CN104514513A - 水平井水平段免水泥固井方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水平井水平段免水泥固井方法，包括建构水平段带套管固定工具的完井系统结构管串：下入建构的管串下至油气井井底位置，进行泥浆循环，启动套管固定工具，将套管与井壁进行有效固定，建立井内循环；向井内投球，憋压试压后，打压、稳压至打开免钻塞工具内的封隔器胀封通道，胀封封隔器；继续打压、稳压，直至关闭封隔器胀封通道；继续打压至注水泥通道开启；然后固井胶塞继续下行至免钻塞工具关闭座，关闭注水泥通道；最后，将免钻塞工具内筒及配套附件、固井胶塞打捞出井，完成整个工艺施工过程。采用该完井方法可以简化施工工艺，缩短作业周期，降低完井的成本。

Description

水平井水平段免水泥固井方法

技术领域

本发明涉及油气井完井方法技术领域的一种水平井水平段免水泥固井方法。

背景技术

水平井水平段采用水泥固井是国内外完井普遍采用的一种完井方式。水平井在各大油田的勘探开发中被普遍运用。由于水平井其固有的特点，水平井固井面临下套管摩阻较大、水泥浆失水量多、大斜度段和水平段套管不居中以及存在岩屑床等因素影响而与直井相比固井成功率低且费用高，长水平段固井作业难度高，固井质量差。当前水平井固井质量低下的原因，在重力作用下水平段套管多偏向下井壁，水泥浆在固井的时侯容易将钻井液从宽间隙处顶替，造成顶替效率在窄间隙处的低下，形成滞留钻井液，进而造成薄厚不均的水泥环，在某些地方，甚至没有水泥环形成，从而对固井质量产生严重影响。因此要求水泥浆要有良好的稳定性、低滤失性和流变性能。由于水平井的特殊受力条件，泥浆、水泥浆及隔离液所受的重力方向已经不再是轴向而是径向了，为了获得好的顶替效率及保证水泥浆的胶结质量，需要增大水泥浆的稠度系数， 同时减小水泥浆的流性指数，控制水泥浆的自由水及失水，保持很好的体系稳定性及较高的强度和最好的施工性能。

现有提高水平井固井质量的措施：井眼清洁及泥浆性能调节，水平井在造斜段和水平段钻进时一般采用混油钻井液,改善井壁和套管壁的润湿性能。优选管串附件和使用套管漂浮技术可有效改善水平井套管居中情况，从而提高顶替效率。提高所使用的水泥浆体系性能和相关的固井工具需要被尽快的完善并提高，在这一基础上，水平井固井工艺才能形成一套高效的技术，从而将大量储存的低渗透难动用油藏被更好的开发利用。但是现有的措施无疑，一方面增加了施工工序，延长作业周期，加大了完井成本，另一方面增加了入井工具和作业管串数量，也加大了作业风险。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的问题，提供一种水平井水平段免水泥固井的完井方法，以改变现有水泥固井技术，解决水平井水平段固井工艺复杂、固井质量差的问题。

本发明的技术方案如下：

第一种水平井水平段免水泥固井方法：

首先，建构水平段带套管固定工具的完井系统结构管串：从井底直至井口的水平井段依次连接有引鞋、洗井装置、起压装置、套管、套管固定工具，在水平井与直井过度的造斜段安装免钻塞工具和固井胶塞，其中免钻塞工具包括外筒、打捞内套、开启座、关闭座和封隔器；

其二，下入建构的管串下至油气井井底位置，进行泥浆循环，启动套管固定工具，将套管与井壁进行有效固定，建立井内循环；

其三，向井内投球，憋压试压后，打压、稳压至打开免钻塞工具内的封隔器胀封通道，胀封封隔器；

其四，继续打压、稳压，直至关闭封隔器胀封通道；

其五，继续打压至注水泥通道开启，当固井胶塞在水泥浆顶替过程中下行至免钻塞工具的上封隔器开启阀时，将碰触开启上封隔器压力通道，建立直井段的井内水泥浆循环；然后固井胶塞继续下行至免钻塞工具关闭座，关闭注水泥通道；

最后，将免钻塞工具内筒及配套附件、固井胶塞打捞出井，完成整个工艺施工过程。

第二种水平井水平段免水泥固井方法：

首先，建构水平段带套管固定工具的完井系统结构管串：从井底直至井口的水平井段依次连接有引鞋、洗井装置、起压装置、套管、套管固定工具，在水平井与直井过度的造斜段安装分级箍和固井胶塞；

