CN112878957B - 增强地层滑移段套管剪切性能的固井方法及工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增强地层滑移段套管剪切性能的固井方法及工具，固井方法采用膨胀管、柔性水泥环、波纹管和高钢级套管中的至少一种构件，包括以下步骤：利用微地震信号确定地层中断层所在位置；下扩眼器对断层井筒段进行扩眼作业，得到扩眼后井筒；向断层下入固井套管；在套管外侧注入泥浆进行固井作业。该固井方法及工具，通过集合膨胀管、柔性水泥环、波纹管和高钢级套管等4种技术手段来解决或降低套管变形的问题；由于4种技术手段均具有减缓套管变形的效果，所以相比现有方法更具有效性；此外，4种技术手段在应用时并非全部使用，可根据现场实际情况进行增减，可为3种技术组合，或2种技术组合，也或者仅使用1种技术，具有较强的灵活性。

Description

增强地层滑移段套管剪切性能的固井方法及工具

技术领域

本发明涉及油、气钻井领域，尤其涉及一种增强地层滑移段套管剪切性能的固井方法及工具。

背景技术

在油气资源开采中，特别是页岩气开采技术中，通常需要利用水平井和水力压裂技术来达到增产目的。但是，在四川长宁区块中发现，30％以上的水平井在水力压裂过程中出现了套管变形，导致工具无法通过套管完成后续作业，严重影响和制约了页岩气的高效开采。

套管变形的主要原因是地层中的天然裂缝在水力压裂的诱导下发生了断层滑移造成的。即使知道了套管变形的原因，但目前的现有技术无法阻止或避免断层不发生滑移，因此仅能通过提高套管抗变形能力或环空吸收变形能量来缓解套管变形量。

发明内容

为了解决以上问题，本发明的目的是提供一种增强地层滑移段套管剪切性能的固井方法及工具，以解决因地层滑移造成的套管过大剪切变形的问题。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案：

一种增强地层滑移段套管剪切性能的固井方法，所述固井方法采用膨胀管、柔性水泥环、波纹管和高钢级套管中的至少一种构件，包括以下步骤：

利用微地震信号确定地层中断层所在位置；

下扩眼器对断层井筒段进行扩眼作业，得到扩眼后井筒；

向断层下入高钢级套管；

在套管外侧注入泥浆进行固井作业。

本发明中，采用膨胀管构件的作用是提高井筒的抗变形能力，采用柔性水泥环和波纹管的作用是提高井筒环空的可压缩性，对套管变形起缓冲作用，采用高钢级套管的作用是提高套管抗变形能力。上述4种构件均具有减缓套管变形的效果，所以相比现有方法更具有效性。此外，4种构件所采用技术手段在应用时并非全部使用，可根据现场实际情况进行增减，可为3种技术组合，或2种技术组合，也或者仅使用1种技术。因此，本发明方法具有较强的灵活性。

进一步的是，所述得到扩眼井筒后，在扩眼井筒段定向下入膨胀管并膨胀，再向断层下入固井套管，通过设置膨胀管以减缓套管变形。

进一步的是，所述向断层下入固井套管步骤中，套管外壁安装有波纹管，通过设置波纹管以减缓套管变形。

进一步的是，所述在套管外侧注入泥浆进行固井作业中，套管外侧断层处泥浆为柔性水泥环或常规水泥环，套管外侧上下两端泥浆为常规水泥环，所述柔性水泥环为含空心玻璃球的可压缩性水泥环，通过设置柔性水泥环以减缓套管变形。

进一步的是，当地层不滑移或滑移量小于10mm时，所述固井方法采用高钢级套管固井；优选的，所述高钢级套管为125ksi钢级以上的套管。

进一步的是，当地层滑移量在10mm—20mm时，所述固井方法采用高钢级套管加波纹管、柔性水泥环和膨胀管中的任意一种组成的两种组合方式固井。

进一步的是，当地层滑移量在20mm—40mm时，所述固井方法采用高钢级套管加波纹管、柔性水泥环、膨胀管中的任意两种组成的三种组合方式固井。

进一步的是，当地层滑移量超过40mm以上时，所述固井方法采用高钢级套管、膨胀管、柔性水泥环和波纹管四种组合方式固井。

本发明中，随着地层滑移量逐步增大，套管变形量也会逐步增大，因此逐渐增加了减缓套管变形的构件，来解决或降低套管变形的问题。

基于上述固井方法，本发明还提供了一种增强地层滑移段套管剪切性能的固井工具，包括安装在地层断层井筒内的套管，所述套管位于井筒内的外壁与地层间填充有柔性水泥环或常规水泥环，所述套管上下外壁与地层间填充有常规水泥环。通过设置有套管和/或柔性水泥环，以减缓套管变形；其中，套管应为125ksi钢级以上的高钢级套管；柔性水泥环为含空心玻璃球的可压缩性强的水泥环。

