CN117027678A - 一种油气井套管变形防治方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种油气井套管变形防治方法，包括如下步骤：S1、确定全井段套变风险点位，在套变风险点位建立受力分析模型；S2、根据受力分析模型制备空心环；S3、将制备的空心环套接在套管外，确保空心环与套管同轴；S4、将带有空心环的套管下放至钻井中；S5、对安装有套管的井眼进行水泥固井，通过在套管增设套外空心环并进行水泥固定后，断层滑移产生的剪切力在水泥环、空心环的作用下得到很好的转换，不再或很少一部分作用在套管上，从而可以使套管不再发生剧烈的局部缩径，对套管起到了很好的保护作用。
Description
技术领域
本发明一种油气井套管变形防治方法，属于油气井技术领域。
背景技术
套管作为钻井过程中隔离地层与井筒的屏障，将油气与地层隔绝，是油气通往地面的关键通道，套管服务年限的长短是决定油气开发经济效益的关键因素之一，在油气开发的过程中，尤其是进入开采中后期，随着套管服务年限的增加以及地下复杂地质条件的变化，油气套管服务年限的增加以及地下复杂地质条件的变化，油气套管便会逐渐出现不同程度的变形损伤甚至失效，导致油气无法正常开采，常见原因是钻井施工以及水力压裂作业过程中引起的地应力扰动有可能使地下原本处于平衡状态下的断层被激活，从而断裂发生滑动剪切套管缩径变形，目前这种套管变形问题普遍存在，一旦出现套管变形后，不仅会使油气产量下降，后期的套变治理成本也会急剧增加，所以，采取措施防止套管变形，对于油气稳产、减少或避免套变治理成本具有重要意义。
目前针对套管变形采取的措施主要是增加套管钢级和壁厚、提高水泥环厚度以及降低水泥环弹性模量等，其中，降低水泥环弹性模量效果比较好，其余措施效果不佳，同时其余措施施工难度较大，但是采用降低水泥环弹性模量的方式针对因断层/天然裂缝错动造成抬棺发生局部缩径变形的问题也不能得到很好的控制，故急需寻找一种可以解决因断层/天然裂缝发生小位移错动剪切套管局部缩径变形的方法。
发明内容
本发明一种油气井套管变形防治方法，克服了现有技术存在的不足，可以转换断层滑移产生的剪切力，确保套管不会出现剧烈的局部缩径，可以对套管进行很好的保护。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种油气井套管变形防治方法，包括如下步骤：
S1、确定全井段套变风险点位，在套变风险点位建立受力分析模型；
S2、根据受力分析模型制备空心环；
S3、将制备的空心环套接在套管外，确保空心环与套管同轴；
S4、将带有空心环的套管下放至钻井中；
S5、对安装有套管的井眼进行水泥固井。
所述空心环包括带有空心夹层的筒体、对称设置在筒体轴向方向两端的楔形套筒。
所述空心环与套管螺纹连接。
所述步骤S1，受力分析模型用于模拟计算断层滑移量。
所述步骤S2，根据步骤S1得到的受力分析模型以及断层滑移量，确定需要制备的空心环的抗压、抗拉以及屈服等力学性能，从而对空心环参数进行确定。
所述步骤S5，在对井眼进行水泥固井前，需要确保套管位于井眼中心。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
1、在套管增设套外空心环并进行水泥固定后，断层滑移产生的剪切力在水泥环、空心环的作用下得到很好的转换，不再或很少一部分作用在套管上，从而可以使套管不再发生剧烈的局部缩径，对套管起到了很好的保护作用。
2、在断层或天然裂缝激活后产生的小位移滑移的情况下，空心环可以对缩径损伤点起到保护作用，可以有效的对套管变形进行预防，可以提高作业的安全性。
附图说明
图1是本发明实施例所述一种油气井套管变形防治方法的流程图；
图2是本发明实施例所述一种油气井套管变形防治方法的空心环结构示意图；
图3是本发明实施例所述一种油气井套管变形防治方法的空心环与套管连接状态示意图。
附图标记说明：
1为空心环、2为空心夹层、3为楔形面、4为内螺纹、5为套管、6为外螺纹。
具体实施方式
如图1-图3所示，本发明一种油气井套管变形防治方法，包括如下步骤：
S1、确定全井段套变风险点位，在套变风险点位建立受力分析模型；
通过整合该区块的微地震、钻完井以及测井等相关资料，确定研究区块断层/天然裂缝断裂面(弱面)的相关信息；尽可能精确断裂面的井深位置、走向、倾角等相关参数，为之后的模型建立提供更详细的数据支撑；建立受力分析模型，对断裂面的力学性能以及弱面滑移风险进行研究，从而得到断裂面的力学相关参数、发生滑移的临界条件以及滑移量。
