CN106321012B - 一种用于弱胶结地层的固井方法和装置 - Google Patents
一种用于弱胶结地层的固井方法和装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种用于弱胶结地层的固井方法和装置，该方法包括：获取弱胶结地层的地质样本；根据地质样本，确定弱胶结地层的含水率、密度、砂粒粒径和孔隙比；根据孔隙比和砂粒粒径，确定固化材料的粒径和固井施工参数；根据固化材料的粒径和固井施工参数，对弱胶结地层实现固井。本发明通过将固井工艺技术和灌浆加固技术相结合，在前置液中加入优选的固化材料，并通过一定的压差使加入固化材料的前置液渗透进入弱胶结地层，使井筒附近的弱胶结地层形成具有一定强度的结构体系之后，在对井筒进行注水泥加固，在水泥环的周围形成一层强度渐变的外壳，起到对水泥环支撑的作用，从根本上解决了弱胶结地层的固井质量问题。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻采技术领域，尤其涉及一种用于弱胶结地层的固井方法和装置。
背景技术
随着我国对油气资源的需求量持续增加和陆上东部油气产量的下降，西部、深水海域的油气以及水合物资源将变成我国石油工业可持续发展的重要领域。弱胶结地层是广泛分布在我国深水浅层和西部侏罗系、白垩系等地层中，特殊的成岩环境和沉积过程形成了其独特的地质条件与力学性质。
首先，对于深水弱胶结地层而言，地层压实时间短，渗透率高，所以高压浅层水在地层中会具有一定的流动性，产生应力波动，破坏水泥环，造成浅部水层井涌，严重时会导致井眼坍塌，造成油气井报废。其次，对于陆地弱胶结地层，破裂梯度低，在注水泥浆过程中极易发生漏失，成为施工安全的隐患。再者，弱胶结地层压实差，地层强度低，而水泥环的强度高且具有脆性特征，不能有效地与周围地层胶结形成强度统一体，致使水下井口装置整体下沉。针对于以上的问题，常规的水泥浆体系和固井工艺技术无法有效适应弱胶结地层复杂的地质条件，更不能保证水泥环附近的弱胶结地层不发生破坏，因此由于弱胶结地层固井质量引发的事故频发。
目前，解决弱胶结地层固井质量问题的研究主要集中在水泥浆体系的研发上，性能优异的水泥浆体系在一定程度上解决了浅层水泥浆漏失、浅层水流动和深水环境下水泥早期强度低的问题。但是，由于弱胶结地层与水泥环的强度差异造成的井口装置整体下移问题，至今没有解决。同时，在海底浅层流的扰动下，弱胶结地层容易产生应力波动，导致水泥环发生脆性破坏。因此，水泥浆体系不能从根本上解决弱胶结地层的固井质量问题。
固井二界面的有效封隔是提高固井封固完整性的关键措施，为此部分学者对于泥饼固化技术进行了研究，这种方法有效解决了陆地井出现的气窜问题，这种思路把解决固井质量问题的方法由水泥环扩展到了界面上。尽管这种方法提高了常规地层的固井质量，但弱胶结地层比常规地层松软的多，对水泥环的支撑作用非常弱，二界面固化之后，其有限的厚度对固井质量的提升微乎其微，所以仅靠界面的固化，同样不能彻底解决弱胶结地层的固井质量问题。因此，弱胶结地层的固井质量问题是固井行业亟待解决的关键问题。
发明内容
本发明提供一种用于弱胶结地层的固井方法和装置，旨在解决弱胶结地层的固井质量问题，进而提高弱胶结地层的固井质量和固井强度。
一方面，本发明提供一种用于弱胶结地层的固井方法，所述方法包括：
获取弱胶结地层的地质样本；
根据所述地质样本，确定弱胶结地层的含水率、密度和砂粒粒径；
根据所述含水率和密度，确定所述弱胶结地层的孔隙比；
根据所述孔隙比和砂粒粒径，确定用于所述弱胶结地层固井的固化材料的粒径和固井施工参数，其中，所述固井施工参数包括注入时间、注入压力和注入固化材料总量；
根据所述固化材料的粒径和所述固井施工参数，对所述弱胶结地层实现固井。
可选的，所述根据所述固化材料的粒径和所述固井施工参数，对所述弱胶结地层实现固井，包括：
根据所述固化材料的粒径，选择合适的固化材料；
将所述固化材料与固井基液相混合，制作一定固化浆液黏度的弱胶结地层固化浆液，其中，所述固化浆液黏度根据所述弱胶结地层固井要求确定；
根据所述注入时间和所述注入压力，将所述注入固化材料总量的固化浆液按照所述注入压力到井筒与所述弱胶结地层之间的环形空间；