进一步的是，位于井筒间的水泥环与地层间安装有膨胀管，通过设置膨胀管以减缓套管变形。膨胀管为抗剪能力强，韧性较高的材料，如42CrMo钢等。

优选的，位于井筒内的套管外壁上下两端分别设置有上环形扣和下环形扣，所述上环形扣和下环形扣间安装有波纹管，所述波纹管位于套管与水泥环之间，通过设置波纹管以减缓套管变形。

本发明的有益效果：

本发明提供的固井方法及工具，通过集合膨胀管、柔性水泥环、波纹管和高钢级套管等4种技术手段来解决或降低套管变形的问题；由于4种技术手段均具有减缓套管变形的效果，所以相比现有方法更具有效性；此外，4种技术手段在应用时并非全部使用，可根据现场实际情况进行增减，可为3种技术组合，或2种技术组合，也或者仅使用1种技术，因此，本发明方法具有较强的灵活性。

附图说明

图1为本发明使用高钢级套管1种技术实施例的全剖视图；

图2为本发明对裂缝段扩眼后地层剖视图；

图3为本发明使用波纹管及高钢级套管2种技术实施例的全剖视图；

图4为本发明使用柔性水泥环及高钢级套管2种技术实施例的全剖视图；

图5为本发明使用膨胀管及高钢级套管2种技术实施例的全剖视图；

图6为本发明使用波纹管、柔性水泥环和高钢级套管3种技术实施例的全剖视图；

图7为本发明使用波纹管、膨胀管和高钢级套管3种技术实施例的全剖视图；

图8为本发明使用柔性水泥环、膨胀管和高钢级套管3种技术实施例的全剖视图；

图9为本发明膨胀管、柔性水泥环、波纹管和高钢级套管4种技术均使用的实施例的全剖视图；

图中，1、地层；2、断层；3、扩眼后井筒；4、套管；5、常规水泥环；6、上环形扣；7、膨胀管；8、柔性水泥环；9、波纹管；10、下环形扣。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步阐述。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

