液密度高于每立方米一点四五克就可能发生井漏,压力窗口小于零点九。因此,在这些区块钻井和固井时,必须搞好防喷及其它安全措施,并严格控制环空液柱压力在压力窗口之内,既能压稳高压层又不至于发生井漏。固井施工时笔者单位取消了清水冲洗液,采用低密度水泥浆作冲洗液,通过平衡压力计算确定各种密度的水泥浆用量,进行合理的浆柱结构设计,确保冲洗液对封固段井壁的“冲刷”,同时,冲洗液进入环空后,仍能压稳高压地层而又不发生漏失。
4.固井施工中防漏措施
从钻井及固井施工看:发生钻井液或水泥浆漏失主要集中在:一是表层套管鞋处;二是目的层上部、渗透性良好的砂层段。固井施工中笔者单位采取了如下防漏措施:下套管前对漏失层段进行堵漏。在钻井过程中发生过井漏的稠油浅井,在下套管前通井时,对漏层进行堵漏,提高地层的承压能力;注水泥浆期间防漏措施。为确保固井施工中水泥浆不发生漏失,上部封固井段采用低密度水泥浆,下部采用密度为每立方米一点九克高密度水泥浆,确保环空最大液柱压力大于地层压力而小于地层的漏失压力。另外,漂珠是一种较好的低密度材料,颗粒直径为四十至三百流明,壁厚为直径的百分之五至三十,密度为零点六至零点七克每升。因其密度低、颗粒小且呈空心状,易被吸附在微裂缝隙处,其对上部封固段具有一定的堵漏功能。
三、结束语
综上,笔者就油田深层固井和超稠油浅井固井两种较为复杂的固井工程技术的应用谈几点看法。在油田的开采过程中,固井技术对于油田油井寿命和资源保护起至关重要的作用。希望笔者所谈能随着钻井技术的进一步提高,为固井工程技术的进步具有建设性意义。
参考文献
[1]邱广军;;声波变密度测井技术及其应用[J];内蒙古石油化工;2010年01期.
中图分类号：U455.49 文献标识码：A
一、工程概况及施工情况
夏店井田位于汝州煤田东部，汝州市西北，东临庇山矿区，其中心距离汝州市约15km。夏店矿副井井口设计标高+309.2m，井筒中心坐标为X=3792897.000，Y=38382753.000，井底标高-560.0m，井深894.2m（含井底水窝9m），净直径7.0m。支护厚度500mm，砼强度为C40。
井筒于2011年5月1日开工，在井筒施工至371m时，该处岩层为平顶山砂岩含水层：岩性灰～灰白色石英、长石中粒砂岩，硅质胶结，垂直裂隙发育。根据实际揭露，井筒正处在一条贯穿南北方向的纵向裂隙上。在此工作面注浆措施执行、检查有效后，开始掘进，允许掘进20m，预留5m超前距。371m以下正常施工一段5m，在本段浇筑商砼期间，为保证浇筑质量，埋设导水管7根，引出井壁淋帮水。进行下一段炮眼施工前分别在高低帮各施工一个探眼，探眼显示7m内无水，进尺4.2m。后正常清底出碴，清底期间，上段埋设的一根导水管出水量逐步减小，最后管路因堵塞而流水停止，二个小时后井筒371米井壁接茬突然开裂并出现大量涌水，井筒成井376.3米，工作面空帮3.5米，经测算井筒涌水量约300方/小时。
二、施工方案
根据工作面出水情况，经研究决定，采用立井井壁隔水墙和壁后注浆加固分截出水水源及封堵导水通路相结合的施工方案进行注浆封水，方案如下：
根据水文地质情况，将副井井筒371m水眼点做为处理作业的节点。
根据实际情况，在滑膜上沿搭设临时工作台，破除被压裂受损井壁，找出出水水源点，压力外移，前期导通水源，卸载压力，待混凝土凝固期达到设计标准，在周边布置加固孔，截流分支水源，消减主水眼水量及压力，最后注浆封堵主水源点，达到封水节流的目的。
三、工艺原理
该技术的基本原理是在立井施工过程中发生突水事故时，采用井壁构筑隔水墙配合导水管路，周边加固截流，最后封堵主水源点的施工工艺。
四、立井井筒井壁隔水墙辅助周边加固截流施工关键技术工艺流程及操作要点
（一）井筒井壁隔水墙施工工艺流程。
搭设操作平台破除受损井壁及围岩找出水源点预留导水管路构筑井壁隔水墙水眼泄压周边加固截流封堵水源点
（二）特制导水通路及附属构件的制作。
线路导通设施制作，散水水路归拢收集，即收；预留收水导水设施，排水泄压，即泄。在夏店矿副井井筒突水中，根据现场水眼情况，裂隙出水，水源来自上部，用6mm花纹钢板加工一个长：宽：高= 漏斗，如图所示。
（三）井筒井壁隔水墙及周边加固截流施工准备。
找出水源点，根据现场井壁及水眼规格加工集、排水设施，加工临时模板，预留排水通路，施工隔水墙的质量保证措施及材料，在养护达到设计强度期间，对周边进行加固截流注浆所用的材料和设备。
（四）立井井筒井壁隔水墙辅助周边加固截流施工关键技术操作要点。
1、井壁隔水墙施工。
水源点找出后，下设集水管路及设施，突水点岩石一般较破碎或水流量大，由于隔水墙构筑后，要留有较长时间凝固期（10天），在此期间其强度达不到设计值，不能承受富水压力，故在此期间以泄压排水为主，防止水路畅通不被堵塞成为隔水墙质量好坏、直接影响治水能否成功的关键。同时利用隔水墙凝固时间可对突水水源点上部井壁进行例如壁后注浆等其他工作，对工期要求本来就紧而又出现突水意外的工程来说，具有特殊的意义。
隔水墙浇筑质量的好坏，清除附岩危岩、收集散水、辅助支护至关重要，可以辅以锚网、钢筋支护，增加浇筑强度等形式。
2、周边加固截流操作要点。
当井壁不能承受水压时，便发生突水，在周边注浆加固环节中，布孔位置及质量是关键，施工中应收集熟悉井筒每段所处的围岩地质状况，根据岩层走向及纹理，根据实际找出的水源点分布状况，有针对性的布设周边加固孔，此部分注浆期望能达到两个目的，一是加固突出水源周边围岩及井壁；二是归根于能通过高质量孔的布设，从周边把主水源销蚀，重点外移，无声中消灭矛盾。可根据需要选择不同的布孔形式。
3、突水水源点周边注浆加固。
采用深浅孔结合，上、下行注浆，五花型布置，孔间排距 ，沿隔水墙上下2-5m（共6m）布置。深孔2.5m（如确切的掌握了水源内部构造，可调整凿孔深度，找出水头位置注浆封堵），浅孔1.5m，井壁薄弱及明显出水点处造孔注浆。
五、立井井壁隔水墙施工
（一）找出突水水源点。
排水至突水位置，根据井筒施工时实际揭露的岩石状况，考察现场情况，分析突水水源点岩石分部、岩性、有无构造等现象，结合井壁受损情况、周边井壁质量等综合考虑，尽量做到一次性准确地找出水源点，避免分析失误而对井壁及围岩造成二次破坏。在夏店矿副井井筒376m井壁涌水后，结合井筒上部施工时揭露的一横贯井筒的斜向断层，分析确定突水水源的准确位置后，开始风镐破除井壁，7天时间破壁及水源洞挖掘完成，如分析推测基本一致，水源点为一直径约1m的涌水空洞，水源自上而下补给，水量270m?左右。破壁尺寸：出水洞口弦长9米，全段高4.8米破除，其余井壁平均破壁段高3.5米，壁厚500mm；水源洞深12米，平均高度2.4米，宽1.5米，开口部位平均高度3.5米，均宽6米，深4米。开口部位上下全段高锚网支护。人工挖掘岩方约145.7m?。
（二）隔水墙施工技术环节。
突水水源点找出后，情况直接明了。如何堵水截流，能否承受突水水压成为问题关键。根据实际制定了：引、泄、截流、封堵的治理突水关键技术方案。
夏店矿副井井筒376米突水后，在主要出水点埋设六寸不锈钢管两根，每根导水管长13米，均由两节钢管焊接法兰盘对接而成，六寸管上焊接交叉筋增加摩擦。在出水孔内部斜向打六到八根等强锚杆，确保导水管固定牢固不发生位移，外端露出井壁；水头部位铺设6片钢芭网（ 钢筋焊接网， ，网格 ）内放一自加工集水漏斗，内放钢筋笼（规格： ，外包两片钢笆网焊接钢筋笼上），引水管放入钢筋笼内以防止落渣堵塞管口。集水漏斗用等强树脂锚杆固定在岩壁上，安装固定完毕后，用快硬水泥封闭水箱所有空隙，确保涌出水全部从导水管流出。