待所述固化浆液渗透至预定固化范围后，向所述井筒与所述弱胶结地层之间的环形空间注入水泥。
可选的，所述根据所述地质样本，确定弱胶结地层的含水率、密度和砂粒粒径，包括：
用取土环刀获取与所述取土环刀容积相等的地质样本，确定所述地质样本的质量和密度，其中，所述密度为所述地质样本的质量与所述取土环刀的容积的比值；
确定所述地质样本的含水率，所述含水率为烘干前的所述地质样本的质量与烘干后所述地质样本的质量的差值，与烘干后所述地质样本的质量的比值；
采用筛分法和激光粒度分析仪测试法相结合的方法确定所述烘干后的地质样本的砂粒粒径。
可选的，所述根据所述含水率和密度，确定所述弱胶结地层的孔隙比，包括：
根据所述地质样本的质量和所述地质样本的密度，确定所述地质样本的体积；
根据所述地质样本的质量和所述地质样本的含水率，确定所述地质样本中的水的质量，进而根据所述地质样本中的水的质量与水的密度，确定所述地质样本中的水的体积；
根据所述地质样本中的水的体积与所述地质样本的体积的比值，确定所述地质样本的孔隙比。
可选的，所述根据所述孔隙比和砂粒粒径，确定用于所述弱胶结地层固井的固化材料的粒径和固井施工参数，包括：
根据所述地质样本的孔隙比，确定一定地址范围内的所述弱胶结地层的孔隙体积，所述孔隙体积用于表征所述弱胶结地层对应的最大注入固化材料总量；
采用E.B.Burwell判据，根据所述地质样本的砂粒粒径的粒径分布曲线，确定用于所述弱胶结地层固井的固化材料的粒径；
根据固化材料的粒径，确定用于所述弱胶结地层固井的固化材料；
根据实际工况确定固井施工参数，其中，所述固井施工参数包括注入时间、注入压力和注入固化材料总量。
另一方面，本发明实施例还提供一种用于弱胶结地层的固井装置，所述装置包括：
获取模块，用于获取弱胶结地层的地质样本；
第一确定模块，用于根据所述地质样本，确定弱胶结地层的含水率、密度和砂粒粒径；
第二确定模块，用于根据所述含水率和密度，确定所述弱胶结地层的孔隙比；
第三确定模块，用于根据所述孔隙比和砂粒粒径，确定用于所述弱胶结地层固井的固化材料的粒径和固井施工参数，其中，所述固井施工参数包括注入时间、注入压力和注入固化材料总量；
处理模块，用于根据所述固化材料的粒径和所述固井施工参数，对所述弱胶结地层实现固井。
可选的，所述处理模块具体包括：
第一处理子模块，用于根据所述固化材料的粒径，选择合适的固化材料；
第一制作子模块，用于将所述固化材料与固井基液相混合，制作一定固化浆液黏度的弱胶结地层固化浆液，其中，所述固化浆液黏度根据所述弱胶结地层固井要求确定；
第一注入子模块，用于根据所述注入时间和所述注入压力，将所述注入固化材料总量的固化浆液按照所述注入压力到井筒与所述弱胶结地层之间的环形空间；
第二注入子模块，用于待所述固化浆液渗透至预定固化范围后，向所述井筒与所述弱胶结地层之间的环形空间注入水泥。
可选的，所述第一确定模块包括：
第一确定子模块，用于用取土环刀获取与所述取土环刀容积相等的地质样本，确定所述地质样本的质量和密度，其中，所述密度为所述地质样本的质量与所述取土环刀的容积的比值；
第二确定子模块，用于确定所述地质样本的含水率，所述含水率为烘干前的所述地质样本的质量与烘干后所述地质样本的质量的差值，与烘干后所述地质样本的质量的比值；
第三确定子模块，用于采用筛分法和激光粒度分析仪测试法相结合的方法确定所述烘干后的地质样本的砂粒粒径。
可选的，所述第二确定模块具体用于：根据所述地质样本的质量和所述地质样本的密度，确定所述地质样本的体积；
根据所述地质样本的质量和所述地质样本的含水率，确定所述地质样本中的水的质量，进而根据所述地质样本中的水的质量与水的密度，确定所述地质样本中的水的体积；
根据所述地质样本中的水的体积与所述地质样本的体积的比值，确定所述地质样本的孔隙比。
可选的，所述第三确定模块具体用于：
根据所述地质样本的孔隙比，确定一定地质范围内的所述弱胶结地层的孔隙体积，所述孔隙体积用于表征所述弱胶结地层对应的最大注入固化材料总量；
采用E.B.Burwell判据，根据所述地质样本的砂粒粒径的粒径分布曲线，确定用于所述弱胶结地层固井的固化材料的粒径；
