CN111706305A - 双目标层煤层气井选择性分段固井工艺及井身结构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于煤层气井固井技术领域，具体涉及一种双目标层煤层气井选择性分段固井工艺及井身结构。通过提供一种通过一次固井，封固两个目标煤层上下区间，目标煤层下入滑套不固井的井身结构及相应工艺，降低储层污染，提高渗透性。优点如下：（1）煤层段下入滑套不固井，降低固井水泥环对煤层污染，同时能避免煤层垮塌进入井筒；（2）一次固井实现非煤层段水泥固井，阻隔富水地层对后期排采对影响的同时，保持煤层段的原始渗透性；（3）二开井身结构，井身结构简单，井下材料一次性下入，作业效率高；（4）与CN104481468B技术方案相比，无需填砂和冲砂工作，不会造成储层激荡，降低近井地带渗透率；（5）煤层段预先下入滑套，后期压裂施工不用射孔。
Description
技术领域
本发明属于煤层气固井技术领域，具体涉及一种双目标层煤层气井选择性分段固井工艺及井身结构。
背景技术
通过煤层气完井建立生产层与井眼之间的沟通,是联系采气和钻井的关键环节。常用的煤层气井完井方式有裸眼完井、套管完井、洞穴完井等方式。裸眼完井为防止钻井液和水泥对煤层对损伤，煤层段裸孔不固井，虽然对储层伤害小，但由于煤层塌落需要频繁清洗井；套管完井对煤层段进行水泥固井，稳定储层段结构，后期配合水力压裂改造，缺点是固井水泥污染煤层，特别是煤层气储层一般为欠压储层，在固井水泥压力作用下，近井地带煤层裂缝受水泥污染严重；洞穴完井是在裸眼完井的基础上，对煤层段通过长时间水力冲刷、地面憋压、或者机械掏穴使井壁煤层发生破坏，再将井底煤粉清除，根据美国的经验，洞穴完井适合于自然渗透率5-10毫达西，易碎煤层，中国煤层气储层很难达到该渗透率条件。发明专利CN104481468B提出了一种煤层气井裸眼井完井工艺，具体方式为第一次开孔采用直径311.15mm钻头钻进形成一开孔，下入J55φ244.50mm第一表层套管，固井候凝，起到防塌、防漏作用，第二次开孔采用直径215.9mm钻头钻进，钻进至目标煤层底板以下50m完钻，煤层段下入φ177.8mm的筛管，非煤层段下入φ177.8mm套管，填压裂砂至煤层顶板以上1m，压裂砂上部注入高度为500mm隔离液，下入N80φ139.70mnm技术套管，套管底部距离煤层顶板2m，固井水泥返至地表，候凝，用直径118mm第三钻头钻穿水泥塞及封闭隔离物区间，用清水将筛管及以下区间内所填压裂砂冲干净同时套管的孔内的压裂石英砂全部冲刷干净，这样一来，煤层段不存在水泥，不会堵塞污染煤层。但该方案仍存在不足：①煤层段筛管及其以下部分套管需要特殊下入工具，来将套管和筛管下入并将上部回收，②煤层段以下虽是套管完井，但不能阻隔地层与井筒之间的沟通，若存在富水地层，会造成困难液面难以降低，不利于煤层气解吸，③N80φ139.70mnm技术套管固井后需要扫孔并用大量清水进行冲砂作业，冲砂过程储层压力激荡对近井地带渗透率有不利影响，④只适用于单煤层，对于同时开发多个目标层的区域，需要多次进行填砂、冲砂作业，效率低，⑤煤层和筛管之间充满压裂砂，筛管7上每米有16个孔，所述的孔直径10mm，接触面非常小，想要将筛管与煤层间压裂砂全部冲洗干净几乎不可能，⑥若筛管段压裂砂沿筛管孔隙进入井筒容易造成卡泵，影响排采稳定性。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过一次固井，封固两个目标煤层上下非煤地层段，目标煤层下入滑套保持裸露的固井工艺及井身结构，以降低储层污染，提高渗透性。
本发明是采用以下技术方案实现的：双目标层煤层气井选择性分段固井工艺及井身结构，包括以下步骤：
①第一次开孔钻进基岩以下10-20米形成一开钻孔，下入第一表层套管，固井候凝，起到防塌、防漏作用；
②第二次开孔采用直径小于第一表层套管内径钻头进行钻进，穿过上下两个目标煤层并钻进至下部目标煤层底板以下50m完钻，进行终孔测井，根据测井深度数据排列入井材料位置，底部为套管鞋，两个目标煤层段下入预制滑套，下入过程中滑套保持关闭状态，其他非煤段下入套管，煤层段预制滑套与其上方套管之间依次连接封隔器、分级箍；
