專(zhuān)利名稱(chēng)：一種平衡壓力固井的工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種油田平衡壓力固井的工藝方法，屬于油氣井固井領(lǐng)域。采用該方法在保證固井質(zhì)量的同時(shí)，可達(dá)到保護(hù)油氣儲(chǔ)層的目的，滿足平衡壓力固井的要求。
背景技術(shù)：
隨著低滲油藏的開(kāi)發(fā)，欠平衡鉆井技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。而欠平衡鉆進(jìn)結(jié)束后進(jìn)行固井作業(yè)時(shí)，為了滿足固井“壓穩(wěn)”的需求，往往采用液柱壓力大于地層壓力的水泥漿密度，在水泥漿注替過(guò)程中，固井液極易流入井筒，固井液中的固相顆?？芍苯佣氯貙恿黧w通道，使得儲(chǔ)層的產(chǎn)能降低；同時(shí)固井作業(yè)本身就會(huì)造成儲(chǔ)層由欠平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檫^(guò)平衡狀態(tài)，從而失去了欠平衡鉆井的意義。另外，采用欠平衡鉆井技術(shù)的地層通常為裂縫性地層、低壓地層或枯竭油氣層，這些地層的承壓能力一般較低，易發(fā)生井漏。長(zhǎng)慶蘇格里氣田依據(jù)平衡壓力固井原理以及自身儲(chǔ)層特點(diǎn)，針對(duì)欠平衡井采用了 正注反擠固井工藝技術(shù)，并取得了成功。該固井工藝是以平衡壓力固井為技術(shù)思路，為壓穩(wěn)地層和防止漏失，優(yōu)選粘滯性前置液和雙凝防氣竄水泥漿體系，先采用常規(guī)固井工藝注替水泥漿，確保套管鞋處固井質(zhì)量良好，待水泥漿初凝后，嚴(yán)格按照反擠要求，在套管外環(huán)空反擠水泥漿，封固井口上部環(huán)空；正注和反擠均采用關(guān)井候凝，環(huán)空加壓，確保井口安全。但將該固井工藝技術(shù)有時(shí)需要反復(fù)地施工才能奏效，且在反注中易發(fā)生溢流，造成固井作業(yè)失敗。因此，正注反擠固井工藝技術(shù)并不能徹底解決所有欠平衡井的固井問(wèn)題。對(duì)于欠平衡鉆井所鉆遇的溶洞型或裂縫性井眼，為了有效防止漏失或者堵漏失敗等復(fù)雜井況的出現(xiàn)，可采用分級(jí)固井工藝技術(shù)，即采用分級(jí)箍將長(zhǎng)封固井段人為分隔開(kāi)，通過(guò)地面控制來(lái)打開(kāi)和關(guān)閉分級(jí)箍，使注水泥作業(yè)分兩次或多次施工來(lái)完成，以降低固井施工中的注、替壓力。但分級(jí)固井工藝技術(shù)對(duì)分級(jí)箍的安放位置井眼有嚴(yán)格要求(即要求安放處井眼規(guī)則且?guī)r性致密)，當(dāng)分級(jí)箍打不開(kāi)時(shí)，必然會(huì)造成固井作業(yè)的事故，因此，該工藝技術(shù)并沒(méi)有被廣泛應(yīng)用。2008年，專(zhuān)利號(hào)為CN101139919A的專(zhuān)利公開(kāi)了一種關(guān)于負(fù)壓固井的系統(tǒng)——負(fù)壓固井系統(tǒng)及其控制方法，該發(fā)明主要是利用U型管壓力平衡原理和氣體比重低，可被釋放出地面的優(yōu)點(diǎn)，有效實(shí)現(xiàn)井漏情況下的固井作業(yè)，提高固井質(zhì)量。固井前，首先通過(guò)在井口向中空鉆桿或環(huán)空沖入一定量的空氣或氮?dú)?，用聲納測(cè)深器所測(cè)出環(huán)空井下鉆井液靜液面高度來(lái)計(jì)算預(yù)定壓力，然后通過(guò)井口泄壓閥門(mén)調(diào)節(jié)注入壓力，控制井底壓力低于地層壓力；但該方法僅應(yīng)用于尾管固井。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種新的平衡壓力固井技術(shù)——環(huán)空注氣平衡壓力固井技術(shù)，該技術(shù)以保護(hù)油氣層為基本出發(fā)點(diǎn)，從環(huán)空壓力控制角度出發(fā)對(duì)欠平衡井的固井工藝技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，為欠平衡井形成一套平衡壓力固井的工藝方法，解決欠平衡井固井的作業(yè)難題，并將進(jìn)一步推動(dòng)欠平衡鉆井技術(shù)的發(fā)展。