CN105545247A - 一种油气井固井方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种油气井固井方法,根据油气井固井的相关尺寸参数确定对油气井进行顶替速凝水泥浆施工所需的顶替施工时间;根据顶替施工时间配制速凝水泥浆和缓凝水泥浆;依次向油气井内的油层套管中泵注入冲洗液、缓凝水泥浆和所述速凝水泥浆;以第一排量向油层套管内泵注顶替液,当速凝水泥浆被顶替到达油气井底部的套管浮鞋时,变为第二排量向油层套管内泵注顶替液,以将速凝水泥浆全部顶替至固井环空中结束。先第一排量后第二排量的变排量固井施工方式能够在稠化时间的零附加的前提下将速凝水泥浆顶替到位,避免了高压水窜层的水以溶解迁移的方式对环空中的水泥浆进行的破坏,因此防止了水侵的影响。
Description
技术领域
本发明注水开发油田技术领域,具体涉及一种油气井固井方法。
背景技术
随着油田开发逐步面向老油田,在注水开发区块的调整井固井工作量逐年增多,调整井经过长期的注水开发,地层压力发生了变化,会在油气层的不同井段形成高渗透的低压吸水层和因注水不连通造成的高压水窜层。
在以往的调整井固井施工中,通常是采用一个排量将水泥浆顶替至固井环空,并在水泥浆的稠化时间内完成顶替,即留有一段时间的稠化附加时间。整个顶替过程留有安全附加时间,即顶替到位后停泵候凝,固井环空浆柱处于静止状态,此时至水泥稠化仍有一段时间,由于环空摩阻的消失,浆柱对油气层产生的压力相对于顶替时降低,高压水窜层的水会以溶解迁移的方式对环空中的水泥浆进行破坏,因此会导致调整井固井质量差。
发明内容
本发明实施例通过提供一种油气井固井方法,解决了现有调整井固井环空中的水泥浆受高压水窜层水侵影响的技术问题。
本发明实施例提供一种油气井固井方法,包括如下步骤:
根据油气井固井的相关尺寸参数确定对所述油气井进行顶替速凝水泥浆施工所需的顶替施工时间;
根据所述顶替施工时间配制速凝水泥浆和缓凝水泥浆;
依次向所述油气井内的油层套管中泵注入冲洗液、所述缓凝水泥浆和所述速凝水泥浆;
以第一排量向所述油层套管内泵注顶替液,当所述速凝水泥浆被顶替到达所述油气井底部的套管浮鞋时,变为第二排量向所述油层套管内泵注所述顶替液,以将所述速凝水泥浆全部顶替至固井环空中结束。
优选的,所述根据油气井固井的相关尺寸参数确定对所述油气井进行顶替速凝水泥浆施工所需的顶替施工时间,包括:
根据第一部分所述相关尺寸参数与第一设定排量确定出泵注所述速凝水泥浆的速凝水泥浆泵注时长;
根据第二部分所述相关尺寸参数与第二设定排量确定出泵注所述顶替液的大排量顶替时长;
根据所述第一部分的所述相关尺寸参数与第三设定排量确定出泵注所述顶替液的小排量顶替时长,其中,所述第二设定排量大于所述第三设定排量;
将所述速凝水泥浆泵注时长、所述大排量顶替时长与所述小排量顶替时长之和确定为所述顶替施工时间。
优选的,所述根据所述顶替施工时间配制速凝水泥浆和缓凝水泥浆,包括:
向原始速凝水泥浆中加入促凝剂调整所述原始速凝水泥浆的稠化时间等于所述顶替施工时间,以形成为所述速凝水泥浆;
向所述原始缓凝水泥浆中加入缓凝剂调整所述原始缓凝水泥浆的稠化时间大于所述速凝水泥浆的稠化时间与泵注所述缓凝水泥浆时间之和,以形成为所述缓凝水泥浆。
优选的,当以所述第一排量向所述油层套管内泵注所述顶替液时没有延误情况下,所述第一排量等于所述第二设定排量,所述第二排量等于所述第三设定排量。
优选的,当以所述第一排量向所述油层套管内泵注所述顶替液时延误第一延误时长情况下,所述第一排量等于所述第二设定排量,所述第二排量经过如下计算得到:
