一种尾管控压固井工艺的制作方法

本发明涉及油气开发固井技术领域，特别涉及一种尾管控压固井工艺。

背景技术：

尾管固井是通过钻杆等下入工具将套管下入到井内，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，尾管固井的基本过程是，采用钻杆下送油层套管至井下预设位置后座挂尾管悬挂器，之后采用双胶塞法进行注水泥及顶替施工，之后进行碰压及起钻柱，待水泥凝固后完成尾管固井。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尾管固井需求。

然而，对于窄安全密度窗口地层来说，采用现有的尾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尾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尾管固井施工风险的尾管控压固井工艺。

具体而言，包括以下的技术方案。

本发明实施例提供了一种尾管控压固井工艺，所述尾管控压固井工艺依次包括：下套管阶段、座挂尾管悬挂器阶段、注水泥及顶替阶段、碰压与起钻柱阶段及侯凝阶段；

在所述下套管阶段、所述座挂尾管悬挂器阶段、所述注水泥及顶替阶段、所述碰压与起钻柱阶段及所述侯凝阶段中，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，在所述下套管阶段中，首先利用钻杆下送油层套管至上开次技术套管的套管鞋位置，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；之后，继续利用钻杆将所述油层套管下送至井底，之后再循环调整钻井液密度，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，所述钻杆为一端带有缧纹的钢管。

具体地，在所述座挂尾管悬挂器阶段中，投入堵球，打压座挂尾管悬挂器，并循环钻井液；通过设置在井口的控压设备控制井口环空压力，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，在所述碰压及起钻柱阶段中，在所述注水泥及顶替阶段的后期，采用重浆顶替至碰压；在带压条件下起钻第一预设距离，循环洗井，之后在带压条件下起钻第二预设距离将所述钻杆完全从井下起出；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，在所述侯凝阶段，根据预应力固井要求进行井口环空憋压侯凝，待水泥凝固后，完成固井施工。

具体地，所述尾管为无缝钢管。

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尾管控压固井工艺中，在尾管固井施工过程中，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，避免常规尾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尾管固井施工风险，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尾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尾管固井施工均适用，特别适用于高温高压超深井窄安全密度窗口井段的尾管固井施工。

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尾管控压固井工艺的流程图；

图2-1为根据一示例性实施例示出的一种尾管控压固井工艺的固井施工曲线图；

图2-2为图2-1的局部放大图。

其中，图2-1和图2-2中的数字①代表降低泥浆密度，②代表调节泥浆性能，③代表注隔离液，④代表注冲洗液，⑤代表注水泥浆，⑥代表倒闸门、开挡销，⑦代表注压塞液，⑧代表注冲洗液，⑨代表替泥浆。

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。

尾管是指向在已下入技术套管的井内下入的、顶部未延伸到井口的套管柱。尾管通过钻杆下入，注完水泥后将钻杆起出。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，在尾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。

基于以上所述，本发明实施例提供了一种尾管控压固井工艺，参见图1，该尾管控压固井工艺依次包括：下套管阶段、座挂尾管悬挂器阶段、注水泥及顶替阶段、碰压与起钻柱阶段及侯凝阶段。

其中，在下套管阶段、座挂尾管悬挂器阶段、注水泥及顶替阶段、碰压与起钻柱阶段及侯凝阶段中，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尾管控压固井工艺中，在尾管固井施工过程中，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，避免常规尾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尾管固井施工风险，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钻杆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，首先利用钻杆下送油层套管至上开次技术套管的套管鞋位置，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；之后，继续利用钻杆将油层套管下送至井底，之后再循环调整钻井液密度，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。从而保证下套管阶段的施工安全。

在下套管阶段中，可以采用钻杆+转换接头+送入工具+悬挂器+套管+碰压总成+浮箍+套管鞋的管串组合将油层套管下入井下。

本发明实施例中，钻杆用于连接钻机地表设备和井下工具、设备，可采用一端带有缧纹的钢管，可以理解的是，带有螺纹的一端用于通过转换接头等工具与需要下入的油层套管连接。

具体地，在座挂尾管悬挂器阶段中，投入堵球，之后打压座挂尾管悬挂器，并循环钻井液。在此过程中，通过设置在井口的控压设备控制井口环空压力，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。

在座挂尾管悬挂器过程中的井口环空压力的控制可延续下套管阶段的井口环空压力控制。

具体地，在注水泥及顶替阶段中，通过水泥车、泥浆泵等设备向环空中注入前隔离液、冲洗液、水泥浆、压塞液、后冲洗液、顶替液等液体，在此过程中同样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，从而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，在碰压与起钻柱阶段，在注水泥及顶替阶段的后期，即注入顶替夜的后期，采用重浆(即密度大于水泥浆密度的钻井液)顶替至碰压，关闭井口旋转防喷器的胶芯，保证起钻过程中钻杆和旋转防喷器之间的密封，从而在带压条件下起钻第一预设距离，循环洗井，之后在带压条件下起钻第二预设距离；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。

