CN112593894B - 一种多用途、防止污染产层的多级非连续固井方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多用途、防止污染产层的多级非连续固井方法,属于煤层气井固井的技术领域,该方法通过在目的产层顶板上方和底板下方设置封隔器,并在上层封隔器上方设置防回流装置,下层封隔器下方设置排液孔,水泥浆通过注液头进入目的产层顶底板环空区域,避免了水泥浆进入目的产层环空区域,有效降低了水泥浆中固相颗粒及滤液进入产层孔裂隙对产层造成的伤害,可实现气井高产、稳产的目的。
Description
技术领域
本发明属于煤层气井固井的技术领域,具体公开了一种多用途、防止污染产层的多级非连续固井方法。
背景技术
目前常规煤层气预抽直井为实现井壁防塌及隔绝含水层的目的,通常采用全井段水泥固井方法,固井时水泥浆中固相颗粒及滤液极易进入煤储层孔裂隙内,堵塞部分煤层气运移通道,造成煤储层伤害现象的发生。为降低固井过程中对煤储层的伤害,主要采取低密度水泥浆固井、分级固井、塞流顶替固井等工艺方法,虽然一定程度上缓解了水泥浆对煤储层的伤害,但根本上还是无法避免水泥浆接触并侵入煤储层的现状,最终对煤储层造成不同程度伤害。
CN101975041A公开了一种绕煤层固井方法及装置,可实现连续全井固井,可应用于多产层联合排采。虽然该装置能使煤层不与固井水泥浆接触,避免了固井水泥浆对煤层的伤害。但是,由于固井装置直接与生产套管连接,且固井装置内结构复杂,固井完成后,排采设备下入生产套管内难度较大,对后期的排采造成了影响,并且复杂的固井装置增加了固井成本较高,不利于实际现场应用。
煤层气井穿越采空区时,受老采空区的残余变形和新采区的扰动影响,会对煤层气井造成损伤或破坏。专利CN107313745A公开了一种过采空区多结点集约化注浆加固煤层气井的固井方法,CN107313716A公开了一种孔底复合封堵破碎岩体的煤层气井穿越采空区的钻井方法,上述方法优化了三开钻井施工方法,改善了过采空区煤层气井的稳定性,但是都未实现全井固井,而且固井水泥对煤储层都造成了伤害。
发明内容
鉴于多种产层联合排采井固井工艺存在的缺陷,本发明提出一种多用途、防止污染产层的多级非连续固井方法,可应用于过采空区煤层气井的固井,也可应用于采空区与采空区、采空区与煤储层、多层煤储层、煤系气多层产层联合排采井的固井,不仅可应用于直井的多个产层联合排采井的固井,而且可用于分段压裂的煤层气水平预抽井的固井,实现防止固井水泥浆对产层的伤害的目的。
为实现上述目的,本发明提供一种多用途、防止污染产层的多级非连续固井方法,包括下述步骤:
S1,采用欠平衡钻井工艺钻井至目标煤层段底板下方预设距离,停钻并提出钻具,确定目的产层位置及厚度;
S2,根据目的产层位置及厚度在生产套管上开设进液孔和排液孔,在生产套管外壁安装封隔器,在进液孔外安装用于防止固井水泥浆流回生产套管的防回流装置,在生产套管的底端安装浮鞋,将生产套管下入井筒内,使封隔器位于目的产层顶板上方预设距离处和底板下方预设距离处,隔离目的产层,防回流装置位于目的产层顶板对应封隔器的上方,排液孔位于目的产层底板对应封隔器的下方,加压使封隔器坐封;
S3,利用钻杆或油管将注液头下入最下层目的产层底板对应封隔器的下方,通过注液头加注固井水泥浆,固井水泥浆通过浮鞋流入井筒底端和封隔器之间,注满后停止,井筒和生产套管之间环空的残余空气通过排液孔和生产套管排出,多余固井水泥浆通过排液孔流回注液头,静置使水泥环凝结;