其中,Q为所述第二排量,V3为以所述第三设定排量泵注所述顶替液的体积,Ta为所述顶替施工时间,T1为所述速凝水泥浆泵注时长,T2为所述大排量顶替时长,T4为所述第一延误时长。
优选的,当以所述第二设定排量向所述油层套管内泵注所述顶替液时延误第一延误时长情况下,在所述第一延误时长结束之后,继续以所述第一排量泵注所述顶替液,直至所述速凝水泥浆被顶替到达所述套管浮鞋时,再改以所述计算后的第二排量泵注所述顶替液。
优选的,所述顶替液为所述油气井中的钻井液。
优选的,所述第二排量小于所述第一排量的1/2。
优选的,所述第一排量为1.5-3.0m3/min,所述第二排量为0.5-1.5m3/min。
优选的,所述第一设定排量为0.8-1.2m3/min。
本发明实施例中提供的一个或多个技术方案,至少具有如下技术效果或优点:
1、由于在依次向油气井内的油层套管中泵注入冲洗液、缓凝水泥浆和所述速凝水泥浆后采用了先以第一排量向油层套管内泵注顶替液,当速凝水泥浆到达油气井底部的套管浮鞋时,变为第二排量向油层套管内泵注顶替液,以将速凝水泥浆全部顶替至固井环空中结束,先第一排量后第二排量的变排量固井施工方式能够在稠化时间的零附加的前提下将速凝水泥浆顶替到位,避免了高压水窜层的水以溶解迁移的方式对环空中的水泥浆进行的破坏,因此解决了现有调整井固井环空中的水泥浆受高压水窜层水侵影响的技术问题,防止了水侵的影响,提高了调整井固井质量。
2、由于顶替前期是以大于第二排量两倍的第一排量向油层套管内泵注顶替液到速凝水泥浆到达油气井底部的套管浮鞋,这种大排量泵注能够保证固井前置液的顶替效率,有效冲洗井壁,从而保证了二界面的胶结质量。顶替后期以第二排量的小排量泵注则能够控制顶替后期循环压耗的增加,确保不压漏地层。因此避免了持续大排量顶替会造成的低压吸水层渗漏或漏失的问题,也避免持续小排量泵注会造成的井壁不能得到有效的冲洗的问题。
3、采用本发明实施例中的油气井固井方法,则现场可以灵活调整第一排量变为第二排量的时机和每种排量,确保了固井施工安全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术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,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中油气井固井方法的总体流程图;
图2为本发明实施例中确定顶替施工时间的细化流程图;
图3为本发明实施例中顶替水泥浆的状态示意图;
图4为本发明实施例中速凝水泥浆到达套管浮鞋时的状态示意图;
图5为本发明实施例中速凝水泥浆顶替到位时的状态示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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作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。
本发明实施例提供的一种油气井固井方法,参考图1所示,包括如下步骤:
S101、根据油气井固井的相关尺寸参数确定对油气井进行顶替速凝水泥浆施工所需的顶替施工时间。
具体的,油气井固井的相关尺寸参数包括:完钻井深、油气层井段深度、钻头直径、油层套管的外径、油层套管的壁厚等等。则基于油气井固井的相关尺寸参数确定出顶替施工时间,则参考图2所示,步骤S101具体依次执行如下细化步骤确定出顶替施工时间:
首先执行步骤S1011:根据第一部分的相关尺寸参数与第一设定排量确定出泵注速凝水泥浆的速凝水泥浆泵注时长。
具体的,计算速凝水泥浆泵注时长所需的相关尺寸参数(即:第一部分的相关尺寸参数)有:钻头直径、油层套管的外径和油气层井段深度。则使用如下公式计算出所需泵注速凝水泥浆的体积V1:
其中,d1为钻头直径、d2为油层套管的外径,h1为油气层井段深度。
再根据计算出的所需泵注速凝水泥浆的体积与泵注速凝水泥浆的第一设定排量计算出该速凝水泥浆泵注时长,具体的,使用如下公式计算出速凝水泥浆泵注时长T1:
其中,Q1为第一设定排量,T1为速凝水泥浆泵注时长。
S1012:根据第二部分相关尺寸参数与第二设定排量确定出泵注顶替液的大排量顶替时长。
具体的,第二部分的相关尺寸参数为:完钻井深、油层套管的外径和油层套管的壁厚,从而根据油层套管的外径和油层套管的壁厚计算得到油层套管的容积,在具体实施过程中,油层套管的容积V套根据如下公式计算得到:
其中,d2为油层套管的外径,d3为油层套管的壁厚,h2为完钻井深。
接着,基于油层套管的容积和所需泵注速凝水泥浆的体积计算出大排量顶替时长,具体的,是根据如下公式计算出泵注顶替液的大排量顶替时长T2:
V2=V套-2×V1;
其中,V2为泵注顶替液的大排量顶替体积,Q2为第二设定排量,V1为经过S1011得到的泵注速凝水泥浆的体积V1,V套为油层套管的容积。
S1013:根据第一部分的相关尺寸参数与第三设定排量确定出泵注顶替液的小排量顶替时长,其中,第二设定排量大于第三设定排量。
具体的,泵注顶替液的小排量顶替体积与泵注速凝水泥浆的体积相同,则实际需要第一部分的相关尺寸参数也为:钻头直径、油层套管外径和油气层井段深度。
具体,根据如下公式计算出泵注顶替液的小排量顶替时长T3:
其中,V3为泵注顶替液的小排量顶替体积,Q3为第三设定排量,d1为钻头直径、d2为油层套管的外径,h1为油气层井段深度。
在通过上述S1011~S1013确定出速凝水泥浆泵注时长、大排量顶替时长与小排量顶替时长之后,接着执行S1014:将速凝水泥浆泵注时长、大排量顶替时长与小排量顶替时长之和确定为顶替施工时间。具体的,计算出顶替施工时间Ta为Ta=T1+T2+T3。
S102、根据顶替施工时间配制速凝水泥浆和缓凝水泥浆。
具体的,S102中的配制速凝水泥浆的实施方式具体为:向速凝水泥浆中加入促凝剂调整速凝水泥浆的稠化时间等于顶替施工时间。
在具体实施过程中,持续向原始的速凝水泥浆中加入促凝剂调整速凝水泥浆的稠化时间等于顶替施工时间,比如,使速凝水泥浆稠度为100Bc的时间等于顶替施工时间为止,从而形成了所需的速凝水泥浆。
具体的,S102中配制缓凝水泥浆的实施方式具体为:向原始缓凝水泥浆中加入缓凝剂调整缓凝水泥浆的稠化时间大于速凝水泥浆的稠化时间与泵注缓凝水泥浆时间之和。调整缓凝水泥浆的稠化时间大于速凝水泥浆的稠化时间与泵注缓凝水泥浆时间之和既是安全施工的需要,又是速凝水泥浆失重时有效压稳油气层的需要。
在S102之后接着执行S103:依次向油气井内的油层套管中泵注入冲洗液、缓凝水泥浆和速凝水泥浆。
具体的,在固井施工中:首先向油层套管内泵注冲洗液冲洗井壁;然后泵注S102配制出的缓凝水泥浆至油层套管内,再泵注S102配制出的速凝水泥浆至油层套管内。
在执行完S103之后,接着执行S104:以第一排量向油层套管内泵注顶替液,当速凝水泥浆被顶替到达油气井底部的套管浮鞋时,变为第二排量向油层套管内泵注顶替液,以将速凝水泥浆全部顶替至固井环空中结束。
