CN102635335B - 一种延缓断层处套损的井身结构 - Google Patents

一种延缓断层处套损的井身结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种延缓断层处套损的井身结构，在钻遇断点上下各30m层段不固井，并采用随钻扩孔，使套管与地层之间的间隙达到120mm，给地层沿断层运动留出一个缓冲带防止套管被剪切破坏。采用上述方案，本发明使套管与地层之间的间隙达到120mm，给地层沿断层运动留出一个缓冲带防止套管被剪切破坏。

Description

一种延缓断层处套损的井身结构
技术领域
本发明涉及的是一种延缓断层处套损的井身结构。
背景技术
断层是地应力集中区域，在油田长时间大面积注水开发过程中，注入水使断层附近地层憋压，断层两盘地层压力失去平衡，加剧了应力集中，当应力超过断层面强度时，必然出现断层局部上下盘的相对错动，释放能量，导致钻遇断层的油水井套管损坏。
数值模拟和现场试验表明，套管-水泥体系的强度无法阻止断层剪切滑移。由于断层滑移的剪切面积太大，使用高强度套管并不能防治断层的滑移，只能是在某种程度上延缓其进程。因此，单纯提高套管的强度不能从根本上解决断层处套损问题。
现场应用表明，断层附近封固的井，水泥环将地层与套管紧密结合在一起，断层的滑移受到限制，强大的剪切应力直接作用在套管上造成套管损坏；而断层附近不封固的井，在套管与地层之间有一个缓冲空间，能够抵消断层滑移所造成的位移，使套管免遭破坏。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种延缓断层处套损的井身结构。
本发明的技术方案如下：
一种延缓断层处套损的井身结构，在钻遇断点上下各30m层段不固井，并采用随钻扩孔，使套管与地层之间的间隙达到120mm，给地层沿断层运动留出一个缓冲带防止套管被剪切破坏。
所述的延缓断层处套损的井身结构，钻遇断点上下各扩孔30m，扩孔段总长为60m；完井管柱的管串结构自下至上依次为：引鞋(19)+一根套管+浮箍(18)+套管串+第二重力式分级箍(16)+套管串+泥浆充填膨胀式封隔器(14)+第一重力式分级箍(13)+套管串。
所述的延缓断层处套损的井身结构，钻遇断点上部扩孔段长度为30m，钻遇断点下部扩孔段长度≤30m，整个扩孔段总长≤60m；完井管柱的管串结构自下至上依次为：引鞋(19)+套管串+遇油/遇水自膨式封隔器(17)+套管串+泥浆充填膨胀式封隔器(14)+第一重力式分级箍(13)+套管串。
采用上述方案，本发明使套管与地层之间的间隙达到120mm，给地层沿断层运动留出一个缓冲带防止套管被剪切破坏。
附图说明
图1为钻遇断点离油层较远时井身结构示意图；
图2为钻遇断点离油层较近时井身结构示意图；
10、地层；11、套管；12、水泥浆固井；13、第一重力式分级箍；14、泥浆充填膨胀式封隔器；15、断层扩孔段；16、第二重力式分级箍；17、遇油/遇水自膨胀式封隔器；18、浮箍；19、引鞋；20、油层；
具体实施方式
以下结合具体实例，对本发明进行详细说明。
为了延缓断层处套管损坏，本发明提出一种新的断层处钻井的井身结构：在钻遇断点上下30m层段不固井，并采用随钻扩孔，使套管与地层之间的间隙达到120mm，给地层沿断层运动留出一个缓冲带防止套管被剪切破坏。
1、扩孔作业
综合考虑扩孔的风险和成本，提出利用随钻扩孔技术对钻遇断点上下30m层段进行扩孔作业。
随钻扩孔施工工序：工具入井前，确保随钻扩孔钻头能收张自如→下随钻扩孔工具至预定井深→将扩孔钻头伸出工具体外→开始扩孔钻进→随钻扩至设计井深后充分循环，直至井底干净→使伸出工具体外的扩孔钻头充分收到工具体内，起钻。
2、断层处井身结构优化施工方法
(1)钻遇断点离油层较远时(大于60m)井身结构施工方法
当钻遇断点离油层距离大于60m时，油层顶部至少有30m的水泥环，能够保证油气水层互不窜通，达到有效封隔。这种情况下，钻遇断点上下各扩孔30m，扩孔段总长为60m。