S4,移动注液头至最下层目的产层顶板对应的防回流装置处,通过注液头加注固井水泥浆,固井水泥浆通过防回流装置流入最下层目的产层顶板对应封隔器和上一层目的产层底板对应封隔器之间,注满后停止,井筒和生产套管之间环空的残余空气通过排液孔和生产套管排出,多余固井水泥浆通过排液孔流回注液头,静置使水泥环凝结;
S5,移动注液头至上一层目的产层顶板对应的防回流装置处,重复步骤S4,由下至上依次对目的产层进行固井。
进一步地,步骤S3采用注液头Ⅰ,步骤S4和S5采用注液头Ⅱ;注液头Ⅰ包括注液腔Ⅰ以及位于注液腔Ⅰ上下两侧的密封环Ⅰ,密封环Ⅰ的外壁与生产套管的内壁密封接触,上侧密封环Ⅰ的内壁与钻杆或油管的外壁密封连接,注液腔Ⅰ的进液口与钻杆或油管连接,注液腔Ⅰ的出液管密封穿过下侧密封环Ⅰ;注液头Ⅱ包括注液腔Ⅱ以及位于注液腔Ⅱ上下两侧的密封环Ⅱ,密封环Ⅱ的外壁与生产套管的内壁密封接触,密封环Ⅱ的内壁与钻杆或油管的外壁密封连接,注液腔Ⅱ的进液口与钻杆或油管连接,注液腔Ⅱ的出液口位于上下两侧的密封环Ⅱ之间。
进一步地,注液腔Ⅰ的进液口与钻杆或油管之间设置有单向阀Ⅰ;注液腔Ⅱ的进液口与钻杆或油管之间设置有单向阀Ⅱ。
进一步地,防回流装置包括与进液孔连接的防回流管以及设置在防回流管内的单向阀Ⅲ。
进一步地,生产套管包括开设进液孔的套管段Ⅰ和未开设进液孔的套管段Ⅱ,套管段Ⅰ和套管段Ⅱ通过丝扣连接。
进一步地,步骤S1中,采用欠平衡钻井工艺钻井至目标煤层段底板下方30-50m。
进一步地,步骤S2中,封隔器与目的产层顶板之间的距离以及封隔器与目的产层底板之间的距离均为0.5m。
进一步地,步骤S2中,排液孔与目的产层底板对应封隔器之间的距离不超过5cm,孔径不小于2cm,开孔数量2-6个。
进一步地,水泥静置侯凝时间不低于48h。
进一步地,过采空区煤层气井固井时,步骤S2中,封隔器还需位于采空区顶板上方预设距离处和底板下方预设距离处,隔离采空区,防回流装置位于采空区顶板对应封隔器的上方,排液孔位于采空区底板对应封隔器的下方。
本发明具有以下优点:
采用上述多用途、防止污染产层的多级非连续固井方法,水泥浆通过注液头进入目的产层顶底板环空区域,避免了水泥浆进入目的产层环空区域,有效降低了水泥浆中固相颗粒及滤液进入产层孔裂隙对产层造成的伤害,可实现气井高产、稳产的目的。上述方法尤其适用于多产层且埋深较深的井型。
附图说明
图1为实施例2中井身结构图;
图2为注液头Ⅰ的结构示意图;
图3为注液头Ⅱ的结构示意图;
图4为防回流装置与生产套管的连接示意图;
图5为图4的俯视图。
图中:1-生产套管;1.1-套管段Ⅰ;1.2-套管段Ⅱ;1.3-丝扣;2-排液孔;3-封隔器;4-防回流装置;4.1-防回流管;4.2-单向阀Ⅲ;5-浮鞋;6-注液头;6.1-注液腔Ⅰ;6.2-密封环Ⅰ;6.3-注液腔Ⅱ;6.4-密封环Ⅱ;6.5-单向阀Ⅰ;6.6-单向阀Ⅱ;7-钻杆或油管;8-表层套管;9-一开井筒;10-一开固井水泥;11-二开井筒;12-二开固井水泥;13-采空区;14-目的产层Ⅰ;15-目的产层Ⅱ。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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。
实施例1
本实施例提供一种多用途、防止污染产层的多级非连续固井方法,包括下述步骤:
