CN113803019B - 用于水平井的固完井方法和管串 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于水平井的固完井方法和管串。该方法包括以下步骤：将包含注水泥器的管串下入到所述水平井内，使得所述注水泥器位于所述水平井的水平井段的薄弱地层附近，使所述注水泥器的通向环空的注水泥通道打开，以向所述薄弱地层与所述管串之间的环空注入水泥浆。通过这种方法可以有效确保油气井的开采，对于致密油气藏及页岩气的采集来说是尤其有利的。

Description

用于水平井的固完井方法和管串

技术领域

本发明涉及水平井固完井一体化技术领域，特别是涉及一种用于水平井的固完井方法。本发明还涉及一种用于固完井的管串。

背景技术

目前，为了提高致密油气藏及页岩气单井产量及开采效率，通常采用各种储层改造技术，以在井筒内建立大泄流通道，进行增产举措。但是，对于水平井段的顶部邻近高压水层、漏失层或多压力体系储层等复杂储层的情况来说，如果进行大排量压裂造缝储层改造施工作业，就极易连通水层、漏失地层或其他压力体系储层。这会造成井筒水淹、油气进入漏失层或破坏开采压力体系等问题，从而大幅降低油气井的开采效率。

在现有技术中，一般在整个井眼环空内填充水泥浆来进行固井，以避免上述情况的发生。然而，这种操作的成本很高。尤其是，用于开采致密油气藏及页岩气的井眼通常为深井或超深井，并且容易具有薄弱地层。如果在整个井眼环空内填充水泥浆，那么所耗费的时间和材料成本将会非常高。这种高成本严重阻碍了对目前对致密油气藏及页岩气的开采。

因此，需要一种能够有效开采油气井、尤其是致密油气藏及页岩气的方法。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种用于水平井的固完井方法，通过这种方法可以有效确保油气井的开采，对于致密油气藏及页岩气的采集来说是非常有利的。本发明还提出了一种用于实现上述方法的水平井的固完井的管串。

根据本发明的第一方面，提出了一种用于水平井的固完井方法，包括以下步骤：将包含注水泥器的管串下入到所述水平井内，使得所述注水泥器位于所述水平井的水平井段的薄弱地层附近，使所述注水泥器的通向环空的注水泥通道打开，以向所述薄弱地层与所述管串之间的环空注入水泥浆。

通过这种方法，可以在且仅在水平井段的薄弱地层处有效形成支护，以避免这部分地层在随后的作业过程中出现漏失等问题。与现有技术中的整个井眼用水泥浆固井的方法相比，这种方法的成本要小得多。由此，有利于确保油气井的开采。尤其是对于致密油气藏及页岩气的采集来说，这种方法能够在确保安全、有效地进行开采的同时大幅降低作业成本。

在一个实施例中，所述管串包括位于所述注水泥器下方的裸眼封隔器，在所述管串下入到所述水平井内之后且在通过所述注水泥器向所述环空注入水泥浆之前，使所述裸眼封隔器在所述水平井段内坐封。

在一个实施例中，在通过所述注水泥器向所述环空环空注入水泥浆之后，关闭所述注水泥通道。

在一个实施例中，所述管串还包括送入钻具，通过上提所述送入钻具来关闭所述注水泥通道。

根据本发明的第二方面，提出了一种用于水平井的固完井的管串，包括注水泥器，在所述管串下入到所述水平井内时，所述注水泥器位于所述水平井的水平井段的薄弱地层附近，所述注水泥器包括外筒和套设在所述外筒内的内筒，在所述外筒的侧壁上构造有沿径向方向贯穿所述外筒的注水泥通道，在第一状态下，所述内筒覆盖所述注水泥通道以封闭所述注水泥通道，在第二状态下，所述内筒与所述注水泥通道错开以打开所述注水泥通道，允许通过所述注水泥通道向薄弱地层与管串之间的环空注入水泥浆。

在一个实施例中，所述内筒的至少一部分沿轴向向下的方向移动以从第一状态转变为第二状态，和/或所述内筒的至少一部分沿轴向向上的方向移动以从第二状态转变为第一状态。

在一个实施例中，所述注水泥器还包括套设在所述内筒内侧的打捞筒以及套设在所述打捞筒内的注水泥球座，所述管串还包括打捞装置，所述打捞筒构造为允许打捞装置的弹性爪插入其中并与其相接合，在初始状态下，所述注水泥器的外筒与内筒通过第一剪切销钉连接在一起，以使所述外筒和内筒相对于彼此固定，在所述注水泥球座与从井口投入的注水泥球相接合而进行憋压时，所述第一剪切销钉剪断，以允许所述内筒相对于所述外筒沿轴向方向移动，从而能从第一状态转变为第二状态，在初始状态下，所述内筒与所述打捞筒通过第二剪切销钉连接在一起，在上提所述打捞装置时，所述第二剪切销钉剪断，以允许所述打捞筒和所述注水泥球座随所述打捞装置一起被回收到井口。

