本發(fā)明涉及油氣鉆井，特別涉及一種水平井固井方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、原位轉(zhuǎn)化指利用水平井電加熱輕質(zhì)化技術(shù),持續(xù)對(duì)埋深300～3000m的富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖層段(源巖)加熱,使多類有機(jī)質(zhì)發(fā)生輕質(zhì)化轉(zhuǎn)化以實(shí)現(xiàn)油氣開(kāi)發(fā)。而超高溫井下加熱是實(shí)現(xiàn)地下原位轉(zhuǎn)化的重要方式，也是實(shí)現(xiàn)中低成熟度源巖油氣開(kāi)發(fā)的現(xiàn)實(shí)技術(shù)；據(jù)研究，中低成熟源巖油氣有機(jī)質(zhì)發(fā)生輕質(zhì)化轉(zhuǎn)化的溫度一般在300～350℃左右，且為保證開(kāi)發(fā)區(qū)域內(nèi)的連片加熱開(kāi)發(fā)，井下加熱井的井筒溫度需要長(zhǎng)時(shí)間超過(guò)500℃甚至更高，加熱時(shí)間一般2年以上。

2、完井(well?completion)是鉆完井工程的最后環(huán)節(jié)，包括鉆開(kāi)油層、完井方法的選擇和固井、射孔作業(yè)等。如圖1所示，為了使油、氣、水等流體11能夠順利地流入井筒12、采出到地面13并方便后續(xù)修井作業(yè)，確保油井的長(zhǎng)期穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)，一般需采用套管固井的方式進(jìn)行固井完井。其中，套管固井完井的結(jié)構(gòu)參照?qǐng)D1所示，即使下入井眼內(nèi)的套管16與地層17之間的環(huán)空充滿固井水泥15，且使在靠近井底14的井段使水泥和套管、水泥和地層接觸面具有較好的膠結(jié)性能，以達(dá)到固井目的。

3、現(xiàn)有技術(shù)中，利用原位轉(zhuǎn)化技術(shù)開(kāi)發(fā)中低成熟度源巖油氣時(shí)，在進(jìn)行水平井固井時(shí)一般也采用常規(guī)套管固井完井的方式進(jìn)行固井。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、而水平井筒中的超臨界熱流體需要排空通道，過(guò)高的完井管柱熱伸縮也需要一定的移動(dòng)空間；而現(xiàn)有技術(shù)中，套管固井完井后，套管與地層之間的環(huán)空充滿固井水泥，使得熱流體缺少排空通道，需要設(shè)置專門(mén)的射孔作業(yè)建立加熱后井筒內(nèi)熱流體與地層之間的聯(lián)系，同時(shí)利用現(xiàn)有的套管固井方法也使得完井管柱熱伸縮受限，容易造成套管柱在井口抬升或套管柱變形的情況發(fā)生，使加熱裝置與套管柱之間的密封失效，以破壞井筒的完整性，造成復(fù)雜流體介質(zhì)(如硫化氫)竄漏到地面的可能性，從而造成安全事故的發(fā)生；因此，研究一種固井方法，以解決或部分解決利用原位轉(zhuǎn)化技術(shù)進(jìn)行油氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中?，F(xiàn)有固井方式導(dǎo)致的、水平井趾端套管缺少與地層的溝通通道及趾端套管無(wú)法自由伸縮的難題是十分必要的。

2、鑒于上述問(wèn)題，提出了本發(fā)明以便提供一種克服上述問(wèn)題或者至少部分地解決上述問(wèn)題的一種水平井固井方法及其應(yīng)用。

3、本發(fā)明實(shí)施例提供的水平井固井方法，包括：

4、將套管柱下入水平井內(nèi)，并使所述套管柱末端距離井底預(yù)設(shè)距離，所述套管柱包括：從上至下依次相連的套管串、浮箍、套管段和浮鞋；所述預(yù)設(shè)距離大于所述套管柱加熱到目標(biāo)溫度后的伸長(zhǎng)長(zhǎng)度和固井作業(yè)預(yù)留裸眼口袋長(zhǎng)度的和；