（三）周边加固截流关键环节。
在出水点预埋导水管上安装六寸阀门。首先注浆封堵集中导水管处预埋收集散水的胶管，以封堵散水及加固水眼周围井壁，待出水点周边加固完成后，选择一导水管注浆堵水，另一导水管作泄压孔，若泄压孔漏浆则逐步关闭阀门，直至阀门封堵牢固、堵水充填岩体裂隙密实。注浆期间认真观察注浆压力及井壁状况，注浆压力不得大于5MPa。
六、结果
1、通过隔水墙施工及壁后注浆，该处涌水量降至5 m?。
中图分类号：TD265.1 文献标识码：A
1 井身结构优化设计技术
1.1 套管、钻头系列
1.1.1 套管、钻头系列
针对常规井身结构存在的问题，结合目前的钻井工艺技术水平，对与套管、钻头尺寸的选择密切相关的几个方面问题进行了研究和探讨。在借鉴国内外一些成功经验的基础上，提出以下适应不同钻井条件的套管、钻头尺寸组合方案。表1列出了改进的套管、钻头系列，表2是强化的套管、钻头系列。
1.1.2 改进的钻头、套管系列应用情况
在滨南采油厂、东胜油公司等300余口井实施，钻井施工安全并取得了显著的经济效益。
自2001年已在车西、浅海4000m以深的潜山地层中得到广泛的应用，据渤海钻井公司统计，2001年7月以来在该地区共完成该类井19口，平均井深4336m，平均机械钻速7.11m/h，平均建井周期91天，平均钻井周期78天，钻井施工安全，钻井速度和质量比2000年均有大幅度提高，见表3。
改进的钻头、套管系列经实施，可满足油田部分井的施工要求，同时为强化的套管、钻头尺寸系列及现代井身结构的实施，提供了技术依据。
2 钻井液、油气层保护设计技术
2.1 钻井液设计技术
随着油田勘探、开发的不断深入深井、复杂井、特殊工艺井越来越多，对钻井液的性能提出了新的要求。因此针对不同的地区、不同的地层首先要分清楚存在的主要问题，在设计中有针对性地开展相关钻井液技术的研究，在满足解决主要问题的前提下，再研究制定解决其它问题的措施，只有细致地分析可能存在的各种问题，才能设计出合理的钻井液方案。
对于特殊工艺井的钻井液设计，还应通过水平井偏心环空中钻井液螺旋流流场的研究、水平井钻井液携岩机理和流变参数研究、水平井钻井液完井液配方及性能研究，分析总结水平井钻井液的特殊性和不利因素，确定不同条件下钻井液的密度、钻井液流变参数及排量，解决水平井钻井中的岩屑携带、井眼稳定、性能和油层污染问题。
2.2 油气层保护设计技术
研究发现，在钻井液、完井液中加入纤维状油层保护剂可以形成较浅的污染带，从而有利于反排，形成最大的从油层到井眼的渗流通道。使用海水低固相不分散钻井液的保护油层钻井液完井液方案，在应用中见到了良好的油气显示，测试获得了上百吨的工业油流和数万方气，获得了良好的应用效果。
3 固井及完井设计技术
3.1 完井方式
完井方式可以概括为固井射孔完井、裸眼完井、衬管完井、砾石充填完井、水泥浆充填封隔器衬管完井等五大类。目前国内常用的是固井射孔完井方式，其次是筛管完井和裸眼完井方式。
3.2 固井设计
3.2.1 影响固井质量的因素分析
（1）油、气、水窜：由于部分油层孔渗好，产层连通性强，加之油气层保护工作的加强，使固井时井眼中油气非常活跃，此时固井后因水泥浆凝固产生的失重作用，将使油气极易进入套管环空，造成封固不好。（2）漏失：压力系数低于1.0的异常压力系统，如果地层的渗透性强，则固井时极易发生漏失。（3）异常高压地层：由于泥浆密度高、粘切高、流动性差，水泥浆密度只能接近泥浆密度，造成循环压耗高，注替泵压高，顶替效率低，使固井质量难以保证。（4）井眼质量差：钻井中使用钻井液密度都是尽可能低,钻井时井壁掉块严重，固井时井径非常不规则。在这种井眼条件下固井，顶替效率低，固井质量难以保证。（5）封固段长：为了提高勘探、开发效益，一口探井的勘探目的层近年来是越来越多。这使固井时封固段长越来越长，造成固井难度增加。
3.2.2 技术对策
（1）推广应用双级注水泥固井技术，双级注水泥技术可以减少一次注水泥封固段长，从而有利于提高固井质量。（2）流变学注水泥固井：应用流体水力学理论，进行注水泥顶替机理的研究。利用固井仿真系统软件进行注水泥模拟，优化现场流变学注水泥施工参数，提高注水泥顶替效率，达到提高固井质量的目的。（3）低密度水泥浆固井技术：低密度水泥浆固井的关键技术是实现浆体不分层离析，析水小或无析水，水泥石体积收缩小或不收缩，赋予浆体强的触变性，保证水泥浆不漏失，水泥返高达到设计要求。选择性能优良的外掺料和外加剂，配制出浆体固相颗粒分布合理，水泥石早期强度高，达到材料间的良好匹配，实现工程对水泥浆综合性能的要求。
4 特殊工艺井设计技术
4.1 水平井、侧钻水平井设计技术
主要内容：(1)井身轨迹和井身结构设计。具体作法是：在满足油藏特性和地质条件的前提下，根据工具造斜能力，提高造斜井段造斜率，大幅度缩短靶前位移和造斜井段长度，改善井眼摩阻、扭矩及清洗效果，简化套管程序。依据这一原则，建立了二维、三维、多段增斜轨道的设计方法。(2)钻具组合及钻井参数的设计。根据井身轨迹控制技术和井下专用工具研究取得的最新成果，规范了增斜井段和水平段钻具组合选择的方法，以最大限度减少更换钻具组合的次数、求得最佳钻井参数和水力参数为原则进行设计。(3)采用了井口磁场计算、子午线收敛角校正理论和钻柱摩擦阻力、扭矩、正压力计算理论，从理论上保证了设计精度和合理性，并尽量降低摩阻及扭矩。(4)侧钻水平井除满足一般水平井的设计内容，还应增加开窗方式的设计。
4.2 大位移井设计技术
4.2.1 大位移水平井轨道优化设计的原则及方法
（1）大位移井轨道优化设计的两项基本原则：一，具有工程可操作性，即有利于钻井施工、轨迹控制、井下安全和轨道的实现。二，摩阻和扭矩最小。（2）用计算机模拟技术，进行了多种轨道设计和摩阻、扭矩模拟计算及对比分析。进而优选造斜点、造斜率、稳斜角等轨道参数。
4.2.2 设计技术应用
在位移较大的定向井或水平井设计中，按照优化设计的两项原则对井身结构和井身轨道进行优化设计，采用悬链线轨道和优选的轨道参数有效地减少了摩阻和扭矩。在钻井实践中，不论是钻井施工过程还是下套管过程中，摩阻和扭矩都跟预计的相接近，效果十分明显，证明了工程设计的技术方法和优化设计原则是正确的。
5 结论及建议
随着钻井技术的进步，中原油田的钻井工程设计水平有了一定的提高。钻井工程设计是一项系统工程，需多方面的协同配合，要求决策者及设计人员具有较高的知识水平，因此在今后的工作中要加大理论研究成果的应用，不断完善钻井工程设计手段。钻井工程设计在推广应用成熟的工艺技术的同时，肩负着“超前研究、提前储备，使科技先导作用始终贯穿生产发展全过程”的任务。因此，我们必须加大科技攻关力度，扩大与国内外的技术合作。
参考文献
1 前言
元陆701井是部署在四川盆地川东北九龙山背斜构造西南翼上的一口开发评价井/定向井。
2 干法固井技术现状
国内干法固井实施的套管层次主要以导管、表国内实施干法固井通常包括管内正注水泥浆和环空反灌水泥浆2个步骤。在正注水泥浆中，在套管尺寸大的井中实施了内管插入法固井。但是目前还没有见到实施双级或多级固井的报道。在国外，从1998年开始美国新墨西哥州地区的梅萨维德和达科他地层开始实施了干法固井技术，套管下深为2370m 左右，套管尺寸为?114.3mm，井眼尺寸为?158.8mm，实施双密度双凝水泥浆单级固井，或实施双密度双凝水泥浆外加管外封隔器双级固井。
3 干法固井技术特点
3.1 技术优势
（1）克服了常规固井工艺水泥浆顶替效率低的技术难题，采用水泥浆直接置换气体，容易实现套管环空水泥浆的有效充满，保证了水泥环自身的良好封固特性。
