春風油田作為超稠油開采的重要陣地，長期面臨著諸多棘手難題。淺薄層超稠油開發過程中，井口抬升、冒汽現象頻發，儲層的高孔高滲以及高泥質含量更是導致油層損害嚴重，大幅降低油井產能。這些問題不僅增加了開采成本，還對開采效率和油井壽命構成了嚴峻挑戰。2022 年，鉆井科研人員攻克難關，成功研發斜直井預應力固井技術與封堵性聚合物鉆井液油層保護技術。這兩項技術聚焦春風油田超稠油開采難題，為提升開采效率與油井壽命打下了基礎。

鉆井面臨的復雜挑戰

春風油田的地質條件給鉆井工作帶來了重重困難。從原油特性來看，這里的原油粘度極高且變化范圍大。排6井油藏溫度 26℃時，50℃條件下原油粘度竟達 126300mPa·s；排602井油藏溫度 30℃，50℃時原油粘度為 11188 mPa·s。這種高粘度的原油增加了開采的難度，對鉆井設備和工藝提出了更高要求。

儲層方面，埋藏淺是一大特點，深度僅在 200—600m 之間，溫度也較低，處于 20—30℃，油層壓力在 3—6MPa 范圍。儲層厚度薄，一般為 2—5m，孔隙度處于中—高范圍，為 20—30%，滲透率中等—高，在 100—650×10-3μm2。此外，儲層粘土含量高，泥質含量大于 10%，水敏性極強，水敏指數≥94.32%，這使得儲層極易因外界因素發生污染損壞。

這些地質特點衍生出一系列技術難點。在鉆井過程中，巖性膠結疏松、欠壓實，導致井壁穩定性差，極易出現坍塌、井漏等事故，嚴重影響鉆井進度和質量。而蒸汽吞吐開采方式，使得套管頻繁經歷熱脹冷縮，熱應力不斷交替，不僅造成套管變形、井口抬升，還破壞了固井質量，引發串層串氣，給井下安全生產帶來巨大隱患。同時，儲層的高滲透率和高粘土含量，使得粘土水化膨脹、顆粒運移，降低了滲透率，污染了儲層，最終導致油井產能下降。

預應力固井技術保障鉆井安全

面對春風油田鉆井中井口抬升、套管損壞等問題，預應力固井工藝技術成為關鍵解決方案。在技術選擇上，春風油田排 601 南區、排 601—20 區塊、排 612 區塊等淺薄層超稠油油藏，在蒸汽吞吐開采過程中，受周期注汽影響，井口普遍出現抬升、冒汽現象，嚴重影響生產。經過廣泛調研，決定采用卡瓦式熱采套管頭 + 預應力地錨工具進行預應力固井，這一選擇有效減緩了井口抬升和冒汽現象，基本滿足了現場開發需要。

現場采用了卡瓦式熱采套管頭（圖 1）。卡瓦式熱采套管頭 TRZ 10 3/4”×7”-30，內通徑 254mm，安全懸掛能力≥900KN。其獨特設計在于頂端油層套管的上部預留了 0—500mm 的上升空間，這一巧妙的預留設計，使得在注汽時，即便油層套管柱受熱膨脹伸長上升，也不會造成井口裝置高度的變化。而且，該套管頭使用了可長期在 400℃高溫下實現長期密封的非橡膠材料，有效解決了井口密封難題，確保在高溫高壓環境下井口的密封性，為鉆井作業提供了可靠保障。
 
 
圖1 卡瓦式熱采套管頭
同時采用了預應力固井地錨（圖 2）。它主要由主體、中心管、一級錨抓、二級錨抓和引鞋等組成。一級短錨抓適應縮徑、堅硬地層井眼，二級錨抓適應疏松、擴徑地層井眼，兩級錨抓沿軸向方向呈 90°對稱分布，并設防錨抓鎖死機構，防止下井過程意外打開。錨爪張開外徑最大可達 520mm，這種設計使得地錨能夠適應不同的地層條件，牢固地錨定管柱，確保在蒸汽吞吐過程中管柱的穩定性。
 