S1,根据煤层底板等高线等基础资料,采用欠平衡钻井工艺钻井至目标煤层段底板下方预设距离,停钻并提出钻具,利用测井手段精准确定目的产层位置及厚度;
S2,根据目的产层位置及厚度在生产套管1上开设进液孔和排液孔2,在生产套管1外壁安装封隔器3,在进液孔外安装用于防止固井水泥浆流回生产套管1的防回流装置4,在生产套管1的底端安装浮鞋5,将生产套管1下入井筒内,使封隔器3位于目的产层顶板上方预设距离处和底板下方预设距离处,隔离目的产层,防回流装置4位于目的产层顶板对应封隔器3的上方,排液孔2位于目的产层底板对应封隔器3的下方,加压使封隔器3坐封;
S3,利用钻杆或油管7将注液头6下入最下层目的产层底板对应封隔器3的下方,通过注液头6加注固井水泥浆,固井水泥浆通过浮鞋5流入井筒底端和封隔器3之间,通过计算环空体积等参数计算水泥浆量及停止加注时间,注满后停止,井筒和生产套管1之间环空的残余空气通过排液孔2和生产套管1排出,多余固井水泥浆通过排液孔2流回注液头6,静置使水泥环凝结;
S4,移动注液头6至最下层目的产层顶板对应的防回流装置4处,通过注液头6加注固井水泥浆,固井水泥浆通过防回流装置4流入最下层目的产层顶板对应封隔器3和上一层目的产层底板对应封隔器3之间,通过计算环空体积等参数计算水泥浆量及停止加注时间,注满后停止,井筒和生产套管1之间环空的残余空气通过排液孔2和生产套管1排出,多余固井水泥浆通过排液孔2流回注液头6,静置使水泥环凝结;
S5,移动注液头6至上一层目的产层顶板对应的防回流装置4处,重复步骤S4,由下至上依次对目的产层进行固井。
进一步地,步骤S3采用注液头Ⅰ,步骤S4和S5采用注液头Ⅱ;注液头Ⅰ包括注液腔Ⅰ6.1以及位于注液腔Ⅰ6.1上下两侧的密封环Ⅰ6.2,密封环Ⅰ6.2的外壁与生产套管1的内壁密封接触,上侧密封环Ⅰ的内壁与钻杆或油管7的外壁密封连接,注液腔Ⅰ6.1的进液口与钻杆或油管7连接,注液腔Ⅰ6.1的出液管密封穿过下侧密封环Ⅰ,从排液孔2排出的水泥浆流至上侧密封环Ⅰ上,随着上侧密封环Ⅰ转移至生产套管1外;注液头Ⅱ包括注液腔Ⅱ6.3以及位于注液腔Ⅱ6.3上下两侧的密封环Ⅱ6.4,密封环Ⅱ6.4的外壁与生产套管1的内壁密封接触,密封环Ⅱ6.4的内壁与钻杆或油管7的外壁密封连接,注液腔Ⅱ6.3的进液口与钻杆或油管7连接,注液腔Ⅱ6.4的出液口位于上下两侧的密封环Ⅱ6.3之间,实现环向注浆。密封环均由橡胶制成。
进一步地,注液腔Ⅰ6.1的进液口与钻杆或油管7之间设置有单向阀Ⅰ6.5;注液腔Ⅱ6.3的进液口与钻杆或油管7之间设置有单向阀Ⅱ6.6。单向阀Ⅰ6.5和单向阀Ⅱ6.6均用于防止水泥浆从注液腔流回钻杆或油管7。
进一步地,防回流装置4包括与进液孔连接的防回流管4.1以及设置在防回流管4.1内的单向阀Ⅲ4.2。
进一步地,生产套管1包括开设进液孔的套管段Ⅰ1.1和未开设进液孔的套管段Ⅱ1.2,套管段Ⅰ1.1和套管段Ⅱ1.2通过丝扣1.3连接。
进一步地,步骤S1中,采用欠平衡钻井工艺钻井至目标煤层段底板下方30-50m。
进一步地,步骤S2中,封隔器3与目的产层顶板之间的距离以及封隔器3与目的产层底板之间的距离均为0.5m。
进一步地,步骤S2中,排液孔2与目的产层底板对应封隔器3之间的距离不超过5cm,孔径不小于2cm,开孔数量2-6个。
进一步地,水泥静置侯凝时间不低于48h。