（2）常规条件固井，钻井液在压差作用下，在井壁形成单层或双层滤饼，同时钻井液还会附着在套管壁上，固井施工过程中即使采取冲洗液和滤饼溶蚀剂等措施，仍难以彻底清除虚滤饼和附着物，从而影响水泥环界面胶结质量。当井筒为气体介质时，与水泥浆接触的套管外壁和井壁两界面上无任何污染，能实现良好的原始胶结，确保了水泥环胶结质量，最大程度地提高了胶结面的密封质量。
（3）可避免固井施工中发生液柱压力诱导性井漏。根据地层承压能力，采用正注与反注水泥浆相结合的固井工艺，分段设计注入水泥浆液柱当量密度，防止固井施工中发生压力诱导性井漏。
（4）有利于作业区域环境保护。常规固井作业时，一是注入水泥浆会置换出相应的钻井液；二是因钻井液与水泥浆接触产生大量混浆，需要直接排进污水池，不可避免地对井场周围环境造成一定程度的污染。
（5）可减少替入钻井液的中间环节，缩短钻井周期，也可减少或避免出现井漏、井垮井下复杂情况。
3.2 技术难点
（1）下套管前保持井眼稳定和井眼光滑难度大。采用空气作为循环工作流体钻成的井眼，井壁干燥，孔隙、裂缝基本保持原始状态，但各个地层地质构造应力不尽相同。因此，在没有液柱压力的情况下，坍塌压力很容易使井眼掉块、坍塌而失稳。如果依靠空气彻底清除钻屑和掉块，现场施工比较困难，特别是体积较大的掉块。
（2）固井过程中极易井漏，水泥浆返高难于控制。由于水泥填充原始孔隙、裂缝，需要一定量水泥浆，即渗漏；实施空气钻井，多是易塌易漏、地层承压能力低的地层，注入水泥浆时，液柱压力一般远大于地层漏失压力，造成井漏，即压漏；当井下出现水泥浆漏失时，施工过程中不易监测，掌握和控制水泥浆返高困难。
（3）水泥浆在非连续流动的情况下，施工参数难以控制。在常规固井注水泥时，常因为套管内和环空流体的密度差，而产生“自流效应”，或称作“U形管效应”[3-4]。在干法固井中，井筒内为空气，在水泥浆重力作用下，发生U 形管效应几乎无法避免。在水泥浆注入空井过程中，管内无法形成连续流动，实际施工压力、排量不能准确反映井下情况。对于管径较大的套管，在实施正注水泥过程中，水泥浆受套管内壁的阻力不足以抵抗水泥自身的重力作用，很容易脱离管壁，很难以全充满的形式向下流动，从而形成间断性地与套管壁接触，呈现不规则的自由下落状态。因此，水泥浆在套管内的实际流量大于水泥浆的泵入量。
（4）套管封闭的空气无法及时排出。水泥浆在套管内下落过程中与管内空气掺混，水泥浆被空气污染，并且井深越深，污染越严重。在开始注入阶段，水泥浆自由下落，呈现不连续流动，套管内的空气很难被及时挤入环空，同时自由下落的水泥浆到达井底后，堆积产生一定量连续水泥浆段，经过套管鞋进入环空，而后续的水泥浆在下落的过程中，又会推动之前剩余在套管内的一部分空气向下流动，不连续的水泥浆再次在井底堆积成连续水泥段，进入环空。此过程反复进行，随着环空内水泥浆液柱增长，套管内外的液柱压差逐渐缩小，最终套管内的空气被全部推到环空中，但是环空中的水泥浆却呈现间断性的或夹杂着空气的水泥环，对固井质量影响较大。
（5）水泥浆在下落过程中容易造成固井工具及固井附件损坏或失效。由于套管内为空气，在注水泥过程中，尤其是注水泥初期，水泥浆快速下落过程中会对井底产生较大冲击力，容易造成固井工具及固井附件损坏或失效。
（6）水泥浆的自流效应和失水作用，增大环空堵塞的可能性。水泥浆的自流效应使得环空返速增大，对井壁的冲刷比常规固井严重得多，而水泥浆的失水也会使干燥的井壁失稳掉块，水泥浆具有较强的携带能力又容易造成井壁掉块及原井眼的钻屑聚集，堵塞环空，进一步恶化，则会压漏薄弱地层。
（7）井下不确定因素多，潜在风险大。空井注替水泥过程涉及的工作环节多、工作量大，稍有不慎，很可能引起其他风险因素，如井下发生漏失、环空挤水泥速度不合理等。
4 干法固井在元陆701井的应用
4.1 元陆701井基本情况
4.1.1 基本数据
井 别：开发评价井 井 型：定向井
地理位置：四川省苍溪县龙王乡永胜村5队 构造位置：川东北九龙山背斜构造西南翼
二开实际完钻井深：2964m 套管设计下深：2963m
施工井队：中原钻井50487ZY队 固井服务：中原固井西南项目部
4.1.2井身结构
空气钻钻井至2964 m完钻
4.1.3 井径数据
暂无井径数据，井径按钻头直径扩大率10%进行计算。
Ф311.2mm牙轮+浮阀+Ф228.6mm钻铤×6+203mm减震器+203.2mm无磁钻铤*1+203.2mm钻铤*2+177.8mm钻铤×3+139.7mm钻杆+方保+下旋塞+152mm六方方钻杆
4.1.7地质分层
实际试验温度按65℃取值。
4.2 固井主要技术措施
（1）下套管前采用刚性强于套管串的钻具组合（必须带1只欠尺寸扶正器）彻底通井，对阻卡和缩径井段进行多次划眼和短起下处理，并用大排量气体冲洗井眼，确保井眼干净畅通无阻卡。
（2）裸眼段加适量弹性扶正器，减小套管与井壁的接触面积，减小摩擦，保证套管居中。
（3）下完套管后用空气大排量充分循环，彻底清洁井眼，充分干燥井壁，为干法固井提供良好的井眼条件。
（4）为保证施工安全，不注前置液；而使用15 m3密度1.80 g/cm3流变性好，含水量高的前置水泥浆；并在水泥浆中加入纤维，起到造壁、堵漏的作用。
（5）先正注水泥浆封固1000-2963m井段，采用钻井液替浆。候凝24小时后再从环空吊灌水泥浆至返出井口。
（6）正注采用密度1.90g/cm3的低渗透、低失水、良好封堵能力和流动性、稳定性好、触变性弱的膨胀水泥浆体系。
（7）正注替浆后期适当降低排量，减小对井壁的冲刷。
（8）正注若遇井壁坍塌堵塞环空，可小范围活动套管串。
（9）环空吊灌用常规水泥浆体系，密度1.90g/cm3。采用小排量、单边灌浆方式，保证环空灌浆质量，直至水泥浆返出地面。如环空吊灌作业发生漏失，则待水泥浆初凝后进行多次吊灌。
（10）控制好井队大泵顶替的排量，根据替浆的泵压变化及时调整替浆排量，保证施工安全。
（11）为保证替浆量的准确性，采用钻井、录井、固井三方计量，顶替计量以井队泥浆罐计量为准，录井泵冲和固井流量计计量为辅。
4.3 固井过程
本井二开311.1mm井眼采用空气钻进，在进入上沙溪庙后，我们根据返砂湿润度判断井下是否出水，为干法固井提供依据。3月10日钻进至井深2964米完钻，起钻更换了Ф311.2mm牙轮+浮阀+Ф228.6mm钻铤×1+Ф300mm扶正器+Ф203.2mm钻无磁铤*1+Ф203.2mm钻铤*2+Ф177.8mm钻铤×3+139.7mm钻杆钻具组合进行通井，在起钻前将空气排量增大至210方以上，充分烘干井底，清理沉砂，保证下套管顺利。3月12日顺利下入Ф244.5mm×P110×11.99mm（TPCQ扣）套管270根，下深2961.98m，下入弹性扶正器40只，刚性扶正器14只。3月13日开始固井作业，第一次采用正注法，注入水泥浆105m3，平均密度1.82g/cm3；候凝48h后，3月15日第二次从环空吊灌注入水泥浆53m3，平均密度1.89g/cm3，水泥浆返出地面，3月19日测固井质量优秀。
5 认识与建议
干法固井技术是气体钻井技术的补充、延伸，是与之相配套的固井新技术，避免了空气钻转浆复杂，解决了常规固井技术顶替效率难以保证的技术瓶颈难，提高了固井质量，缩短了钻井周期，降低了钻井成本，减少了环境污染，加快了勘探开发速度。干法固井在元陆701井的成功运用不仅是技术创新，更是一次石油钻井生产力的解放。干法固井技术是集团公司元坝地区提速提效又一新尝试。
参考文献：
[1]朱忠喜，杨海平，刘彪，等.干法固井的技术难点和对策研究[J].石油钻采工艺，2013（2）.
