专利名称：双层组合套管柱结构及固井方法
技术领域：
本发明属于石油、天然气、地质钻探技术领域，是一种井身结构中双层组合套管柱结构及其固井施工的方法。主要应用于固井的套管柱设计和注水泥的施工作业中。
在数千米深的井下，常会遇到超高压外挤地层，如盐岩层、泥岩层等。由于这些地层容易发生蠕动、出砂挤压等产生超高压外挤力，经常会造成油气井套管被挤毁或变形。严重影响油气井的生产，增加修井费用，有时会造成油井报废。
目前，解决超高压外挤地层挤毁套管问题的方法是两种。一种是在超高压外挤地层，采用非标准的特制厚壁套管固井，增加套管的抗外挤强度;第二种方法是采用两次常规下套管固井。先下一层技术套管，技术套管通过超高压地层深度，然后下油层套管。技术套管外部有一层水泥环，在技术套管和油层套管的中间也有一层水泥环。这样在超高压外挤地层有两层套管和两层水泥环，提高了抗外挤能力。两种井身结构及固井施工方法都有缺点。第一种方法，由于使用特制加厚套管，增加了套管柱的重量，成本高，增加了下套管的难度，抗非均匀挤压的能力差。这种井身结构给以后的井下作业造成了许多困难。第二种方法，分成两次常规固井，其缺点是井身结构复杂，在无超高压外挤力的上部地层，设有不必要的大直径技术套管，也有油层套管，使钻井作业复杂化，大大增加钻井成本;并且每口井都需要多投入数千米的技术套管，大幅度地增加了固井成本。
本发明的目的是提供一种新的双层套管柱结构及其固井的施工方法，满足超高压外挤地层的套管柱抗外挤强度，防止套管柱被挤毁或变形。克服先下一层技术套管，再下一层油层套管传统固井方法的井身结构复杂;并克服无超高压外挤力的上部井段仍然有技术套管，造成钻井成本及固井成本提高的缺点。实现在具有超高压外挤力的地层部位有两层套管和两层水泥环，提高抗外挤能力，在不存在超高压外挤力的地层，不下技术套管，简化井身结构，简化固井工艺，减少套管的浪费，降低钻井及固井成本。
本发明主要内容有两部分。第一部分是双层组合套管柱结构，第二部分是实现本双层套管柱结构固井的施工方法。
本发明的双层组合套管柱结构是这样的双层组合套管柱主要由油层套管和外层套管组成。油层套管是从井口一直设置到井底部，外层套管是通过注水泥上阀和注水泥下阀与油层套管联接，油层套管通过外层套管中心，在油层套管和外层套管之间的环形窨内有水泥石，在井壁与套管柱之间有水泥石。双层组合套管的深度应设置在超高压外挤地层，双层组合套管的长度超过超高压地层的上、下界。
如果一口井有两个以上的超高压外挤地层，可以相应设置两个以上的双层组合套管段。
本发明的双层组合套管柱结构是通过本发明的固井施工方法来完成。首先，将油层套管的下段下到设计长度，在这段油层套管上部安装注水泥下阀。继续下油层套管之前，在注水泥下阀顶部联接外层套管。当油层套管和外层套管同时下到组合套管设计长度时，在外层套管的顶部联接注水泥上阀。这时将双层组合套管坐在井口上。在井口完成了双层组合套管的组装。其次，通过注水泥上阀向外层套管和油层套管之间的环形空间注水泥浆。环形空间内的钻井液受到上部注入的水泥浆挤压，从注水泥下阀排出。外层套管和油层套管之间的环形空间中充满水泥浆，关闭注水泥上、下阀。然后，继续下双层组合套管上部的油层套管，使双层组合套管下到超高压外挤地层，即设计深度。最后，进行常规固井。双层组合套管就被固定在超高压外挤地层。
如果一口井有两个以上的超高压外挤地层，可以按上述安装过程对应安装两个以上的双层组合套管段。
双层组合套管柱结构的效果比较明显。由于在井内超高压外挤地层有双层组合套管，双层组合套管中间有水泥石，达到了套管抗地层外挤力的要求;在不是超高压外挤地层，没有使用技术套管，比两次常规固井节约了大量的技术套管，降低了固井成本费用，使井身结构简单化，节约钻井成本，固井施工过程也简便易行。
附图1 是完成固井后的双层组合套管柱的井身结构剖面图。
附图2 是双层组合套管组装完成后，将双层组合套管坐在井口上，通过注水泥上阀向双层组合套管的环形空间内注水泥浆的水泥浆流程图。箭头的方向是注入的水泥浆和被顶替的液体流动方向。
附图3 是将双层组合套管下到超高压外挤地层后，进行最后油层套管常规固井的流程图。箭头的方向是注入的水泥浆及顶替液和井内的钻井液流动方向。
