CN116517499A - 一种井下水泥环金属修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种井下水泥环金属修复方法，涉及石油完井领域中的水泥环修复技术领域。包括地面支撑系统、射孔枪、水泥环修复工具及钻头，地面支撑系统包括下入系统、地面支架及线缆系统，下入系统控制线缆系统的上升与下降；射孔枪由线缆系统连接，通过下入系统下到指定位置，然后由地面控制系统开启；水泥环修复工具包括内部加热系统、外部低熔点金属以及下端的支撑块，内部加热系统可以是电加热或者燃烧剂燃烧加热，由地面控制系统控制开启，由线缆系统连接；外部低熔点金属浇筑在加热系统的外部；钻头用于将井筒内部的低熔点金属封堵塞完全钻除，恢复套管管柱的通径。本发明对井下水泥环进行修复具有操作简单，成功率高的特点。

Description

一种井下水泥环金属修复方法

技术领域

本发明涉及石油完井领域中的水泥环修复方法，尤其涉及一种井下水泥环金属修复方法，适用于海洋与陆地油气井领域。

背景技术

在油气资源开采中，固井质量的好坏与油气井的使用寿命和后续生产能力密切相关。与固井质量相关的一个重要指标是水泥环密封完整性，水泥环密封完整性是指水泥环与管柱或地层岩石之间的封隔能力。

一旦水泥环密封完整性失效，常常会由于水泥环的失效而造成气窜，进而使得在地面出现环空带压的情况，导致井口抬升并加剧环空带压，影响油气井的生产和安全等问题。水泥环密封失效，会形成油气流通的通道，引起油气泄露，对生产期间的井场安全带来威胁与挑战，严重的甚至可能造成重大的财产与安全事故。

造成水泥环失效的原因较多，如：地应力、固井质量、套管试压、注水、酸化压裂等，在这些影响因素中，常常会产生交变载荷，由于水泥是一种脆性材料，会造成水泥环中出现裂缝，使得井底的气体沿着裂缝向上运移，从而进入地面。

当水泥环密封失效时，由于水泥环已经固化，很难对已损坏的水泥环进行修补。现有技术中，会通过一些井下切削工具对已损坏位置的套管连同水泥环进行切割，再重新注入水泥，形成新的封堵水泥环，防止气窜的可能。采用该方法时，所需要的工序很复杂，成本很高，同时由于水泥的流动性及固化收缩性，使得该技术中，很难通过挤入水泥的方式对微裂缝进行修复，即不能完全阻隔气体的流动。因此，采用该方法对已损坏的水泥环进行修复的成功率不是很高。

针对现有水泥环失效修复技术的难点，提出了一种井下水泥环金属修复方法，通过在井下加热低熔点金属，并引导融化的液体低熔点金属流入水泥环的缝隙中，待金属凝固固化后形成金属封堵，最终实现对水泥环的井下原位修复。该方法具有操作简单，成功率高的特点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种井下水泥环金属修复方法，解决现有技术中存在的井下水泥环修复困难，修复成本高等问题，能实现井下水泥环原位修复。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种井下水泥环金属修复方法，通过在井下融化低熔点金属的方法对待修补水泥环进行原位修复。所述井下水泥环金属修复方法主要由井下水泥环修复工具实施，所述井下水泥环修复工具主要由内部加热系统、外部低熔点金属以及下端的支撑块组成；所述内部加热系统可以为电加热或燃烧剂燃烧发热；所述外部低熔点金属为浇筑在加热系统的外部；所述支撑块为有一定弹性的圆柱状耐高温橡胶。

优选地，井下水泥环修复工具通过地面支撑系统进行井下操作；所述地面支撑系统包括线缆和下入系统；所述线缆包括金属线缆以及固定在一起的电缆。

优选地，首先需要确定待修补的水泥环位置，通过地面支撑系统下入井下射孔枪，待下入待修补的位置后，在地面控制射孔枪的开启，在井筒内形成一定数量的射孔，将套管和水泥环连通，形成水泥环、套管、井筒的连通通道；待射孔形成后，通过地面支撑系统起出井下射孔枪。

优选地，通过地面支撑系统中的线缆将水泥环修复工具下入待修补的井筒内并记录下入深度，待工具下入指定位置后，固定地面线缆。通过地面电缆发送井下加热装置的启动指令，开始井下加热装置的快速加热，加热的热量传递到低熔点金属内，将低熔点金属融化，所形成的液体低熔点金属向下流动到射孔中，进而流入到水泥环的裂缝中；随着流动距离的延伸，液体低熔点金属温度逐渐降低并最终凝固；待所有的低熔点金属都融化成液体状态，通过地面支撑系统起出包含加热装置的井下熔融工具，井下待修复位置形成了液态低熔点金属柱，待液态低熔点金属完全凝固后形成金属封堵塞。

