CN102877812A

CN102877812A - 一种平衡压力固井的工艺方法

Info

Publication number: CN102877812A
Application number: CN2012103489735A
Authority: CN
Inventors: 步玉环; 李斐; 郭胜来
Original assignee: China University of Petroleum East China
Current assignee: China University of Petroleum East China
Priority date: 2012-09-14
Filing date: 2012-09-14
Publication date: 2013-01-16

Abstract

本发明公开了一种平衡压力固井的方法：a)在固井封固段采用常规密度的水泥浆体系；b)降低环空上部液柱压力；c)控制环空井口回压保证薄弱层处压力保持平衡。本发明提供的固井工艺技术可有效防止地层被压漏，充分保护油气产层；保证水泥环强度；环境污染风险小；适用地层范围广，特别适用于易漏失、低压储层。

Description

一种平衡压力固井的工艺方法

技术领域

本发明涉及一种油田平衡压力固井的工艺方法，属于油气井固井领域。采用该方法在保证固井质量的同时，可达到保护油气储层的目的，满足平衡压力固井的要求。

背景技术

随着低渗油藏的开发，欠平衡钻井技术的应用越来越广泛。而欠平衡钻进结束后进行固井作业时，为了满足固井“压稳”的需求，往往采用液柱压力大于地层压力的水泥浆密度，在水泥浆注替过程中，固井液极易流入井筒，固井液中的固相颗粒可直接堵塞地层流体通道，使得储层的产能降低；同时固井作业本身就会造成储层由欠平衡状态转变为过平衡状态，从而失去了欠平衡钻井的意义。另外，采用欠平衡钻井技术的地层通常为裂缝性地层、低压地层或枯竭油气层，这些地层的承压能力一般较低，易发生井漏。

长庆苏格里气田依据平衡压力固井原理以及自身储层特点，针对欠平衡井采用了正注反挤固井工艺技术，并取得了成功。该固井工艺是以平衡压力固井为技术思路，为压稳地层和防止漏失，优选粘滞性前置液和双凝防气窜水泥浆体系，先采用常规固井工艺注替水泥浆，确保套管鞋处固井质量良好，待水泥浆初凝后，严格按照反挤要求，在套管外环空反挤水泥浆，封固井口上部环空；正注和反挤均采用关井候凝，环空加压，确保井口安全。但将该固井工艺技术有时需要反复地施工才能奏效，且在反注中易发生溢流，造成固井作业失败。因此，正注反挤固井工艺技术并不能彻底解决所有欠平衡井的固井问题。

对于欠平衡钻井所钻遇的溶洞型或裂缝性井眼，为了有效防止漏失或者堵漏失败等复杂井况的出现，可采用分级固井工艺技术，即采用分级箍将长封固井段人为分隔开，通过地面控制来打开和关闭分级箍，使注水泥作业分两次或多次施工来完成，以降低固井施工中的注、替压力。但分级固井工艺技术对分级箍的安放位置井眼有严格要求(即要求安放处井眼规则且岩性致密)，当分级箍打不开时，必然会造成固井作业的事故，因此，该工艺技术并没有被广泛应用。

2008年，专利号为CN101139919A的专利公开了一种关于负压固井的系统——负压固井系统及其控制方法，该发明主要是利用U型管压力平衡原理和气体比重低，可被释放出地面的优点，有效实现井漏情况下的固井作业，提高固井质量。固井前，首先通过在井口向中空钻杆或环空冲入一定量的空气或氮气，用声纳测深器所测出环空井下钻井液静液面高度来计算预定压力，然后通过井口泄压阀门调节注入压力，控制井底压力低于地层压力；但该方法仅应用于尾管固井。

发明内容

本发明提出一种新的平衡压力固井技术——环空注气平衡压力固井技术，该技术以保护油气层为基本出发点，从环空压力控制角度出发对欠平衡井的固井工艺技术进行改进，为欠平衡井形成一套平衡压力固井的工艺方法，解决欠平衡井固井的作业难题，并将进一步推动欠平衡钻井技术的发展。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种平衡压力固井的方法，

