穿过高压层和玄武岩垮塌层的井身结构及其构建方法与流程

本发明涉及石油与天然气勘探开发的技术领域，尤其涉及一种穿过高压层和玄武岩垮塌层的井身结构及其构建方法。

背景技术：

石油与天然气勘探开发中需要在地面和地下油气层之间建立一个油气通道，即为油气井。油气井在建立中，用套管将地层进行封隔，并用水泥将套管外壁与地层固定，从而形成一组套管与水泥的组合。该套管与水泥的组合即为井身结构。井身结构作为油气勘探的关键内容之一，需要充分考虑所钻遇地层孔隙压力及地质条件的特殊性，不同套管封隔不同压力及复杂地层，消除或降低钻井中可能发生的事故与复杂的风险。

目前，深部地层进行的油气资源的勘探开发，油气超深井井深一般为6000m-9000m，现已经突破8000m。超深井钻井中由于地质条件复杂多变，往往钻遇复杂地层孔隙压力系统，地层岩性多变，高压层、漏失层及垮塌层交替出现，地质条件比较复杂，对井身结构的构建挑战比较大。

四川盆地的超深井，经常在深部地层钻遇高压盐水、泥岩地层及玄武岩层等复杂地层，采用常规井身结构时，钻井中常发生溢流、井漏、坍塌及卡钻等事故与复杂，处理这些事故与复杂会给油气钻井带来巨大经济损失，甚至最终也无法继续钻进至油气目的层，造成井眼报废。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种穿过高压层和玄武岩垮塌层的井身结构及其构建方法，以缓解在具有高压层和玄武岩垮塌层的地质条件下钻井时，容易出现溢流、井漏、井壁坍塌、卡钻等事故与复杂的技术问题。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供一种穿过高压层和玄武岩垮塌层的井身结构的构建方法，包括：