优选地，通过地面支撑系统下入钻头，通过钻头将井筒内部的低熔点金属封堵塞完全钻除，恢复套管管柱的通道和通径，待完全钻除后，起出钻头。

优选地，水泥环修复后，下入水泥环性能检测设备对修复后水泥环进行检测评价，待修复后的水泥环完全满足油气井开采的要求后，完成井下水泥环的金属修复。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明所提供的一种井下水泥环金属修复方法能在井下通过加热的方式实现水泥环的原位修复。本发明所提供的方法中，施工工艺分为三步骤：1)下入井下射孔枪完成套管、水泥环的射孔，形成通道；2)下入水泥环修复工具，通过地面启动内部的加热装置，实现井下低熔点金属的快速融化，使得液态低熔点金属填充水泥环中的裂缝以及射孔，待液态低熔点金属凝固后，形成固态金属封堵塞；3)下入钻头，将井筒内部的低熔点金属封堵塞完全钻除，恢复套管管柱的通道和通径，完成井下水泥环的金属修复。本发明所提供的井下水泥环金属修复方法中，可以实现井下原位水泥环的快速修复，恢复水泥环密封完整性。本发明所提供的方法中，能够在井下将低熔点金属快速融化成液态，由于液态金属的流动性较好，能够完成对裂缝的填充和密封，因此，所形成的封堵塞能够起到很好的气密封效果，能够提供可靠的水泥环修复。本发明所提供的方法中，待修复位置的液体低熔点金属完全凝固后，即能实现水泥环的修复，其所需要的作业时间较短，因此，该方法能够大幅度的降低水泥环修复的作业成本。

综上，本发明所提供的一种水泥环金属修复方法具有施工作业成本低、金属修复稳定可靠性高的特点。

附图说明

图1：为本发明的井下水泥环金属修复工具下入图；

图2：为本发明的井筒环空待修补水泥环剖面图；

图3：为本发明的下入射孔枪完成射孔后的井筒剖面图；

图4：为本发明的井下水泥环金属修复工具下入到指定位置图；

图5：为本发明的井下水泥环金属修复工具启动后融化低熔点合金修复水泥环裂缝图；

图6：为本发明的地面系统起出加热装置图；

图7：为本发明的钻头清理低熔点合金塞与耐高温橡胶支撑块图；

图8：为本发明的最终完成水泥环裂缝修补图；

图中：1、地面支撑系统；2、套管；3、水泥环；4、裂缝；5、井下水泥环修复工具；51、加热装置；52、低熔点金属；53、支撑块；6、封隔系统；7、射孔枪；8、射孔；9、钻头；11、线缆；12、下入系统。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

井下水泥环金属修复方法通过在井下融化低熔点金属52的方法对待修补水泥环3进行原位修复。如图1-8所示，井下水泥环金属修复方法主要由井下水泥环修复工具5实施，井下水泥环修复工具5主要由内部加热装置51、外部低熔点金属52以及下端的支撑块53组成；内部加热装置51可以为电加热或燃烧剂燃烧发热；外部低熔点金属52为浇筑在加热系统的外部；支撑块53为有一定弹性的圆柱状耐高温橡胶。

具体地，井下水泥环修复工具5通过地面支撑系统1进行井下操作；地面支撑系统1包括线缆11和下入系统12；线缆11包括金属线缆以及固定在一起的电缆。

具体地，首先需要确定待修补的水泥环3位置，通过地面支撑系统1下入井下射孔枪7，待下入待修补的位置后，在地面控制射孔枪7的开启，在井筒内形成一定数量的射孔8，将套管2和水泥环3连通，形成水泥环3、套管2、井筒的连通通道；待射孔8形成后，通过地面支撑系统1起出井下射孔枪7。

具体地，通过地面支撑系统1中的线缆11将水泥环修复工具5下入待修补的井筒内并记录下入深度，待下入指定位置后，固定地面线缆11。通过地面线缆11发送井下加热装置51的启动指令，开始井下加热装置51的快速加热，加热的热量传递到低熔点金属52内，将低熔点金属52融化，所形成的液体低熔点金属52向下流动到射孔8中，进而流入到水泥环3的裂缝4中；随着流动距离的延伸，液体低熔点金属52温度逐渐降低并最终凝固；待所有的低熔点金属52都融化成液体状态，通过地面支撑系统1起出包含加热装置51的井下熔融工具5，井下待修复位置形成了液态低熔点金属52柱，待液态低熔点金属52完全凝固后形成金属封堵塞。