③通过井径数据及煤层深度数据计算各段环空水泥用量，包括井底至下部煤层段滑套底部环空水泥需要量a，下部封隔器顶部到上部煤层段滑套底部环空水泥需要量b，上部封隔器顶部到上部目标煤层顶板以上200m范围环空水泥需要量c；
④在套管内注入水泥量a，进行常规水泥固井，顶替碰压，完成下部煤层以下固井段水泥注入；
⑤投入下部封隔球，坐入下部球座，打压将下部煤层段滑套打开，并膨胀下部封隔器，通过下部分级箍注入水泥量b，完成上部煤层段滑套底部到下部封隔器顶部区间水泥注入；
⑥投入上部封隔球，坐入上部球座，打压将上部煤层段滑套打开，并膨胀上部封隔器，通过上部分级箍注入水泥量c，完成上部封隔器顶部到上部目标煤层顶部200m范围区间水泥注入，候凝48小时；
⑦下入外径小于上（中、下）部套管内径的钻头，钻扫各个封隔球、球座及分级箍内的胶塞，形成通径满足下油管要求。
与现有技术相比具有的有益效果：
（1）与裸眼和洞穴完井工艺相比，本方案煤层段下入滑套不固井，保持煤层裸露的同时，避免煤层垮塌大量碎屑进入井筒，影响后期排采；
（2）与套管完井相比，本方案煤层段不固井，降低储层污染，预制滑套设有预留孔满足后期压裂省去射孔环节，节约费用。
（3）与发明专利CN104481468B对比本方案具有以下优点:
①下部煤层段滑套以下水泥固井，阻隔富水地层对后期排采对影响；②不需要进行填砂和冲砂作业，进而不会造成储层激荡，降低近井地带渗透率，③固井材料一次性下入，不需要下入工具，同时实现双目标煤层段下入滑套不固井，降低储层污染，非目标层水泥固井封固含水层，效率高，④煤层和滑套之间为清水，不会影响煤层与滑套之间连通性。
附图说明
图1本发明所述双目标层煤层气井选择性分段固井井身结构示意图。
图2本发明所述步骤④的示意图。
图3本发明所述步骤⑤的示意图。
图4本发明所述步骤⑥的示意图。
图5本发明所述步骤⑦的示意图。
图6煤层段滑套示意图。
1-一开钻孔，2-第一表层套管，3-二开钻孔，4-上部目标煤层，5-下部目标煤层，6-套管鞋，7-下部套管，8-下部煤层段滑套，9-下部球座，10-下部封隔器，11-下部分级箍，12-中部套管，13-上部煤层段滑套，14-上部球座，15-上部封隔器，16-上部分级箍，17-上部套管，18-下部煤层以下固井段水泥，19-下部封隔球，20-上部煤层段滑套底部到下部封隔器顶部区间水泥，21-上部封隔球，22-上部封隔器顶部到上部目标煤层顶部200m范围区间水泥。
具体实施方式
①第一次开孔采用直径311.15mm钻头钻进基岩一下10-20米形成一开钻孔1，下入J55φ244.50mm第一表层套管2，固井候凝，起到防塌、防漏作用；
②第二次开孔采用215.9mm钻头钻进，穿过上下两个目标煤层并钻进至下部目标煤层5底板以下50m完钻，进行终孔测井，根据测井深度数据排列入井材料位置，如图1，从钻孔底部向上依次为套管鞋6、下部套管7，下部煤层段滑套8，下部球座9，下部封隔器10，下部分级箍11，中部套管12，上部煤层段滑套13，上部球座14，上部封隔器15，上部分级箍16，上部套管17；
③通过井径数据及煤层深度数据计算各段环空水泥用量，包括井底至下部煤层段滑套8底部环空水泥需要量a，下部封隔器10顶部到上部煤层段滑套13底部环空水泥需要量b，上部封隔器15顶部到上部目标煤层4顶板以上200m范围环空水泥需要量c；
④如图2，在套管内注入水泥量a，进行常规水泥固井，顶替碰压，完成下部煤层以下固井段水泥18注入；
⑤如图3，投入下部封隔球19，坐入下部球座9，打压将下部煤层段滑套8打开，并膨胀下部封隔器10，通过下部分级箍11注入水泥量b，完成上部煤层段滑套底部到下部封隔器顶部区间水泥20注入；
⑥如图4，投入上部封隔球21，坐入上部球座14，打压将上部煤层段滑套13打开，并膨胀上部封隔器15，通过上部分级箍16注入水泥量c，完成上部封隔器顶部到上部目标煤层顶部200m范围区间水泥22注入，候凝48小时；
⑦如图5，下入外径149.2mm钻头，钻扫封隔球、球座及分级箍内的胶塞、形成通径满足下油管要求。
套管鞋底部设有单向阀，允许水泥单向流出（流向套管与井壁之间）。