进一步地,过采空区煤层气井固井时,步骤S2中,封隔器3还需位于采空区顶板上方预设距离处和底板下方预设距离处,隔离采空区,防回流装置4位于采空区顶板对应封隔器3的上方,排液孔2位于采空区底板对应封隔器3的下方。
实施例2
本实施例以过采空区煤层气井固井为例对实施例1所述多级非连续固井方法作具体说明,如图2所示,目的产层Ⅰ14和目的产层Ⅱ15均为煤储层,过采空区井为穿越采空区13预抽下组煤的煤层气井,实施步骤如下。
1)过采空区井井身结构采用二开井身结构:一开孔径 311mm,钻至基岩以下10m,下入244.5mm表层套管8,固井返至孔口;二开孔径 215.9mm,钻至目的煤层以下30m完钻,生产套管1规格139.7mm。
2)目的产层Ⅰ14和目的产层Ⅱ15顶板上0.5m和底板下0.5m的生产套管1位置均连接封隔器3,采空区13顶板裂隙带上部和底板扰动区的生产套管1位置均连接封隔器3,防回流装置4位于上层封隔器上方,排液孔2位于下层封隔器下方,距离不应超过5cm,单孔孔径不小于2cm,开孔数量2-4个,固井工具串从上到下为:井口固井装置、生产套管1、防回流装置4、封隔器3、浮鞋5,生产套管内工具串为油管(或钻杆)、注液头6。
3)将固井工具串安装完毕后,首先向生产套管1内注入气体/水等介质至一定压力,使封隔器3坐封,撤压后封隔器3坐封效果仍持续存在,将注液头Ⅰ下入浮鞋5位置处,然后进行打隔离液、注浆等固井作业,实现目的产层Ⅱ15底板环空区域有效固井。
4)目的产层Ⅱ15底板固井侯凝后上提注液头Ⅰ至地面,更换注液头Ⅱ后下放至目的产层Ⅱ15顶板防回流装置4位置处,重复步骤3)作业,实现目的产层Ⅱ15顶板环空区域有效固井。
5)目的产层Ⅱ15顶板固井侯凝后上提注液头Ⅱ至目的产层Ⅰ14顶板防回流装置4位置处,重复步骤3)作业,实现目的产层Ⅰ15顶板环空区域有效固井。
6)目的产层Ⅰ15顶板环空区域有效固井后上提注液头Ⅱ至采空区顶板封隔器防回流装置位置处,重复步骤3)作业,实现采空区8顶板环空区域有效固井。
7)再次测井,检测固井质量,满足设计要求后完成固井作业。
8)射孔、压裂、排采,射孔和压裂只需对下组煤储层进行射孔和压裂。
实施例3
在采空区与下组煤储层合采气井固井中采用实施例1所述多级非连续固井方法时,目的产层Ⅰ和目的产层Ⅱ均为煤储层,其井身结构和固井方法和实施例2相同,在固完井后,对下组煤储层射孔压裂完成后,对采空区目的层段进行射孔,然后多层产层进行联合排采。
实施例4
多层煤储层、多层煤系气的联合排采同实施例3。
实施例5
实施例1所述多级非连续固井方法用于水平井固井时,可实现非射孔段的全井固井,从而避免射孔压裂段的固井水泥对煤层的污染。
实施例6
多层采空区的联合排采,在固井完成后,对目的采空区段进行射孔,安装排采设备后,在地面进行负压抽采。
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 (9)
1.一种多用途、防止污染产层的多级非连续固井方法,其特征在于,包括下述步骤:
S1,采用欠平衡钻井工艺钻井至目标煤层段底板下方预设距离,停钻并提出钻具,确定目的产层位置及厚度;
S2,根据目的产层位置及厚度在生产套管上开设进液孔和排液孔,在生产套管外壁安装封隔器,在进液孔外安装用于防止固井水泥浆流回生产套管的防回流装置,在生产套管的底端安装浮鞋,将生产套管下入井筒内,使封隔器位于目的产层顶板上方预设距离处和底板下方预设距离处,隔离目的产层,防回流装置位于目的产层顶板对应封隔器的上方,排液孔位于目的产层底板对应封隔器的下方,加压使封隔器坐封;