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種平衡壓力固井的方法，a)在固井封固段采用常規(guī)密度的水泥漿體系；b)降低環(huán)空上部液柱壓力；c)控制環(huán)空井口回壓保證薄弱層處壓力保持平衡。所述的方法，降低環(huán)空上部液柱壓力主要是采用在環(huán)空中鉆井液中加入密度較低的減輕材料。所述的方法，所述減輕材料為空氣。
本發(fā)明提供的固井工藝技術(shù)可有效防止地層被壓漏，充分保護(hù)油氣產(chǎn)層；保證水泥環(huán)強(qiáng)度；環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)??；適用地層范圍廣，特別適用于易漏失、低壓儲(chǔ)層。本發(fā)明主要是利用氣體的密度較低，將氣體注入到環(huán)空上部的鉆井液中，形成環(huán)空氣液兩相流，來(lái)降低環(huán)空上部產(chǎn)生的動(dòng)液柱壓力。


圖I為環(huán)空注氣平衡壓力固井技術(shù)原理，直觀地表示了平衡壓力固井的具體實(shí)施方式
。圖2為環(huán)空注氣井筒受力分析模型。圖3為井筒環(huán)空流體的受力分析模型。圖4為固井過(guò)程水泥漿進(jìn)入環(huán)空過(guò)程中的受力分析圖；a水泥漿開(kāi)始進(jìn)入環(huán)空；b水泥漿到達(dá)返高。I套管，2節(jié)流閥，3混氣鉆井液，4井壁，5單流閥，6鉆井液，7環(huán)空，8注氣點(diǎn)深度，9鉆井液，10水泥漿；
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明的原理如圖I (圖中豎直虛線為井身中心線，下同)所示。將一根下端接有單流閥5的注氣管下入到套管I與井壁4之間的環(huán)空7內(nèi)，通過(guò)注氣使得注氣點(diǎn)以上的環(huán)空形成氣液兩相流，從而減少了注氣點(diǎn)以上井筒環(huán)空壓力，注氣點(diǎn)以下環(huán)空仍采用常規(guī)前置液和常規(guī)密度水泥漿體系。注氣過(guò)程隨著水泥漿的環(huán)空上返，氣體也逐漸在環(huán)空上返，由于氣體的摻混鉆井液密度逐漸降低，使得環(huán)空產(chǎn)生負(fù)壓，然后結(jié)合井口節(jié)流閥調(diào)節(jié)來(lái)確保井筒環(huán)空壓力保持在孔隙壓力與地層破裂壓力的安全窗口范圍內(nèi)，滿足平衡壓力固井技術(shù)的要求。假設(shè)固井施工中最多用6種固井流體，這6種固井流體及泵入順序?yàn)殂@井液9，沖洗液、隔離液、領(lǐng)漿、尾漿和頂替液。其中，沖洗液和隔離液統(tǒng)稱(chēng)為前置液，領(lǐng)漿和尾漿統(tǒng)稱(chēng)為水泥漿10。整個(gè)井筒的受力分析模型如圖2所示。將套管中空與環(huán)空看作一個(gè)“U”型管，根據(jù)U型管原理有PS+PHC-PFC = PR+PM+PHA+PFA(I)式中，PS-地面壓力，MPa ；PHC——套管內(nèi)總的靜液柱壓力，MPa ；
PFC——套管內(nèi)總的流阻力，MPa ；PR-環(huán)空井口回壓，MPa ;PM-環(huán)空內(nèi)氣液兩相流產(chǎn)生的總壓力，MPa ； PHA—環(huán)空內(nèi)單相流總的靜液柱壓力，MPa ；PFA——環(huán)空內(nèi)單相流總的流動(dòng)阻力，MPa。假設(shè)圖中W處為薄弱地層，此處的地層破裂壓力為Pf，井筒環(huán)空流體進(jìn)行受力分析模型，如圖3所示。依據(jù)平衡壓力固井的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在整個(gè)固井注替過(guò)程中，固井流體最大動(dòng)液柱壓力應(yīng)小于整個(gè)井段最薄弱地層層段的破裂壓力；即