步骤s10，钻第一开次井段，下入第一开次套管串，固井；

步骤s20，钻第二开次井段，下入第二开次套管串，固井；

步骤s30，钻第三开次井段，所述第三开次井段钻至高压层上部，下入第三开次套管串，固井；

步骤s40，钻第四开次井段，所述第四开次井段钻穿所述高压层，且钻进至玄武岩垮塌层上部，下入第四开次套管串，固井；

步骤s50，钻第五开次井段，所述第五开次井段钻穿所述玄武岩垮塌层，且钻至油气目的层上部，下入第五开次套管串，固井；

步骤s60，钻第六开次井段，所述第六开次井段钻进至所述油气目的层，下入第六开次尾管串，固井。

在优选的实施方式中，所述下入第四开次套管串包括：所述第四开次套管串悬挂于所述第三开次套管串的内壁。

在优选的实施方式中，所述第五开次套管串包括第五开次尾管串，所述第五开次尾管串悬挂设置。

在优选的实施方式中，所述第五开次尾管串悬挂于所述第三开次套管串的内壁。

在优选的实施方式中，所述构建方法包括设于所述步骤s60之后的步骤s70，所述步骤s70包括：下入第五开次回接套管至所述第五开次尾管串的顶端，固井。

在优选的实施方式中，所述下入第六开次尾管串包括：所述第六开次尾管串悬挂于所述第五开次套管串的内壁。

在优选的实施方式中，所述第一开次井段钻穿地表疏松层及易漏地层，所述第二开次井段钻穿上部浅层气及低压漏失层。

在优选的实施方式中，所述高压层包括高压盐水层。

本发明提供一种穿过高压层和玄武岩垮塌层的井身结构，包括：

第一开次套管串；

设于所述第一开次套管串内的第二开次套管串；

第三开次套管串，所述第三开次套管串下入至高压层顶部；

第四开次套管串；所述第四开次套管串贯穿所述高压层，且下入至玄武岩垮塌层上部，所述第四开次套管串封隔所述高压层；

第五开次套管串，所述第五开次套管串贯穿所述玄武岩垮塌层，且下入至油气目的层上部，所述第五开次套管串封隔所述玄武岩垮塌层；

第六开次尾管串，所述第六开次尾管串下入所述油气目的层。

在优选的实施方式中，所述第四开次套管串通过四开次尾管悬挂器悬挂于所述第三开次套管串的内壁。

在优选的实施方式中，所述第五开次套管串包括第五开次尾管串，所述第五开次尾管串悬挂设置。

在优选的实施方式中，所述第五开次尾管串通过五开次尾管悬挂器悬挂于所述第三开次套管串的内壁。

在优选的实施方式中，所述井身结构包括第五开次回接套管，所述第五开次回接套管下入至所述第五开次尾管串的顶端。

在优选的实施方式中，所述第六开次尾管串通过六开次尾管悬挂器悬挂于所述第五开次套管串的内壁。

在优选的实施方式中，所述第一开次套管串贯穿地表疏松层及易漏地层，所述第二开次套管串贯穿上部浅层气及低压漏失层。

本发明的特点及优点是：

本发明提供的穿过高压层和玄武岩垮塌层的井身结构的构建方法，第一开次套管串封固上部疏松、不稳定及易漏失井段，为下一步井口安装，提供支撑。第二开次套管串封固浅层气及低压易漏失地层。

第三开次套管串下至高压层上部，封隔上部孔隙压力相对较低的地层，避免下开次钻遇高压层时，因提高钻井液密度而造成上部孔隙压力相对较低的地层出现井漏。

第四开次井段钻穿高压层后，下第四开次套管串封固地层，而不是钻进至下部玄武岩垮塌层后再下入套管封固地层，第四开次套管串封隔需要高密度钻井液来维持井壁稳定的高压层，能有效避免钻进至玄武岩垮塌层时，因降低钻井液密度而造成上部高压盐水层发生溢流、井壁坍塌等事故，第四开次套管串封固上部适宜高密度钻井液钻进的高压层，为下开次降低钻井液密度钻进创造条件。

第五开次套管串封固易坍塌的玄武岩垮塌层，为下开次保护储层而进一步降低钻井液密度钻进创造条件。第六开次尾管串封固油气目的层。

通过该井身结构的构建方法，可以构建钻达油气目的层的条件，缓解在具有高压层和玄武岩垮塌层的地质条件下钻井时，容易出现溢流、井漏、井壁坍塌、卡钻等事故与复杂的技术问题。

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，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，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为本发明提供的穿过高压层和玄武岩垮塌层的井身结构的结构示意图；

