CN103527137A - 一种增加井壁稳定性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种增加井壁稳定性的方法，该方法是在气体钻井中，往井壁上喷胶。例如，使用喷涂装置将喷涂材料第一组分和第二组分喷涂于井壁上，该喷涂装置包括：包含第一部分和第二部分的筒体；设于第一部分内部的两个储液槽，分别装有第一组分和第二组分；设于筒体第二部分的四周外壁的喷嘴；以及连接储液槽和喷嘴的通道；其中，第一组分和第二组分分别通过不同的通道从不同的喷嘴喷出。优选地，用于喷出第一组分的喷嘴和喷出第二组分的喷嘴相互间隔排布。本发明所提供的方法能够有效地增加井壁的稳定性，提高石油钻井的安全性和可靠性。该方法中所使用的喷涂装置结构简单，操作简便，能够使喷涂材料组分喷出后在井壁上充分混合并固化，形成稳定的封堵层。

Description

一种增加井壁稳定性的方法

技术领域

本发明涉及石油钻井领域，具体涉及一种增加井壁稳定性的方法。

背景技术

气体钻井工艺是用空压机对气体先进行初级加压，然后经过增压机增压后打入井中，最后完成携带岩屑的任务。气体钻井与钻井液钻井有所区别，前者是直接使用气体作为循环介质来冷却钻头和携带岩屑，以满足钻井工程需要的一种特殊钻井方法。

在做好各种应急预案、操作程序的基础上，气体钻井工艺主要采取以下技术措施：A、气体钻井前应先用钻井液钻完水泥塞，再用气体举出井筒内的钻井液，吹干井筒，继续用牙轮钻头以小钻压气体钻进约5～10m，然后清洁井眼，起钻，换空气锤钻进；B、在空气锤钻进过程中，若遇出水地层，则及时将空气锤更换为牙轮钻头钻进；C、气体钻井正式钻进前，控制机械钻速进行试钻，摸索各种参数的合理匹配。以立管压力2MPa，扭矩30kN·m为基准，判断井下钻进情况，当钻速较快或存在放空现象时，控制钻时在5分钟以上；D、起钻或接单根前必须进行充分的气体循环，将井下钻屑或其它沉积物带到地面，当循环至钻屑含量明显降低时，才能开始起钻或接单根作业；E、每两趟钻进之后，对钻具及辅助工具进行探伤检查，尽可能减少钻具事故，根据发生的钻具问题及时调整钻具结构，根据不同情况分别采取循环、增大注气量等措施。

气体钻井具备如下的主要优点：（Ⅰ）避免了钻井液钻井时的井漏问题，解决了硬地层大尺寸井眼段的钻井速度慢的问题，能极大地提高钻井速度，缩短钻井周期；（Ⅱ）使用空气锤钻进，钻压小，可有效控制井斜，保证井身质量；（Ⅲ）避免了常规钻井中废钻井液排放处理的难题，消除了废液对环境的污染问题。

然而，目前气体钻井方法中也存在一些问题，总起来讲，主要体现为地层出水、井壁坍塌、缩径及井径扩大等。

在国内的气体钻井应用过程中，许多井因地层出水而需提前结束气体钻井，因此大大降低了气体钻井的效果，同时也是阻碍气体钻井进一步拓展应用的最主要因素之一。地层出水可能导致裸眼段井壁水化膨胀，造成井眼缩径或井壁坍塌，同时，岩屑水化后很容易形成泥饼环堵塞环空通道，诱发卡钻等复杂情况。

气体钻井过程中易发生井径扩大的问题。通过对大庆油田的14口采用气体钻井的井和与其临近的采用常规钻井的井的井径进行对比，发现采用气体钻井的井的平均井径为290.22mm，平均井径扩大率为34.42%，比采用常规钻井的井的平均井径大14.23%。分析该现象的原因，可归结为几个主要方面：气体钻井过程中的气量较大，冲蚀井壁；钻具碰撞井壁引起井壁失稳；地层出水以及气液钻井转化过程中产生的井壁失稳。