具体的,执行S104时有两种情况,一种情况为:当以第一排量向油层套管内泵注顶替液时没有延误情况下的变排量顶替固井施工,则第一排量等于第二设定排量,第二排量等于第三设定排量,其中,第二排量小于第一排量的1/2。
首先从套管水泥头向油层套管内泵注冲洗液、缓凝水泥浆,然后以第一设定排量泵注速凝水泥浆,然后以第一排量泵注顶替液,此时固井环空中的钻井液从固井环空闸门排出;当速凝水泥浆到达套管浮鞋时,变为第二排量泵注顶替液,将速凝水泥浆全部顶替至固井环空中结束。
另一种情况为:以第一排量向油层套管内泵注顶替液时延误第一延误时长情况下的变排量顶替固井施工,则第一排量等于第二设定排量,则第二排量经过如下计算得到:
其中,Q为第二排量,V3为以第二设定排量泵注顶替液的体积,Ta为顶替施工时间,T1为速凝水泥浆泵注时长,T2为大排量顶替时长,T4为第一延误时长。通过增加大排量顶替时间或提高小排量顶替的排量,保证在到达速凝水泥浆稠化时间时顶替到位,确保油层套管内不留有水泥。
在具体实施过程中,第一排量为1.5-3.0m3/min,第二排量为0.5-1.5m3/min,第一设定排量为0.8-1.2m3/min,所使用的顶替液可以为油气井中的钻井液。比如,第一排量为1.5m3/min,第二排量为0.5m3/min,第一设定排量为0.8m3/min;比如,第一排量为3.0m3/min,第二排量为1.5m3/min,第一设定排量为1.2m3/min;比如,第一设定排量为1.0m3/min,第一排量为2.0m3/min,第二排量为0.5m3/min。
下面以某直井为例,参考图1~图5对本发明的应用进行举例说明,但是不用于限制本发明:
具体的,完钻井深3800m,钻头直径215.9mm,下入外径139.7mm、壁厚7.72mm的油层套管3,油气层井段为3300m~3800m,水泥要求返深为2700m,设计7m3冲洗液,顶替液采用原井的钻井液,泥浆泵排量为1.8~2.2m3/min,水泥车排量为0.3~1.2m3/min。
步骤一、根据油气井固井的相关尺寸参数确定对油气井进行顶替速凝水泥浆施工所需的顶替施工时间:首先,正常施工情况下根据现场设备情况设计变排量固井的参数:确定泵注速凝水泥浆的第一设定排量为1.0m3/min,第一排量为2.0m3/min,第二排量为0.5m3/min。
1、计算速凝水泥浆泵注时长T1:
(1)d1=215.9mm,d2=139.7mm,π取3.14,油气层井段深度为3800-3300=500m,则计算出速凝水泥浆的体积V1为:
(2)V1=10.64m3,Q1=1.0m3/min,则计算出的速凝水泥浆泵注时长T1为:
2、计算大排量顶替时长T2:
(1)d2=139.7mm,d3=7.72mm,π取3.14,油层套管3的容积V套为:
(2)V1=10.64m3,V套=46.09m3,则计算出的泵注顶替液的大排量顶替体积V2为:
V2=V套-2×V1=46.09-2×10.64=24.81m3
(3)V2=24.81m3,Q2=2.0m3/min,则计算出的大排量顶替时长T2为:
3、其中小排量顶替水泥浆的时间是从速凝水泥浆到达套管浮鞋6开始到顶替到位结束,则计算小排量顶替时长T3为:
因此,顶替施工时间Ta为:
Ta=T1+T2+T3=10.64+12.41+21.28=44.33min
步骤二:根据顶替施工时间Ta=T1+T2+T3=10.64+12.41+21.28=44.33min配制速凝水泥浆和缓凝水泥浆。
