一种用于高温地热井的防喷水泥浆固井方法及装置与流程

本发明涉及一种钻井方法，尤其涉及一种用于高温地热井的防喷水泥浆固井方法及装置。

背景技术：

高温地热井的主要特点是井内温度高，通常可达150℃～300℃，此温度可以直接影响硅酸盐，使其产生不良的水化反应，并且消化反应的产生会降低水泥的强度，从而引起高温地热井发生井涌或者井漏。另外，上述温度还会缩短水泥浆的凝固时间，因此在注入水泥浆之前，需要向进内注入大量冷水进行循环降低井内温度，并加入缓凝剂，以延长水泥浆的凝固时间。然而，由于水泥浆的密度、地热井所处地层以及地热井内温度的不确定性，无法保证地热井的固井效果。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种用于高温地热井的防喷水泥浆固井方法及装置，用于解决现有技术中地热井所处地层以及井内温度和水泥浆密度的不确定性引起的地热井固井效果较差的问题。

本发明实施例提供了一种用于高温地热井的防喷水泥浆固井方法，所述方法包括：

向高温地热井中泵入清水以使地层温度降至预设温度；

向所述高温地热井内放置套管到预设位置；

向所述套管内依次泵入下胶塞、隔离液以及泵入预设密度的水泥浆至所述套管口位置；

经过第一预设时间后，向所述地热井内依次泵入上胶塞和钻井液直至所述上胶塞碰压；

在所述上胶塞碰压后第二预设时间内判断所述水泥浆是否满足预设条件，若是则完成所述高温地热井的固井工作。

可选地，所述水泥浆中加入预设含量的密度调节剂。

可选地，所述水泥浆密度取值范围为1.0g/cm³-1.4g/cm³。

可选地，所述第二预设时间取值范围为48～72小时。

可选地，所述预设条件为水泥浆的失水量不大于60ml，抗压强度不小于10.8兆帕。

可选地，所述方法还包括：

当完成所述高温地热井的固井工作后，将钻头穿过所述套管继续钻进后续地层。

可选地，注入水泥浆过程中所述套管内压力满足：

Pp<Pa＜Pf；

式中，Pp表示井漏压力，Pa表示套管内压力，Pf表示进涌压力。

第二方面，本发明实施例还提供了一种用于高温地热井的防喷水泥浆固井装置，所述装置包括：

清水泵入模块，用于向高温地热井中泵入清水以使地层温度降至预设温度；

套管放置模块，用于向所述高温地热井内放置套管到预设位置；

水泥浆泵入模块，用于向所述套管内依次泵入下胶塞、隔离液以及泵入预设密度的水泥浆至所述套管口位置；

钻井液泵入模块，用于经过第一预设时间后向所述地热井内依次泵入上胶塞和钻井液直至所述上胶塞碰压；

判断模块，用于在所述上胶塞碰压后第二预设时间内判断所述水泥浆是否满足预设条件，若是则完成所述高温地热井的固井工作。

可选地，所述水泥浆泵入模块还用于向所述水泥浆中加入预设含量的密度调节剂以使所述水泥浆密度取值范围为1.0g/cm³-1.4g/cm³。

可选地，所述装置还包括：

钻井模块，用于在完成所述高温地热井的固井工作后将钻头穿过所述套管继续钻进后续地层。

由上述技术方案可知，本发明通过向高温地热井中泵入清水，可以冷却地层使其温度降至预设温度，还可以将该高温地热井中的碎屑替换出来以保持其整洁；然后向该高温地热井中放置套管到预设位置，并依次向该套管内泵入下胶塞、隔离液以及预设密度的水泥浆至套管口位置；经过第一预设时间后，向所述地热井内依次泵入上胶塞和钻井液直至所述上胶塞碰压，在碰压后第二预设时间内若满足预设条件则完成固井工作。本发明实施例中，经过第一预设时间后再泵入上胶塞和钻井液是为了使套管底部的水泥浆初凝，这是由于套管底部的水泥浆具有密度较大并且温度较高，底部水泥浆可以较上部的水泥浆先期初凝，可以保证水泥浆进入套管与井壁之间的速度以及压力。另外通过调节水泥浆密度，可以控制水泥浆进入套管与井壁的速度以及压力，进而可以控制固井中的水泥浆漏失量，从而达到提高固井质量的目的。

附图说明

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种用于高温地热井的防喷水泥浆固井方法流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种用于高温地热井的防喷水泥浆固井装置框图；

图3为本发明实施例提供的一种用于高温地热井的防喷水泥浆固井装置安装示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种用于高温地热井的防喷水泥浆固井方法，如图1所示，所述方法包括：

S1、向高温地热井中泵入清水以使地层温度降至预设温度；

S2、向所述高温地热井内放置套管到预设位置；

S3、向所述套管内依次泵入下胶塞、隔离液以及泵入预设密度的水泥浆至所述套管口位置；

S4、经过第一预设时间后，向所述地热井内依次泵入上胶塞和钻井液直至所述上胶塞碰压；

S5、在所述上胶塞碰压后第二预设时间内判断所述水泥浆是否满足预设条件，若是则完成所述高温地热井的固井工作。

需要说明的是，本发明实施例向高温地热井中泵入清水的数量可以根据高温地热井的容易以及底部温度进行调节，一方面泵入清水可以降低地层的温度，争取利用最小量的清水使地层温度降至预设温度，另一方面泵入清水可以将钻井过程中出现的碎屑替换出来，提高该高温地热井的整洁度。