其二，下入建构的管串下至油气井井底位置，进行泥浆循环，启动套管固定工具，将套管与井壁进行有效固定，建立井内循环；

其三，打压、稳压至打开分级箍，进行注水泥浆固井作用；

其四，继续打压、稳压，直至关闭分级箍；

最后，下入钻头钻穿固井胶塞及其它附件，使套管内恢复通径，完成整个工艺施工过程。

上述两种方法中所述的套管固定工具为自膨胀封隔器或套管锚；所述的洗井装置、起压装置分别为洗井阀和球座滑套。

本发明还特别针对套管锚给出了技术方案：

套管锚包括：中心管、套在中心管外且与中心管构成轴向滑动密封配合的液缸套、套在中心管外且与液缸套联动的上托、以及套装固定在中心管下部的下托，上、下托之间通过相互铰链的主动锚爪和从动锚爪分别与对应的上、下托铰链，主动锚爪和从动锚爪为两组以上且均布在中心管外的上、下托之间，在中心管上径向开设液压通孔，通孔设在与液缸套的内环形空腔对应部位。

上述方案还包括：在中心管的上端设有接箍，液缸套上部固连与中心管滑动密封配合的密封套，液缸套中、下部设置与中心管外壁滑动配合的O型密封圈，密封套的上部和中心管之间设有止退机构。

上述方案进一步包括：所述的止退机构是由与密封套固连的止退环和固连在中心管外壁的齿条构成，在止退环外包裹有止退环帽，止退环帽通过剪钉固定在中心管外壁，在止退环帽上行止点处的中心管上固定有防撞环。

上托和下托与主动锚爪和从动锚爪、以及主动锚爪和从动锚爪之间均通过销轴铰链，且主动锚爪和从动锚爪彼此连接端均从连接处向外延长出一段尖端。

上托与下托圆面上加工有定位挡块，下托由卡环固定在中心管上，卡环外包有卡环护帽。

本发明的优点是：

1、本发明极大地节省了现有技术中为了提高水平段固井质量而采用的各种扶正器，简化施工工艺，节约了完井成本。

2、本发明的方法提出了水平段不使用水泥固井，减少水泥对油层污染，更好地保护油气层，达成接近理想的生产效能。

3、解决了传统的水平井水平段水泥固井对井眼清洁、水泥浆体系要求比较高的问题。

4、摒除了传统工艺在注水泥和替泥过程中，需要采用紊流顶替提高顶替效率的特殊要求。

5、省略了传统工艺为了清除环空钻井液及冲刷井壁泥饼，保证固井质量，而必须使用前置冲洗隔离液的工艺流程。

总之，本发明通过工艺及工具的改进，改变传统的水平井固井工艺，使水平井水平段免水泥固井，既可以避免上述的固井作业难度高，固井质量差的问题，又可以节约成本和简化施工过程。

附图说明

图1 为本发明一种实施例状态示意图。

图2 为上述实施例在套管锚开启状态示意图。

图3 为上述实施例在直井段固井状态示意图。

图4 为一种套管锚开启作业状态时的结构示意图(完井作业后的状态)。

图5 为套管锚主、从动锚爪支撑件结构示意图。

具体实施方式

本发明的完井井身结构直井段及造斜段采用目前使用的水泥固井工艺，水平段不固井，而采用套管固定工具对套管进行固定。水平段从井底至井口依次连接洗井阀、球座，以及套管与套管固定工具按一定顺序交错连接。为实现仅在直井段固井，在造斜段可以添加顶部注水泥工具，例如常规的分级箍，或者近几年新兴的免钻塞工具（例如中国专利ZL201120157427.4 公开的免钻塞工具）。采用常规分级箍时，即进行打开分级箍、分级箍顶部正常固井、关闭分级箍、钻塞等步骤。采用免钻塞工具，则进行胀封免钻装置上的胶筒→打开免钻装置上的循环通道→固井作业→关闭免钻装置上的循环通道→打捞免钻装置内套过程。下面结合具体实施例叙述采用不同顶部注水泥工具时的施工工艺过程。

实施例1：

下面以采用免钻塞工具（中国专利ZL201120157427.4）作为套管固定工具为例对该完井方法进行详细说明。

形式采用图1所示的结构形式。首先建构水平段带套管固定工具的完井系统结构管串：从下至上直至井口依次连接设置有引鞋1-1、洗井阀1-2、球座滑套1-3、套管1-4、套管固定工具1-5和免钻塞工具，免钻塞工具主要包括打捞内套1-6和管外封隔器1-7等部件。管串下入过程中，套管固定工具1-5为关闭状态，不影响管串下入。建构的管串下放到油气井指定位置，进行泥浆循环。胀封套管固定装置，将套管与井壁进行有效固定，建立如图2所示的井内循环。投球，憋压5MPa试压，继续打压到9MPa，稳压5min；打开免钻塞工具内的封隔器胀封通道，胀封封隔器，继续打压到11MPa，稳压3min；关闭封隔器胀封通道；继续打压16～18 MPa，注水泥通道开启，建立如图3所示的井内循环并开始注水泥。注水泥结束后，投入固井胶塞开始顶替作业。在水泥浆顶替过程中下行至上封隔器开启阀时，将碰触开启上封隔器压力通道；然后固井胶塞继续下行至关闭座，关闭注水泥通道。最后通过打捞矛将免钻塞工具打捞内套及配套附件、固井胶塞等打捞出井，完成整个工艺施工过程。