1、配制速凝水泥浆:通过向速凝水泥浆中加入促凝剂,调整速凝水泥浆稠化时间Tb,使速凝水泥浆稠度为100Bc的时间Tb为44.33min。
2、配制缓凝水泥浆:
(1)计算缓凝水泥浆的体积V0为:
(2)计算泵注缓凝水泥浆时长T0为:
(3)计算缓凝水泥浆的稠化时间Tc:
Tc>Tb+T0=44.33+12.77=57.1min
通过向缓凝水泥浆中加入缓凝剂,调整缓凝水泥浆稠化时间Tc,使缓凝水泥浆稠度为100Bc的时间Tc大于57.1min。在具体实施过程中,大于57.1min的Tc均可以,比如Tc为60min,又比如Tc为70min。
在执行完步骤二之后,假如没有延误情况下,则执行步骤三的变排量顶替固井施工;假如延误第一延误时长情况下,则执行步骤四的变排量顶替固井施工。
步骤三:参考图3~图5所示,首先从套管水泥头4以1.0m3/min的排量向油层套管3内泵注7m3冲洗井壁2的冲洗液8,以及12.77m3的缓凝水泥浆9之后,再以1.0m3/min的排量向油层套管3内泵注封固油气层1井段的10.64m3的速凝水泥浆10,然后以2.0m3/min的第一排量泵注顶替液11,此时固井环空中的钻井液7从固井环空闸门5排出,具体参考图3所示。以2.0m3/min的第一排量泵注完24.81m3的顶替液11时,速凝水泥浆10到达套管浮鞋6,此时的状态参考图4所示。在如图4所示的速凝水泥浆10到达套管浮鞋6时改为以0.5m3/min的第二排量泵注10.64m3的顶替液11后施工结束,顶替到位情况参考图5所示。
步骤四:如在泵注速凝水泥浆10开始到大排量泵注顶替液11结束前的某环节中有5min的延误,可根据步骤一的计算方法,通过增加大排量顶替时长或提高小排量顶替的排量,保证在到达速凝水泥浆10稠化时间时将速凝水泥浆顶替到位,确保油层套管3内不留有水泥,具体来讲:
1、计算小排量顶替的剩余时间T剩:
T剩=Ta-T1-T2-5=44.33-10.64-12.41-5=16.28min
2、计算顶替速凝水泥浆的排量Q:
3、变排量顶替固井施工:延误5min后,继续以2.0m3/min的第一排量泵注钻井液,直到24.81m3钻井液泵注完成,然后以0.65m3/min的排量泵注钻井液10.64m3,施工结束。从而通过增加大排量顶替时间和提高小排量顶替的排量,保证在到达速凝水泥浆稠化时间时顶替到位,确保油层套管3内不留有水泥。
通过上述本发明实施例中提供的一个或多个技术方案,至少具有如下技术效果或优点:
1、由于在依次向油气井内的油层套管中泵注入冲洗液、缓凝水泥浆和所述速凝水泥浆后采用了先以第一排量向油层套管内泵注顶替液,当速凝水泥浆到达油气井底部的套管浮鞋时,变为第二排量向油层套管内泵注顶替液,以将速凝水泥浆全部顶替至固井环空中结束,先第一排量后第二排量的变排量固井施工方式能够在稠化时间的零附加的前提下将速凝水泥浆顶替到位,避免了高压水窜层的水以溶解迁移的方式对环空中的水泥浆进行的破坏,因此防止了水侵的影响,因此解决了现有调整井固井环空中的水泥浆受高压水窜层水侵影响的技术问题,防止了水侵的影响,提高了调整井固井质量。
2、由于顶替前期是以大于第二排量两倍的第一排量向油层套管内泵注顶替液到速凝水泥浆到达油气井底部的套管浮鞋,这种大排量泵注能够保证固井前置液的顶替效率,有效冲洗井壁,从而保证了二界面的胶结质量。顶替后期以第二排量的小排量泵注则能够控制顶替后期循环压耗的增加,确保不压漏地层。因此避免了持续大排量顶替会造成的低压吸水层渗漏或漏失的问题,也避免持续小排量泵注会造成的井壁不能得到有效的冲洗的问题。