实际应用中，地层温度可以从该高温地热井的井口反流上的水温确定，也可以在套管的底部设置温度传感器实时采集。上述预设温度可以设置在50～150度之间。当然也可以根据泵入水泥浆材料以及地层的温度进行合理设定，本发明不作定。

步骤S2中预设位置是指每个钻井阶段需要固定到的相应位置，如图3中的预设位置0。其中顶部(位于高温地热井的井口)的预设位置0为第一钻井阶段时套管放置的预设位置，中间为第二钻井阶段时套管放置的预设位置，底部为第三钻井阶段时套管放置的预设位置。上述预设位置可以根据每个钻井阶段进行调整。

上述第一预设时间是指，从水泥浆到达套管口位置时刻起计时，然后延时一定时间段即第一预设时间。上述第一预设时间可以为几分钟或者几小时。本发明实施例中设置该第一预设时间的目的在于，使水泥浆与套管以及该高温地热井之间有一定的接触缓冲期。由于位于套管底部的水泥浆有密度高于顶部的水泥浆，且底部地层的温度高于套管顶部的温度，在接触缓冲期内，底部的水泥浆可以初凝，这样就可以使套管内的压力保持平衡状态。

上述套管内的压力保持平均状态是指套管内压力满足：

Pp<Pa＜Pf；

式中，Pp表示井漏压力，Pa表示套管内压力，Pf表示进涌压力。

实际应用中，上述水泥浆的密度取值范围为1.0g/cm³-1.4g/cm³。为使水泥浆密度保持在上述范围内，可选地，水泥浆中加入预设含量的密度调节剂。上述密度调节剂的含量可以根据使用方法进行添加，本发明不作限定。

上述第二预设时间是指，从上胶塞碰压开始计时并延时一定时间即第二预设时间。第二预设时间取值范围为48～72小时，使水泥浆能够终凝，通常情况下，根据上述水泥材料的稠化时间设置第二预设时间即可。需要说明的是，上述注入水泥浆的工作需要在第二预设时间段内完成，一般情况下，施工时间+1小时应该小于水泥浆的稠化时间即第二预设时间。

实际应用中，完成所述高温地热井的固井工作时上述水泥浆终凝后需要满足上述预设条件。该预设条件为：

失水量不大于60ml，抗压强度不小于10.8兆帕。

在高温地热井完成本钻井阶段的固井工作后可以使钻头穿过套管，钻过上胶塞和下胶塞后钻进后续地层。

实际应用中，向高温地热井中泵入清水、上/下胶塞、隔离液和水泥浆可以分别由不同的泵体实现，也可以由同一个泵体实现，本领域技术人员可以根据具体情况进行选择，本发明不作限定。

实际应用中，上述套管可以根据不同阶段选择不同功能的套管实现，如图3所示，标号1为表层套管，标号2为技术套管，标号3为花管，在技术套管与花管之间为水泥浆。本领域技术人员可以根据具有情况进行选择，本发明不作限定。

为体现本发明实施例提供的一种用于高温地热井的防喷水泥浆固井方法的优越性，本发明实施例还提供了一种用于高温地热井的防喷水泥浆固井装置，如图2所示，所述装置包括：

清水泵入模块M1，用于向高温地热井中泵入清水以使地层温度降至预设温度；

套管放置模块M2，用于向所述高温地热井内放置套管到预设位置；

水泥浆泵入模块M3，用于向所述套管内依次泵入下胶塞、隔离液以及泵入预设密度的水泥浆至所述套管口位置；

钻井液泵入模块M4，用于经过第一预设时间后向所述地热井内依次泵入上胶塞和钻井液直至所述上胶塞碰压；

判断模块M5，用于在所述上胶塞碰压后第二预设时间内判断所述水泥浆是否满足预设条件，若是则完成所述高温地热井的固井工作。

可选地，所述水泥浆泵入模块M3还用于向所述水泥浆中加入预设含量的密度调节剂以使所述水泥浆密度取值范围为1.0g/cm³-1.4g/cm³。

可选地，所述装置还包括：

钻井模块，用于在完成所述高温地热井的固井工作后将钻头穿过所述套管继续钻进后续地层。

本发明提供的防喷水泥浆固井装置基于上文所述的防喷水泥浆固井方法实现，因而可以解决同样的技术问题，并取得相同的技术效果，详细说明请参见方法实施例内容，在此不再一一赘述。

由上述技术方案可知，本发明实施例提供的用于高温地热井的防喷水泥浆固井方法及装置，通过向高温地热井中泵入清水，可以冷却地层使其温度降至预设温度，还可以将该高温地热井中的碎屑替换出来以保持其整洁；然后向该高温地热井中放置套管到预设位置，并依次向该套管内泵入下胶塞、隔离液以及预设密度的水泥浆至套管口位置；经过第一预设时间后，向所述地热井内依次泵入上胶塞和钻井液直至所述上胶塞碰压，在碰压后第二预设时间内若满足预设条件则完成固井工作。本发明实施例中，经过第一预设时间后再泵入上胶塞和钻井液是为了使套管底部的水泥浆初凝，这是由于套管底部的水泥浆具有密度较大并且温度较高，底部水泥浆可以较上部的水泥浆先期初凝，可以保证水泥浆进入套管与井壁之间的速度以及压力。另外通过调节水泥浆密度，可以控制水泥浆进入套管与井壁的速度以及压力，进而可以控制固井中的水泥浆漏失量，从而达到提高固井质量的目的。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。