图2a为本发明提供的穿过高压层和玄武岩垮塌层的井身结构与地层中的各结构层相配合的示意图；

图2b为地层中的各结构层与地层孔隙压力的关系图；

图3为本发明提供的穿过高压层和玄武岩垮塌层的井身结构的构建方法的示意图。

附图标号说明：

100、固井水泥环；

10、第一开次套管串；101、第一开次井段；

20、第二开次套管串；201、第二开次井段；

30、第三开次套管串；301、第三开次井段；

40、第四开次套管串；401、第四开次井段；402、四开次尾管悬挂器；

50、第五开次套管串；51、第五开次尾管串；52、第五开次回接套管；501、第五开次井段；502、五开次尾管悬挂器；

60、第六开次尾管串；601、第六开次井段；602、六开次尾管悬挂器；

71、高压层；711、高压盐水层；712、高压泥岩地层；72、玄武岩垮塌层；73、油气目的层；

80、地层；81、地层孔隙压力剖面。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

面临具有高压层71及玄武岩垮塌层72的复杂地层，因井身结构的不合理及受套管层次的限制等原因，常规井身结构中，在同一井段内会存在多个地层孔隙压力系统和不同性质的复杂地层。高压盐水层711及泥岩地层的孔隙压力和坍塌压力较高，为避免溢流及井眼坍塌事故，需采用高密度钻井液钻进；而玄武岩垮塌层72漏失压力及地层破裂压力较低，为避免井漏及井眼坍塌事故，需采用低密度钻井液钻进。如果钻穿上部高压盐水层711、中部的泥岩地层及下部玄武岩垮塌层72后，再下套管进行封隔，则钻进至玄武岩垮塌层72后，井段内钻井液无法同时满足高压盐水层711和高压泥岩地层712的高密度，以及玄武岩垮塌层72的低密度要求，容易导致高压盐水层711溢流、泥岩地层坍塌、玄武岩垮塌层72井漏及卡钻等事故。

实施例一

本发明提供了一种具有玄武岩垮塌层72的地质条件下的井身结构的构建方法，如图2a和图3所示，该构建方法包括：步骤s10，钻第一开次井段101，下入第一开次套管串10，固井；步骤s20，钻第二开次井段201，下入第二开次套管串20，固井；步骤s30，钻第三开次井段301，第三开次井段301钻至高压层71上部，下入第三开次套管串30，固井；步骤s40，钻第四开次井段401，第四开次井段401钻穿高压层71，且钻进至玄武岩垮塌层72上部，下入第四开次套管串40，固井；步骤s50，钻第五开次井段501，第五开次井段501钻穿玄武岩垮塌层72，且钻至油气目的层73上部，下入第五开次套管串50，固井；步骤s60，钻第六开次井段601，第六开次井段601钻进至油气目的层73，下入第六开次尾管串60，固井。

该构建方法中，第一开次套管串10封固上部疏松、不稳定及易漏失井段，为下一步井口安装，提供支撑。第二开次套管串20封固浅层气及低压易漏失地层。

第三开次套管串30下至高压层71上部，封隔上部孔隙压力相对较低的地层，避免下开次钻遇高压层71时，因提高钻井液密度而造成上部孔隙压力相对较低的地层出现井漏。

第四开次井段401钻穿高压层71后，下第四开次套管串40封固地层，而不是钻进至下部玄武岩垮塌层72后再下入套管封固地层，第四开次套管串40封隔需要高密度钻井液来维持井壁稳定的高压层71，能有效避免钻进至玄武岩垮塌层72时，因降低钻井液密度而造成上部高压盐水层711发生溢流、井壁坍塌等事故，第四开次套管串40封固上部适宜高密度钻井液钻进的高压层71，为下开次降低钻井液密度钻进创造条件。

第五开次套管串50封固易坍塌的玄武岩垮塌层72，为下开次保护储层而进一步降低钻井液密度钻进创造条件。第六开次尾管串60封固油气目的层73。

该井身结构的构建方法可以适用于超深井，通过该井身结构的构建方法，可以构建钻达超深层油气目的层73的条件，缓解在具有高压层和玄武岩垮塌层72的地质条件下钻井时，容易出现溢流、井漏、井壁坍塌、卡钻等事故与复杂的技术问题。

高压层71为高孔隙压力地层，孔隙压力系数大于1.6。例如：高压层71包括高压盐水层711、高压泥岩地层712或者高压碳酸盐岩层。请参照图2a和图2b，图2b所示的高压层71包括高压盐水层711和高压泥岩地层712，高压盐水层711和高压泥岩地层712可以从上至下依次分布。在一些情况下，该井身结构所适用的地质条件还包括非高压的泥岩地层，高压层71与非高压的泥岩地层上下分布，非高压的泥岩地层位于高压层71与玄武岩垮塌层72之间。请参照图2b中的地层孔隙压力剖面81，地层80各深度的地层孔隙压力随高压盐水层711、高压泥岩地层712与玄武岩垮塌层72的出现而发生较大幅度的变化。