在一个实施例中，所述内筒包括由上到下依次连接的第一内筒部、第二内筒部和第三内筒部，所述第三内筒部通过防退卡簧与所述外筒相接合，以避免所述内筒在第二状态下上移而封闭所述注水泥通道，在初始状态下，所述第二内筒部和所述第三内筒部通过第三剪切销定相连，在上提所述打捞装置时，在所述防退卡簧的作用下，所述第二内筒部相对于所述第三内筒部向上移动而剪断所述第三剪切销钉，所述第一内筒部和第二内筒部轴向向上移动而从第二状态转变为第一状态，进一步上提所述打捞装置，使得所述第二剪切销定剪断，以允许所述打捞筒和所述注水泥球座随所述打捞装置一起被回收到井口。

在一个实施例中，所述管串还包括设置在所述注水泥器下方的多个裸眼封隔器，所述多个裸眼封隔器沿轴向方向彼此间隔开布置，在所述管串下入到所述水平井内之后且在通过所述注水泥器向所述环空注入水泥浆之前，所述多个裸眼封隔器在所述水平井段内坐封。

在一个实施例中，所述管串还包括连接在所述打捞装置上方的碰压短节和连接在所述打捞装置上方的伸缩短节，所述伸缩短节的上方连接有与送入钻具相连的衬管，所述伸缩短节构造为允许调整所述衬管与所述注水泥器之间的距离以使所述打捞装置能与所述注水泥器配合压紧。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过本发明的方法和管串，可以在且仅在水平井段的薄弱地层处有效形成支护，以避免这部分地层在随后的作业过程中出现漏失等问题。与现有技术中的整个井眼用水泥浆固井的方法相比，这种方法的成本要小得多。由此，有利于确保油气井的开采。尤其是对于致密油气藏及页岩气的采集来说，这种方法能够在确保安全、有效地进行开采的同时大幅降低作业成本。另外，通过在裸眼封隔器上方的环空中注入水泥浆，能够有效地封固水泥浆上下两侧的环空。由此，即便下侧的、设置有裸眼封隔器的环空出现封隔失败、漏失等问题时，上侧的、通向井口的环空也不会受到影响，不会有高压流体通向井口。这对于确保作业安全来说是非常有益的。

附图说明

在下文中参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1显示了根据本发明的一个实施方案的管串的示意图；

图2显示了图1中的管串的一部分的示意图；

图3显示了图1中的管串的一部分的示意图；

图4显示了图1中的管串的一部分的示意图；

图5显示了图1中的管串的一部分的示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

在图1中显示了根据本发明的管串100的一个实施例。沿从上到下的方向，管串100包括依次设置的送入钻具2、尾管悬挂器3、传压筒4、密封接头5、旋转短节6、衬管7、伸缩短节8、碰压短节9、打捞装置10、注水泥器11、裸眼封隔器13和14、投球滑套15、裸眼封隔器16和17、投球滑套18、裸眼封隔器19和20、压差滑套21、井下隔离阀23，以及浮鞋24。上述旋转短节6、衬管7、伸缩短节8、碰压短节9、打捞装置10插入到了包括上述注水泥器11、裸眼封隔器13和14、投球滑套15、裸眼封隔器16和17、投球滑套18、裸眼封隔器19和20、压差滑套21、井下隔离阀23及浮鞋24的尾管内。

送入钻具2、尾管悬挂器3、传压筒4、密封接头6、衬管7、各个裸眼封隔器、投球滑套、压差滑套21、井下隔离阀23和浮鞋均是现有技术中已知的，在此不加赘述。

如图2所示，注水泥器11包括外筒113。外筒113的上端被上接头111插入，并与该上接头111相连。外筒113的下端被下接头112插入，并与该下接头112相连。在外筒113内套设有内筒。在图1所示的实施例中，内筒包括由上到下依次连接的第一内筒部114、第二内筒部115和第三内筒部116。第一内筒部114与第二内筒部115通过螺纹连接，并且在第一内筒部114与第二内筒部115的连接部内侧设置有限位卡簧203。第二内筒部115和第三内筒部116通过第三剪切销钉205而彼此相连。另外，第一内筒部114还通过第一剪切销钉202而与外筒113相连。