1影响ⅹⅹ油田固井质量主要原因分析
顶替不完全，造成大段的混浆带；如果水泥浆的流变性能优于泥浆，顶替时又达不到紊流，就可能造成水泥浆在泥浆中窜槽；钻井液性能的优劣，除保证钻井中的快速安全外，在井壁形成的泥饼对固井质量有着致密重要的因素，特别是冲洗液或隔离液在没有足够的冲洗时间时，势必在井壁上留下大量的虚泥饼，后期与水泥浆接触后可能造成对水泥浆的污染，形成靠近井壁的水泥浆不凝结，或者是水泥浆侯凝时泥饼干缩而出现微环隙；井眼条件对固井质量的影响；油层漏失对固井质量的影响。
2提高水泥浆顶替效率的研究与应用
为了保证环形空间的密封质量，首先需要可虑的是如何使环空充满水泥浆。充满的过程，实际上是水泥浆驱替或钻井液的过程。水泥浆与钻井液的顶替质量应满足以下基本要求：①注水泥浆井段的环空空间，钻井液应全部被水泥浆顶替干净，无窜槽现象存在；②水泥浆返高和套管内水泥塞的高度应符合设计要求。有效地驱替钻井液，提高注水泥的顶替效率是清除钻井液窜槽、保证水泥胶结质量和水泥环密封效果的基本前提。通过国内外专家的研究发现影响注水泥顶替效率主要有如下六种因素：套管在井内的居中度；液体在环空间的流动状态；紊流时液体流过封隔层位所接触的时间；钻井液的触变性；钻井液与水泥浆的流变性能；水泥浆与钻井液的密度差。
3确定合理顶替流速范围的原则
一个合理的顶替流速范围，应考虑该井如下几方面的情况：①井眼的稳定性，是否有易漏、易塌等薄弱地层，这些层位对环空返速的限制情况，这些数据可根据邻井或区块的资料获得；②正常钻井过程中的环空返速情况；③裸眼井径变化情况及对返速的限制，如当裸眼井径变化较大，存在所谓的“大肚子”时，一般要求返速不能太大，以免进一步冲蚀井壁。同时在“大肚子”段一般是很难达到紊流的；④套管居中度情况，当套管居中度不好时，环空返速不易太低；⑤井斜情况，当在大斜度或水平井套管注水泥时，环空返速不易太低；⑥泥浆泵与注水泥设备的工作能力。综合考虑上面这些因素，便可得出一个保证该井钻井正常的返速范围，由此再考虑进注入的前置液与水泥浆的性能与泥浆的差异，便可选定本次注水泥时，所应保持的环空返速范围的大小。
4水泥浆流变性能设计
如前所述，影响注水泥顶替效率主要有六种因素，到底哪一个或哪一些因素对顶替效率产生决定性影响呢？尽管人们在顶替机理的研究上做了大量的工作，但至今仍未对注水泥顶替优化设计方法形成统一的认识。这是因为注水泥顶替机理是一个很复杂的问题，人们对它的研究和认识尚不十分深入。实验上主要表现在：不能满足动力学相似原理进行偏心环空内重力场研究，理论上还未能建立一套准确描述任意井斜条件下、偏心环空中、一种非牛顿液体顶替另一种非牛顿液体的动态模型，并进行定量分析。而实际应用方面的主要问题则是现场施工参数很难同实验室测量参数吻合。我们认为：在井下条件确定的情况下，决定性的因素是环空流动的壁面剪应力。
关于环空流动的壁面剪应力，可以使用以下公式计算：
τw=0.00025（D-d）Δp/L(1)
其中，τw——环空流动的壁面剪应力，pa
D——井眼直径，mm
d——套管直径，mm
Δp——水泥浆流动的摩擦阻力，pa
L——水泥浆封固段长度，m
理论上讲，当τw大于钻井液的胶凝强度时，就可以有效清除胶凝钻井液。
从公式（1）中，也不难得出以下几点重要理论：Δp在井眼几何条件一定得情况下，是一个与流动速度和流变参数有关的量；降低钻井液粘切对于提高顶替效率非常重要；当τw与钻井液胶凝强度接近时，接触时间对清除泥饼至关重要；用低粘切钻井液和前置液稀释井筒内原钻井液，对提高顶替效率非常有益。
把流动的壁面剪应力作为影响顶替效率的主要因素，是基于以下原因：①只有流动才能产生直接作用于井壁并清除胶凝钻井液的动力：流动的壁面剪应力。②紊流流动时，由于摩擦阻力近似与流动速度的平方成正比，所以，流动的壁面剪应力在一般情况下大于其它流态。但是，从流动计算的相关公式可以知道，同样大小的壁面剪应力也可以通过增加流体的塑性粘度和屈服值获得。对于塞流顶替，主要要求水泥浆要高粘切，以产生相对高的壁面剪应力。从以上分析也可以看出，紊流顶替的水泥浆粘度不能任意小，否则除了可能产生流体不稳定外，其摩擦也会小于层流或塞流流动状态。③在固井技术的发展过程中，产生了各种不同的顶替技术，例如塞流顶替和紊流顶替以及介于二者之间的低速顶替技术，每项技术都可以找到很多成功的实例。壁面剪应力设计的观点也与这些技术结论非常吻合。④从力学的角度来看，要清除附着在井壁上的胶凝钻井液，必须要有一定的力，从受力分析来看，这个力主要是壁面剪应力。
根据水泥浆流动的壁面剪应力大于15pa就可以基本保证顶替的原则，水泥浆塑性粘度一般设计为40-60mpa.s,屈服值一般设计为20-40pa，这样配置的水泥浆初始稠度在15-30Bc之间。
5现场施工条件分析及措施
5.1油气层固井井眼特点①所钻井集中在窟窿山已探明的油气富集带，进入油气层后，油气显示十分活跃；②完钻井中有3口开发井在钻井及完井作业中下沟组下段均有漏失现象，Q2-19井下套管前用水泥浆进行了2次堵漏作业并作了承压实验，但仍在套管入井后，循环时井口失返，经打堵漏浆等措施处理才建立循环。③在定向井中，在造斜段的井径均较大，其平均井径为527.98mm，井径扩大率144.55％。封固段平均井径317.78mm，井径扩大率47.19％。钻井周期较长是造斜段井径扩大的一个重要原因之一。目前所实施的定向井，设计及实际井斜在30度左右，套管居中较困难，从固井角度来讲对于实现良好的顶替效率有一定的困难。