双层组合套管柱结构实施例如附图1，双层组合套管柱主要由油层套管(1)和外层套管(3)所组成。油层套管采用Φ140毫米的钢管，从井口直到井底。外层套管(3)采用Φ178毫米钢管。外层套管(3)是通过上注水泥阀(2)、下注水泥阀(5)与油层套管(1)联接的，联接方式为螺纹联接。上注水泥阀(2)和下注水泥阀(5)可以采用中国专利94202811.2。油层套管(1)通过外层套管(3)的中心。在油层套管(1)和外层套管(3)的环形空间有水泥石(4)，在井壁与套管柱之间有水泥石(6)。双层组合套管的深度设置在超高压外挤地层(7)。当一口井有两个以上的超高压外挤地层(7)，可以相应设置两个以上的双层组合套管。
双层组合套管柱的固井施工方法实施例先对照附图2进行说明，首先，将双层套管段以下的直径140毫米的油层套管(1)下到设计长度。这个长度是一般现场施工人员或钻井技术人员根据超高压外挤地层(7)的深度都能计算出来的。在这段油层套管(1)上部安装注水泥下阀(5)。在继续下油层套管(1)的之前，在注水泥下阀(5)顶部联接直径为Φ178毫米的外层套管(3)。接着下双层组合套管内部的油层套管(1)。下这段油层套管(1)和外层套管(3)的时间可以是同时的。当油层套管(1)和外层套管(3)同时下到设计长度时，在外层套管(3)的顶部联接注水泥上阀(2)。这时将双层组合套管坐在井口上。在井口就完成了双层组合套管的组装。这时就是附图2所表示的状态。然后，通过注水泥上阀(2)向外层套管(3)和油层套管(1)之间的环形空间注水泥浆(附图2)。环形空间内的钻井液受到上部注入的水泥浆挤压，从注水泥下阀(5)排出。外层套管(3)和油层套管(1)之间的环形空间中充满水泥浆，关闭注水泥上阀(2)和注水泥下阀(5)。当两个阀关闭后，继续下油层套管(1)，使双层组合套管的位置到达超高压外挤地层(7)，即预定的设计深度。最后，进行常规固井。附图3，就是带有双层组合套管进行常规固井的示意图。箭头所指示的方向是水泥浆和钻井液的流动方向。这时的常规固井方法一般现场操作工人就能完成。双层组合套管就被固定在超高压外挤地层(7)所在的深度。
权利要求
1.一种双层组合套管柱结构，主要是由油层套管(1)和外层套管(3)所组成，油层套管(1)是从井口一直设置到井底部，在井壁与双层组合套管柱之间有水泥石(6)，其特征在于外层套管(3)是通过注水泥上阀(2)和注水泥下阀(5)与油层套管(1)联接，油层套管(1)通过外层套管(3)的中心，油层套管(1)和外层套管(3)之间的环形空间内有水泥石(4)。
2.一种双层组合套管柱固井的施工方法，其特征在于首先，将油层套管(1)的下段下到设计长度，在这段油层套管(1)上部安装注水泥下阀(5)。继续下油层套管(1)之前，在注水泥下阀(5)顶部联接外层套管(3)。当油层套管(1)和外层套管(3)同时下到组合套管设计长度时，在外层套管(3)的顶部联接注水泥上阀(2)。这时将双层组合套管坐在井口上。其次，通过注水泥上阀(2)向外层套管(3)和油层套管(1)之间的环形空间注水泥浆。外层套管(3)和油层套管(1)之间的环形空间中充满水泥浆，关闭注水泥上阀(2)和注水泥下阀(5)。然后，继续下双层组合套管上部的油层套管(1)，使双层组合套管下到超高压外挤地层，即设计深度。最后，进行常规固井。双层组合套管就被固定在超高压外挤地层(7)。
3.如权利要求1所述的双层组合套管柱结构，其特征在于注水泥上阀(2)和注水泥下阀(5)是采用螺纹联接方式与油层套管(1)和外层套管(3)联接的。
4.如权利要求1或3所述的双层组合套管柱结构，其特征在于当一口井有两个以上的超高压外挤地层(7)时，相应设置两个以上的双层组合套管。
5.如权利要求2所述的双层组合套管柱的施工方法，其特征在于在完成注水泥下阀(5)的安装后，继续下油套管(1)的同时，在注水泥下阀(5)顶部联接外层套管(3)。
6.如权利要求2或5所述的双层组合套管柱的施工方法，其特征在于当一口井有两个以上的超高压外挤地层(7)时，按超高压外挤地层(7)的分布深度，相应增加双层组合套管的数量。
全文摘要
本发明属于石油、地质钻探技术领域，是一种双层组合套管固井的套管柱结构及其施工方法。本发明主要是由油层套管和外层套管组成，外层套管通过注水泥上、下阀与油层套管联接，两层套管之间有水泥石。其固井方法是先在井口完成双层套管的组装，往双层套管的环形空间注水泥浆。关闭注水泥上、下阀后，将其下到预定的井深，进行常规固井。双层组合套管使用在超高压外挤地层，能提高套管抗挤压强度，防止套管变形。
文档编号E21B33/13GK1101697SQ9410348
公开日1995年4月19日 申请日期1994年4月18日 优先权日1994年4月18日
发明者王益山, 孙宝民, 韩振强, 方坤贤 申请人:华北石油管理局钻井工艺研究所