另外，以目前中石化公司在川东北地区使用气体钻进的井为例，这些井出现井壁失稳的主要原因是：1、川东北地区推覆体地层稳定性好，但上部地层破碎且有裂缝性渗透水，地层易发生脆性破裂和垮塌；2、油井上部的陆相泥页岩地层易水化膨胀，而气体钻井导致的地层裂缝进一步加剧水化膨胀；3、伊蒙间层粘土矿物吸水膨胀率不同，容易造成层间散裂；4、大倾角、破碎带、强地应力也会破坏井壁岩层，引发严重坍塌；5、在气体钻井过程中，伴随着空气锤或钻头的震动，在井壁周围产生微裂缝，或加剧了微裂缝的发育。

目前处理井壁失稳的方法主要是:（1）停止钻进，大气量循环，尽量将钻具提离井底到较高的位置，分析井壁失稳类型。（2）如井壁失稳为少量掉块，则增大注气量循环，如果增大注气量能满足安全钻井要求，则继续进行气体钻井。（3）如果转盘扭矩增大，沉砂较多，增大注气量不能满足安全钻井的要求，应尽快将钻柱起至技术套管内，将钻井液注入井眼，转为常规钻井。（4）目前应对井径扩大的办法主要是优化注气排量，尽量减少气体钻井的井眼冲蚀时间，转换过程中尽量维持井壁稳定，减缓气体钻井过早转化为常规钻井。

至今为止，国内在气体钻井井壁稳定性研究方面进行了大量的工作，也形成了一些预测技术，但由于基础参数的获取存在准确性难题，目前只能起到风险提示作用。另一方面，实际设计一口井时往往没有做稳定性评估，大多数情况是凭经验设计的，所以难免出现实际井段与所预先设计的井段不一致的问题。

综上所述，目前在钻井行业内，如何增长气体钻井时间、减少气体钻井中的井壁失稳和井壁出水是迫切需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的如上所述的问题，本发明提供了一种增加井壁稳定性的方法。该方法能够以简单的设备和操作程序来有效增强井壁的稳定性，提高气体钻井的效率。

根据本发明，提供了一种增加井壁稳定性的方法，其特征在于，在气体钻井中，往井壁上喷胶。

在上述方法中，可以在井壁上直接喷涂一种胶体材料，或者分别喷涂多种胶体材料组分，使各组分在井壁上混合并固化。

例如，在井壁上分别喷涂胶体材料的第一组分和第二组分，其中第一组分和第二组分在井壁上混合并固化。

在一个实施方案中，使用喷涂装置将第一组分和第二组分喷涂于井壁上，所述喷涂装置包括：筒体，所述筒体内设有挡板，将筒体分成第一部分和第二部分；设于筒体第一部分内部的两个储液槽，所述两个储液槽由另一个挡板隔开，分别装有第一组分和第二组分；设于筒体第二部分的四周外壁的喷嘴；以及连接储液槽和喷嘴的通道；其中，第一组分和第二组分分别通过不同的通道从不同的喷嘴喷出。

为使上述喷涂装置在未受压时，其中的喷涂材料不会从喷嘴中自动流出，可在装置中设置常规的阻挡元件。例如，喷嘴处设有盖子，当储液槽受压时，盖子自动脱落。该盖子优选为塑料盖子。

优选地，所述筒体为圆筒，用于喷出第一组分的喷嘴和喷出第二组分的喷嘴相互间隔排布。这样的排布方式有利于第一组分和第二组分在喷出后在井壁上相互混合。

一般而言，喷嘴的数量选择成使得能够使第一组分和第二组分喷出后在井壁上充分混合。喷嘴的大小也可根据实际要求来设计。在优选的情况下，所设计的喷嘴的大小设置成使得喷涂材料组分呈雾状喷出。当喷嘴的数量足够多并且具有适当的尺寸时，从喷嘴喷出的不同的喷涂材料组分的喷涂面积大部分重合，因此无需旋转喷涂装置即可实现不同组分喷出后在井壁上的充分混合。