5.2管串结构及封固要求①油层套管（延长油田也称为技术套管）采用139.7mm套管，不采用复合套管，其特点是套管与井壁环空间隙下大上小，对于固井而言其优点是增加了水泥环的厚度，增强了水泥环的强度，而其缺点也比较明显，对原始井眼的质量和下完套管的环空净化要求更高，否则极易在替浆过程中环空堵塞，造成固井失败。②油层封固段较长，井身结构的井其长度在600-800米之间。延长组油田西浅东深，油气藏埋藏浅，延长组西区水泥浆返至地面，东部返深200米以上，延安组就不同了，属于深井，壁面剪应力较大，是一个不可忽视的环节。
1.1 徐家围子地区地层温度分布规律
根据徐家围子地区已固井的测温数据表明，该区地温梯度比较高，对水泥浆性能、工具附件及固井施工要求较高。
1.2 地层压力情况
根据徐家围子地区已固井地层压力情况统计表明该区地层压力系数约在1.0—1.20之间。
1.3 井深、封固段长
井深、封固段长将增加固井施工难度，作业量加大。
2.地质因素的不确定性
2.1 地层孔隙压力与地层破裂压力数据难以提供
目前由于徐家围子断陷整体开发程序还比较低，地层孔隙压力与地层破裂压力数据大多是根据邻井数据预测得到的，火山岩性气藏横向连通性差，受火山岩储层平面非均质性影响，预测压力系数与实测压力系数可能存在偏差，气藏压力系数变化较大，给固井施工方案确定带来难度。
2.2 火山岩地层易发生漏失
徐家围子断陷天然气储层主要以火山岩储层为主，属裂缝性储层，营城组沉积早期的火山活动形成了徐家围子断陷大面积分布的营一段火山岩，以层状火山岩组合为主。裂缝比较发育，有原生裂缝和次生裂缝，岩石容易破裂，在钻井与完井时易发生漏失现象。
2.3 井壁稳定性差
徐家围子断陷营城组脆性火山岩因破裂易落碎片、易致井壁坍塌，疏松的凝灰质岩易膨胀，导致卡钻，泉头组泥页岩易出现水化、分散和膨胀引起井壁坍塌，给固井施工前井眼的清洗造成一定困难，岩屑很难清洗干净，造成井壁稳定性差，影响固井施工及固井胶结质量。
2.4 井径不规则
统计徐家围子深层气井井径变化率可知，井径变化率大于8%，而井径不规则影响固井施工顶替效率，从而影响固井胶结质量。
二、深井固井施工存在的问题
1.深井固井用工具可靠性需要保证
深井固井大多采用特殊固井工艺，如双级注水泥工艺或尾管注水泥工艺，需要使用分级箍或尾管悬挂器等管串工具。工具的可靠性直接影响深井固井施工的成功率及固井质量。由于工具自身的质量问题或操作不当，容易导致固井失败，如双级箍打不开、尾管悬挂器不能实现坐挂或提前坐挂等。徐深8井双级箍未能打开，影响二级固井施工；徐深502、徐深201井尾管悬挂器提前坐挂，导致井底砂子清洗不够，洗井时间长。
2.尾管固井工艺存在风险
尾管注水泥工艺由于在尾管悬挂器喇叭口处间隙较小，加之在技术套管和生产尾管的重叠段，由于套管壁附着的泥饼使得环空间隙变得狭小，造成砂子聚集，导致开泵循环压力过高，固井施工时不能采取大排量顶替，施工风险较大。
3.双级注固井工艺存在局限性
在徐家围子探区深井完井中，双级注水泥工艺是运用较为普遍的固井工艺，该工艺可以很好地解决长封固段固井施工漏失问题。特别是在技术套管固井中，由于工程上的需要，有的井要采用淹没式双级注固井工艺，由于一级水泥浆要求返至双级箍位置，注灰量很难控制，加之顶替效率差，导致大量水泥浆返至双级箍以上井段，打开双给箍洗井时，造成二级井眼污染严重，形成钙侵，影响胶结质量。严重时会发生环空蹩堵，导致二级施工井漏，甚至出现二级循环不通的后果。
三、保证固井质量的办法
1.工艺合理是保证固井质量的前提
合理的固井工艺技术及水泥浆体系是保证深井固井质量的前提。为避免双级注水泥工艺技术易造成二级井眼污染的缺陷，在采用双级注水泥工艺时建议尽量使用不连续非淹没式双级注水泥工艺，双级箍与一级水泥面之间保持一定的距离，以免水泥浆返至双级箍以上，要根据井眼数据及井径扩大率合理确定和控制一级注水泥浆量。
2.良好的井眼条件是固井质量的关键
良好的井眼条件是决定深井固井工艺顺利实施，实现环空水泥浆完全顶替，去包固井质量的前提。在钻井过程中要调整好钻井液性能，保证井眼的稳定性。固井之前要认真做好井眼的清洗及除砂工作，通过短起下钻来检查井底沉砂情况与井壁不稳定情况。为避免发生井漏，从通井及下套管后，循环洗井液以相应的排量检查，使满足注水泥时的承压要求。
3.避免尾管注水泥出现环空堵塞现象
在采用尾管注水泥工艺时，一是建议井队在下套管前要充分洗井、通井，把井底砂子携带干净后再进行下套管（尾管）作业；二是与工具提供厂家协作，进一步改进工具结构，增大尾管悬挂器喇叭口处的间隙，增加过流面积，避免喇叭口处砂子聚集，降低施工压力；三是加强施工组织，制定合理的施工应急预案。在替钻井液时，当水泥浆进入技术套管内之后要适当控制顶替排量，防止压力突然增高。
4.保证深井用固井工具性能可靠
对于深井固井用分级箍及尾管悬挂器等工具，钻井方面要加大对供货厂家的监管力度，提高产品质量，提供现场技术服务。在工具入井之前，要对工具的性能进行严格把关，确保固井施工安全
5.提高顶替效率，确保固井胶结质量
5.1控制井径扩大率
井径扩大对顶替效率有重要影响，井径扩大率一般应控制在12％以内，最好低于10％。
5.2 在偏心情况下提高顶替效率
偏心是造成环空流体流动状态和速度分布不均匀的根本原因，套管居中将能从根本上解决顶替效率问题，套管偏心度应小于30％。
5.3 使用优质冲洗液
中图分类号：TU99 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）41-0109-01
最近几年来，由于石油天然气勘探开发工作不断深入发展，特殊井不断增加，固井工程日益复杂，因此对固井施工设计与分析提出了更高要求；随着固井工程技术的飞速发展，国家和行业近年来对固井设计与分析的相关标准进行了更新，以便推动固井技术的发展。我们应基于最新行业标准和理论研究成果，系统的总结固井施工经验，开发出一套设计与分析内容丰富、功能齐全、适用广泛的固井设计与分析系统，能够更好满足固井现场施工需要，设计与分析水平，改善固井质量，促进固井技术的发展。