a)在固井封固段采用常规密度的水泥浆体系；

b)降低环空上部液柱压力；

c)控制环空井口回压保证薄弱层处压力保持平衡。

所述的方法，降低环空上部液柱压力主要是采用在环空中钻井液中加入密度较低的减轻材料。

所述的方法，所述减轻材料为空气。

本发明提供的固井工艺技术可有效防止地层被压漏，充分保护油气产层；保证水泥环强度；环境污染风险小；适用地层范围广，特别适用于易漏失、低压储层。

本发明主要是利用气体的密度较低，将气体注入到环空上部的钻井液中，形成环空气液两相流，来降低环空上部产生的动液柱压力。

附图说明

图1为环空注气平衡压力固井技术原理，直观地表示了平衡压力固井的具体实施方式。

图2为环空注气井筒受力分析模型。

图3为井筒环空流体的受力分析模型。

图4为固井过程水泥浆进入环空过程中的受力分析图；a水泥浆开始进入环空；b水泥浆到达返高。

1套管，2节流阀，3混气钻井液，4井壁，5单流阀，6钻井液，7环空，8注气点深度，9钻井液，10水泥浆；

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

本发明的原理如图1(图中竖直虚线为井身中心线，下同)所示。将一根下端接有单流阀5的注气管下入到套管1与井壁4之间的环空7内，通过注气使得注气点以上的环空形成气液两相流，从而减少了注气点以上井筒环空压力，注气点以下环空仍采用常规前置液和常规密度水泥浆体系。注气过程随着水泥浆的环空上返，气体也逐渐在环空上返，由于气体的掺混钻井液密度逐渐降低，使得环空产生负压，然后结合井口节流阀调节来确保井筒环空压力保持在孔隙压力与地层破裂压力的安全窗口范围内，满足平衡压力固井技术的要求。

假设固井施工中最多用6种固井流体，这6种固井流体及泵入顺序为：钻井液9，冲洗液、隔离液、领浆、尾浆和顶替液。其中，冲洗液和隔离液统称为前置液，领浆和尾浆统称为水泥浆10。整个井筒的受力分析模型如图2所示。

将套管中空与环空看作一个“U”型管，根据U型管原理有：

PS+PHC-PFC＝PR+PM+PHA+PFA (1)

式中，PS——地面压力，MPa；

PHC——套管内总的静液柱压力，MPa；

PFC——套管内总的流阻力，MPa；

PR——环空井口回压，MPa；

PM——环空内气液两相流产生的总压力，MPa；

PHA——环空内单相流总的静液柱压力，MPa；

PFA——环空内单相流总的流动阻力，MPa。

假设图中W处为薄弱地层，此处的地层破裂压力为P_f，井筒环空流体进行受力分析模型，如图3所示。

依据平衡压力固井的技术标准：在整个固井注替过程中，固井流体最大动液柱压力应小于整个井段最薄弱地层层段的破裂压力；即：

PR+PHAW+PFAW＜P_f

或PR+PHAW+PFAW＝P_f-ΔP_f (2)

式中，PHAW——任一时刻，W层以上环空流体产生的总静液柱压力，MPa；

PFAW——任一时刻，W层以上环空流体产生的总流动阻力，MPa；

ΔP_f——压力控制安全值(通常取破裂压力的5％)，MPa。

在固井过程中，为了保证水泥石的强度，采用常规密度水泥浆体系，由于水泥浆密度较欠平衡钻井所用钻井液密度大得多，因此水泥浆在环空所产生的动液柱压力将大幅增大。水泥浆开始流入环空至达到返高位置过程中的受力图，如图4所示。由图4可得：当水泥浆和前置液的密度确定后，随着水泥浆返至薄弱层以上位置，PHAW和PFAW将迅速不断增大，为了保证环空薄弱层不被压漏，注气点处所需压力不断减小，只有通过降低上部钻井液所产生的动液柱压力来实现平衡压力固井的目的。本发明主要是利用气体的密度较低，将气体注入到环空上部的钻井液中，形成环空气液两相流，来降低环空上部产生的动液柱压力。

当水泥浆到达环空设计返高位置时，薄弱层以上环空单相流体产生的总压力达到最大值，控制注气点处压力小于平衡固井所需的最小注气点压力值，就可得到注气点处的最小注气流量，并以此注气流量为环空注气平衡压力固井施工的注气流量，且在固井过程中保持不变。

以水泥浆进入井筒开始计时，随着水泥浆进入环空，不同时刻注气点所需液柱压力开始不断降低，直至水泥浆到达设计返高位置。由于注气流量不变，环空上部气液两相流所产生的液柱压力基本不变，通过控制井口回压来降低注气点处压力，因此，井口回压将随着水泥浆进入环空长度的增大而不断降低。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种平衡压力固井的方法，其特征在于：

a)在固井封固段采用常规密度的水泥浆体系；

b)降低环空上部液柱压力；

c)控制环空井口回压保证薄弱层处压力保持平衡。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：降低环空上部液柱压力主要是采用在环空中钻井液中加入密度较低的减轻材料。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述减轻材料为空气。