一种套管控压固井工艺的制作方法

本发明涉及石油开发固井技术领域，特别涉及一种套管控压固井工艺。

背景技术：

套管固井是将套管下入井内，并向井壁和套管之间的环形空间内注入水泥，待水泥凝固后将井眼内的油层、气层和水层封隔的过程，以保护油气井套管、增加油气井寿命，是油气井钻井工程的重要环节之一。

目前，套管固井的基本过程是，将套管下入井下预设位置后采用双胶塞法进行注水泥及顶替施工，之后进行碰压，待水泥凝固后完成套管固井。通过对水泥浆性能的不断改进，包括稠化时间控制、失水控制、终凝时间控制、密度调节等，以及对钻井液性能的改进来满足不同条件井眼的套管固井需求。

然而，对于窄安全密度窗口地层来说，采用现有的套管固井工艺容易造成井漏或加剧井漏，从而造成液柱压力降低，引起下部井段的油气上窜，界面胶结强度低，导致固井质量不合格；并且不易压稳高压层，油气易上窜；此外，顶替效率低，固井过程中井壁与套管壁上的虚泥饼、油膜和钻井液难以清洗干净。上述问题往往导致高窄安全密度窗口地层套管固井施工作业井控安全风险高，难以固井质量保证，对油气井完整性、油气田长期安全开发造成较大影响。

技术实现要素：

为了解决上述的技术问题，本发明实施例提供一种能够降低窄安全密度窗口地层的套管固井施工风险的套管控压固井工艺。

具体而言，包括以下的技术方案。

本发明实施例提供了一种套管控压固井工艺，所述套管控压固井工艺依次包括：下套管阶段、注水泥及顶替阶段、碰压及候凝阶段；

在所述下套管阶段、所述注水泥及顶替阶段、所述碰压及候凝阶段中，通过控制井口环空压力，使窄安全密度窗口井段的井底循环当量密度保持在所述窄安全密度窗口井段对应的孔隙压力当量密度和破裂压力当量密度之间。

具体地，在所述下套管阶段中，将所述套管下入井下预设位置后座套管挂，之后循环降低钻井液密度，并通过设置在井口的控压设备从井口施加回压，控制井口环空压力，使所述窄安全密度窗口井段的井底循环当量密度保持在所述窄安全密度窗口井段对应的孔隙压力当量密度和破裂压力当量密度之间。

具体地，在所述注水泥及顶替阶段中，通过设置在井口的控压设备从井口施加回压，控制井口环空压力，使所述窄安全密度窗口井段的井底循环当量密度保持在所述窄安全密度窗口井段对应的孔隙压力当量密度和破裂压力当量密度之间，所施加的回压值根据环空浆柱结构变化情况计算得到。

具体地，所述注水泥及顶替阶段包括注水泥施工、注泥浆顶替施工及注清水顶替施工。

具体地，在所述碰压及侯凝阶段中，进行注清水顶替施工至碰压后，根据预应力固井要求进行井口环空憋压侯凝，并根据最终环空浆柱结构计算所需施加的回压值，通过所述设置在井口的控压设备从井口施加回压，控制井口环空压力，使所述窄安全密度窗口井段的井底循环当量密度保持在所述窄安全密度窗口井段对应的孔隙压力当量密度和破裂压力当量密度之间，待水泥凝固后，完成固井施工。

具体地，所述套管为无缝钢管。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果：

本发明实施例提供的套管控压固井工艺中，在套管固井施工过程中，通过控制井口环空压力，使窄安全密度窗口井段的井底循环当量密度保持在窄安全密度窗口井段对应的孔隙压力当量密度和破裂压力当量密度之间，确保在压稳油气显示层位的同时不压漏承压薄弱地层，避免常规套管固井施工出现的压漏地层、油气上窜导致固井作业失败的风险，大大降低窄安全密度窗口井段的套管固井施工风险，同时能大幅度提高固井质量，提高井完整性，满足后期开发生产需要。

