CN113266304B - 一种提升油气井长效生产寿命的穿越型水合物层固井方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于油气井固井领域，具体涉及一种可以提升油气井长效生产寿命的穿越型水合物层固井方法。本发明在穿越型水合物层进行固井时采用低水化早强保温隔热水泥浆体系，其中低水化早强特性保证固井过程水合物层的有效封固，保温隔热特性因具有对热量的低传导性从而保障生产作业时水合物层的稳定，从而在根本上解决了水合物层的固井质量问题，保证了油气井长效生产。本发明通过对目标地层物性参数的分析，确定水泥浆性能要求，在水泥浆中加入早强剂、低水化热材料、保温隔热材料，使水泥浆具有低水化早强保温隔热性能，保证了穿越型水合物层固井侯凝期间与后续生产作业过程中水合物的稳定，有效避免由于水合物失稳引起的事故。
Description
技术领域
本发明属于油气井固井领域，具体涉及一种可以提升油气井长效生产寿命的穿越型水合物层固井方法。
背景技术
近年来，陆上油田的部分传统区块在开采过程中面临着产量递减、挖潜难度增大、开采成本不断上升等诸多问题，致使深海油气资源逐渐成为新的开发热点。深水固井作业作为衔接深水钻井作业和完井作业的重要过程，是深水油气资源安全、经济、高效开采的重要保障。尽管海洋油气资源储量丰富，但是由于深水区域的低温、高压环境，会使得海底浅层存在天然气水合物层。深水浅层存在的天然气水合物层通常情况下是稳定的，但是固井候凝期间水化放热产生的热量传递至水合物层，会导致天然气水合物受热分解产生气体，在水泥环与套管胶结界面处造成损害并产生微间隙，从而导致水泥封隔完整性的失效甚至是井喷等危害的发生，为此固井界专家学者给予了足够的重视，开发了多种类型的低温早强低水化热水泥浆体系(许明标,王晓亮,周建良,等.天然气水合物层固井低热水泥浆研究[J].石油天然气学报,2014(11):134-137；席方柱,屈建省,吕光明,等.深水低温固井水泥浆的研究[J].石油钻采工艺,2010,32(1):40-44.)，性能优异的水泥浆体系在一定程度上解决了固井侯凝期间水合物分解的问题。
但是，在深层油气生产作业过程中，深层油气在油管中运移时，所携带的热量通过油管和套管组合向穿越型水合物层进行热量传递，一旦水合物层与固井水泥石界面的温度超过水合物的分解温度，则水合物层会产生分解，致使建立的人工井筒与地层分离，有效支撑失效、井口产生下沉；水合物分解而成的天然气大量涌出，可能会造成表层套管外冒天然气，严重时甚至会产生井喷、浅部地层的滑移坍塌。目前一旦遇到浅部有水合物层的区域，一般会选择避开该层位或者将水合物诱喷，造成开发井网布置的打乱或资源的浪费。目前针对于该方面的研究鲜有报导。因此，研发低温早强低水化热水泥浆体系不能从根本上解决水合物层分解导致固井质量下降的问题。
发明内容
本发明提出了一种可以提升油气井长效生产寿命的穿越型水合物层固井方法，以提高深水海域油气井穿越型水合物层固井质量且提升油气井长效生产寿命为目的，为提高深水油气的长效开采开辟了一条新途径。
天然气水合物广泛存在于深水浅部地层，在进行现场钻井作业时，极易存在井眼轨迹贯穿水合物层的情况发生，在这种情况下，固井候凝期间的水化放热以及后续生产作业过程中油管中的热量传递均会引起水合物失稳分解。因此，本发明将解决这一类水合物层的深水固井理论进行扩展，在固井中采用低水化早强保温隔热水泥浆体系，其中低水化早强特性保证固井过程水合物层的有效封固，保温隔热特性因具有对热量的低传导性从而保障生产作业时水合物层的稳定，从而在根本上解决水合物层的固井质量问题。
本发明所述的穿越型水合物层为被套管贯穿的水合物层，所述的独立型水合物层为未被套管贯穿的水合物层，如图1所示。