参考图1，实现该工艺的完井管柱的管串结构自下至上依次为：引鞋19+一根套管+浮箍18+套管串+第二重力式分级箍16+套管串+泥浆充填膨胀式封隔器14+第一重力式分级箍13+套管串。(注：引鞋19、浮箍18、重力式分级箍、泥浆充填膨胀式封隔器14等之间没有具体的距离关系，因为每口井的井深不一样，距离也就不同，之间通过套管串来连接。泥浆充填膨胀式封隔器14、重力式分级箍应安放在断层扩孔段15上下地层比较稳定、井径较规则的井段，不一定紧贴着断层扩孔段15的分界面，只要是在临近找一个合适的位置就行。另外，注水泥时先注断层扩孔段15以下部分，再注断层扩孔段15以上部分)。此种情况下，钻遇断点离油层比较远，断层扩孔段15以下层段采用套管外注水泥固井的方法能够有效封隔油气水层。但是，由于断层扩孔段15以下层段利用常规套管外注水泥方法固井时，由于井眼不规则等原因，设计注水泥量不一定正好，水泥浆有可能窜入到断层扩孔段15，所以设计在断层扩孔段15下部安放一个第二重力式分级箍16，在断层扩孔段15以下层段套管外注水泥固井后，打开第二重力式分级箍16，将窜入到断层扩孔段15环空中的水泥浆循环出井口，保证断层扩孔段15不被水泥浆封固；在断层扩孔段15上部安放一个第一重力式分级箍13和泥浆充填膨胀式封隔器14，胀开的泥浆充填膨胀式封隔器14封隔住扩孔段后，打开第一重力式分级箍13能够完成断层扩孔段15以上套管外注水泥固井作业。
完井施工工序为：将封隔器、分级箍按设计位置连接于套管串中→按作业规程将套管串下入井内→开泵循环钻井液→注入前置液→注一级水泥浆→释放一级碰压塞(挠性塞)→替泥浆→投一级重力打开塞→继续循环钻井液→一级碰压塞碰压→一级重力打开塞碰压→憋压打开第二重力式分级箍16→循环钻井液将多余的水泥浆循环出井口→释放二级碰压塞(关闭塞)→继续循环钻井液→二级碰压塞碰压，关闭下部第二重力式分级箍→释放二级重力打开塞→憋压胀开泥浆充填膨胀式封隔器14→继续憋压打开第一重力式分级箍13→注入前置液→注入二级水泥浆→释放三级碰压塞(关闭塞)→替泥浆→三级碰压塞碰压，关闭第一重力式分级箍13→放压，检查第一重力式分级箍13关闭情况→候凝。
(2)钻遇断层离油层较近时(小于60m)井身结构施工方法
参考图2，当钻遇断层离油层的距离小于60m时，油层顶部注水泥段小于30m，不能保证有效封隔油气水层。因此，设计在油层顶部适当位置安放遇油/遇水自膨式封隔器17，有两方面的作用，一是遇油/遇水自膨式封隔器17直径膨胀率可达100％或更高，如外径139.7mm自膨式管外封隔器外径190mm，膨胀后外径超过400mm，所以能有效封隔油层，避免发生油气水窜；二是遇油/遇水自膨式封隔器17由橡胶制成，变形能力大，能允许断层处一定程度的地层滑移变形。另外，由于钻遇断层离油层比较近，因此提出油层部位20裸眼完井。这种情况下，钻遇断点上部扩孔段长度为30m，钻遇断点下部扩孔段长度≤30m(视钻遇断点离油层距离和遇油/遇水自膨式封隔器安放位置而定)，整个扩孔段总长≤60m。
该工艺施工相对比较简单，其管串结构自下至上依次为：引鞋19+套管串+遇油/遇水自膨式封隔器17+套管串+泥浆充填膨胀式封隔器14+第一重力式分级箍13+套管串。此种情况下，由于钻遇断点离油层比较近(小于60m)，用正常的套管外注水泥固井方法无法有效封隔油气水层，所以在断层扩孔段15下部安放一个遇油/遇水自膨式封隔器17，实现油气水层的有效封隔。并且，遇油/遇水自膨式封隔器17由橡胶制成，变形能力大，能允许一定程度的断层滑移变形；在断层扩孔段15上部安放一个第一重力式分级箍13和泥浆充填膨胀式封隔器14，胀开泥浆充填膨胀式封隔器14封隔住扩孔段后，打开第一重力式分级箍13能够完成断层扩孔段15以上层段套管外注水泥固井作业。
该工艺的施工程序为：将封隔器、分级箍按设计位置连接于套管串中→按下套管规程下入套管串→开泵循环钻井液→释放一级碰压塞(挠性塞)→循环钻井液→一级碰压塞碰压→继续憋压胀开泥浆充填膨胀式封隔器14→投重力打开塞→憋压打开第一重力式分级箍13→注入前置液→注入水泥浆→释放二级碰压塞(关闭塞)→替泥浆→二级碰压塞碰压，关闭第一重力式分级箍13→放压，检查分级箍关闭情况→候凝。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种延缓断层处套损的井身结构，其特征在于，在钻遇断点上下各30m层段不固井，并采用随钻扩孔，使套管与地层之间的间隙达到120mm，给地层沿断层运动留出一个缓冲带防止套管被剪切破坏；其中
钻遇断点上下各扩孔30m，扩孔段总长为60m；完井管柱的管串结构自下至上依次为：引鞋(19)+一根套管+浮箍(18)+套管串+第二重力式分级箍(16)+套管串+泥浆充填膨胀式封隔器(14)+第一重力式分级箍(13)+套管串；或
钻遇断点上部扩孔段长度为30m，钻遇断点下部扩孔段长度≤30m，整个扩孔段总长≤60m；完井管柱的管串结构自下至上依次为：引鞋(19)+套管串+遇油/遇水自膨式封隔器(17)+套管串+泥浆充填膨胀式封隔器(14)+第一重力式分级箍(13)+套管串。
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