应当理解的是，根据需要，内筒也可设计为一体的，或具有其他的分体式设计结构。

上述内筒在轴向方向上被限制在上接头111和下接头112之间。在内筒(第一内筒部114)的上端外侧构造有开关套201。开关套201例如构造为双面锯齿卡簧，用于与上接头111的下端内侧的相应的接合部分(例如为螺纹)相接合。在下文中，将结合工作过程对此进行更加详细的描述。

另外，在第三内筒部116的外侧构造有防退卡簧206。该防退卡簧206与外筒113相接合，使得第三内筒部116能相对于外筒113沿轴向向下移动，但不能沿轴向向上移动。

此外，注水泥器111还包括套设在内筒内的打捞筒117，以及套设在该打捞筒117内的注水泥球座118。打捞筒117通过第二剪切销钉204而与第二内筒部115相连。注水泥球座118通过螺纹与打捞筒117相连。打捞筒117构造为适于与打捞装置10的弹性爪103相接合，以便于打捞工作的进行。

上文所述的限位卡簧203一方面设置在第一内筒部114与第二内筒部115的连接部内侧，另一方面还设置在打捞筒117的外侧。限位卡簧203的上端面的内侧部分与打捞筒117的朝向下方的台阶面相接合，该上端面的内侧部分为垂直于轴向方向延伸的平面。限位卡簧203的上端面的外侧部分与第一内筒部114的下端面相接合，该上端面的外侧部分为沿轴向向下的方向径向向外倾斜的斜面。限位卡簧203的下端面的外侧部分与第二内筒部115的朝向上方的台阶面相接合，该下端面的外侧部分为垂直于轴向方向延伸的平面。这种构造使得限位卡簧203能在管串100下行时起到承载作用，确保打捞筒117相对于内筒固定。在上提打捞筒117以进行打捞时，限位卡簧203又能与第一内筒部114配合而径向向内收缩。此时，限位卡簧203不再起到将打捞筒117与内筒固定在一起的作用，不会妨碍打捞筒117的打捞作业。

如图2所示，在外筒113的侧壁上构造有沿径向方向贯穿的注水泥通道113A。在第一状态下，内筒(第一内筒部114)与该注水泥通道113A相重叠，以封闭该注水泥通道113A。在第二状态下，内筒(第一内筒部114)与该注水泥通道113A错开，允许该注水泥通道113A打开，从而允许注水泥器111内的水泥浆能通过该注水泥通道113A而流流到注水泥器11的外筒113之外。

图2显示了注水泥器111的初始状态。此时，各个剪切销钉保持内筒、外筒与打捞筒之间的位置，并使得注水泥通道113A封闭(即，处于第一状态)。

图3显示了伸缩短节8、碰压短节9和打捞装置10依次连接的结构示意图。如图4所示，该打捞装置10包括打捞接头101，以及连接在打捞接头101之下的弹性爪102。在弹性爪102内侧套设有支撑套103。该弹性爪102可插入到上述打捞筒117内，以对注水泥器111进行操作。通过伸缩短节8有利于调整衬管7与注水泥器11之间的轴向距离。例如在通过碰压短节9进行憋压的情况下，伸缩短节8之下的碰压短节9和打捞装置10可下移而有利于打捞装置10的弹性爪102与注水泥器11的打捞筒117配合压紧。通过弹性爪102与打捞筒117之间的配合压紧能够实现打捞装置10与打捞筒117之间的有效连接。这对于提高打捞筒117及其附件的打捞效率和打捞成功率来说是非常有利的。

图5显示了旋转短节6的结构示意图。该旋转短节6包括承载套62，旋转上接头61和旋转下接头65。旋转上接头61的下端保持在该承载套62内，通过密封件64而与承载套62密封，并通过钢珠63而与承载套62旋转配合。旋转上接头61的上端沿轴向向上的方向延伸到承载套62之外，并与密封接头5相连。旋转下接头65的上端插入到承载套62内，并位于旋转上接头62之下。旋转下接头65的上端与承载套62固定连接，并通过密封件66实现密封。旋转下接头65的下端沿轴向向下的方向延伸到承载套62之外，并与衬套相连。通过旋转短节6有利于衬管7与外层的尾管之间的配合。