本发明实施例提供的套管控压固井工艺对于常规砂岩、碳酸盐以及其他复杂窄安全密度窗口井段的套管固井施工均适用，特别适用于高温高压超深井窄安全密度窗口井段的套管固井施工。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍

图1为本发明实施例提供的一种套管控压固井工艺的流程图；

图2为根据一示例性实施例示出的一种套管控压固井工艺的固井施工曲线图；

其中，图2中的数字①代表降低泥浆密度，②代表调节泥浆性能，③代表停泵、倒闸门，④代表注冲洗液，⑤代表注水泥浆，⑥代表停泵、倒闸门开挡销，⑦代表注压塞液，⑧代表替钻井液，⑨代表替清水碰压。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。

窄安全密度窗口井段是指该井段的地层破裂压力与地层孔隙压力相差不大，钻井液可以选择的密度范围很小，易发生钻井复杂情况，钻井液密度超出此范围造成井漏，低于此范围造成井壁坍塌掉块，对于这类井段，在套管固井过程中容易出现油气上窜或者井漏的问题，导致固井失败，甚至会引发安全事故。

基于以上，本发明实施例提供了一种套管控压固井工艺，参见图1，该套管控压固井工艺依次包括：下套管阶段、注水泥及顶替阶段、碰压及候凝阶段；

在下套管阶段、注水泥及顶替阶段、碰压及候凝阶段中，通过控制井口环空压力，使窄安全密度窗口井段的井底循环当量密度(ecd)保持在窄安全密度窗口井段对应的孔隙压力当量密度和破裂压力当量密度之间。

本发明实施例提供的套管控压固井工艺中，在套管固井施工过程中，通过控制井口环空压力，使窄安全密度窗口井段的井底循环当量密度保持在窄安全密度窗口井段对应的孔隙压力当量密度和破裂压力当量密度之间，确保在压稳油气显示层位的同时不压漏承压薄弱地层，避免常规套管固井施工出现的压漏地层、油气上窜导致固井作业失败的风险，大大降低窄安全密度窗口井段的套管固井施工风险，同时能大幅度提高固井质量，提高井完整性，满足后期开发生产需要。

本发明实施例中所涉及的井口环空压力是指施加在井口油层套管和已下入的技术套管之间的环空压力值。

具体地，在下套管阶段中，将套管下入井下预设位置后座挂套管悬挂器，之后循环降低钻井液密度以及通过设置在井口的控压设备从井口施加回压，控制井口环空压力，使窄安全密度窗口井段的井底循环当量密度保持在窄安全密度窗口井段对应的孔隙压力当量密度和破裂压力当量密度之间。

在下套管阶段中，可以采用套管+碰压总成+浮箍+套管鞋+引鞋管的管串组合将套管下入井下。

具体地，在注水泥及顶替阶段中，包括注水泥施工、注泥浆顶替施工及注清水顶替施工，通过水泥车、泥浆泵等设备向环空中注入冲洗液、水泥浆、压塞液、顶替钻井液、清水等液体，在上述过程中通过设置在井口的控压设备从井口施加回压，控制井口环空压力，使窄安全密度窗口井段的井底循环当量密度保持在窄安全密度窗口井段对应的孔隙压力当量密度和破裂压力当量密度之间，所施加的回压值根据环空浆柱结构变化情况计算得到。

具体地，在碰压及侯凝阶段中，进行注清水顶替施工至碰压后，根据预应力固井要求进行井口环空憋压侯凝，与此同时根据最终环空浆柱结构计算所需施加的回压值，通过设置在井口的控压设备从井口施加回压，控制井口环空压力，使窄安全密度窗口井段的井底循环当量密度保持在窄安全密度窗口井段对应的孔隙压力当量密度和破裂压力当量密度之间。待水泥凝固后，完成固井施工。