步骤s10中，可以使用φ660.4mm牙轮钻头，钻穿地表疏松层及易漏地层后，起出钻头，下入φ508mm的第一开次套管串10，并在第一开次套管串10与地层的环空注入水泥固井，封固上部疏松、不稳定及易漏失井段，并为下一步井口安装，提供支撑。具体地，使用φ660.4mm牙轮钻头，钻至井深200m后，大排量充分循环，将井内岩屑携带干净，确保第一开次套管串10顺利下入；第一开次套管串10采用直径φ508mm、壁厚11.13mm、偏梯扣套管串，起出钻头，下入第一开次套管串10，在第一开次套管串10与地层的环空采用正注反灌水泥方式固井，水泥返至井口，注入的固井水泥浆凝固形成固井水泥环100。

步骤s20中，可以使用φ444.5mm牙轮钻头或pdc钻头，钻穿上部浅层气及低压漏失层后，起出钻头，下入直径φ365.13mm的第二开次套管串20，并在第二开次套管串20与地层及与上层套管的环空注入水泥固井，封固浅层气及低压易漏失地层。具体地，使用φ444.5mm牙轮钻头或pdc钻头，钻至井深1500m后，起出钻头，换成通井钻具组合，进行充分通井，确保第二开次套管串20顺利下入；第二开次套管串20采用φ365.13mm、壁厚13.88mm、偏梯扣套管串，下入第二开次套管串20，采用内插法方式在该套管与地层及与上层套管的环空注入水泥固井，水泥返至井口。

步骤s30，可以使用φ333.4mmpdc钻头，钻至高压层71顶部后，起出钻头，下入φ273.05mm的第三开次套管串30，并在第三开次套管串30与地层及与上层套管的环空注入水泥固井，封固上部孔隙压力相对较低的地层。具体地，使用φ333.4mmpdc钻头，钻至井深4500m，且至高压层71顶部后，起出钻头，换成通井钻具组合，进行充分通井，确保第三开次套管串30顺利下入；第三开次套管串30采用φ273.05mm、壁厚13.84mm、气密封扣套管串，下入第三开次套管串30，采用双胶塞、双密度水泥浆体系，在第三开次套管串30与地层及上层套管的环空注入水泥固井，水泥返至井口。

在本发明的一实施方式中，第四开次套管串40悬挂于第三开次套管串30的内壁。采用尾管悬挂技术，有效降低了套管环空注水泥的一次性返高，避免套管环空注水泥时地面泵压过高而造成玄武岩地层井漏复杂。

钻第四开次井段401可以使用φ241.3mmpdc钻头，钻穿上部高压层71后，起出钻头，下入φ219.08mm的第四开次套管串40至井底，第四开次套管串40顶部连接四开次尾管悬挂器402，将第四开次套管串40悬挂于第三开次套管串30的内壁，并在第四开次套管串40与地层及与上层套管的环空注入水泥固井，封固需要高密度钻井液钻进的地层，避免降低钻井液密度而发生溢流、坍塌、井漏及卡钻等事故与复杂。具体地，钻第四开次井段401使用φ241.3mmpdc钻头，钻至井深6400m，且钻穿上部高压层71后，起出钻头，换成通井钻具组合，进行充分通井，确保钻第四开次井段401的顺利下入；第四开次套管串40可以采用φ219.08mm、壁厚12.7mm、直联扣尾管串，下入第四开次套管串40至井深6398m，第四开次套管串40串顶部连接四开次尾管悬挂器402，将第四开次套管串40悬挂于第三开次套管串30的内壁井深4300m处；采用高密度抗盐水泥浆体系，在第四开次套管串40与地层及与层套管的环空注入水泥固井，水泥返至四开次尾管悬挂器402位置，封固上部适宜高密度钻井液钻进的高压盐水层711及高压泥岩地层712，为下开次降低钻井液密度钻进创造条件。该构建方法中，第四开次套管串40不回接套管，可减少套管用量，节省钻井成本。