本发明所述的一种提升油气井长效生产寿命的穿越型水合物层固井方法，包括以下步骤：
(1)采集固井目的穿越型水合物层的地层样本，测试地层的物性参数，了解固井目的层的环境参数；
(2)对已掌握的地层物性参数进行分析，结合现场作业要求确定满足固井条件的水泥浆早强性能要求、水化热性能要求、保温隔热性能要求；
(3)根据水泥浆早强性能要求，对多种早强剂的效果进行测试，选出性能最好的早强剂；
(4)根据水泥浆水化热性能要求，对多种低水化热材料的效果进行测试，选出性能最好的低水化热材料；
(5)根据水泥浆保温隔热性能要求，对多种保温隔热材料的效果进行测试，选出性能最好的保温隔热材料；所述保温隔热材料包括但不限于空心玻璃微球或闭孔珍珠岩或玻化微珠。
(6)将选出的早强剂、低水化热材料、保温隔热材料与水泥浆配置成低水化早强保温隔热水泥浆体系，调节水泥浆性能，使其具有低水化早强保温隔热性能的同时满足固井施工的要求；
(7)利用固井模拟实验装置，模拟穿越型水合物层固井过程，测试低水化早强保温隔热水泥浆体系的性能是否能够满足要求；若满足要求，进行步骤(8)，若不满足要求，重复步骤(3)-(6)；本发明所述的固井模拟实验装置采用专利申请202110082094.1公开的一种适于固井水泥保温隔热性能的评价设备。
(8)根据目的层段所需的水泥浆注入量进行估算，根据现场作业情况和相应施工参数以顶替液的方式将满足测试要求的低水化早强保温隔热水泥浆注入地层，直至水泥浆到达预定固化范围。
进一步的，所述地层物性参数包括地层温度、压力、水合物饱和度。
进一步的，水泥浆在完全泵注入地层之前稠度应小于70波登，这样在施工过程中浆液会一直保持可流动状态，有利于浆液的渗透；水泥浆泵注时应合理控制泵注压力，尽量避免压漏地层导致的水泥浆大量流失；水泥浆的泵注时间应控制在1-2时，时间过长会造成较高的经济成本。水泥浆的抗压强度在20℃下24小时内应不低于3.5MPa，从而使形成的水泥环有一定的支撑作用。
进一步的，所述穿越型水合物层固井模拟实验装置应包括温度控制模块，压力控制模块、地层模拟模块、水泥浆泵注模块、生产模拟模块以及稳定性检测模块，该装置能模拟水泥浆泵注以及在水合物地层环境下固化的整个过程。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)创新性的提出穿越型水合物层的概念，以及穿越型水合物层固井方法，将深水浅部水合物层进行分类，对于穿越型水合物层采用低水化早强保温隔热水泥浆体系进行固井，为提高水合物层固井质量提供一种新的解决方案，有效的丰富固井工程理论技术，为深水水合物层油气资源的安全高效开采提供重要保障。
(2)低水化早强保温隔热水泥浆体系能有效地封隔穿越型水合物层，保证固井侯凝期间与后续生产作业过程中水合物的稳定，有效避免由于固井质量问题引起的事故。
附图说明
图1是本发明的穿越型水合物层的示意图
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰明了，下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
一种提升油气井长效生产寿命的穿越型水合物层固井方法，将通过以下步骤实现：
(1)采集固井目的穿越型水合物层的地层样本，利用钻杆上的温压传感器测量地层的温度和压力，利用测井工具测量水合物饱和度。
(2)对已掌握的地层物性参数进行分析，结合现场作业要求确定满足固井条件的水泥浆早强性能要求，结合地层温压条件、水合物分解的温压曲线以及热力学方程确定水泥浆水化热极限与保温隔热性能极限。
(3)根据水泥浆早强性能要求，对多种早强剂的效果进行测试，直到优选出性能最好的早强剂。