具体地，本发明实施例提供的套管控压固井工艺中，用于控制井口环空压力的控压设备可以包括旋转控制头、自动节流控制撬、回压补偿泵、数据采集和控制系统等。对于控压设置的精确程度本发明实施例不作特殊限定，可以根据窄安全密度窗口井段的孔隙压力和地层破裂压力的差距来确定。当孔隙压力和地层破裂压力差距较大时，可以选择精确程度较低的控压设备；而当孔隙压力和地层破裂压力差距较小时，可以选择精确程度较高的控压设备。

本发明实施例提供的套管控压固井工艺中，套管为油气井用无缝钢管。

下面通过具体施工数据对本发明实施例提供的套管控压固井工艺做进一步地详细描述。

以某井套管控压固井为例，在φ311.2mm井眼钻进完成后，采用φ244.5mm套管进行封固0.00m～3206.00m井段，钻井时采用密度1.75g/cm³的钻井液进行精细控压钻井，控压值0.5～3.0mpa，井底安全密度窗口为1.80～1.91g/cm³。

套管控压固井工艺包括：

(1)下套管：采用φ244.5mm×tp110ts×11.99mm套管+碰压总成+浮箍+套管鞋+引鞋管串组合，下送套管至井深3206.00m，座套管挂，控压循环调整钻井液密度至1.68g/cm³后将井口环空压力控制在2.2～5.69mpa。

(2)注水泥施工：将井口环空压力控制在2.2～5.69mpa，并在地面批混水泥浆，水泥车正注冲洗液6.0m³(泵压3.3～4.5mpa，排量2.0～2.6m³/min)、正注嘉华g级缓凝水泥浆88.0m³(水泥干灰116t，泵压0.5～4.1mpa、排量2.0～2.4m³/min，水泥浆密度平均1.90g/cm³)、正注g级快干水泥浆47.6m³(水泥干灰62.9t，泵压0.5～4.1mpa、排量2.0～2.4m³/min，水泥浆密度平均1.90g/cm³)，将井口环空压力控制在2.2～5.69mpa，倒闸门，开挡销。

(3)注泥浆顶替施工：水泥车正注密度1.03g/cm³的压塞液2.0m³(泵压0.5～4.1mpa、排量2.0～2.4m³/min)，泥浆泵正注顶替钻井液100.0m³(泵压0.5～7.9mpa、排量2.0～2.6m³/min)。

(4)注清水顶替并碰压：水泥车正替密度1.0g/cm³的清水18.0m³(泵压7.7～11.8mpa、排量1.8～2.0m³/min)，正替密度1.0g/cm³的清水2.1m³(泵压11.5～12.0mpa、排量1.0～1.2m³/min)，碰压立压11.49↑25.0mpa。

(5)侯凝：环空井口憋压6mpa侯凝，施工完成。

如图2所示，为保证套管控压固井施工顺利实施，下套管、座套管挂完毕后，进行降低钻井液密度操作，将钻井液密度由1.75g/cm³降至1.68g/cm³，同时通过地面控压设备将井口环空压力控制在2.2～5.69mpa，此时，井底循环当量密度为1.86g/cm³，介于地层孔隙压力当量密度1.80g/cm³与地层破裂压力当量密度1.91g/cm³之间，压稳地层。在注水泥和顶替过程中，在开泵状态下(即泵压不为0)，根据环空压耗、静液柱压力情况将井口环空压力控制在0.3～3.8mpa，使井底循环当量密度介于地层孔隙压力与地层破裂压力当量密度之间，压稳地层。在停泵状态下(即泵压为0)，根据静液柱压力情况将井口环空压力控制在0.5～5.69mpa，使井底循环当量密度介于地层孔隙压力与地层破裂压力当量密度之间，压稳地层。

综上，本发明实施例提供了一种套管控压固井技术，通过井口环空压力控制，使窄安全密度窗口井段对应的井底循环当量密度介于地层孔隙压力当量密度和地层破裂压力当量密度之间，确保在压稳油气显示层位的同时不压漏承压薄弱地层，大大降低窄安全密度窗口井段的套管固井施工风险，实现近平衡固井，提高固井质量，提高井完整性，确保开发效益。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。