一种增强地层滑移段套管剪切性能的固井方法，该固井方法适用于当地层不滑移或滑移量小于10mm工况，如图1所述，包括以下步骤：

S1、利用微地震信号确定地层1中断层2所在位置；

S2、下扩眼器对断层2井筒段进行扩眼作业，得到扩眼后井筒3；

S3、向断层下入高钢级固井套管4；

S4、在套管4外侧注入泥浆进行固井作业，井筒内水泥环均为常规水泥环5。

该实施例利用了高钢级套管1种技术。

实施例2

一种增强地层滑移段套管剪切性能的固井方法，该固井方法适用于当地层滑移量在10mm—20mm工况，如图3所述，包括以下步骤：

S1、利用微地震信号确定地层1中断层2所在位置；

S2、下扩眼器对断层2井筒段进行扩眼作业，得到扩眼后井筒3；

S3、向断层下入高钢级固井套管4，且套管4外侧安装有波纹管9，波纹管9通过与套管4上下两端凹槽配合的上环形扣6和下环形扣10固定；

S4、在套管4外侧注入泥浆进行固井作业，井筒内水泥环均为常规水泥环5。

该实施例利用了波纹管及高钢级套管2种技术。

实施例3

一种增强地层滑移段套管剪切性能的固井方法，该固井方法适用于当地层滑移量在10mm—20mm工况，如图4所述，包括以下步骤：

S1、利用微地震信号确定地层1中断层2所在位置；

S2、下扩眼器对断层2井筒段进行扩眼作业，得到扩眼后井筒3；

S3、向断层下入高钢级固井套管4；

S4、在套管4外侧注入泥浆进行固井作业，其中断层2处水泥环为柔性水泥环8，其余部分水泥环为常规水泥环5。

该实施例利用了柔性水泥环及高钢级套管2种技术。

实施例4

一种增强地层滑移段套管剪切性能的固井方法，该固井方法适用于当地层滑移量在10mm—20mm工况，如图5所述，包括以下步骤：

S1、利用微地震信号确定地层1中断层2所在位置；

S2、下扩眼器对断层2井筒段进行扩眼作业，得到扩眼后井筒3；

S3、在扩眼井筒段定向下入膨胀管7并膨胀，其中膨胀管7的材质为抗剪能力强，韧性较高的材料，如42CrMo钢；

S4、向断层下入高钢级固井套管4；

S5、在套管4外侧注入泥浆进行固井作业，井筒内水泥环均为常规水泥环5。

该实施例利用了膨胀管及高钢级套管2种技术。

实施例5

一种增强地层滑移段套管剪切性能的固井方法，该固井方法适用于当地层滑移量在20mm—40mm工况，如图6所述，包括以下步骤：

S1、利用微地震信号确定地层1中断层2所在位置；

S2、下扩眼器对断层2井筒段进行扩眼作业，得到扩眼后井筒3；

S3、向断层下入高钢级套管4，且套管4外侧安装有波纹管9，波纹管9通过与套管4上下两端凹槽配合的上环形扣6和下环形扣10固定；

S4、在套管4外侧注入泥浆进行固井作业，其中断层2处水泥环为柔性水泥环8，其余部分水泥环为常规水泥环5。

该实施例利用了波纹管、柔性水泥环和高钢级套管3种技术。

实施例6

一种增强地层滑移段套管剪切性能的固井方法，该固井方法适用于当地层滑移量在20mm—40mm工况，如图7所述，包括以下步骤：

S1、利用微地震信号确定地层1中断层2所在位置；

S2、下扩眼器对断层2井筒段进行扩眼作业，得到扩眼后井筒3；

S3、在扩眼井筒段定向下入膨胀管7并膨胀，其中膨胀管7的材质为抗剪能力强，韧性较高的材料，如42CrMo钢；

S4、向断层下入高钢级套管4，且套管4外侧安装有波纹管9，波纹管9通过与套管4上下两端凹槽配合的上环形扣6和下环形扣10固定；

S4、在套管4外侧注入泥浆进行固井作业，井筒内水泥环均为常规水泥环5。

该实施例利用了波纹管、膨胀管和高钢级套管3种技术。

实施例7

一种增强地层滑移段套管剪切性能的固井方法，该固井方法适用于当地层滑移量在20mm—40mm工况，如图8所述，包括以下步骤：

S1、利用微地震信号确定地层1中断层2所在位置；

S2、下扩眼器对断层2井筒段进行扩眼作业，得到扩眼后井筒3；

S3、在扩眼井筒段定向下入膨胀管7并膨胀，其中膨胀管7的材质为抗剪能力强，韧性较高的材料，如42CrMo钢；

S4、向断层下入高钢级套管4；

S5、在套管4外侧注入泥浆进行固井作业，其中断层2处水泥环为柔性水泥环8，其余部分水泥环为常规水泥环5。

该实施例利用了柔性水泥环、膨胀管和高钢级套管3种技术。

实施例8

一种增强地层滑移段套管剪切性能的固井方法，该固井方法适用于当地层滑移量超过40mm以上工况，如图9所述，包括以下步骤：

S1、利用微地震信号确定地层1中断层2所在位置；

S2、下扩眼器对断层2井筒段进行扩眼作业，得到扩眼后井筒3；

S3、在扩眼井筒段定向下入膨胀管7并膨胀，其中膨胀管7的材质为抗剪能力强，韧性较高的材料，如42CrMo钢；

S4、向断层下入高钢级套管4，且套管4外侧安装有波纹管9，波纹管9通过与套管4上下两端凹槽配合的上环形扣6和下环形扣10固定；

S5、在套管4外侧注入泥浆进行固井作业，其中断层2处水泥环为柔性水泥环8，其余部分水泥环为常规水泥环5。

作业完成后得到如图9所示结果，该实施例通过利用膨胀管、柔性水泥环、波纹管和高钢级套管等4种技术共同作用以解决套管因地层滑移引起变形的问题。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.增强地层滑移段套管剪切性能的固井方法，其特征在于，利用微地震信号确定地层中断层所在位置，下扩眼器对断层井筒段进行扩眼作业，得到扩眼后井筒；当地层不滑移或滑移量小于10mm时，采用高钢级套管固井，所述高钢级套管为125ksi钢级以上的套管；

当地层滑移量在10mm-20mm时，采用高钢级套管加膨胀管、波纹管、柔性水泥环中的任意一种组成的组合进行固井，当采用高钢级套管加膨胀管进行固井时，在扩眼井筒段定向下入膨胀管并膨胀；所述膨胀管的材质抗剪能力强，韧性较高，向断层下入固井套管；在套管外侧注入泥浆进行固井作业，井筒内水泥环均为常规水泥环；

当地层滑移量在20mm-40mm时，采用高钢级套管加波纹管、柔性水泥环、膨胀管中的任意两种组成的组合进行固井，采用高钢级套管加波纹管和柔性水泥环进行固井时，向断层下入高钢级套管，且高钢级套管外侧安装有波纹管，在高钢级套管外侧注入泥浆进行固井作业，其中断层处水泥环为柔性水泥环；

当地层滑移量超过40mm时，采用高钢级套管、膨胀管、柔性水泥环和波纹管组成的组合进行固井，在扩眼井筒段定向下入膨胀管并膨胀，向断层下入高钢级套管，且高钢级套管外侧安装有波纹管，其中断层处水泥环为柔性水泥环。

2.如权利要求1所述的固井方法，其特征在于，所述在套管外侧注入泥浆进行固井作业中，套管外侧断层处泥浆为柔性水泥环或常规水泥环，所述柔性水泥环为含空心玻璃球的可压缩性水泥环。

3.如权利要求1所述的固井方法，其特征在于，位于井筒内的套管外壁上下两端分别设置有上环形扣和下环形扣，所述上环形扣和下环形扣间安装有波纹管，所述波纹管位于套管与水泥环之间。

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