根据固化材料的粒径，确定用于所述弱胶结地层固井的固化材料；
根据实际工况确定固井施工参数，其中，所述固井施工参数包括注入时间、注入压力和注入固化材料总量。
本发明实施例提供的用于弱胶结地层的固井方法，获得了弱胶结地层的地质样本后，根据弱胶结地层的样本的含水率和密度确定了弱胶结地层的孔隙比，进而根据弱胶结地层的孔隙比和砂粒粒径，优化选择用于弱胶结地层固井的固化材料的粒径和固井施工参数，进而根据该固化材料的粒径和固井施工参数，对弱胶结地层实现固井。本发明实施例提供的用于弱胶结地层的固井方法，通过将固井工艺技术和灌浆加固技术相结合，在前置液中加入优选的固化材料，并通过一定的压差使加入固化材料的前置液渗透进入弱胶结地层，使井筒附近的弱胶结地层形成具有一定强度的结构体系之后，在对井筒进行注水泥加固，在水泥环的周围形成一层强度渐变的外壳，起到对水泥环支撑的作用，从根本上解决了弱胶结地层的固井质量问题。同时，本发明实施例通过对弱胶结地层的物性参数分析，优选用于该弱胶结地层的固化材料，同时对该固化材料的固井施工参数进行优化，保证了水泥环附近的弱胶结地层不发生破坏，使水泥环有效的与其周围的弱胶结地层胶结形成强度统一体，有效的避免了由于弱胶结地层固井质量问题引起的事故。
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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的用于弱胶结地层的固井方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的固井方法与现有技术的固井方法的固井效果对比图；
图3为本发明实施例的用于弱胶结地层的固井装置的结构示意图；
图4为本发明实施例的另一种用于弱胶结地层的固井装置的结构示意图；
图5为本发明实施例的再一种用于弱胶结地层的固井装置的结构示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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做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。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本发明实施例提供的用于弱胶结地层的固井方法可以由终端设备执行。本发明实施例的终端设备可以是个人计算机、平板电脑、笔记版电脑、服务器等终端设备。
下面以具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
图1为本发明实施例一提供的用于弱胶结地层的固井方法的流程示意图。如图1所示，本发明实施例一提供的用于弱胶结地层的固井方法包括以下步骤：
步骤S101：获取弱胶结地层的地质样本。
具体地，可以通过地质勘探的方式获取需要固井区的弱胶结地层的地质样本。示例的，可以在油井周围设置采样井，获取该地区的弱胶结地层的地质样本。当然，也可以通过地震法等地质勘探方法获取该地区的弱胶结地层的地质样本。本发明实施例对此不做限定，本领域技术人员可参考现有技术。
步骤S102：根据所述地质样本，确定弱胶结地层的含水率、密度和砂粒粒径。
具体的，获取到该地区的弱胶结地层的地质样本之后，从该弱胶结地层的地质样本中采用取土环刀获取与该取土环刀容积相等的地质样本，通过称重法获取该地质样本的质量，通过测量体积法确定该取土环刀的容积，进而根据该地质样本的质量和该取土环刀的容积确定该地质样本的密度，即该地质样本的密度等于该地质样本的质量与该取土环刀的容积之间的比值。
进一步的，将称重完的地质样本，放入70℃～100℃的烤箱中烘烤一定时间，其中，优选的，将该地质样本放在烤箱里面烘烤一个小时，烘烤时间不能过短，也不能太长，因为烘烤时间过短将会导致地质样本中的水分为烘烤彻底，烘烤时间太长，将会导致地质样本自身的水分分解，因此烘烤时间过短和过长，都将会造成所测得的地质样本的含水率不准。通过称重法对该烘干后的地质样本进行称重，获得烘干后的地质样本的质量，进而根据该地质样本烘烤前后的质量确定该地质样本的含水率，即该弱胶结地层地质样本的含水率，其中该地质样本的含水率为烘干前的地质样本的质量与烘干后地质样本的质量的差值和烘干后地质样本的质量的比值。
