一种固井用组合式套管短节及固井的方法与流程

本发明属于石油、天然气、地质钻探技术领域，特别是涉及固井套管柱结构设计及固井方法。

背景技术：

页岩气是一种清洁、高效新型能源。由于页岩气储层分布连续及低孔、低渗的特性，需要通过压裂改造，形成网络裂缝，才能形成页岩气产量。页岩气井通常采用固井后下可钻桥塞来实现多级压裂，压力高达60-100兆帕。固井的目的是通过在所钻地层和套管的环形空间注水泥，来防止所钻各地层之间出现流体窜流而保证长期层间封隔，而页岩气水平井所实施的压裂改造反复对套管进行挤压，在这过程中套管经受应力反复作用可能引起套管外壁与水泥之间产生微间隙，或者水泥石产生微裂缝，都会破坏水泥环的完整性，形成气窜通道，导致井内气体窜到井口，也就是“井口带压”的现象，严重影响后期的开采，对安全生产带来隐患。

目前，主要通过改善水泥石的力学性能来保持水泥环的完整性，如在水泥浆中添加弹性剂从而降低水泥石的弹性模量，来应对反复的外界压力冲击。然而此方法只能尽可能的保持水泥环的完整性，并不能阻止套管与水泥环之间的间隙产生，因此即使水泥环在压裂过程中完全没有被破坏的情况下，套管与水泥石之间界面会出现剥离，气窜通道依然存在。

技术实现要素：

针对页岩气井压裂后环空带压问题，本发明提供了一种新的解决办法。即设计一只特殊的中空套管短节连接在两段油层套管之间，增强该处套管的抗应变能力，从而阻断气窜通道，保持井筒完整性，避免环空带压的情况发生。

以下为本发明的具体技术方案：

一种固井用组合式套管短节，由中空的套管短节本体和外套筒组成，所述套管短节本体的直径小于所述外套筒的直径，所述套管短节本体穿过所述外套筒与所述外套筒同心的固定连接在一起，并在所述套管短节本体与所述外套筒之间形成一个密闭的环形中空，所述套管短节本体与油层套管直径相同，且所述套管短节本体与相邻的油层套管同心的固定连接在一起。

优选的，所述环形中空的径向宽度至少大于等于1mm。

优选的，所述环形中空的径向宽度为3mm～5mm。

优选的，所述组合式套管短节每只长4m～6m。

采用组合式套管短节固井的方法，按以下步骤进行：

（1）将所述套管短节本体与所述外套筒组装在一起，构成所述组合式套管短节；

（2）间隔地将所述组合式套管短节安装于油层套管之间。

优选的，至少有2只或只2以上所述组合式套管短节间隔地安装于油层套管之间。

优选的，在距离井口1000m～2000m处的直井段位置，间隔地在油层套管之间安装4只所述组合式套管短节。

采用本发明的组合式套管短节具有明显的技术效果：该短节为中空套管，当对套管内部实施压裂的时候，套管短节本体产生微形变，由于套管短节本体和外套筒之间形成了空气夹层，使来源于套管短节本体的压力不会传递到外套筒，因而外套筒与水泥之间不会产生微间隙，从而避免气窜的产生。该短节加工简单，使用方便，具有轻便、易操作、经济性好等优点。可广泛适用于各类高压气（油）井的固井作业。

附图说明

图1组合式套管短节在固井作业中的工作示意图

图2组合式套管短节结构示意图

图3图1的a向示意图

图中标号：

1组合式套管短节2油层套管3外层套管4套管短节本体

5外套筒6环形中空。

具体实施方式

为了更好地理解本发明技术方案及效果，下面结合实施例附图对本发明技术方案进行描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例。

由图2可知，固井用组合式套管短节1由中空的套管短节本体4和外套筒5组成，套管短节本体4的直径小于外套筒5的直径，套管短节本体4穿过外套筒5与外套筒5同心的固定连接在一起，并在套管短节本体4与外套筒5之间形成一个密闭的环形中空；如图1所示，套管短节本体4与油层套管2具有相同的直径，且套管短节本体4与相邻的油层套管2同心的固定连接在一起。

如图2所示，组合式套管短节1的组装方法是，套管短节本体4穿过外套筒5并固定连接在一起，且套管短节本体4和外套筒5具有相同的轴中心线，这样，不同直径的套管短节本体4和外套筒5之间自然形成一个密闭的环形中空6，外套筒5可承受较大的压力，在本发明中，要求其抗挤压的强度不低于地层压力。

组合式套管短节1工作时，套管短节本体4两端分别与相邻的油层套管2固定连接在一起，由于套管短节本体4与油层套管2直径相同，并且具有同样的轴中心线，所以可实现与油层套管2在固井工作中相同的功能。自然地，在机械性能、选材等方面，套管短节本体4应当与油层套管2具有相同的技术要求。

套管短节本体4与外套筒5、以及套管短节本体4与油层套管2的连接方式可以是螺纹连接，或者卡扣、卡槽等，属于常规机械连接方式，这里就不再详述。

作为优选的，环形中空6的径向宽度最好至少大于等于1mm，以至于有较大的空间抵消来自于套管短节本体4的压力，大大减少因来源于套管短节本体4的气体或液体强大压力导致外层套管3的管壁变形甚至漏气（液）的现象，保持井筒完整性，避免环空带压的情况发生。

作为优选的，针对页岩气井压裂后环空带压的现象，在距离井口1000-2000米处的直井段位置固井时，环形中空的径向宽度选择为3mm～5mm为宜。

通常情况下，页岩气水平井需要多次压裂改造，压力高，井口处直井段的固井方式、套管结构和强度会直接影响直井段安全和正常工作，页岩气水平井所实施的压裂改造反复对套管进行挤压，可能引起套管外壁与水泥之间产生微间隙，导致“井口带压”的现象产生。

因此，为了更好的实现本发明的技术效果，相应地，本发明还提供了一种采用组合式套管短节1固井的方法。如图1所示实施例，在固井施工前，事先完成组合式套管短节1中套管短节本体4和外套筒5的组装以备用。然后，在安装好第一段油层套管2后，将第一只组合式套管短节1的端部与第一段油层套管2的端部连接并固定，紧接着第一只组合式套管短节1的另一端部再安装第二段油层套管2，紧接着再将第二只组合式套管短节1的端部与第二段油层套管2的另一端部连接并固定，紧接着第二只组合式套管短节1的另一端部再安装第三段油层套管2，如此循环，间隔地将组合式套管短节1安装于相邻油层套管2之间，直到按设计要求安装完所有需要的组合式套管短节1。

出于结构强度、制造、安装等诸多因素，组合式套管短节1的长度为每只4米～6米为宜。

为了达到更好的技术效果，组合式套管短节1的数量应当至少有2个，并且必须间隔地安装于油层套管2之间。特别是针对页岩气井多级压裂后环空带压的现象，多个组合式套管短节1间隔地安装于油层套管2之间可以有效阻断气窜通道，防止井内气体窜到井口而严重影响后期的开采。

作为更优选的，在如图1的实施例中，在距离井口1000-2000米处的直井段位置，可间隔地在油层套管2之间安装4只组合式套管短节1。

本发明所公开的组合式套管短节1及采用组合式套管短节1固井的方法，能够很好地避免固井后水泥环微间隙产生，消除套管环空带压难题，适用于各类高压气、油井的固井作业，并不限于页岩气开采固井作业。

特此声明，上述实施例及附图，并非意味着完全呈现了本发明技术方案的所有情形，本领域普通技术人员在没有做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。