举例来说，第一预设距离可以为10柱，第二预设距离可以为1柱，其中，一柱包括三根钻杆，每根钻杆大约长9米。

具体地，在侯凝阶段，结合预应力固井要求进行井口憋压侯凝，与此同时，可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，以保证侯凝阶段的安全。待水泥完全凝固之后，完成固井施工。

具体地，本发明实施例提供的尾管控压固井工艺中，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尾管控压固井工艺中，尾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尾管控压固井工艺做进一步地详细描述。

以某井尾管控压固井为例，在φ139.7mm井眼钻进完成后，采用φ114.3mm尾管进行封固5858.00m～6737.00m井段，该井眼的井底安全密度窗口为2.27～2.38g/cm³。

具体包括：

(1)下套管：采用φ101.6mm×s135×8.38mm钻杆+转换接头+送入工具+φ114.3mm悬挂器+φ114.3mm×tp155v×8.56mm套管+碰压总成+浮箍+套管鞋管串组合，下入到上层技术套管的套管鞋6008.00m处时，循环降低钻井液密度至2.22～2.23g/cm³后将井口环空压力控制在2.5～3.0mpa下送尾管至井深6737.00m位置处，控压循环调整钻井液密度至2.20g/cm³后将井口环空压力控制在6.6～7.0mpa。

(2)座挂尾管悬挂器：将井口环空压力控制在6.6～7.0mpa，投入d34mm铜球，之后侯座、打压座挂悬挂器。

(3)注水泥及顶替施工：将井口环空压力控制在6.6～7.0mpa，并在地面批混水泥浆，依次进行：正注前隔离液7m³(泵压10.4～15.8mpa，排量0.48～0.53m³/min)、正注冲洗液0.5m³(泵压11.0-12.0mpa，排量0.5～0.53m³/min)、正注嘉华g级高抗油井缓凝水泥浆7.3m³(水泥干灰25t，泵压14.0～16.0mpa、排量0.48～0.51m³/min，水泥浆密度平均2.35g/cm³)、正注g级高抗油井快干水泥浆2.2m³(水泥干灰10t，泵压13.0～15.0mpa、排量0.48～0.51m³/min，水泥浆密度平均2.35g/cm³)，之后将井口环空压力控制在6.6mpa倒闸门，之后依次进行：正注密度为2.35g/cm³的压塞液0.2m³(泵压12.0-13.0mpa、排量0.45～0.50m3/min)、正注后冲洗液0.5m³(泵压12.0～14mpa、排量0.49～0.52m³/min)；正注顶替液35.3m³(泵压9.81～15.6mpa、排量0.45～0.52m³/min)。

(4)碰压与起钻柱：泥浆泵正替密度2.20g/cm³的钻井液3.0m³(泵压14.4～15.6mpa、排量0.45～0.52m³/min)、密度2.5g/cm³的加重钻井液13.0m³(泵压9.8～15.6mpa、排量0.45～0.52m³/min)、密度2.3g/cm³的隔离液8.0m³(泵压9.8～15.6mpa、排量0.45～0.52m³/min)，正替密度2.20g/cm³的钻井液13.6m³(泵压9.8～15.6mpa、排量0.45～0.52m³/min)，碰压立压11.52↑18.36mpa。之后关精细控压胶芯控压6.6mpa起钻10柱，循环洗井，控压6.6mpa起钻1柱。

(5)侯凝：环空井口憋压8mpa侯凝，施工完成。

如图2-1和图2-2所示，为保证尾管控压固井施工顺利实施，下尾管至上层套管鞋处进行降低泥浆密度操作，将钻井液密度降低至2.22～2.23g/cm³后采用地面控压设备将井口环空压力控制在2.5～3.0mpa，进行控压下尾管，尾管下到底后将钻井液密度由2.22g/cm³降至2.20g/cm³，同时通过地面控压设备将井口环空压力控制在7mpa，此时，井底循环当量密度为2.307g/cm³，介于地层孔隙压力当量密度2.27g/cm³与地层破裂压力当量密度2.38g/cm³之间，压稳地层。同时，从图2-2中可以看出，在注水泥和顶替过程中，在开泵状态下(即泵压不为0)，依靠静夜柱压力加环空压耗，使井底循环当量密度介于地层孔隙压力当量密度与地层破裂压力当量密度之间，压稳地层；不必进行井口环空控压；在停泵状态下(即泵压为0)，需将井口环空压力控制在6.6～7.0mpa，使井底循环当量密度介于地层孔隙压力当量密度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尾管控压固井技术，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尾管固井施工风险，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。