进一步的，将上述烘干后的地质样本采用筛分法和激光粒度分析仪测试法相结合的方法确定烘干后的地质样本的砂粒粒径。具体的，采用筛分法，对烘干后的地质样本通过筛分获取其中颗粒粒径小于0.01mm的颗粒质量，进而根据颗粒粒径小于0.01mm的颗粒质量与该地质样本的质量，确定该地质样本的泥质含量，该泥质含量为颗粒粒径小于0.01mm的颗粒质量与该地质样本的质量的比值。采用激光粒度分析仪测试法获取该地质样本的砂粒粒径分布曲线，对于采用激光粒度分析仪测试法获取该地质样本的砂粒粒径分布曲线的具体过程，本发明实施例对此不做详细介绍，本领域技术人员可参考现有技术。
步骤S103：根据所述含水率和密度，确定所述弱胶结地层的孔隙比。
具体的，根据该地质样本的质量和该地质样本的密度，确定该地质样本的体积，其中，该地质样本的体积等于该地质样本的质量和该地质样本的密度的比值。当然，本发明实施例的方法，还可以直接将通过容积法获得的取土环刀容积作为该地质样本的体积，本发明实施例对此不做限定。
进一步，根据该地质样本的质量和该地质样本的含水率，确定该地质样本中的水的质量，具体的，该地质样本中的水的质量等于该地质样本的质量和该地质样本的含水率的乘积。获得了该地质样本中含有的水的质量之后，根据水的密度，可以计算得到该地质样本中含有的水的体积，即该地质样本中含有的水的体积等于该地质样本中含有的水的质量与水的密度的比值。
再进一步的，获取到了该地质样本中含有的水的体积之后，根据该地质样本中含有的水的体积与该地质样本的体积，确定该地质样本的孔隙比，其中，该地质样本的孔隙比等于该地质样本中含有的水的体积与该地质样本的体积的比值。
步骤S104：根据所述孔隙比和砂粒粒径，确定用于所述弱胶结地层固井的固化材料的粒径和固井施工参数，其中，所述固井施工参数包括注入时间、注入压力和注入固化材料总量。
首先，根据该地质样本的孔隙比，确定一定地质范围内的该弱胶结地层的孔隙体积，孔隙体积用于表征该弱胶结地层对应的最大注入固化材料总量。具体的，采用地质测量法和固井需求，确定该井周围需要固化的该弱胶结地层的体积，进而根据该地质样本的孔隙比和该井周围需要固化的该弱胶结地层的体积，确定需要固化的该弱胶结地层的孔隙体积，其中，需要固化的该弱胶结地层的孔隙体积等于该地质样本的孔隙比和该井周围需要固化的该弱胶结地层的体积的乘积。
进一步的，采用E.B.Burwell判据，根据该地质样本的砂粒粒径的粒径分布曲线，确定用于该弱胶结地层固井的固化材料的粒径。具体的，采用E.B.Burwell判据，根据该地质样本的砂粒粒径的粒径分布曲线上10％与15％对应的粒径，计算用于该弱胶结地层固井的固化材料85％与95％对应的粒径，具体的计算公式如下：
N＝D15/d85
M＝D10/d95
其中，：N＞25时，为可注入该弱胶结地层的固化材料的粒径；N＜11时，为不可注入该弱胶结地层的固化材料的粒径；M＞11时，为可注入该弱胶结地层的固化材料的粒径；当M＜5时，为不可注入该弱胶结地层的固化材料的粒径；D10和D15分别为该地质样本的砂粒粒径的粒径分布曲线上10％与15％对应的砂砾的直径；d85和d95分别为用于该弱胶结地层固井的固化材料粒度分析曲线上85％、95％对应的直径。
进一步的，获得了用于该弱胶结地层固井的固化材料的粒径之后，根据该固化材料的粒径，从材料库中确定用于所述弱胶结地层固井的固化材料。最后，根据优选的固化材料的性质和该弱胶结地层的实际工况，确定固井施工参数，其中，固井施工参数包括注入时间、注入压力和注入固化材料总量。
示例的，该弱胶结地层的固井施工参数可以通过模拟弱胶结地层固井地面实验装置，通过实验的方式选择，具体的，通过模拟弱胶结地层固井地面实验装置测量固化浆液在一定压差下每分钟可注入弱胶结地层的体积，根据实际实验情况和固化浆液的注入情况以及弱胶结地层的强度变化情况，确定施工时间要求，即确定固化浆液的注入时间和水泥的注入时间，以及固化浆液的凝固时间和水泥环的形成时间，同时，根据注入固化浆液后的弱胶结地层的强度变化情况，确定固化浆液的注入压力。