实施例2

若采用分级箍作为顶部注水泥工具，则完井方法步骤与实施例1基本相似。区别在于建构的水平段带套管固定工具的完井系统结构管串免钻塞位置用分级箍代替。套管下到设计井深后，开泵憋压5～10～12MPa，各稳压3～5min，胀封管外封隔器。继续憋压到18MPa,打开压差式分级箍；先单凡尔小排量循环一周以上，待泥浆循环正常后大排量循环，至正常；进行注水泥作业，水泥车碰压(顶替结束注意检查回流，如有回流，平衡压差附加2-3MPa憋压候凝)。候凝、电测固井质量；装井口防喷装置，采用Φ89mm钻杆连接Φ154mm钻头加压40～60KN,钻分级箍、盲板，钻时，勤活动钻具，防卡；钻穿后，上下活动，以清除毛刺，下钻通井到泥饼清洗装置顶端，循环1～2周，静止观察2～3h，无异常起钻。完成整个工艺施工过程。

上述的套管固定工具，可以使用自膨胀封隔器，也可以套管锚等固定工具。下面结合具体实施例对几种套管固定工具进行详细描述。

实施例3

采用可遇油或遇水膨胀的自膨胀封隔器作为套管固定工具。该封隔器由基管和可遇油或遇水膨胀橡胶制成的胶筒构成。可按一定规则串联在套管中，在井下膨胀后封隔水层和支撑固定套管。也可全部在套管外壁硫化可遇油或遇水膨胀的橡胶，橡胶膨胀后代替固井，用于支撑和固定套管。

下面针对套管锚的实施例包括

实施例4：

套管锚包括：中心管、套在中心管外且与中心管构成轴向滑动密封配合的液缸套、套在中心管外且与液缸套联动的上托、以及套装固定在中心管下部的下托，上、下托之间通过相互铰链的主动锚爪和从动锚爪分别与对应的上、下托铰链，主动锚爪和从动锚爪为两组以上且均布在中心管外的上、下托之间，在中心管上径向开设液压通孔，通孔设在与液缸套的内环形空腔对应部位。

实施例1是一种简化方案的实施例。所用过程中需要不断借助中心管施加液压力（或者借助外部工具）维持主动锚爪和从动锚爪支撑状态，同时液缸套与中心管的密封也需要精度加工。

优化方案的套管锚实施例5：

对照附图4和5，接箍1与中心管2之间采用螺纹连接，中心管2下部设有下接头18，其通径与套管相同。销钉3将防撞环4固定在中心管2上接近止退环帽7的位置，防止液缸套在下井过程中被井壁碰撞提前打开。止退环5通过连接套（也称密封套）8与液缸套10连接，并与固定在中心管2外壁的齿条（图中未标出）配合，防止液缸套10倒退。止退环帽7通过剪钉6固定在中心管2上，用于防护止退环和辅助止退。液缸套10与中心管2之间安装有O型密封圈9、11。液缸套10下面设置上托12、下托15，上托12、下托15与中心管之间有密封圈16进行密封（也可以不密封）。上托12和下托15之间为主动锚爪13和从动锚爪14，主动锚爪13和从动锚爪14及上托12、下托15之间用销轴（20、21）连接（即铰链），即主动锚爪13和从动锚爪14各有一端彼此活动连接（即铰链），另一端分别与上托12和下托13活动链接（即铰链），且彼此连接端均从连接处向外延长出一段尖端，可在锚爪张开后插入地层。上托12与下托15圆面上加工有定位挡块，22下托15由卡环22固定在中心管上；卡环22外通过销钉23连接卡环护帽17，卡环护帽17除了保护卡环22，防止其脱出同时还起到保护锚爪的作用。

套管锚的锚爪侧面形状见图5，锚爪向外延伸插入地层端优选做成钢叉形状，固定地层更加牢靠。

当套管锚到达预定位置时，从管内打压到12MPa，剪钉被剪断，液缸套在压力作用下下行推动与上托相连接的主动锚爪，主动锚爪和从动锚爪共同作用，将管串撑起，起到将套管居中的目的。