3、采用本发明实施例中的油气井固井方法,则现场可以灵活调整第一排量变为第二排量的时机和每种排量,确保了固井施工安全。
尽管已描述了本发明的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种油气井固井方法,其特征在于,包括如下步骤:
根据油气井固井的相关尺寸参数确定对所述油气井进行顶替速凝水泥浆施工所需的顶替施工时间;
根据所述顶替施工时间配制速凝水泥浆和缓凝水泥浆;
依次向所述油气井内的油层套管中泵注入冲洗液、所述缓凝水泥浆和所述速凝水泥浆;
以第一排量向所述油层套管内泵注顶替液,当所述速凝水泥浆被顶替到达所述油气井底部的套管浮鞋时,变为第二排量向所述油层套管内泵注所述顶替液,以将所述速凝水泥浆全部顶替至固井环空中结束。
2.如权利要求1所述的油气井固井方法,其特征在于,所述根据油气井固井的相关尺寸参数确定对所述油气井进行顶替速凝水泥浆施工所需的顶替施工时间,包括:
根据第一部分所述相关尺寸参数与第一设定排量确定出泵注所述速凝水泥浆的速凝水泥浆泵注时长;
根据第二部分所述相关尺寸参数与第二设定排量确定出泵注所述顶替液的大排量顶替时长;
根据所述第一部分的所述相关尺寸参数与第三设定排量确定出泵注所述顶替液的小排量顶替时长,其中,所述第二设定排量大于所述第三设定排量;
将所述速凝水泥浆泵注时长、所述大排量顶替时长与所述小排量顶替时长之和确定为所述顶替施工时间。
3.如权利要求2所述的油气井固井方法,其特征在于,所述根据所述顶替施工时间配制速凝水泥浆和缓凝水泥浆,包括:
向原始速凝水泥浆中加入促凝剂调整所述原始速凝水泥浆的稠化时间等于所述顶替施工时间,以形成为所述速凝水泥浆;
向所述原始缓凝水泥浆中加入缓凝剂调整所述原始缓凝水泥浆的稠化时间大于所述速凝水泥浆的稠化时间与泵注所述缓凝水泥浆时间之和,以形成为所述缓凝水泥浆。
4.如权利要求3所述的油气井固井方法,其特征在于,当以所述第一排量向所述油层套管内泵注所述顶替液时没有延误情况下,所述第一排量等于所述第二设定排量,所述第二排量等于所述第三设定排量。
5.如权利要求3所述的油气井固井方法,其特征在于,当以所述第一排量向所述油层套管内泵注所述顶替液时延误第一延误时长情况下,所述第一排量等于所述第二设定排量,所述第二排量经过如下计算得到:
其中,Q为所述第二排量,V3为以所述第三设定排量泵注所述顶替液的体积,Ta为所述顶替施工时间,T1为所述速凝水泥浆泵注时长,T2为所述大排量顶替时长,T4为所述第一延误时长。
6.如权利要求5所述的油气井固井方法,其特征在于,当以所述第二设定排量向所述油层套管内泵注所述顶替液时延误第一延误时长情况下,在所述第一延误时长结束之后,继续以所述第一排量泵注所述顶替液,直至所述速凝水泥浆被顶替到达所述套管浮鞋时,再改以所述计算后的第二排量泵注所述顶替液。
7.如权利要求1-5中任一权项所述的油气井固井方法,其特征在于,所述顶替液为所述油气井中的钻井液。
8.如权利要求1所述的油气井固井方法,其特征在于,所述第二排量小于所述第一排量的1/2。
9.如权利要求8所述的油气井固井方法,其特征在于,所述第一排量为1.5-3.0m3/min,所述第二排量为0.5-1.5m3/min。
10.如权利要求2所述的油气井固井方法,其特征在于,所述第一设定排量为0.8-1.2m3/min。
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