步骤S105：根据所述固化材料的粒径和所述固井施工参数，对所述弱胶结地层实现固井。
在上述实施例的步骤中，已经根据优选后的固化材料的粒径，确定了用于该弱胶结地层固井的固化材料，进而将该固化材料与固井基液进行混合，制作出具有一定固化浆液黏度的弱胶结地层固化浆液，其中，用于该弱胶结地层固井的固化浆液黏度可以由弱胶结地层固井要求确定，具体的根据该弱胶结地层的具体情况设置，本发明实施例对此不做限定。
根据上述步骤S104中确定的固井施工参数，按照该注入时间，将该注入固化材料总量对应的固化浆液按照该注入压力注入到井筒与弱胶结地层之间的环形空间，固化浆液注入完成后，待固化浆液渗透至预定的固化范围后，再向井筒与弱胶结地层之间的环形空间注入水泥，形成高强度的水泥环。
示例的，经本发明实施例的固井方法固化之后的弱胶结地层，如图2B部分所示，固化后的井筒附近，水泥环的强度最高，其次，沿远离水泥环的方向，固化后的弱胶结地层的强度逐渐降低，与如图2中A部分所示的现有技术的固井方法固化形成的弱胶结地层相比，在水泥环的周围形成一层强度渐变的外壳，起到对水泥环支撑的作用，从根本上解决了弱胶结地层的固井质量问题。
本发明实施例提供的用于弱胶结地层的固井方法，通过将固井工艺技术和灌浆加固技术相结合，在前置液中加入优选的固化材料，并通过一定的压差使加入固化材料的前置液渗透进入弱胶结地层，使井筒附近的弱胶结地层形成具有一定强度的结构体系之后，在对井筒进行注水泥加固，在水泥环的周围形成一层强度渐变的外壳，起到对水泥环支撑的作用，从根本上解决了弱胶结地层的固井质量问题。同时，本发明实施例通过对弱胶结地层的物性参数分析，优选用于该弱胶结地层的固化材料，同时对该固化材料的固井施工参数进行优化，保证了水泥环附近的弱胶结地层不发生破坏，使水泥环有效的与其周围的弱胶结地层胶结形成强度统一体，有效的避免了由于弱胶结地层固井质量问题引起的事故。
图3为本发明实施例二提供的用于弱胶结地层的固井装置的结构示意图。如图3所示，本发明实施例二提供的用于弱胶结地层的固井装置用于终端设备，该终端设备可以是个人计算机、平板电脑、笔记版电脑、服务器等，该固井装置包括：
获取模块310，用于获取弱胶结地层的地质样本；
第一确定模块320，用于根据所述地质样本，确定弱胶结地层的含水率、密度和砂粒粒径；
第二确定模块330，用于根据所述含水率和密度，确定所述弱胶结地层的孔隙比；
第三确定模块340，用于根据所述孔隙比和砂粒粒径，确定用于所述弱胶结地层固井的固化材料的粒径和固井施工参数，其中，所述固井施工参数包括注入时间、注入压力和注入固化材料总量；
处理模块350，用于根据所述固化材料的粒径和所述固井施工参数，对所述弱胶结地层实现固井。
可选的，参考图4所示，处理模块350具体包括：
第一处理子模块351，用于根据所述固化材料的粒径，选择合适的固化材料；
第一制作子模块352，用于将所述固化材料与固井基液相混合，制作一定固化浆液黏度的弱胶结地层固化浆液，其中，所述固化浆液黏度根据所述弱胶结地层固井要求确定；
第一注入子模块353，用于根据所述注入时间和所述注入压力，将所述注入固化材料总量的固化浆液按照所述注入压力到井筒与所述弱胶结地层之间的环形空间；
第二注入子模块354，用于待所述固化浆液渗透至预定固化范围后，向所述井筒与所述弱胶结地层之间的环形空间注入水泥。
可选的，参考图5所示，第一确定模块320包括：
第一确定子模块321，用于用取土环刀获取与所述取土环刀容积相等的地质样本，确定所述地质样本的质量和密度，其中，所述密度为所述地质样本的质量与所述取土环刀的容积的比值；
第二确定子模块322，用于确定所述地质样本的含水率，所述含水率为烘干前的所述地质样本的质量与烘干后所述地质样本的质量的差值，与烘干后所述地质样本的质量的比值；
第三确定子模块323，用于采用筛分法和激光粒度分析仪测试法相结合的方法确定所述烘干后的地质样本的砂粒粒径。
可选的，第二确定模块330具体用于：
根据所述地质样本的质量和所述地质样本的密度，确定所述地质样本的体积；
