一种固井环空浆柱结构的设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及油气开发技术领域，尤其涉及一种固井环空浆柱结构的设计方法。
【背景技术】
[0002]固井过程中，套管与井壁环形空间中的钻井液、加重隔离液、冲洗液、缓凝水泥浆、速凝水泥浆等浆体构成了固井环空浆柱结构，环空中各种浆体的密度和高度不同，其静液柱压力也不同。在固井顶替施工过程中由于受环空摩阻的影响，会产生一个对地层的压力；在速凝水泥浆凝固过程中，由于水泥浆水化过程中的失重特性，其静液柱压力会减小，对地层产生的压力就会减小。环空浆柱对地层所产生的压力大于破裂(漏失)压力，会发生水泥浆漏失，导致水泥返高不够或污染油层；环空浆柱对油气层所产生的压力小于完钻钻井液对油气层产生的压力(即溢流压力)，会发生油气窜槽，导致固井质量差。因此要合理设计环空浆柱结构，即固井环空浆体的种类、密度和高度，确保环空浆柱所产生的压力即不压漏地层，又能压稳油气层，取得良好的固井质量。
[0003]现有技术中公开了在分析国内外预测和防止气窜方法的基础上，应用水泥浆浆体在环空的组成、气体防窜系数(GFP)、水泥浆稠度阻力系数(A)及多凝水泥和环空加压等措施，拟定出一套提高水泥浆顶替效率，保证水泥浆动态和静态过程压力平衡关系的具体方法。该方法主要是从环空浆体的流变性能以及提高顶替效率等方面进行浆柱设计的，但在浆柱压力方面并没有考虑压力过大导致地层漏失，凝固过程中水泥浆失重导致静液柱降低，以及顶替过程中产生的环空摩阻的影响。
【发明内容】
[0004]本申请提供一种固井环空浆柱结构的设计方法，解决了现有技术中固井环空浆柱压力影响因素等考虑不全的技术问题。
[0005]本申请提供一种固井环空浆柱结构的设计方法，所述设计方法包括:
[0006]计算所述环空浆柱对地层产生的最大压，所述环空浆柱对地层产生的最大压力P_是在固井施工顶替到位时的压力；
[0007]计算所述环空浆柱对油气层产生的最小压力P_，所述最小压力P_是在凝固过程中速凝水泥浆失重时的压力；
[0008]根据所述最大压力卩_和所述最小压力P _，确定环空浆柱结构是否合理。
[0009]优选地，所述最大压力Pmax=P钻+P隔+P冲+P缓+P速+P摩；P某=P某h某g;其中，P钻为钻井液的静液柱压力，ΡΡΒ为加重隔离液的静液柱压力，P#为冲洗液的静液柱压力，P缓为缓凝水泥浆的静液柱压力，P?为速凝水泥浆的静液柱压力，P)*为顶替到位时的环空摩阻，P*为环空中某一浆体的静液柱压力，p *为环空中某一浆体的密度，为环空中某一浆体的垂直高度。
[0010]优选地，所述最小压力P钻+P隔+P冲+P缓+P速失，其中，p速失为速凝水泥浆失重时的静液柱压力。
[0011]优选地，所述根据所述最大压力P_和所述最小压力P_，确定环空浆柱结构是否合理，具体包括:
[0012]在所述最大压力P_小于地层破裂(漏失)压力P ，所述最小压力P-大于完钻时全井筒钻井液对地层的压力与压稳附加值A之和时，确定所述环空浆柱结构合理。
[0013]优选地，所述根据所述最大压力？_和所述最小压力P _，确定环空浆柱结构是否合理，具体包括:
[0014]在所述最小压力P_小于完钻时全井筒钻井液对地层的压力P _与压稳附加值A之和时，确定所述环空浆柱结构不合理；
[0015]所述设计方法还包括:
[0016]在冲洗液前增加加重隔离液，或者增大缓凝水泥浆的密度，所述加重隔离液的密度应大于所述钻井液密度。
[0017]优选地，所述根据所述最大压力？_和所述最小压力P _，确定环空浆柱结构是否合理，具体包括:
[0018]在所述最小压力P_小于完钻时全井筒钻井液对地层的压力P _与压稳附加值A之和时，确定所述环空浆柱结构不合理；
[0019]所述设计方法还包括:
[0020]在固井施工完成后，在井口环空施加附加压力Pft，使得最小压力P_与所述附加压力Pft之和大于所述完钻时全井筒钻井液对地层的压力与压稳附加值A之和。
[0021]优选地，所述根据所述最大压力？_和所述最小压力P _，确定环空浆柱结构是否合理，具体包括:
[0022]在所述最大压力卩_大于破裂(漏失)压力时，确定所述环空浆柱结构不合理；
[0023]所述方法还包括:
[0024]降低所述加重隔离液的密度和高度，或降低所述缓凝水泥浆的密度，或增加所述冲洗液的高度，或降低所述速凝水泥浆的密度。
[0025]本申请有益效果如下:
[0026](1)该设计方法能够对环空浆柱结构相关的各种压力进行定量计算和对比，所确定的浆柱结构不仅能够压稳油气层，还能够避免压漏地层，设计方法更科学合理。
[0027](2)该设计方法不仅计算了浆柱结构中水泥浆、冲洗液、加重隔离液、钻井液等环空浆体的静液柱压力，还考虑了顶替过程中的环空摩阻、候凝过程中水泥浆失重、固井施工后环空井口加压等因素，涉及对地层产生压力的影响因素全面，设计结果更准确。
[0028](3)该设计方法适应常规压力井、高压井、低压井、高低压共存井的浆柱结构设计，适用范围更广。
[0029](4)设计方法简单、计算过程简便，方便方案设计和现场施工人员掌握。
[0030]利用该设计方法对环空浆柱结构进行优化设计和定量计算，设计的浆柱结构既能压稳油气层，又不压漏地层，设计方法更合理；浆柱压力考虑了环空摩阻、水泥浆失重、井口加压等因素，设计结果更准确；该设计方法目前已在大港油田的常规压力井、高压井、低压井上应用200余井次，未发生井漏和油气上窜的现象，取得了较好的实施效果，有效指导了固井方案设计及现场施工。
【附图说明】
[0031]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。
[0032]图1为本申请较佳实施方式一种固井环空浆柱结构的设计方法的流程图；
[0033]图2为固井顶替到位时浆柱结构及产生压力情况示意图；
[0034]图3为速凝水泥浆失重时浆柱结构及产生压力情况示意图；
[0035]图4为环空加压时浆柱结构及产生压力情况示意图。
【具体实施方式】
[0036]本申请实施例通过提供一种固井环空浆柱结构的设计方法，解决了现有技术中固井环空浆柱压力影响因素等考虑不全的技术问题。
[0037]本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下:
[0038]—种固井环空浆柱结构的设计方法，所述设计方法包括:
[0039]计算所述环空浆柱对地层产生的最大压，所述环空浆柱对地层产生的最大压力P_是在固井施工顶替到位时的压力；
[0040]计算所述环空浆柱对油气层产生的最小压力P_，所述最小压力P_是在凝固过程中速凝水泥浆失重时的压力；
[0041]根据所述最大压力P_和所述最小压力P_，确定环空浆柱结构是否合理。
[0042]该设计方法能够对环空楽柱结构相关的各种压力进行定量计算和对比，所确定的浆柱结构不仅能够压稳油气层，还能够避免压漏地层，设计方法更科学合理。
[0043]为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
[0044]本申请提供一种固井环空浆柱结构的设计方法，所述设计方法包括以下步骤:
[0045]步骤110:计算所述环空浆柱对地层产生的最大压力P_，所述环空浆柱对地层产生的最大压力P_是在固井施工顶替到位时，即顶替液将所设计浆柱的浆体全部顶替到井壁与套管环空时的压力。
[0046]所述环空浆柱对地层产生的压力情况如图2所示，所述最大压力？_按⑴(2)式计算。
[0047]Pmax= P 钻+P 隔+P 冲+P 缓+P 速+P 摩⑴
[0048]P某=P某h某g ⑵
[0049]式中:
[0050]P_为浆柱在顶替到位时对地层所产生的最大压力，MPa ;
[0051 ] P钻为钻井液的静液柱压力，MPa ；
[0052]加重隔离液的静液柱压力，MPa。具体地，按套管和井壁环空中依次充满冲洗液、缓凝水泥浆、速凝水泥浆后剩余的钻井液长度计算高度，密度为完钻时的钻井液密度。
[0053]P冲为冲洗液的静液柱压力，MPa。具体地，P冲可以按冲洗井段300_700m计算高度，采用1.0g/cm3的密度。
[0054]Ρβ为缓凝水泥浆的静液柱压力，MPa。具体地，Ρβ可以按油气层顶界深度与水泥返高要求计算高度，可采用1.50-2.lOg/cm3的密度
[0055]P速为速凝水泥浆的静液柱压力，MPa。具体地，P速可以按封固油气层段计算高度，可采用1.88-1.92g/cm3的常规密度。
[0056]P摩为顶替到位时的环空摩阻，MPa。顶替到位时的环空摩阻P摩可按现场经验进行取值，一般为地层所在深度静水柱压力的4% -6%。
[0057]P某为环空中某一浆体的静液柱压力，MPa ο
[0058]ρ某为环空中某一浆体的密度，g/cm3。
[0059]h某为环空中某一浆体的垂直高度，m。