贾 佳 夏忠跃 冯 雷 解健程

（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 塘沽 300457）

0 引言

鄂尔多斯盆地致密气水平井钻井进入了快速发展阶段，钻井数量逐渐增多，水平井固井中的顶替效率低下问题也越来越凸显。影响固井顶替效率的因素很多，为了掌握不同因素对其影响规律，借助于数值模拟方法开展研究，根据质量、动量、能量守恒原则［1-4］，分别模拟分析不同因素的影响规律，确定最有利于顶替的参数值，以期提高致密气水平井的固井质量。

1 套管偏心度对顶替效率的影响

水平井固井过程中，由于重力的作用，容易出现偏心的情况（图1）。套管偏心后，与井筒之间的环空间隙尺寸不同，有大有小，小间隙处的水泥浆流动阻力大，速度比大间隙处的慢，难以形成塞流或者紊流［5-8］，使得小间隙处水泥环较薄甚至无水泥环，严重影响固井质量。

图1 套管偏心示意图

通过实验模拟分析表明，套管偏心对顶替效率有直接的影响。当套管不偏心时，顶替效率最大；而随着偏心度逐渐增大，顶替效率会逐渐降低；当偏心度增大至50%以上时，环空钻井液无法完全顶替，难以达到固井合格的目的。为了充分保证固井合格率，套管的偏心度必须小于33%，模拟分析的结果如图2所示。

图2 偏心度对顶替效率的影响示意图

随着套管偏心度的变大，顶替效率呈现出先增加后减小的趋势，当偏心度为0.2时，顶替效率达到96.7%，基本为最大顶替效率。正常固井时，由于水泥浆密度和钻井液密度的不同，会产生浮力，与水泥浆自身重力共同作用，使得顶替界面发生倾斜［9-11］；……