根据所述地质样本的质量和所述地质样本的含水率，确定所述地质样本中的水的质量，进而根据所述地质样本中的水的质量与水的密度，确定所述地质样本中的水的体积；
根据所述地质样本中的水的体积与所述地质样本的体积的比值，确定所述地质样本的孔隙比。
可选的，第三确定模块340具体用于：
根据所述地质样本的孔隙比，确定一定地址范围内的所述弱胶结地层的孔隙体积，所述孔隙体积用于表征所述弱胶结地层对应的最大注入固化材料总量；
采用E.B.Burwell判据，根据所述地质样本的砂粒粒径的粒径分布曲线，确定用于所述弱胶结地层固井的固化材料的粒径；
根据固化材料的粒径，确定用于所述弱胶结地层固井的固化材料；
根据实际工况确定固井施工参数，其中，所述固井施工参数包括注入时间、注入压力和注入固化材料总量。
需要说明的是：上述实施例提供的一种用于弱胶结地层的固井方法在进行弱胶结地层固井的过程中时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将设备的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的用于弱胶结地层的固井装置与用于弱胶结地层的固井方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
本发明实施例提供的用于弱胶结地层的固井装置，获得了弱胶结地层的地质样本后，根据弱胶结地层的样本的含水率和密度确定了弱胶结地层的孔隙比，进而根据弱胶结地层的孔隙比和砂粒粒径，优化选择用于弱胶结地层固井的固化材料的粒径和固井施工参数，进而根据该固化材料的粒径和固井施工参数，对弱胶结地层实现固井。本发明实施例提供的用于弱胶结地层的固井装置，通过将固井工艺技术和灌浆加固技术相结合，在前置液中加入优选的固化材料，并通过一定的压差使加入固化材料的前置液渗透进入弱胶结地层，使井筒附近的弱胶结地层形成具有一定强度的结构体系之后，在对井筒进行注水泥加固，在水泥环的周围形成一层强度渐变的外壳，起到对水泥环支撑的作用，从根本上解决了弱胶结地层的固井质量问题。同时，本发明实施例的固井装置通过对弱胶结地层的物性参数分析，优选用于该弱胶结地层的固化材料，同时对该固化材料的固井施工参数进行优化，保证了水泥环附近的弱胶结地层不发生破坏，使水泥环有效的与其周围的弱胶结地层胶结形成强度统一体，有效的避免了由于弱胶结地层固井质量问题引起的事故。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种用于弱胶结地层的固井方法，其特征在于，所述方法包括：
获取弱胶结地层的地质样本；
根据所述地质样本，确定弱胶结地层的含水率、密度和砂粒粒径；
根据所述含水率和密度，确定所述弱胶结地层的孔隙比；
根据所述孔隙比和砂粒粒径，确定用于所述弱胶结地层固井的固化材料的粒径和固井施工参数，其中，所述固井施工参数包括注入时间、注入压力和注入固化材料总量；
根据所述固化材料的粒径，选择合适的固化材料；
将所述固化材料与固井基液相混合，制作一定固化浆液黏度的弱胶结地层固化浆液，其中，所述固化浆液黏度根据所述弱胶结地层固井要求确定；
根据所述注入时间，将所述注入固化材料总量的固化浆液按照所述注入压力到井筒与所述弱胶结地层之间的环形空间；
待所述固化浆液渗透至预定固化范围后，向所述井筒与所述弱胶结地层之间的环形空间注入水泥。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述地质样本，确定弱胶结地层的含水率、密度和砂粒粒径，包括：
用取土环刀获取与所述取土环刀容积相等的地质样本，确定所述地质样本的质量和密度，其中，所述密度为所述地质样本的质量与所述取土环刀的容积的比值；
确定所述地质样本的含水率，所述含水率为烘干前的所述地质样本的质量与烘干后所述地质样本的质量的差值，与烘干后所述地质样本的质量的比值；
采用筛分法和激光粒度分析仪测试法相结合的方法确定所述烘干后的地质样本的砂粒粒径。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述含水率和密度，确定所述弱胶结地层的孔隙比，包括：