下面将参照图1-5来详细描述本发明的完井固井管串100的工作过程的一个实施例，并由此来详细说明本发明的完井固井方法。

首先，将如上所述的管串100下入到水平井中，使得注水泥器11位于水平井段的顶端处的薄弱地层附近。优选地，注水泥器11位于薄弱地层之下的适当位置，即相对于薄弱地层更加靠近井底。例如，如果薄弱地层位于井下2000m的深度，则注水泥器可位于井下2200m的深度。

然后，开泵循环，并向管串100中投球，使得该球与井下隔离阀23的球座配合，实现管串100内的憋压，以关闭井下隔离阀23。

再然后，进一步进行管串100内的憋压，以使尾管悬挂器3坐挂在井壁上，并使得裸眼封隔器13、14、16、17、19、20坐封在水平井段内。通过这些裸眼封隔器13、14、16、17、19、20，一方面能对与水平井段对应的地层进行分段封隔，另一方面也能对地层起到一定的支护作用。

此后，可将管串100下压一定吨位，以检验尾管悬挂器3的坐挂可靠性。

然后，可通过继续憋压而打开压差滑套21，以再次在井内建立循环。

然后，可对尾管悬挂器3进行丢手作业，使得尾管保持在井内。

此后，可向管串100内投入注水泥球12，至其与注水泥器11的注水泥球座118相接合，并再次进行憋压。通过憋压，使得连接外筒113和第一内筒部114的第一剪切销钉202剪断，并使得第一内筒部114、第二内筒部115、第三内筒部116、打捞筒117、注水泥球座118和注水泥球12一起沿轴向向下移动至注水泥通道113A打开(第二状态)。由此，可向管串100与薄弱地层之间的环空内注入水泥浆。由于一开始将注水泥器11定位在了薄弱地层之下一段距离的位置，因此通过注水泥器11注入到环空中的水泥浆能够有效封固该薄弱地层。

在注入水泥浆结束之后，向管串100内投入钻杆胶塞1，进行替浆作业，直到钻杆胶塞1在碰压短节9处进行碰压。继续憋压，能在伸缩短节8的作用下使打捞装置10的弹性爪102与注水泥器11的打捞筒117压紧配合。再继续憋压，可打开碰压短节9侧壁处的通道，重新建立井下循环。

然后，可通过上提送入钻具2而带动打捞装置10、注水泥器11的打捞筒117、注水泥球座118、第一内筒部114和第二内筒部115一起向上移动，至第一内筒部114再次覆盖注水泥通道113A而封闭注水泥通道113A(第一状态)。在此过程中，由于第三内筒部116外侧的防退卡簧206的作用，第三内筒部116不随第二内筒部115一起向上移动，而是保持其与外筒113之间的相对位置。因此，连接第二内筒部115与第三内筒部116的第三剪切销钉205剪断。在这里，第一内筒部114优选地上行至比初始位置略高的位置，以使其上端插入到上接头111的下端内。由此，该第一内筒部114的上端外侧的开关套201能够与上接头111的下端内侧的接合部分相接合，以防止第一内筒部114再次下行而打开注水泥通道113A。应当理解的是，在还未进行注水泥的初始状态下，第一内筒部114的上端不插入到上接头111的下端内，以避免第一内筒部114上的开关套201与上接头111的接合部分相接合。

此后，继续上提送入钻具2，以将衬管7、伸缩短节8、碰压短节9、打捞装置10以及注水泥器11的打捞筒117和注水泥球座118以及注水泥球12一起提出井内。在此过程中，第一内筒部114和第二内筒部115因受到上接头111的阻挡而不随打捞筒117一起被提出。限位卡簧203向内收缩而不再与第一内筒部114卡接。因此，连接第二内筒部115与打捞筒117的第二剪切销钉204剪断。

由此，可实现留在管串100内的部分具有内全通径。

待水泥浆凝固后，可进行尾管回接作业。

由于在上述工作过程中，压差滑套21已经打开可，因此可直接进行第1段压裂施工作业。

在该第1段压裂施工作业完成后，可从下到上依次打开投球滑套18和15，以对相应的地层分段进行压裂作业。

通过上述管串100和方法，例如可对水平致密油气藏与页岩气井储层进行改造，以使水平井段的顶部薄弱地层得以加强封固，避免在该薄弱地层处发生水淹与易漏等问题。另外，还可依次对水平井段的储层进行分段逐级压裂改造，增强储层改造效果，提高油气开采效率。此外，需要理解的是，井眼的实际尺寸有可能会与所设计的尺寸不同，因此裸眼封隔器存在封隔失效或支护失效的可能。在这种情况下，通过注水泥器11而进行封固的环空可将其下侧的、设置有裸眼封隔器的环空与上侧的、通向井口的环空有效隔离开。由此，裸眼封隔器处可能出现的问题不会影响到井口。例如，高温高压流体不会经由环空而流向井口并影响作业的安全性。