(4)根据水泥浆水化热性能要求，对多种低水化热材料的效果进行测试，直到优选出性能最好的低水化热材料。
(5)根据水泥浆保温隔热性能要求，对多种保温隔热材料的效果进行测试，直到优选出性能最好的保温隔热材料。所述保温隔热材料包括但不限于空心玻璃微球或闭孔珍珠岩或玻化微珠。
(6)将优选的早强剂、低水化热材料、保温隔热材料与水泥浆配置成低水化早强保温隔热水泥浆体系，调节水泥浆的其他性能，使其具有低水化早强保温隔热性能的同时满足固井施工的要求。
(7)利用固井模拟实验装置，模拟水泥浆泵注以及在水合物地层环境下固化的整个过程。通过提取24h后目的层段的岩心，测量其抗压强度，预测真实施工条件下水泥浆固化强度；通过稳定性检测模块检测水合物在水泥浆固化阶段是否发生分解，通过生产模拟模块模拟在生产过程成水合物是否发生分解来测试低水化早强保温隔热水泥浆体系的性能是否能够满足要求。所述的固井模拟实验装置包括温度控制模块，压力控制模块、地层模拟模块、水泥浆泵注模块、生产模拟模块以及稳定性检测模块。
(8)根据目的层段所需的水泥浆注入量进行估算，根据现场作业情况和相应施工参数以顶替液的方式将优化后的低水化早强保温隔热水泥浆注入地层，直至水泥浆到达预定固化范围。水泥浆固化后形成的水泥环具有很好的早期强度，保证了固井质量，同时其内部存在的低水化热材料与保温隔热材料能够保证水合物固井侯凝期间与后续生产作业过程中的稳定，有效避免由于水合物失稳引起的事故。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、改进、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (2)
1.一种提升油气井长效生产寿命的穿越型水合物层固井方法，其特征在于，在穿越型水合物层进行固井时采用低水化早强保温隔热水泥浆体系；
所述的穿越型水合物层为被套管贯穿的水合物层；
由以下步骤实现：
(1)采集固井目的穿越型水合物层的地层样本，测试地层的物性参数，了解固井目的层的环境参数；
(2)对已掌握的地层物性参数进行分析，结合现场作业要求确定满足固井条件的水泥浆早强性能要求、水化热性能要求、保温隔热性能要求；
(3)根据水泥浆早强性能要求，对多种早强剂的效果进行测试，选出性能最好的早强剂；
(4)根据水泥浆水化热性能要求，对多种低水化热材料的效果进行测试，选出性能最好的低水化热材料；
(5)根据水泥浆保温隔热性能要求，对多种保温隔热材料的效果进行测试，选出性能最好的保温隔热材料；
(6)将选出的早强剂、低水化热材料、保温隔热材料与水泥浆配置成低水化早强保温隔热水泥浆体系，调节水泥浆性能，使其具有低水化早强保温隔热性能的同时满足固井施工的要求；
(7)利用固井模拟实验装置，模拟穿越型水合物层固井过程，测试低水化早强保温隔热水泥浆体系的性能是否能够满足要求；若满足要求，进行步骤(8)，若不满足要求，重复步骤(3)-(6)；
(8)根据目的层段所需的水泥浆注入量进行估算，根据现场作业情况和相应施工参数以顶替液的方式将满足测试要求的低水化早强保温隔热水泥浆注入地层，直至水泥浆到达预定固化范围；
所述保温隔热材料包括但不限于空心玻璃微球或闭孔珍珠岩或玻化微珠；
水泥浆在完全泵注入地层之前稠度应小于70波登；水泥浆的泵注时间应控制在1-2时；水泥浆的抗压强度在20℃下24小时内应不低于3.5MPa。
2.根据权利要求1所述的一种提升油气井长效生产寿命的穿越型水合物层固井方法，其特征在于，所述的地层物性参数包括但不限于地层温度、压力、水合物饱和度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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