根据所述地质样本的质量和所述地质样本的密度，确定所述地质样本的体积；
根据所述地质样本的质量和所述地质样本的含水率，确定所述地质样本中的水的质量，进而根据所述地质样本中的水的质量与水的密度，确定所述地质样本中的水的体积；
根据所述地质样本中的水的体积与所述地质样本的体积的比值，确定所述地质样本的孔隙比。
4.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述孔隙比和砂粒粒径，确定用于所述弱胶结地层固井的固化材料的粒径和固井施工参数，包括：
根据所述地质样本的孔隙比，确定一定地质范围内的所述弱胶结地层的孔隙体积，所述孔隙体积用于表征所述弱胶结地层对应的最大注入固化材料总量；
采用E.B.Burwell判据，根据所述地质样本的砂粒粒径的粒径分布曲线，确定用于所述弱胶结地层固井的固化材料的粒径；
根据固化材料的粒径，确定用于所述弱胶结地层固井的固化材料；
根据实际工况确定固井施工参数，其中，所述固井施工参数包括注入时间、注入压力和注入固化材料总量。
5.一种用于弱胶结地层的固井装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于获取弱胶结地层的地质样本；
第一确定模块，用于根据所述地质样本，确定弱胶结地层的含水率、密度和砂粒粒径；
第二确定模块，用于根据所述含水率和密度，确定所述弱胶结地层的孔隙比；
第三确定模块，用于根据所述孔隙比和砂粒粒径，确定用于所述弱胶结地层固井的固化材料的粒径和固井施工参数，其中，所述固井施工参数包括注入时间、注入压力和注入固化材料总量；
处理模块，用于根据所述固化材料的粒径和所述固井施工参数，对所述弱胶结地层实现固井；
所述处理模块具体包括：
第一处理子模块，用于根据所述固化材料的粒径，选择合适的固化材料；
第一制作子模块，用于将所述固化材料与固井基液相混合，制作一定固化浆液黏度的弱胶结地层固化浆液，其中，所述固化浆液黏度根据所述弱胶结地层固井要求确定；
第一注入子模块，用于根据所述注入时间和所述注入压力，将所述注入固化材料总量的固化浆液按照所述注入压力到井筒与所述弱胶结地层之间的环形空间；
第二注入子模块，用于待所述固化浆液渗透至预定固化范围后，向所述井筒与所述弱胶结地层之间的环形空间注入水泥。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一确定模块包括：
第一确定子模块，用于用取土环刀获取与所述取土环刀容积相等的地质样本，确定所述地质样本的质量和密度，其中，所述密度为所述地质样本的质量与所述取土环刀的容积的比值；
第二确定子模块，用于确定所述地质样本的含水率，所述含水率为烘干前的所述地质样本的质量与烘干后所述地质样本的质量的差值，与烘干后所述地质样本的质量的比值；
第三确定子模块，用于采用筛分法和激光粒度分析仪测试法相结合的方法确定所述烘干后的地质样本的砂粒粒径。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二确定模块具体用于：根据所述地质样本的质量和所述地质样本的密度，确定所述地质样本的体积；
根据所述地质样本的质量和所述地质样本的含水率，确定所述地质样本中的水的质量，进而根据所述地质样本中的水的质量与水的密度，确定所述地质样本中的水的体积；
根据所述地质样本中的水的体积与所述地质样本的体积的比值，确定所述地质样本的孔隙比。
8.根据权利要求5～7任一项所述的装置，其特征在于，所述第三确定模块具体用于：
根据所述地质样本的孔隙比，确定一定地质 范围内的所述弱胶结地层的孔隙体积，所述孔隙体积用于表征所述弱胶结地层对应的最大注入固化材料总量；
采用E.B.Burwell判据，根据所述地质样本的砂粒粒径的粒径分布曲线，确定用于所述弱胶结地层固井的固化材料的粒径；
根据固化材料的粒径，确定用于所述弱胶结地层固井的固化材料；
根据实际工况确定固井施工参数，其中，所述固井施工参数包括注入时间、注入压力和注入固化材料总量。
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