1.固井作业中的技术难题
1.1 水泥返高不够，不能按设计要求封隔地层
造成环空流速下降，影响顶替效率胶结质量差。下套管过程井漏可能造成卡套管事故，套管下不到设计深度。水泥环质量差层间油层、气层、水层互窜。水泥浆漏失到产层，污染产层，油气井失控。固井工程中发生井下漏失，大部分情况将导致固井失败或影响固井质量。在老油田开发后期，老油区发生固井漏失主要是因为人为产生地层裂缝。
1.2 水泥浆应用效率不高
在固井工程中，水泥浆的应用效率不高，可以主要分析为以下几种原因：
1）井身结构不合理，给套管居中处理带来难度。2）对于表面较为松软的地层来说，在钻井时会受到高压砂层或者浅“一气”完流动的影响，影响井身结构，成流体的摩擦阻力加大，紊流顶替作用不易于实现。3）在深底层，大多数是没有胶结的松软状态，再加上破压力与地层孔隙压力之间出现狭窄的“窗口”现象，难以实现紊流替或者分级梯度顶替。4）因为套管结构比较复杂，所以在表层套管和井眼间的空隙较大，井下位置的空隙反而减小。
2.油田深层固井技术有效运用的建议
2.1 提高水泥浆顶替效率的研究与应用
为了使环形空间的密封质量得到保证，首先需要考虑的是怎样使环空充满水泥浆。充满的过程，其实就是水泥浆驱替或钻井液的过程。水泥浆与钻井液的顶替质量应满足以下基本要求：①注水泥浆井段的环空空间，钻井液应全部被水顶替干净，无窜槽现象存在；②水泥浆返高和套管内水泥塞的高度应符合设计要求。有效地驱替钻井液，提高注水泥的顶替效率是清除钻井液窜槽、保证水泥胶结质量和水泥环密封效果的基本前提。经过国内外专家的研究发现影响注水泥顶替效率主要有如下几种因素：套管在井内的居中度；液体在环空间的流动状态；紊流时液体流过封隔层位所接触的时间；钻井液的触变性；钻井液与水泥浆的流变性能；水泥浆与钻井液的密度差。
2.2 确定合理顶替流速范围的原则
一个合理的顶替流速范围，应考虑该井如下几方况：①井眼的稳定性，是否有易漏、易塌等薄弱地层，这些层位对环空返速的限制情况，这些数据可根据邻井或区块的资料获得；②正常钻井过程中的环空返速情况；③裸眼井径变化情况及对返速的限制，如当裸眼井径变化较大，存在所谓的“大肚子”时，一般要求返速不能太大，以免进一步冲蚀井壁。同时“大肚子”段一般是很难达到紊流的；④套管居中度情况，当套管居中度太差时，环空返速不易太低；⑤井斜情况，当在大斜度或水平井套管注水泥时，环空返速不易太低；⑥泥浆泵与注水泥设备的工作能力。综合考虑上这些因素，就可以得到一个保证该井钻井正常的返速范围，由此再考虑进注入的前置液与水泥浆的性能与泥浆的差异，便能选定本次注水泥时，所应保持的环空返速范围的大小
2.3 有效运用深层固井气窜控制技术
气窜具有很大的危害性，应该对它高度重视，因为它可能导致井眼报废或形成严重的安全环保事故。深层固井与油层尾管固井中，要实现有效的防气窜，按照“压稳、居中、替净、封严”的要求，在水泥浆注替和凝结过程，必须保证液柱压力与地层压力的平衡关系，做到水泥浆不漏，油气水不会因为水泥浆失重而造成窜流；清除和替净环空泥浆，使水泥浆的顶替效率和水泥环的胶结质量得到提高；提高水泥石的密封质量，无局部水槽、横向水带和窜槽现象等。深层固井，应采用多凝水泥浆柱结构，确保候凝过程中能维持气层段的液柱压力；深井超深井尾管作业中，因为悬挂器以上为钻井液，水泥浆柱短，上部钻井液能在水泥浆的候凝过程中维持向下传递压力。要求钻井液泥饼薄而韧；采取有效的套管扶正技术提高套管的居中度；采取水泥浆减阻剂改善水泥浆流变性，进行水泥浆流变学优化设计，提高水泥浆顶替效率和水泥浆胶结质量。
2.4 优化水泥浆性能
为了让固井的作业环境得到改善，避免温度低、层流浅、全窗口窄等对工程造成的影响，必须选用低温早强、密度理的水泥浆体系。因此，有关固井工程中的水泥浆计，应满足以下特点：
1）控制水泥浆密度。由于地层的破裂力相对较低，在作业环境下，为了达到固井目标，让固井作业中发生的各种问题，应采取密度较低的水泥浆体系。
2）提高稳定性。关于水泥浆稳定性的影响因素，主要是自由水以及沉稳定性。如果出现自由水过多或者沉降稳定性较差的现象，则可能造成地层流体的窜流，不利于水泥的胶接强度，影响封固量。
3）减少过渡时间。如果过渡的时间长，将会增加窜流可能性，因此，应尽量减少过渡时间，以避免地层流体的侵入。
4）抗压强度大。在低温环境下，水泥石的强度变化将随着密度的降低而有所缓慢。因为固井工程的成本费用非常贵，如果一直延长作业时间，一定会增加造价压力。因此，泥石必须时间内符合抗压强度。
3.关于固井技术未来发展方向的认识
为了提高固井质量及降低固井成本，作者认为还需要对固井工程信息技术加强针对性的研究，重点在以下方面做好固井软件的完善工作：
1）针对水平井、大位移井、小井眼井及深井超深井井固井工程理论与技术开展系入的研究，优化与完善特殊井固井设计与分析技术，以满足现场特殊井井下设计与分析的需求。
2）对注水泥过程动态模拟与仿真技术研究进行加强，以便现场固井施工人员全面、直观地了解固井施工。
3）进一步开展固井参数采集技术、传输技术及控制技术研究，开发融固井并施工参数实时采集、实时与实时控制等功能于一体的固井施工实时监测与控制系统。
4）建立固井施工分析评价专家系统，以便加强固井施工分析评价技术研究，达到专家知识与经验共享的效果，为固井施工设计与施工提供有力保障。
参考文献
[1] 王情华；莫健；王玲；基于层次分析法的固井质量评价方法研究[J]；安防科技；2006年01期.