S2、根据受力分析模型制备空心环；
结合步骤S1得到的资料以及地层岩石性质等资料，使用有限元分析软件建立井筒与地层间的相互作用模型，在套管发生剪切变形的地方添加一个安装了套外空心环的套管，通过调整空心环的性能参数，优选出空心环的结构以及材料属性(外径、壁厚、钢级等)，根据优选的空心环结构以及材料属性对加工空心环。
S3、将制备的空心环套接在套管外，确保空心环与套管同轴；
给空心环内环加工出内螺纹，同时给需要安装空心环的套管加工出外螺纹，从而使两个部件通过螺纹的形式进行结合，将空心环安装在套管上。
S4、将带有空心环的套管下放至钻井中；
为顺利下入套管，可进行划眼、漂浮下套管等措施；划眼施工，即采用与原来井径相同的钻头，在井内做上、下及旋转运动，从而清除附在井壁上的杂物，使井壁保持圆整，使井眼畅通无阻；而漂浮下套管则是在套管柱下部封闭一段空气或低密度的钻井液，以减轻整个管柱在钻井液中的质量，从而减小摩阻、将套管顺利下入。
下入套管后，为确保空心环处在正确的位置，可以将声波测井工具下入到发生剪切作用的位置，当声波速度发生明显差异时即可确定空心环的位置；同时，为保障整个套管居于井眼中心，可采用增加扶正器的措施，改善套管在井眼中的偏心程度。
S5、对安装有套管的井眼进行水泥固井。
完成上述操作，未发现异常，即可进行注水泥固井。为了防止窜槽引起固井质量差，可以采取的措施包括：①调整好钻井液和水泥浆性能，采用低粘度和低切应力的水泥浆，它能使水泥浆在高速下顶替钻井液，易形成紊流，水泥浆与钻井液界面附近的牵引力作用强，从而有利于顶替钻井液；②紊流或塞流注水泥；③适当增加水泥浆量；④注水泥前打入一定量的隔离液等等措施。
空心环1，包括空心夹层2、楔形侧面3、内螺纹4，空心夹层2主要是为了更有效地转换小位移断层/天然裂缝错动所产生的剪切力，从而保护套管；楔形侧面3是为了保证注水泥固井时水泥浆上返时能顺利通过安装有套外空心环1的地方；内螺纹4则是为了与套管5上的外螺纹6以螺纹的形式进行组合，以便与套管一起下井。
空心环一般需要使用与油气套管一样的材质，采用P110钢级，其屈服强度为758MPa，弹性模量210GPa，泊松比为0.3；亦可根据不同油气田区块实际井况优选不同性能的套外空心环，以便更有效预防套管缩径变形。
具体试验如下：
在套管没有外加空心环，仅仅有水泥环的情况下，地层滑移量为2cm时，套管缩径量仅仅只有0.663mm，滑移量达到4cm时，套管局部缩径量为0.401cm，说明当滑移量较小的时候，水泥环的韧性能减少一部分变形，同时套管的刚度能够抵御一部分变形，但是当滑移量达到6cm时，套管与水泥环发生严重缩径，最大缩径量达到了2.01cm，随着滑移量进一步增大，剪切应力完全超过套管屈服强度，套管发生剧烈缩径变形。
对套管增加空心环并外部固封水泥后，在6cm的断层滑移情况下，套管仅发生很小的局部缩径，套管缩径变形量为0.876cm，正是因为空心环的存在，断层滑移产生的剪切力在水泥环、空心环的作用下得到很好的转换，不在或很少一部分作用在套管上，从而使得套管不在发生剧烈的局部缩径，对套管得到看很好的保护。
上面对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (6)
1.一种油气井套管变形防治方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、确定全井段套变风险点位，在套变风险点位建立受力分析模型；
S2、根据受力分析模型制备空心环；
S3、将制备的空心环套接在套管外，确保空心环与套管同轴；
S4、将带有空心环的套管下放至钻井中；
S5、对安装有套管的井眼进行水泥固井。
2.根据权利要求1所述的一种油气井套管变形防治方法，其特征在于，所述空心环包括带有空心夹层的筒体、对称设置在筒体轴向方向两端的楔形套筒。
3.根据权利要求1所述的一种油气井套管变形防治方法，其特征在于，所述空心环与套管螺纹连接。
4.根据权利要求1所述的一种油气井套管变形防治方法，其特征在于，所述步骤S1，受力分析模型用于模拟计算断层滑移量。
5.根据权利要求4所述的一种油气井套管变形防治方法，其特征在于，所述步骤S2，根据步骤S1得到的受力分析模型以及断层滑移量，确定需要制备的空心环的抗压、抗拉以及屈服等力学性能，从而对空心环参数进行确定。
6.根据权利要求1所述的一种油气井套管变形防治方法，其特征在于，所述步骤S5，在对井眼进行水泥固井前，需要确保套管位于井眼中心。
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