第五开次套管串50可以安装于井口，也可以以悬挂的方式设置。在第五开次套管串50安装于井口的情况下，第五开次套管串50可以为从第五开次井段501的井底延伸至井口的套管。在第五开次套管串50以悬挂的方式设置的情况下，第五开次套管串50包括第五开次尾管串51，第五开次尾管串51可以悬挂于第三开次套管串30的内壁。

第五开次套管串50优选地以悬挂的方式设置，如图2a所示，第五开次套管串50包括第五开次尾管串51，第五开次尾管串51悬挂设置。第五开次尾管串51可以悬挂于第三开次套管串30，也可以悬挂于第四开次套管串40。更优选地，第五开次尾管串51悬挂于第三开次套管串30的内壁。钻第五开次井段501中，钻穿玄武岩地层后，采用尾管悬挂技术，有效降低了第五开次尾管串51的环空注水泥的一次性返高，避免第五开次尾管串51的环空注水泥时，地面泵压过高而造成玄武岩垮塌层72发生井漏，同时，采用尾管悬挂能减少套管重量，增加套管下入的井深，从而封隔更深的复杂地层。

可以使用φ190.5mm的pdc钻头，钻穿玄武岩垮塌层72后，起出钻头，下入φ168.28mm的第五开次套管串50至井底，第五开次套管串50顶部连接五开次尾管悬挂器502，将第五开次套管串50悬挂于第三开次套管串30的内壁，并在第五开次套管串50与地层及上层套管的环空注入水泥固井。具体地，使用φ190.5mmpdc钻头，钻至井深7000m，且钻穿玄武岩垮塌层72后，起出钻头，换成通井钻具组合，进行充分通井，确保第五开次套管串50顺利下入；第五开次套管串50采用φ168.28mm、壁厚12.07mm、直联扣尾管串，下入第五开次套管串50至井深6998m；第五开次套管串50顶部连接五开次尾管悬挂器502，将第五开次套管串50悬挂于第三开次套管串30的内壁，井深4000m处。在第五开次套管串50与地层及上层套管的环空注入水泥固井，水泥返至五开次尾管悬挂器502位置，封固易坍塌的玄武岩垮塌层72，为下开次保护储层而进一步降低钻井液密度钻进创造条件。

进一步地，在第五开次套管串50以悬挂的方式设置的情况下，该构建方法包括设于步骤s60之后的步骤s70，步骤s70包括：下入第五开次回接套管52至第五开次尾管串51的顶端，固井。下入第五开次回接套管52，第五开次回接套管52下入深度为五开次尾管悬挂器502位置，并在第五开次回接套管52与第三开次套管串30的环空注入水泥固井。第五开次回接套管52可以采用168.28mm套管串，具体地，下入第五开次回接套管52，第五开次回接套管52下入深度为五开次尾管悬挂器502位置，并在第五开次回接套管52与第三开次套管串30的环空注入水泥固井。完成套管回接作业后，转入第六开次尾管串60射孔完井作业。

第五开次尾管串51悬挂固井后，不进行套管回接，待第六开次尾管串60悬挂固井后进行第五开次回接套管52的回接作业，这样可以增加了钻第六开次井段601时，钻具组合在五开次尾管悬挂器502以上的环空间隙，降低了钻第六开次井段601时的钻井液循环当量密度，从而降低了目的层井漏复杂的风险。

第六开次尾管串60可以安装于井口，也可以以悬挂的方式设置。优选地，第六开次尾管串60悬挂于第五开次套管串50的内壁。步骤s60中，可以使用φ139.7mmpdc钻头，钻进至目的层，起出钻头，下入φ114.3mm的第六开次尾管串60，第六开次尾管串60顶部连接六开次尾管悬挂器602，将第六开次尾管串60悬挂于第五开次尾管串51的内壁，并在第六开次尾管串60与地层及上层套管的环空注入水泥固井，封固油气目的层73。具体地，使用φ139.7mmpdc钻头，钻进至油气目的层73，进尺达200m后，起出钻头，换成通井钻具组合，进行充分通井，确保套管顺利下入；第六开次尾管串60可以采用φ114.3mm、壁厚8.56mm、长圆扣尾管串，下入第六开次尾管串60至井深7500m；第六开次尾管串60顶部连接六开次尾管悬挂器602，将第六开次尾管串60悬挂于第五开次尾管串的内壁，井深6800m处，在第六开次尾管串60与地层及上层套管的环空注入水泥固井，水泥返至六开次尾管悬挂器602位置，封固油气目的层73。