S3,利用钻杆或油管将注液头下入最下层目的产层底板对应封隔器的下方,通过注液头加注固井水泥浆,固井水泥浆通过浮鞋流入井筒底端和封隔器之间,注满后停止,井筒和生产套管之间环空的残余空气通过排液孔和生产套管排出,多余固井水泥浆通过排液孔流回注液头,静置使水泥环凝结;
S4,移动注液头至最下层目的产层顶板对应的防回流装置处,通过注液头加注固井水泥浆,固井水泥浆通过防回流装置流入最下层目的产层顶板对应封隔器和上一层目的产层底板对应封隔器之间,注满后停止,井筒和生产套管之间环空的残余空气通过排液孔和生产套管排出,多余固井水泥浆通过排液孔流回注液头,静置使水泥环凝结;
S5,移动注液头至上一层目的产层顶板对应的防回流装置处,重复步骤S4,由下至上依次对目的产层进行固井;
步骤S3采用注液头Ⅰ加注固井水泥浆,步骤S4和S5采用注液头Ⅱ加注固井水泥浆;
注液头Ⅰ包括注液腔Ⅰ以及位于注液腔Ⅰ上下两侧的密封环Ⅰ,密封环Ⅰ的外壁与生产套管的内壁密封接触,上侧密封环Ⅰ的内壁与钻杆或油管的外壁密封连接,注液腔Ⅰ的进液口与钻杆或油管连接,注液腔Ⅰ的出液管密封穿过下侧密封环Ⅰ;
注液头Ⅱ包括注液腔Ⅱ以及位于注液腔Ⅱ上下两侧的密封环Ⅱ,密封环Ⅱ的外壁与生产套管的内壁密封接触,密封环Ⅱ的内壁与钻杆或油管的外壁密封连接,注液腔Ⅱ的进液口与钻杆或油管连接,注液腔Ⅱ的出液口位于上下两侧的密封环Ⅱ之间。
2.根据权利要求1所述的多用途、防止污染产层的多级非连续固井方法,其特征在于,注液腔Ⅰ的进液口与钻杆或油管之间设置有单向阀Ⅰ;
注液腔Ⅱ的进液口与钻杆或油管之间设置有单向阀Ⅱ。
3.根据权利要求1所述的多用途、防止污染产层的多级非连续固井方法,其特征在于,防回流装置包括与进液孔连接的防回流管以及设置在防回流管内的单向阀Ⅲ。
4.根据权利要求3所述的多用途、防止污染产层的多级非连续固井方法,其特征在于,生产套管包括开设进液孔的套管段Ⅰ和未开设进液孔的套管段Ⅱ,套管段Ⅰ和套管段Ⅱ通过丝扣连接。
5.根据权利要求1所述的多用途、防止污染产层的多级非连续固井方法,其特征在于,步骤S1中,采用欠平衡钻井工艺钻井至目标煤层段底板下方30-50m。
6.根据权利要求1所述的多用途、防止污染产层的多级非连续固井方法,其特征在于,步骤S2中,封隔器与目的产层顶板之间的距离以及封隔器与目的产层底板之间的距离均为0.5m。
7.根据权利要求1所述的多用途、防止污染产层的多级非连续固井方法,其特征在于,步骤S2中,排液孔与目的产层底板对应封隔器之间的距离不超过5cm,孔径不小于2cm,开孔数量2-6个。
8.根据权利要求1所述的多用途、防止污染产层的多级非连续固井方法,其特征在于,水泥静置侯凝时间不低于48h。
9.根据权利要求1-8任一项所述的多用途、防止污染产层的多级非连续固井方法,其特征在于,过采空区煤层气井固井时,步骤S2中,封隔器还需位于采空区顶板上方预设距离处和底板下方预设距离处,隔离采空区,防回流装置位于采空区顶板对应封隔器的上方,排液孔位于采空区底板对应封隔器的下方。
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- 2020-12-24 CN CN202011545397.4A patent/CN112593894B/zh active Active
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