在水平井固井过程中，在水平段，套管与井壁接触面积大，导致套管严重偏心和贴壁，下入摩阻增大，易出现套管下不到位和卡套管事故，严重影响了泥浆驱替效率和封固质量。很多实验室研究和现场经验证明，诸如在前置液设计，提高水泥浆性能，使用套管扶正器等措施来提高固井质量，但是对水平段水泥固井质量提高依然不是很明显。如果能在固井施工过程中，在井下条件允许的情况下，来回的旋转和上下活动套管，能够增加钻井液柱压力的运移，同时提供一种机械的方法，使得套管偏心环空中窄边的虚泥饼能有效的清除，在水平段环空中窄边和宽边的水泥顶替达到一个动态的过程，就能从根本上提高固井质量，而在现有条件下单靠改变流体的流变性，泵速或者扶正器等都达不到这样的效果。
1 动态固井中环空水泥变化情况
套管下入井中时，套管往往是偏心的，在最坏的情况下，套管在窄边能完全的吸附在井壁上，这极大地影响了套管流体在窄边和宽边流体流动的效果，用套管偏心距来定量描述套管偏心程度。
在静止条件下，套管完全居中，套管偏心距约等于1。当套管紧贴于井壁，套管偏心距等于0 ，这是在水平井中水平段套管完全贴在井壁上，套管居中程度最差。
当在动态条件下，套管上下活动和旋转这项措施引进，传统定义的套管偏心距中将会随套管在井眼中心位置的改变而不同，它是一个变量。套管的运动将会引起井下压力的动态变化。一次性固井的目的就是将环空中的钻井液完全的用水泥浆替换，顶替效率用如下公式表示：
顶替效率=水泥占据的区域体积/整个环形空间区域体积
整个环形区域体积=水泥所占的体积+未顶替的体积
在套管运动的整过程，套管偏心距将会动态的变化，最大流速和最低流速也将会交替的变化，压力变化将会破坏泥饼的胶凝强度，最终将会允许水泥顶替残留，静止在井壁上的泥饼，当然这主要依靠套管运动的持续时间和排量大小。随着套管的旋转，流体将会进行从窄边到宽边的圆周运动，反之亦然。
即使用最好的钻井方法，也不能达到100%的套管居中度，在静止条件下，套管偏心距是固定的，水泥在水平段的覆盖程度主要依靠流体的流变性能和套管的居中度。旋转和上下活动套管能够在井下创造一个动态的环境，能够分布不同的套管偏心距，用同样的流体速度有效的驱除泥浆槽在环空中从宽边到窄变。当套管旋转时，流体就能产生一个圆周方向的力使流体从窄边道宽边，周而复始。同时，另外一种直接的好处，就是使水泥能够均匀的分布，同时同样的速度能够使在窄边和宽边的水泥高度一致。另外，在下套管过程中如果遇阻卡，可以通过转动套管串来增加克服阻力，使套管顺利下入到设计位置。在国外很多固井现场案例验证，旋转套管速度建议控制在15-25rpm/min，上下活动套管控制在6m/min。
2 动态水泥固井工具
为了获得最佳的套管偏心距和顶替效率，开发适合套管上下活动和旋转的先进技术装备，运用于动态固井中全过程将十分重要。现将各工具做简要介绍。
在国外以套管钻井为基础，开发出了很多适合动态固井的工具。装置配备顶驱，自动下入套管工具和固井水龙头，能进行套管连接，循环，套管运动等一系列B续工作。
顶驱：这个整个动态固井必须配备，它在水平井和大斜度井钻进中中提供强有力的井眼清洁。相比于传统的传动钻杆系统，对于处理井下复杂情况中，顶驱将会更加容易的处理钻柱（包括套管）的旋转和上下活动，尤其是接单根，倒划眼和频繁的短起下将会变得相当容易。固井时，通过顶驱泵送水泥同时允许频繁地套管旋转，减少非生产时间。
自动套管下入工具：该工具是从套管钻井直接改造而来，套管驱动系统（CDS），套管自动下入工具和顶驱紧密相连。更利于套管的下入，防止了套管卡钻，随着套管的不断旋转，更有利于套管在循环钻井液时，有利于井眼清洁和固井。在最近几年，CRT已经被认作是固井施工中的关键工具。
无线扭矩信号传输系统：动态固井的一个监测部分，能记录套管在旋转过程中的旋转圈数和扭矩。该系统能准确显示套管旋转过程中扭矩的变化，并在司钻控制板上用图形显示出来，合理的扭矩和监测，当异常发生时，在固井时可以采取相应的措施去保证套管纵向弯曲产生不超过其额定的屈服值，及时调整固井过程中的套管转数。
固井水泥头/水龙头：从顶驱上泵送水泥在现场还不易达到，现场主要推荐使用水泥头或者从水龙头的旁边进入，当然水泥塞结构可以根据压塞装置设置，现代的系统允许套管上下活动和旋转钻具，但是他们需要更多的安装时间，同时还有很多的压力限制。
扶正器：合理的管柱扶正器能够有效的清除泥饼，偏心的管柱导致在高边和低边形成不同的流体速度，隔离液和水泥浆将会沿着阻力比较小的地方流动，大段泥浆将会滞留在井眼低边。扶正器主要安装在套管柱上，在注水泥施工中提供足够的套管居中度。但是他们只是常用于在套管柱的辅助设备。为了获得足够的套管居中度，计算和安装足够数量的扶正器，准确下入位置，间隔。刚性扶正器用于由于它的超强的稳定性和井眼清洗能力是认为最好的选择。
3结论和建议
无论是套管旋转钻井的发展，或是以常钻井为基础，开发出以套管旋转固井为过渡的钻井方式，都能使水泥在环空中能够均匀的分布，同时同样的速度能够使在窄边和宽边的水泥高度一致，能在实质上提高水平井的固井质量发展，尽管在石油工业上已经证明了套管旋转在整个固井过程中的重要作用，但是由于当代工具和技术的发展的限制，使得这一技术不能广泛的运用于石油固井行业。实现固井中全过程的套管旋转，还有很远的路要走，但是如果能够通过本文对未来的固井技术提出或者指明一些方向，只要我们朝着这个方向迈进，胜利也就不远了。
参考文献：
[1] Nelson，E.1990.well cementing book，Schlumberger Dowell，Sugar Land，Texas.
[2] 张国仿.2002.提高水平井固井质量工艺技术.江汉石油职工大学学报
中图分类号：TE256 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）37-0231-01
固井质量对于封堵油气水层，防止环空油气水窜，延长油气井使用寿命及后期的酸化压裂开采尤为重要。为提高二界面胶结质量，在选择合适的水泥浆体系的同时，还需要利用扶正器来改善环空水利条件，提高水泥浆顶替效率，改善井眼条件，以提高水泥石胶结质量。本文重点围绕固井施工难点及可能出现的问题，从固井工具出发，优选树脂旋流扶正器来改善固井施工质量，以期为固井施工提供技术参考与借鉴。
1 树脂旋流扶正器结构与特征
1.1 结构
树脂旋流扶正器是一种由高分子树脂材料在模具中经过高温高压一次性一体化铸造而成的固工工具（如图1）。
树脂旋流扶正器由衬套和导叶两部分组成，导叶在衬套四周呈螺旋线排列，导叶之间形成螺旋流道，并且导叶型线为由衬套底部向上扩展的渐开线，其中1为，2为。
1.2 特征
（1）导叶内侧顶部与相邻导叶外侧底部之间的连线与衬套的中心轴线平行；
（2）导叶的导流角为20°至30°；
（3）导叶在衬套表面的高度一致，导叶的内侧面与外侧面的曲度一致；
（4）导叶是4片，呈90°夹角对称均匀分布在衬套周面上；
（5）导叶的两端设置有过渡圆角。
2 树脂旋流扶正器性能分析
树脂旋流扶正器做为刚性扶正器的替代产品，由于其优越的物理性能与化学性能，使其更广泛的应用于各种井型和井下情况中。
2.1 物理性能
在物理性能上，旋流扶正器与其他材质刚性扶正器相比（见表1），具有较高的抗冲击力和屈服强度，使其在使用中不易变形和损坏。同时，它密度低、重量轻，便于搬运和使用，并具有较高的抗高温能力，机械性能可在-40℃―245℃之间保持稳定，而且，其摩擦阻力小，扭矩小，在下套管作业中，可减小下套管阻力。
2.2 化学性能
树脂旋流扶正器的化学性能成惰性，具有抗氧化性和抗腐蚀性且有绝缘性，经过氯化钠（10%）、烧碱（10%）、柴油、硫酸（36%）等腐蚀性液体浸泡，仍可保持良好的机械性能。同时，树脂旋流扶正器的主要材料为树脂，其造价低廉且在生产过程中，不会产生大量废渣、废气和氧化物，因此也更为环保。
3 树脂旋流扶正器作用原理
3.1 形成横向扰流
树脂旋流扶正器具有顺时针螺旋线流道，可改变单一的一维轴向流动顶替方式，形成横向扰流，有利于驱替环空窄间隙死泥浆及附着于井壁的油膜、虚泥饼，从而提高二界面的胶结质量[1]。