在本文中，如果没有另外的明确限定，则用语“上”、“下”指的是沿着管串的轴向方向所延伸的方向，其中“上”指的是沿着管串的轴向方向朝向井口的方向，而“下”指的是沿着管串的轴向方向朝向井底的方向。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (7)

1.一种用于水平井的固完井的管串，包括注水泥器，在所述管串下入到所述水平井内时，所述注水泥器位于所述水平井的水平井段的薄弱地层附近，所述注水泥器包括外筒和套设在所述外筒内的内筒，在所述外筒的侧壁上构造有沿径向方向贯穿所述外筒的注水泥通道，在第一状态下，所述内筒覆盖所述注水泥通道以封闭所述注水泥通道，在第二状态下，所述内筒与所述注水泥通道错开以打开所述注水泥通道，允许通过所述注水泥通道向薄弱地层与管串之间的环空注入水泥浆。

2.根据权利要求1所述的管串，其特征在于，所述内筒的至少一部分沿轴向向下的方向移动以从第一状态转变为第二状态，和/或所述内筒的至少一部分沿轴向向上的方向移动以从第二状态转变为第一状态。

3.根据权利要求1或2所述的管串，其特征在于，所述注水泥器还包括套设在所述内筒内侧的打捞筒以及套设在所述打捞筒内的注水泥球座，

所述管串还包括打捞装置，所述打捞筒构造为允许打捞装置的弹性爪插入其中并与其相接合，

在初始状态下，所述注水泥器的外筒与内筒通过第一剪切销钉连接在一起，以使所述外筒和内筒相对于彼此固定，在所述注水泥球座与从井口投入的注水泥球相接合而进行憋压时，所述第一剪切销钉剪断，以允许所述内筒相对于所述外筒沿轴向方向移动，从而能从第一状态转变为第二状态，

在初始状态下，所述内筒与所述打捞筒通过第二剪切销钉连接在一起，在上提所述打捞装置时，所述第二剪切销钉剪断，以允许所述打捞筒和所述注水泥球座随所述打捞装置一起被回收到井口。

4.根据权利要求3所述的管串，其特征在于，所述内筒包括由上到下依次连接的第一内筒部、第二内筒部和第三内筒部，所述第三内筒部通过防退卡簧与所述外筒相接合，以避免所述内筒在第二状态下上移而封闭所述注水泥通道，

在初始状态下，所述第二内筒部和所述第三内筒部通过第三剪切销钉相连，

在上提所述打捞装置时，在所述防退卡簧的作用下，所述第二内筒部相对于所述第三内筒部向上移动而剪断所述第三剪切销钉，所述第一内筒部和第二内筒部轴向向上移动而从第二状态转变为第一状态，进一步上提所述打捞装置，使得所述第二剪切销定剪断，以允许所述打捞筒和所述注水泥球座随所述打捞装置一起被回收到井口。

5.根据权利要求1或2所述的管串，其特征在于，所述管串还包括设置在所述注水泥器下方的多个裸眼封隔器，所述多个裸眼封隔器沿轴向方向彼此间隔开布置，在所述管串下入到所述水平井内之后且在通过所述注水泥器向所述环空注入水泥浆之前，所述多个裸眼封隔器在所述水平井段内坐封。

6.根据权利要求5所述的管串，其特征在于，所述管串还包括连接在打捞装置上方的碰压短节和连接在所述打捞装置上方的伸缩短节，所述伸缩短节的上方连接有与送入钻具相连的衬管，所述伸缩短节构造为允许调整所述衬管与所述注水泥器之间的距离以使所述打捞装置能与所述注水泥器配合压紧。

7.一种用于水平井的固完井方法，包括以下步骤：

将根据权利要求1到6中任一项所述的管串下入到所述水平井内，使得所述注水泥器位于所述水平井的水平井段的薄弱地层附近，

使所述注水泥器的通向环空的注水泥通道打开，以向所述薄弱地层与所述管串之间的环空注入水泥浆。

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