具体地，通过地面支撑系统1下入钻头9，通过钻头9将井筒内部的低熔点金属52封堵塞完全钻除，恢复套管管柱的通道和通径，待完全钻除后，起出钻头9。

具体地，水泥环3修复后，下入水泥环性能检测设备对修复后水泥环3进行检测评价，待修复后的水泥环3完全满足油气井开采的要求后，完成井下水泥环3的金属修复。

本发明所提供的一种井下水泥环金属修复方法能在井下通过加热的方式实现水泥环3的原位修复。本发明所提供的方法中，施工工艺分为三步：1)下入井下射孔枪7完成套管2、水泥环3的射孔8，形成通道；2)下入水泥环修复工具5，通过地面启动内部的加热装置51，实现井下低熔点金属52的快速融化，使得液态低熔点金属52填充水泥环3中的裂缝4以及射孔8，待液态低熔点金属52凝固后，形成固态金属封堵塞；3)下入钻头9，将井筒内部的低熔点金属52封堵塞完全钻除，恢复套管管柱的通道和通径，完成井下水泥环3的金属修复。本发明所提供的井下水泥环金属修复方法中，可以实现井下原位水泥环3的快速修复，恢复水泥环3密封完整性。本发明所提供的方法中，能够在井下将低熔点金属52快速融化成液态，由于液态金属的流动性较好，能够完成对裂缝4的填充和密封，因此，所形成的封堵塞能够起到很好的气密封效果，能够提供可靠的水泥环3修复。本发明所提供的方法中，待修复位置的液体低熔点金属52完全凝固后，即能实现水泥环3的修复，其所需要的作业时间较短，因此，该方法能够大幅度的降低水泥环3修复的作业成本。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种井下水泥环金属修复方法，其特征在于，包括：地面支撑系统、射孔枪、水泥环修复工具及钻头；所述地面支撑系统包括下入系统、地面支架、线缆系统，下入系统控制线缆系统的上升与下降；所述射孔枪由线缆系统连接，通过下入系统下到指定位置，然后由地面控制系统开启；所述水泥环修复工具包括内部加热系统、外部低熔点金属以及下端的支撑块，内部加热系统可以是电加热或者燃烧剂燃烧加热，外部低熔点金属浇筑在加热系统的外部，支撑块为有一定弹性的圆柱状耐高温橡胶；钻头用于将井筒内部的低熔点金属封堵塞完全钻除，恢复套管管柱的通径。

2.根据权利要求1所述的一种井下水泥环金属修复方法，其特征在于，所述射孔枪用于射孔套管和水泥环；确定待修补的水泥环位置，通过地面支撑系统下入井下射孔枪，待下入至待修补位置后，在地面控制射孔枪的开启，在井筒内形成一定数量的射孔，将套管和水泥环连通，形成一个水泥环、套管、井筒的连通通道；待射孔形成后，通过地面支撑系统起出井下射孔枪。

3.根据权利要求1所述的一种井下水泥环金属修复方法，其特征在于，通过地面支撑系统中的线缆将水泥环修复工具下入待修补的井筒内并记录下入深度，待下入至指定位置后，固定地面线缆；通过地面发送井下加热装置的启动指令，开始井下加热装置的快速加热，加热的热量传递到低熔点金属内，将低熔点金属融化，所形成的液体低熔点金属向下流动并流入到射孔中，进而流入到水泥环的裂缝中；待所有的合金融化成液体状态，通过地面支撑系统起出包含加热装置的井下熔融工具，井下待修复位置形成了液态低熔点金属柱，待液态低熔点金属完全凝固后形成金属封堵塞。

4.根据权利要求1所述的一种井下水泥环金属修复方法，其特征在于，所述钻头用于钻除封堵合金塞，通过地面支撑系统下入钻头，通过钻头将井筒内部的低熔点金属封堵塞完全钻除，恢复套管管柱的通道和通径，待完全钻除后，起出钻头。

5.根据权利要求1所述的一种井下水泥环金属修复方法，其特征在于，所述线缆系统包括线缆及电缆；所述线缆用于连接射孔枪与水泥环修复工具；所述电缆用于控制射孔枪与水泥环修复工具的开启与关闭。

6.根据权利要求1所述的一种井下水泥环金属修复方法，其特征在于，所述内部加热系统可以是电加热，也可以是燃烧剂燃烧加热。