封隔器均自带单向凡尔，保证封隔器坐封后不会因套管内压力降低自然解封。
本发明的技术特点：
（1）煤层段下入滑套不固井，降低固井水泥环对煤层污染，同时能避免煤层垮塌进入井筒；
（2）一次固井实现非煤层段水泥固井，阻隔富水地层对后期排采对影响，同时保持煤层段的原始渗透性；
（3）二开井身结构，井身结构简单，井下材料一次性下入，提高作业效率；
（4）与CN104481468B技术方案相比，不用进行填砂和冲砂工作，不会造成储层激荡，降低近井地带渗透率；
（5）煤层段预先下入滑套，后期压裂施工不用射孔。
Claims (7)
1.双目标层煤层气井选择性分段固井工艺及井身结构，其特征在于，包括以下步骤：
①第一次开孔钻进基岩以下10-20米形成一开钻孔（1），下入第一表层套管（2），固井候凝，起到防塌、防漏作用；
②第二次开孔采用直径小于第一表层套管内径的钻头进行钻进，穿过上下两个目标煤层并钻进至下部目标煤层（5）底板以下50m完钻，进行终孔测井，根据测井深度数据排列入井材料位置，底部为套管鞋（6），目标煤层段分别下入下部煤层段滑套（8）和上部煤层段滑套（13），下入过程中滑套保持关闭状态，非煤段从下往上依次下入下部套管（7）、中部套管（12）、上部套管（17），下部煤层段滑套（8）与中部套管（12）之间由下向上依次连接下部封隔器（10）、下部分级箍（11），上部煤层段滑套（13）和上部套管（17）之间由下向上依次连接上部封隔器（15）、上部分级箍（16）；
③通过井径数据及煤层深度数据计算各段环空水泥用量，包括井底至下部煤层段滑套（8）底部环空水泥需要量a，下部封隔器（10）顶部到上部煤层段滑套（13）底部环空水泥需要量b，上部封隔器（15）顶部到上部目标煤层（4）顶板以上200m范围环空水泥需要量c；
④在套管内注入水泥量a，进行常规水泥固井，顶替碰压，完成下部煤层以下固井段水泥（18）注入；
⑤投入下部封隔球（19），坐入下部球座（9），打压将下部煤层段滑套（8）打开，并膨胀下部封隔器（10），通过下部分级箍（11）注入水泥量b，完成上部煤层段滑套底部到下部封隔器顶部区间水泥（20）注入；
⑥投入上部封隔球（21），坐入上部球座（14），打压将上部煤层段滑套（13）打开，并膨胀上部封隔器（15），通过上部分级箍（16）注入水泥量c，完成上部封隔器顶部到上部目标煤层顶部200m范围区间水泥注入，候凝48小时；
⑦下入外径小于套管内径的钻头，钻扫各个封隔球及分级箍内的密封胶塞，形成通径。
2.如权利要求1所述的双目标层煤层气井选择性分段固井工艺及井身结构，其特征在于，步骤①中，第一次开孔采用直径311.15mm钻头钻进基岩形成一开钻孔（1），然后下入J55φ244.50mm第一表层套管（2）；
步骤②中，第二次开孔采用215.9mm的钻头钻进；三段套管规格为N80φ177.8mm；步骤③中，下入外径149.2mm的钻头，钻扫各个封隔球、球座及分级箍内的胶塞，形成通径满足下油管要求。
3.根据权利要求1所述的双目标层煤层气井选择性分段固井工艺及井身结构，其特征是，所述的下部煤层段滑套（8）和上部煤层段滑套（13）上，每米设有16个预留孔，所述的孔直径10mm。
4.根据权利要求1所述的双目标层煤层气井选择性分段固井工艺及井身结构，其特征是，所述的下部分级箍（11）和上部分级箍（16），采用威德福754HO型液压分级箍。
5.根据权利要求1所述的双目标层煤层气井选择性分段固井工艺及井身结构，其特征是，所述的上部封隔器（15）和下部封隔器（10），为K341型封隔器。
6.根据权利要求1所述的双目标层煤层气井选择性分段固井工艺及井身结构，其特征是，所述的下部球座（9）和上部球座（14）为铝制，上部球座（14）的最大通过直径大于下部球座（9）的最大通过直径。
7.根据权利要求1所述的双目标层煤层气井选择性分段固井工艺及井身结构，其特征是，所述的上部封隔球（21）和下部封隔球（19）为铅制，上部封隔球（21）直径大于上部球座（14）的最大通过直径，下部封隔球（19）直径小于上部球座（14）的最大通过直径、大于下部球座（9）的最大通过直径。
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