 
圖2  預應力地錨結構示意圖
1、連接絲扣（7″BTC）  2、膠塞座  3、阻流環  4、循環孔  
5、中心管  6、一級錨爪  7、主體  8、二級錨爪  9、引鞋
在現場試驗中，施工工序嚴謹且有序。首先，將地錨聯接于完井管柱底端并下入到位，投球起壓打開錨爪，錨定管柱，這一步確保了管柱在井下的穩定性，為后續施工奠定基礎。繼續升壓憋通浮箍，建立循環通道，保證固井過程中水泥漿的順利循環。接著進行正常固井，投膠塞固井碰壓，泄壓，完成固井的基本操作。之后，根據計算結果及現場施工情況提拉套管至設計長度，利用熱采套管頭里面的卡瓦座掛，實現懸掛、密封，確保套管在井下的正確位置和密封性。最后，切割套管頭以上部分套管，安裝套管頭上部分，至此施工完畢。

經過在春風油田排 601 南區、601—20 區塊的應用，效果顯著。目前絕大部分井均進入第二、三輪次注汽開發，試驗井均未出現井口抬升、冒汽現象，所有油井含水量正常，也均未出現水竄問題。這充分證明預應力固井技術可有效延長油井生產周期，避免井口抬升及套管損壞問題，為鉆井作業的長期穩定運行提供了有力保障。

鉆井液油層保護技術提升油層保護效果

除了井口和套管問題，油層保護也是春風油田鉆井過程中的關鍵環節。封堵性聚合物鉆井液油層保護技術的出現，為解決這一難題提供了有效途徑。

該技術的油層保護機理基于一種獨特的封堵型聚合物彈性微球（圖 3）。在無須明確預知孔喉尺寸的情況下，這種微球能在井壁上快速形成一層韌性強、滲透性極低的封堵層。這層封堵層就像一層堅固的屏障，有效阻止鉆井液侵入油層，對孔徑分布范圍較大的油層產生有效的暫堵，克服了傳統屏蔽暫堵技術對地層孔隙尺寸的依賴。而且，這種封堵層具有良好的可逆性，只要消除過平衡壓力，封堵層的作用就將削弱，只要有反向流動，封堵層就會被清除，不會對油層產生永久損害，恢復油井產能，無需額外的解堵作業，大大降低了解堵作業成本，同時也減少了對油層的二次傷害。

聚合物彈性微球主要由膠束聚合物、可變形的彈性粒子和填充加固劑三部分構成，通過膠束聚合物在儲層表面形成封閉膜、彈性顆粒的擠壓變形及擴張充填封堵以及填充加固劑的填充作用來實現高效的儲層保護性能（圖3）。
 
圖3 聚合物膠束封閉膜作用機理示意圖
（1-聚合物，2-聚合物膠束，3-聚合物膠束形成的低滲透率可變形封閉層）
聚合物彈性微球主要由膠束聚合物、可變形的彈性粒子和填充加固劑三部分構成。膠束聚合物具有油溶和水溶兩親特性，可在井壁巖石表面迅速大量吸附。當達到臨界濃度時，聚合物在巖石表面發生締合，形成疏水微區，疏水微區有一個疏水的內核，由聚合物的疏水基團構成，外層由聚合物的親水鏈段包裹，形成空間網絡結構，從而達到穩定。隨著聚合物濃度的增加，在井壁上形成不同尺寸的大量膠束，并且聚合物由鏈內締合發展到鏈間締合，從而在巖石表面形成封閉膜。這層封閉膜為后續的封堵工作提供了基礎框架。

可變形的彈性粒子具有較好的彈性，當進入巖石孔隙后有一定的擴張填充和內部擠緊壓實的雙重作用。其可變形性使其能夠適應具有不同形狀和尺寸的孔隙或裂縫，像一個個靈活的 “小衛士”，緊密填充在孔隙中，有效阻止鉆井液的侵入。填充加固材料則進入由彈性材料和聚合物膠束形成的封堵層微孔隙，進一步降低封堵層的滲透率，增強封堵層的強度，提  高封堵層的承壓能力，使封堵層更加堅固耐用。

在現場試驗中，彈性微球在春風油田排 601—20 區塊排 601—X439、451 井進行了試驗，同臺井排 601—X 441、452 使用油保材料非滲透處理劑進行對比。在同臺井儲層變化不大的情況下，排 601—X 439、X451 井使用聚合物彈性微球后，平均周期累油 549t，生產時間 86t，油氣比 0.536，回采水率 1.301；而使用非滲透處理劑的 3 口井，平均周期累油 384.5t，生產時間 44t，油氣比 0.306，回采水率 0.324。彈性微球作為油保材料的油井主要生產指標要遠優于使用非滲透處理劑的油井，充分說明彈性微球能夠有效減少春風油田高孔高滲儲層的污染，提高單井產能，為鉆井過程中的油層保護提供了可靠的技術支持。