PR+PHAff+PFAff < Pf或PR+PHAW+PFAW = Pf- Δ Pf(2)式中，PHAW——任一時(shí)刻，W層以上環(huán)空流體產(chǎn)生的總靜液柱壓力，MPa ；PFAff——任一時(shí)刻，W層以上環(huán)空流體產(chǎn)生的總流動(dòng)阻力，MPa ;APf——壓力控制安全值(通常取破裂壓力的5% )，MPa。在固井過(guò)程中，為了保證水泥石的強(qiáng)度，采用常規(guī)密度水泥漿體系，由于水泥漿密度較欠平衡鉆井所用鉆井液密度大得多，因此水泥漿在環(huán)空所產(chǎn)生的動(dòng)液柱壓力將大幅增大。水泥漿開(kāi)始流入環(huán)空至達(dá)到返高位置過(guò)程中的受力圖，如圖4所示。由圖4可得當(dāng)水泥漿和前置液的密度確定后，隨著水泥漿返至薄弱層以上位置，PHAW和PFAW將迅速不斷增大，為了保證環(huán)空薄弱層不被壓漏，注氣點(diǎn)處所需壓力不斷減小，只有通過(guò)降低上部鉆井液所產(chǎn)生的動(dòng)液柱壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)平衡壓力固井的目的。本發(fā)明主要是利用氣體的密度較低，將氣體注入到環(huán)空上部的鉆井液中，形成環(huán)空氣液兩相流，來(lái)降低環(huán)空上部產(chǎn)生的動(dòng)液柱壓力。當(dāng)水泥漿到達(dá)環(huán)空設(shè)計(jì)返高位置時(shí)，薄弱層以上環(huán)空單相流體產(chǎn)生的總壓力達(dá)到最大值，控制注氣點(diǎn)處壓力小于平衡固井所需的最小注氣點(diǎn)壓力值，就可得到注氣點(diǎn)處的最小注氣流量，并以此注氣流量為環(huán)空注氣平衡壓力固井施工的注氣流量，且在固井過(guò)程中保持不變。以水泥漿進(jìn)入井筒開(kāi)始計(jì)時(shí)，隨著水泥漿進(jìn)入環(huán)空，不同時(shí)刻注氣點(diǎn)所需液柱壓力開(kāi)始不斷降低，直至水泥漿到達(dá)設(shè)計(jì)返高位置。由于注氣流量不變，環(huán)空上部氣液兩相流所產(chǎn)生的液柱壓力基本不變，通過(guò)控制井口回壓來(lái)降低注氣點(diǎn)處壓力，因此，井口回壓將隨著水泥漿進(jìn)入環(huán)空長(zhǎng)度的增大而不斷降低。應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種平衡壓力固井的方法，其特征在于 a)在固井封固段采用常規(guī)密度的水泥漿體系； b)降低環(huán)空上部液柱壓力； c)控制環(huán)空井口回壓保證薄弱層處壓力保持平衡。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于降低環(huán)空上部液柱壓力主要是采用在環(huán)空中鉆井液中加入密度較低的減輕材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述減輕材料為空氣。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種平衡壓力固井的方法a)在固井封固段采用常規(guī)密度的水泥漿體系；b)降低環(huán)空上部液柱壓力；c)控制環(huán)空井口回壓保證薄弱層處壓力保持平衡。本發(fā)明提供的固井工藝技術(shù)可有效防止地層被壓漏，充分保護(hù)油氣產(chǎn)層；保證水泥環(huán)強(qiáng)度；環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)??；適用地層范圍廣，特別適用于易漏失、低壓儲(chǔ)層。
文檔編號(hào)E21B33/13GK102877812SQ20121034897
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月14日
發(fā)明者步玉環(huán), 李斐, 郭勝來(lái) 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(華東)