第六开次尾管串60采用尾管悬挂固井技术，不回接套管，降低了套管环空注水泥的一次性返高，避免套管环空注水泥时地面泵压过高而造成目的层井漏复杂，同时，减少套管用量，节省成本。

实施例二

本发明提供了一种具有玄武岩垮塌层72的地质条件下的井身结构，如图1和图2a所示，该井身结构包括：第一开次套管串10、第二开次套管串20、第三开次套管串30、第四开次套管串40、第五开次套管串50和第六开次尾管串60；从第一开次套管串10内下入第二开次套管串20；第三开次套管串30下入至高压层71顶部；第四开次套管串40贯穿高压层71，且下入至玄武岩垮塌层72上部，第四开次套管串封隔高压层；第五开次套管串50贯穿玄武岩垮塌层72，且下入至油气目的层73上部，第五开次套管串封隔玄武岩垮塌层；第六开次尾管串60下入油气目的层73。

该构建方法中，第一开次套管串10封固上部疏松、不稳定及易漏失井段，为下一步井口安装，提供支撑。第二开次套管串20封固浅层气及低压易漏失地层。

第三开次套管串30下至高压层71上部，封隔上部孔隙压力相对较低的地层，避免下开次钻遇高压层71时，因提高钻井液密度而造成上部孔隙压力相对较低的地层出现井漏。

第四开次井段401钻穿高压层71后，下第四开次套管串40封固地层，而不是钻进至下部玄武岩垮塌层72后再下入套管封固地层，第四开次套管串40封隔需要高密度钻井液来维持井壁稳定的高压层71，能有效避免钻进至玄武岩垮塌层72时，因降低钻井液密度而造成上部高压盐水层711发生溢流、井壁坍塌等事故，第四开次套管串40封固上部适宜高密度钻井液钻进的高压层71，为下开次降低钻井液密度钻进创造条件。

第五开次套管串50封固易坍塌的玄武岩垮塌层72，为下开次保护储层而进一步降低钻井液密度钻进创造条件。第六开次尾管串60封固油气目的层73。

该井身结构可以适用于超深井，采用该井身结构，可以构建钻达超深层油气目的层73的条件，缓解在具有高压层71和玄武岩垮塌层72的地质条件下钻井时，容易出现溢流、井漏、井壁坍塌、卡钻等事故与复杂的技术问题。

具体地，该井身结构还包括对第一开次套管串10、第二开次套管串20、第三开次套管串30、第四开次套管串40、第五开次套管串50和第六开次尾管串60进行固井的固井水泥环100。

在本发明的一实施方式中，第四开次套管串40通过四开次尾管悬挂器402悬挂于第三开次套管串30的内壁。

在本发明的一实施方式中，第五开次套管串50包括第五开次尾管串，第五开次尾管串悬挂设置。

在本发明的一实施方式中，第五开次尾管串通过五开次尾管悬挂器502悬挂于第三开次套管串30的内壁。

在本发明的一实施方式中，井身结构包括第五开次回接套管，第五开次回接套管下入至第五开次尾管串的顶端。

在本发明的一实施方式中，第六开次尾管串60通过六开次尾管悬挂器602悬挂于第五开次套管串50的内壁。

在本发明的一实施方式中，第一开次套管串10贯穿地表疏松层及易漏地层，第二开次套管串20贯穿上部浅层气及低压漏失层。

以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。