3.2 提高套管居中度
由于树脂旋流扶正器具有较高的抗冲击力和较高的屈服强度，承压能力高不易变形的特点，使其在套管串中能够起到刚性扶正的作用，尤其在大位移井中应用效果良好。同时，树脂旋流扶正器可提高套管的居中度，减少由于套管自重造成的偏心环空，减小窜流的发生，并有利于形成紊流顶替，从而提高二界面的胶结质量。
3.3 减少下套管阻力
树脂旋流扶正器较刚性扶正器而言，可减小下套管时套管串的刚性，并且其启动力低、摩擦系数小，从而有效降低下套管时的摩擦阻力，便于下套管作业，由于其导叶和轴线设计成20―30°夹角，在不规则井眼中，井壁可对导叶产生一定的横向分力，可明显减小套管串的遇阻冲击力。
4 树脂旋流扶正器应用
针对大位移井固井施工难点及问题，可以优选树脂旋流扶正器，充分利用其良好的结构性能，以及易形成横向扰流、利于提高套管居中度和有效减少下套管阻力的优势，以提高水泥浆顶替效率，提升固井质量。
4.1 确定施工难点及易发问题
为保证下套管作业及固井施工的顺利进行，考虑到井下情况，对下套管作业及固井过程中可能出现的问题要进行详细分析，针对井斜，考虑好套管下入磨阻大的难题；针对水泥封固段长，水泥浆易脱水稠化，造成憋泵；并且容易发生窜槽，造成钻井液污染水泥浆，影响封固质量；以及垂直封固段长，施工泵压高；水泥浆环空静液柱压力高，易压漏地层，水泥浆携砂能力强，在小井眼处，易造成憋泵等。
4.2 完善固井施工措施
在确定管串结构的基础上，明确扶正器选择与安放。为提高套管居中度，减少环空偏心，减小下套管摩擦阻力，提高水泥浆顶替效率及固井质量，对井下部油层段采用树脂旋流扶正器，上部使用弹性双弓扶正器。对水泥浆体系也要进行合理选择，为减小施工危险，保证施工顺利，还要进一步完善现场施工措施。如固井前大排量洗井，将井内岩屑携带出来；固井前降低钻井液粘切，提高水泥浆顶替效率；合理使用前置液，清洗井壁及套管壁；使用重泥浆顶替，减小固井施工泵压；控制注水泥排量及顶替排量，防止憋泵的发生。
最后通过声幅图及声波变密度测井，对采用树脂旋流扶正器的井段进行质量测定。
5 结束语
（1）树脂旋流扶正器一般使用在油层井段效果比较明显，可以通过声幅及变密度测井进行检测，以确定加树脂旋流扶正器的位置第1、第2界面固井质量。
（2）根据不同井型和井况，优选扶正器组合，在保证固井质量的同时，既能满足套管的顺利下入，又可降低生产成本。
（3）树脂旋流扶正器造价低且环保，可在一定程度上节约成本且不会造成环境污染。
参考文献
[1] 舒秋贵.在旋流扶正器作用下环空液体流动规律的实验研究.西部探矿工程.2005，17（10）：55 -57
元坝地区海相超深井设计井深均超过7000m，目前采用5开制井深结构，每口井的钻井周期均在一年以上；陆相深井接近或超过5000m，为缩短钻井周期，各开次钻完井均采用了针对性技术措施。在固井方面，由于二开实施空气钻进，完钻井深均在3000m左右。以前空气钻井完钻后均在井内灌满（置换）钻井液才下套管固井，而在空井内灌满钻井液后常引起的井壁掉块、垮塌、漏失等二次井眼复杂问题，造成通井、下套管困难。而现在直接实施的干法固井缩短了中完时间，较好的解决了空气钻井后转换钻井液引起的复杂问题和以往干法固井的不足。
1 深井干法固井存在难点及实施条件
1.1 深井干法固井存在的难点
1.1.1？固井井壁失稳和岩屑清除问题
采用气体作为循环介质钻成的井眼，井壁干燥，井内流体柱压力极低，井眼周围岩石应力得到充分释放，井壁岩石既存在天然孔缝又存在破碎岩石产生的应力释放缝，在受到入井钻头、管串震荡，循环压力波动及入井水泥浆滤液引起泥页岩水化膨胀影响时容易引起井壁失稳。在下套管过程中发生井壁，最终导致井底大段岩屑不能清除干净，使套管不能顺利下入到位；若注水泥浆过程中发生井壁失稳，极易引起环空憋堵，又不能根据井口压力判断井下情况，易导致 “灌香肠”固井事故。1.1.2？井漏问题
由于井眼是在气体介质条件下形成的，井内没有承受过高压力的验证，固井注水泥浆过程，井底承受压力不断上涨，容易导致漏失情况的发生。在空气条件下，固井注水泥过程中压力不能及时反映到井口，地面不能掌握到井是否发生漏失，若漏失，水泥浆返高过浅，替浆碰压后，管内压力高于管外还易引起套管鞋处替空等固井事故发生。
1.1.3？对水泥浆体系的综合性能及关键性能要求高
气体条件下干燥井壁的润湿性需求，使水泥浆中自由水的大量失去，会影响水泥浆的稳定性、水化性能及流变性能，从而影响固井胶结质量；如果水泥浆失水量过大流经渗透率大或孔隙、裂缝发育的井段可能因大量失水，而影起桥堵造成施工安全问题。由于在注水泥浆过程中水泥浆直接吊灌入井，这段时间水泥浆在井内流动较慢，基本可考虑成静止，所以在实验温度选取上应考虑成井底静止温度（吊灌段的底部）；在水泥浆密度上，由于在干燥井眼中失水，水泥浆密度上升，在实验室中测定水泥浆稠化时间上必须在密度高点上作更高要求，以保证施工安全。
因此，用于气体介质条件下固井的水泥浆体系，应对保证注水泥安全的关键性能提出特殊要求，如自由水、滤失量、流变性和稳定性等。另一方面，气体介质钻井井段，常易遇到易漏失井段，水泥浆应具有防漏或堵漏特性。
1.2 干法固井实施条件
1.2.1？所钻遇地层无油气水显示
空气钻井有油气水显示时，进行干法固井无压稳条件，有产生井下及井口燃爆危险。有水层时井壁与套管被钻屑粉末糊壁，下套管时，井眼不能清洁、井壁垮塌、摩阻大而下不到位，若出水量较大，且干法固井不能一次正注到位时，候凝至环空吊灌时，环空已聚集一段水柱，不能满足气井全封固的要求。
1.2.2？井眼基本稳定
空气钻井过程中井眼基本稳定，无大量掉块、垮塌现象，井眼能够有效清洁，保证套管能够顺利下放到位。
2 深井干法固井工艺及水泥浆体系
2.1 固井工艺技术
2.1.1？固井方法
元坝地区二开空气钻完钻井深，均在 3000m左右，使用插入固井可能引起插头密封不严，且不易发现，即使插头密封，注水泥浆之前及注水泥过程中均需在套管与钻杆的环形空间灌入钻井液，施工较为复杂，并且施工结束后还会增大回压凡尔的反作用力和底部套管所受的外挤压力，影响管柱安全。因此，本地区深井干法固井通常使用常规单胶塞固井。
2.1.2？封固段长的确定
由于封固段长，若一次性将水泥浆正注到位，水泥浆返出地面，易导致井漏，所以本地区一般不一次性注水泥浆返至井口，而采用正注反灌的方式，第一次正注具体水泥浆返高根据以下方式确定：
（1）确保替浆结束后管内压力低于管外液注压力，防止套管鞋替空。
（2）控制管外压力与管内压力差小于套管抗外挤强度80%，以免发生套管挤毁。
（3）根据相邻井的承压能力情况，尽量一次水泥浆返高足够，但不压漏地层。若承压能力不足，一般采用清水替浆，较小一次返高，防止井漏发生。
2.1.3？浆柱结构设计
附：其它井应用情况
元陆1：套管：244.5m m；下深：2822m；正注封固：2822-800m，反灌封固：0-800m；固井质量：优
元陆5：套管：244.5m m；下深：2862m；正注封固：2862-1000m，反灌封固：0-1000m；固井质量：优
元陆8：套管：244.5m m；下深：2676m；正注封固：2862-1000m，反灌封固：0-1000m；固井质量：优
元陆9：套管：244.5m m；下深：2898m；正注封固：2898-800m，反灌封固：0-800m；固井质量：优
4 结论
（1）采用干法固井新工艺，采用正注水泥浆压胶塞替浆，然后环空吊灌，减小了一次注水泥浆到位的施工井漏风险；根据元坝地区及邻井井径数据作参考，计算好水泥浆量，为控制好管内外压差和防止施工替浆起高压，保证了施工安全，并顺利完成施工。
（2）针对于元坝地区的研究的干法固井水泥浆体系能有效应用于现场施工，避免施工可能出现的井壁失稳，环空憋堵等复杂情况。
（3）形成了气体介质条件下井眼不置换钻井液固井成套工艺技术，满足了气体介质条件下井眼不置换钻井液注水泥作业要求，缩短了固井周期，为元坝地区深井、超深井安全、优质、快速建井奠定了技术基础。
（4）相对于以往的转换成泥浆条件下的固井，干法固井质量有明显提高。节约了钻井周期及钻井液损耗。