5、向套管柱內(nèi)泵入鉆井液進(jìn)行循環(huán)洗井作業(yè)；

6、向套管柱內(nèi)投入第一膠塞，泵入第一預(yù)設(shè)量的水泥漿；在水泥漿泵入完成后，向套管柱內(nèi)投入第二膠塞，泵入第二預(yù)設(shè)量的非膠結(jié)物質(zhì)；在非膠結(jié)物質(zhì)泵入完成后，向套管內(nèi)投入第三膠塞，并泵入頂替液進(jìn)行替漿作業(yè)，直至第三膠塞到達(dá)浮箍處碰壓，所述第一膠塞和第二膠塞在壓力作用下破裂，使套管柱內(nèi)部、與套管柱及地層或外層套管之間的固井環(huán)空連通，進(jìn)而使所述水泥漿充滿自由趾端段固井環(huán)空以外的固井環(huán)空，使非膠結(jié)物質(zhì)充滿所述自由趾端段固井環(huán)空；其中，所述自由趾端段固井環(huán)空為井底至浮鞋以上預(yù)設(shè)距離之間的固井環(huán)空；所述第三膠塞可在預(yù)設(shè)壓力下破裂，以使套管柱內(nèi)部與地層之間建立溝通。

7、在一個(gè)可選的實(shí)施例中，所述套管柱加熱到目標(biāo)溫度后的伸縮長(zhǎng)度是基于：套管柱加熱至目標(biāo)溫度時(shí)升高的溫度差、套管柱的有效形變段的長(zhǎng)度和套管線性伸長(zhǎng)系數(shù)確定的。

8、在一個(gè)可選的實(shí)施例中，所述套管柱的水平段長(zhǎng)度小于或等于所述套管柱的有效形變段閾值的情況下，確定套管柱加熱到目標(biāo)溫度后的伸縮長(zhǎng)度時(shí)，所用套管柱的有效形變段長(zhǎng)度為所述套管柱的水平段的長(zhǎng)度；

9、所述套管柱水平段的長(zhǎng)度大于所述套管柱的有效形變段閾值情況下，確定套管柱加熱到目標(biāo)溫度后的伸縮長(zhǎng)度時(shí)，所用套管柱的有效形變段長(zhǎng)度為所述有效形變段閾值；所述有效形變段閾值是基于固井過(guò)程中所使用的固井水泥的強(qiáng)度確定的。

10、在一個(gè)可選的實(shí)施例中，所述非膠結(jié)物質(zhì)包括：清水、海水、添加了防套管柱腐蝕的物質(zhì)或延緩套管柱腐蝕的物質(zhì)的液體、包含膠結(jié)強(qiáng)度在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的固井水泥的液體混合物；所述的膠結(jié)強(qiáng)度的預(yù)設(shè)范圍為水泥石24～48小時(shí)后的抗壓強(qiáng)度小于5mpa。

11、在一個(gè)可選的實(shí)施例中，所述自由趾端段固井環(huán)空為井底至浮鞋以上2～3根套管位置處之間的固井環(huán)空。

12、在一個(gè)可選的實(shí)施例中，本發(fā)明實(shí)施例提供的水平井固井方法，在將非膠結(jié)物質(zhì)泵入套管柱內(nèi)之前，還包括：基于自由趾端段固井環(huán)空的預(yù)設(shè)長(zhǎng)度及現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)設(shè)備可操作的輸出量確定所述第二預(yù)設(shè)量。

13、在一個(gè)可選的實(shí)施例中，基于自由趾端段固井環(huán)空的預(yù)設(shè)長(zhǎng)度及現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)設(shè)備可操作的輸出量確定所述第二預(yù)設(shè)量；包括：基于自由趾端段固井環(huán)空的預(yù)設(shè)長(zhǎng)度，結(jié)合下式得到計(jì)算的非膠結(jié)物質(zhì)的預(yù)設(shè)量；

14、

15、式中，p為計(jì)算得到的非膠結(jié)物質(zhì)的預(yù)設(shè)量；k為所述套管柱加熱到目標(biāo)溫度后的伸長(zhǎng)長(zhǎng)度；p1為平均擴(kuò)徑系數(shù)；db為鉆頭直徑；dc為套管直徑；dci為套管內(nèi)徑；c1為浮鞋到浮箍之間的長(zhǎng)度；c為固井作業(yè)預(yù)留裸眼口袋長(zhǎng)度；n為自由趾端段固井環(huán)空的預(yù)設(shè)長(zhǎng)度中，套管柱的浮鞋至自由趾端段固井環(huán)空頂端之間的長(zhǎng)度；