施工时将套管锚连接套管串中，该套管锚初始外径与套管外径相同，不会对套管下入造成影响。下入到指定位置后，进行泥浆循环，投球，球到达球座位置，管串中球座直接与套管串联，当套管串下到位后，先灌满泥浆，然后投球，开泵，小排量将球送到球座位置，开始起压，达到一定压力时，液缸套剪断锁销，液缸套向下轴向移动，套管锚锚爪钢叉开启并使之插入井壁并实现套管固定。液缸套上的防撞环控制液缸套移动距离，中心管与液缸套上的止退机构构成自锁装置，防止液缸套回退，保证固定效果。建构的管串下放到油气井指定位置，进行泥浆循环，正常后，向管串内投入低密度球，封闭管串的内部通道，继续地面打压，慢慢憋压，首先打到10MPa、12MPa稳压2min，充分胀封套管锚，其中在12MPa时明显有压力波动，表明套管锚已胀封，打压到15MPa，憋掉球座，建立如图2所示的井内循环。

     本发明通过上述实施例更进一步说明，其能够客服现有技术在进行水平井固井过程中存在的质量差问题，通过工具及方法与完井方式相结合的综合研究，有效地解决了水平井固井质量差的问题，简化了施工工艺，缩短了作业周期，降低了完井的成本。

Claims (7)

1.水平井水平段免水泥固井方法，

首先，建构水平段带套管固定工具的完井系统结构管串：从井底直至井口的水平井段依次连接有引鞋、洗井装置、起压装置、套管、套管固定工具，在水平井与直井过度的造斜段安装免钻塞工具和固井胶塞，其中免钻塞工具包括外筒、打捞内套、开启座、关闭座和封隔器；

其二，下入建构的管串下至油气井井底位置，进行泥浆循环，启动套管固定工具，将套管与井壁进行有效固定，建立井内循环；

其三，向井内投球，憋压试压后，打压、稳压至打开免钻塞工具内的封隔器胀封通道，胀封封隔器；

其四，继续打压、稳压，直至关闭封隔器胀封通道；

其五，继续打压至注水泥通道开启，当固井胶塞在水泥浆顶替过程中下行至免钻塞工具的上封隔器开启阀时，将碰触开启上封隔器压力通道，建立直井段的井内水泥浆循环；然后固井胶塞继续下行至免钻塞工具关闭座，关闭注水泥通道；

最后，将免钻塞工具内筒及配套附件、固井胶塞打捞出井，完成整个工艺施工过程。

2.根据权利要求1所述的水平井水平段免水泥固井方法，其特征为：所述的套管固定工具为自膨胀封隔器或套管锚；所述的洗井装置、起压装置分别为洗井阀和球座滑套。

3.水平井水平段免水泥固井方法，

首先，建构水平段带套管固定工具的完井系统结构管串：从井底直至井口的水平井段依次连接有引鞋、洗井装置、起压装置、套管、套管固定工具，在水平井与直井过度的造斜段安装分级箍和固井胶塞；

其二，下入建构的管串下至油气井井底位置，进行泥浆循环，启动套管固定工具，将套管与井壁进行有效固定，建立井内循环；

其三，打压、稳压至打开分级箍，进行注水泥浆固井作用；

其四，继续打压、稳压，直至关闭分级箍；

最后，下入钻头钻穿固井胶塞及其它附件，使套管内恢复通径，完成整个工艺施工过程。

4.根据权利要求3所述的水平井水平段免水泥固井方法，其特征为：所述的套管固定工具为自膨胀封隔器或套管锚；所述的洗井装置、起压装置分别为洗井阀和球座滑套。

5.根据权利要求2或4所述的水平井水平段免水泥固井方法，其特征是所述的套管锚包括：中心管、套在中心管外且与中心管构成轴向滑动密封配合的液缸套、套在中心管外且与液缸套联动的上托、以及套装固定在中心管下部的下托，上、下托之间通过相互铰链的主动锚爪和从动锚爪分别与对应的上、下托铰链，主动锚爪和从动锚爪为两组以上且均布在中心管外的上、下托之间，在中心管上径向开设液压通孔，通孔设在与液缸套的内环形空腔对应部位；在中心管的上端设有接箍，液缸套上部固连与中心管滑动密封配合的密封套，液缸套中、下部设置与中心管外壁滑动配合的O型密封圈，密封套的上部和中心管之间设有止退机构。

6.根据权利要求5所述的水平井水平段免水泥固井方法，其特征是：所述的止退机构是由与密封套固连的止退环和固连在中心管外壁的齿条构成，在止退环外包裹有止退环帽，止退环帽通过剪钉固定在中心管外壁，在止退环帽上行止点处的中心管上固定有防撞环。

7.根据权利要求6所述的水平井水平段免水泥固井方法，其特征是：上托和下托与主动锚爪和从动锚爪、以及主动锚爪和从动锚爪之间均通过销轴铰链，且主动锚爪和从动锚爪彼此连接端均从连接处向外延长出一段尖端；上托与下托圆面上加工有定位挡块，下托由卡环固定在中心管上，卡环外包有卡环护帽。