根据本发明的增加井壁稳定的方法，其操作过程例如包括：将喷涂装置接在钻杆上并下入至目标地层，通过向钻杆中注气使储液槽增压，从而使第一组分和第二组分分别从喷嘴中喷出。

第一组分和第二组分可以为粘稠状或非粘稠状液体。一般情况下，优选单独的第一组分和第二组分无胶粘性，而两者混合后产生胶粘性。最优选第一组分和第二组分以1:1的比例混合时能够产生最大的胶粘性。在本发明的一个实施方案中，第一组分和第二组分中的其中一种是环氧树脂，另一种是环氧树脂固化剂。例如分别为环氧树脂AB胶中的A胶和B胶。

通常，第一组分和第二组分的混合物在常温下为粘稠状或非粘稠状液体，其使用温度为-50～+180℃，短时可达+250℃；当工作温度在100℃以上时固化时间小于1h，当工作温度在100℃以下时固化时间小于3h。混合物固化后强度大于18MPa，憎水性强，为耐高温胶粘剂。

在本发明的优选方案中，由于喷嘴喷出的胶液呈雾状均匀分布在较大面积的井壁上，第一组分的喷嘴与第二组分的喷嘴的相对距离很小，所以第一组分与第二组分在井壁上能够均匀混合，无需旋转仪器，喷涂完毕之后喷涂材料混合物的固化时间远小于起钻杆与换钻头下钻的时间，当再次钻遇易坍塌地层时，该地层井壁稳定性已经得到提高，避免了井壁的坍塌。

本发明所使用的喷涂装置，结构简单，操作简便，稳定性好，在使用时无需将喷涂材料组分提前混合。

总起来讲，采用本发明的增加井壁稳定性的方法，可带来以下几个优点：（1）能够对地层水进行有效的封堵，避免了气体钻井中通常因为地层出水而需停止气体钻井，延长了气体钻井的时间，有利于提高钻井的的速度，减少钻井周期；（2）能够显著地减少气体钻井过程中的干燥井壁时间，提高钻井效率；（3）由于在气体钻井过程中，井内几乎不存在液柱压力来支撑井壁，因此井壁容易掉块、甚至坍塌，而通过本发明的方法形成的封堵层能够保持已钻地层的稳定性，显著减少掉块，增加气体钻井的安全性。（4）采用本发明的方法能够在已钻地层上形成稳定的封堵层，因此在在气体钻井结束后的气液转换中，能够大幅降低井壁坍塌的可能，有利于气液转换的顺利实施。

附图说明

本发明所提供的附图是为了更清楚地解释本发明的思想，而不是对本发明的限制。

图1喷涂装置的示意图

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明，但本发明的范围并不限于此。

实施例1喷涂装置

图1显示了根据本发明的喷涂装置10的示意图。在该实施例中，喷涂装置10包括筒体1、储液槽2和储液槽3、以喷嘴4和喷嘴5为代表的多个未在图1中全部示出的喷嘴，以及图1未示出的位于筒体1内用于连接储液槽和喷嘴的通道。其中，筒体1内设有挡板8，将筒体1分成第一部分6和第二部分7。储液槽2和储液槽3设于筒体1第一部分6的内部，并用另一个挡板9隔开。喷嘴设于筒体1的第二部分7的四周外壁上。不同的储液槽对应不同的传输管道和喷嘴。

图1中的a和b分别指代两种不同的喷涂材料组分，即第一组分和第二组分。如图所示，第一组分和第二组分处于不同的储液槽（分别在储液槽2和储液槽3），从不同的喷嘴中喷出（例如分别从喷嘴4和喷嘴5中喷出），并且第一组分和第二组分的喷嘴相互间隔地均匀排列。喷嘴的个数应使得第一组分和第二组分喷出后能够在井壁上均匀混合。