16、若計(jì)算得到的非膠結(jié)物質(zhì)的預(yù)設(shè)量，小于所述現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)設(shè)備的可操作的輸出量，則將所述現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)設(shè)備可操作的輸出量作為第二預(yù)設(shè)量；相應(yīng)地，所述自由趾端段固井環(huán)空的實(shí)際長(zhǎng)度由泵入的第二預(yù)設(shè)量確定；

17、若計(jì)算得到的非膠結(jié)物質(zhì)的預(yù)設(shè)量大于所述現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)設(shè)備可操作的輸出量，則以計(jì)算得到的預(yù)設(shè)量作為第二預(yù)設(shè)量。

18、在一個(gè)可選的實(shí)施例中，在將套管柱下入井筒內(nèi)預(yù)設(shè)位置之前，本發(fā)明實(shí)施例提供的水平井固井方法，還包括：確定水平井目標(biāo)井深，按照鉆井設(shè)計(jì)使用鉆井裝備及鉆具組合鉆探目標(biāo)地層至水平井目標(biāo)井深；所述水平井目標(biāo)井深為進(jìn)入目標(biāo)油氣層且井斜超過(guò)85度的水平井段的深度；

19、在鉆探目標(biāo)井深后實(shí)施井眼清潔作業(yè)。

20、在一個(gè)可選的實(shí)施例中，實(shí)施井眼清潔作業(yè)包括：短程起下鉆柱作業(yè)、下入1～3趟鉆柱通井作業(yè)、原鉆柱循環(huán)鉆井液、注入一定量的清洗液進(jìn)行井壁清洗作業(yè)中的一種或幾種。

21、在一個(gè)可選的實(shí)施例中，所述向套管柱內(nèi)泵入鉆井液進(jìn)行循環(huán)洗井作業(yè)，包括：

22、將鉆井液性能調(diào)整至預(yù)設(shè)要求；

23、向套管柱內(nèi)注入鉆井液并使其充滿套管柱內(nèi)孔，保持井筒壓力與地層壓力處于預(yù)設(shè)平衡狀態(tài)；

24、由小到大增大鉆井液排量，使鉆井液從套管柱內(nèi)注入，并從套管柱與地層或外層套管之間形成的環(huán)空排出，并持續(xù)預(yù)設(shè)時(shí)間，以實(shí)現(xiàn)鉆井液循環(huán)。

25、在一個(gè)可選的實(shí)施例中，所述第一膠塞、第二膠塞和第三膠塞為帶有破裂盤(pán)的自鎖式膠塞。

26、基于同一種發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明實(shí)施例提供一種上述的水平井固井方法在油氣鉆探技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。

27、本發(fā)明實(shí)施例提供的上述技術(shù)方案的有益效果至少包括：

28、本發(fā)明實(shí)施例提供的水平井固井方法，在將套管柱下入水平井內(nèi)時(shí)，使套管柱末端距離井底預(yù)設(shè)距離，其中，預(yù)設(shè)距離大于所述套管柱加熱到目標(biāo)溫度后的伸長(zhǎng)長(zhǎng)度和固井作業(yè)預(yù)留裸眼口袋長(zhǎng)度的和；且在進(jìn)行固井作業(yè)時(shí)，在自由趾端段固井環(huán)空內(nèi)充滿非膠結(jié)物質(zhì)，為利用原位轉(zhuǎn)化技術(shù)開(kāi)發(fā)中低成熟度源巖油氣時(shí)，超高溫產(chǎn)生的套管柱的熱伸長(zhǎng)提供相應(yīng)的伸縮空間，以減少套管柱在井口抬升以及發(fā)生形變的情況發(fā)生。且在進(jìn)行固井時(shí)，下入的第三膠塞可在預(yù)設(shè)條件下破裂，以使套管柱內(nèi)部與地層之間建立溝通，便于在進(jìn)行超高溫加熱過(guò)程中，產(chǎn)生的臨界熱流體能夠排出至地層，減少了產(chǎn)生的臨界熱流體在套管內(nèi)形成高溫高壓狀態(tài)時(shí)，推動(dòng)套管柱與加熱裝置之間的密封裝置發(fā)生移動(dòng)，而使套管柱與加熱裝置之間的密封失效，以破壞井筒的完整性，造成復(fù)雜流體介質(zhì)(如硫化氫)竄漏到地面的可能性，提高了作業(yè)的安全性，同時(shí)降低了密封裝置的承壓要求，降低作業(yè)成本。

29、本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書(shū)中闡述，并且，部分地從說(shuō)明書(shū)中變得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在所寫(xiě)的說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求書(shū)、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。

30、下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。