在操作中，向装有第一组分和第二组分的喷涂装置注气加压，使第一组分和第二组分分别从各自的储液槽中通过所连接的通道和相应的喷嘴喷洒在井壁上，在井壁上混合，固化，从而加固井壁，防止坍塌。

实施例2增加井壁稳定性的喷胶方法

使用实施例1中的喷涂装置，用于石油钻井中的井壁喷胶支护。

在气体钻井过程中，当遇到容易垮塌的地层或遇到地层出水时，起钻，将空气锤或钻头换为如实施例所述的喷涂装置。在储液槽2和储液槽3中分别装有喷涂材料第一组分和第二组分。其中，第一组分为环氧树脂A胶，第二组分为环氧树脂B胶（即固化剂）。单独的第一组分和第二组分不具有胶粘性，当二者以1:1的比例混合时产生最大的胶粘性。将喷涂装置下入至目的井段，使用钻杆为气体通道，在缓慢下钻杆的同时向喷涂装置灵活加压，将第一组分和第二组分喷洒在井壁上进行混合固化。待喷洒完毕后，起钻，重新更换钻头之后，便可恢复正常的气体钻井。在该实施例中，工作温度约为90℃，喷涂材料喷出后的固化时间约为1.5h。

由于喷涂材料的固化时间小于起钻、换钻头和重新下钻所需的总的时间，因此当再次遇到易坍塌的地层时，由于已喷涂过的地层的稳定性已经得到提高，因而避免了大幅的井壁坍塌，只需对新遇到的已坍塌地层进行及时喷胶支护即可。

该井壁喷胶方法操作简便，只需将喷涂装置送入至预定的井段，通过钻杆向各组分加压，即可使各组分从喷嘴中喷出，实现喷涂。由于各组分的喷嘴间隔地紧密排布，因此各组分能够在井壁上均匀混合并自然固化，避免了喷涂材料组分提前混合所带来的操作上的不便，以及难以喷涂、提前固化等问题。

Claims (10)

1.一种增加井壁稳定性的方法，其特征在于，在气体钻井中，往井壁上喷胶。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在井壁上分别喷涂胶体材料的第一组分和第二组分，其中第一组分和第二组分在井壁上混合并固化。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，使用喷涂装置将第一组分和第二组分喷涂于井壁上，所述喷涂装置包括：

筒体，所述筒体内设有挡板，将筒体分成第一部分和第二部分；

设于筒体第一部分内部的两个储液槽，所述两个储液槽由另一个挡板隔开，分别装有第一组分和第二组分；

设于筒体第二部分的四周外壁的喷嘴；以及

连接储液槽和喷嘴的通道；

其中，第一组分和第二组分分别通过不同的通道从不同的喷嘴喷出。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，喷嘴处设有盖子，当储液槽受压时，盖子自动脱落。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述筒体为圆筒，用于喷出第一组分的喷嘴和喷出第二组分的喷嘴相互间隔排布。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，喷嘴的数量选择成使得能够使第一组分和第二组分喷出后在井壁上充分混合。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，喷嘴的大小设置成使得喷涂材料组分呈雾状喷出。

8.根据权利要求3-7中任一项所述的方法，其特征在于，将喷涂装置接在钻杆上并下入至目标地层，通过向钻杆中注气使储液槽增压，从而使第一组分和第二组分分别从喷嘴中喷出。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，第一组分和第二组分中的其中一种是环氧树脂，另一种是环氧树脂固化剂。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，第一组分和第二组分的混合物在常温下为粘稠状或非粘稠状液体，其使用温度为-50～+180℃；当工作温度在100℃以上时其固化时间小于1h，当工作温度在100℃以下时其固化时间小于3h。

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