專利名稱：雙層組合套管柱結(jié)構(gòu)及固井方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石油、天然氣、地質(zhì)鉆探技術(shù)領(lǐng)域，是一種井身結(jié)構(gòu)中雙層組合套管柱結(jié)構(gòu)及其固井施工的方法。主要應(yīng)用于固井的套管柱設(shè)計(jì)和注水泥的施工作業(yè)中。
在數(shù)千米深的井下，常會(huì)遇到超高壓外擠地層，如鹽巖層、泥巖層等。由于這些地層容易發(fā)生蠕動(dòng)、出砂擠壓等產(chǎn)生超高壓外擠力，經(jīng)常會(huì)造成油氣井套管被擠毀或變形。嚴(yán)重影響油氣井的生產(chǎn)，增加修井費(fèi)用，有時(shí)會(huì)造成油井報(bào)廢。
目前，解決超高壓外擠地層擠毀套管問題的方法是兩種。一種是在超高壓外擠地層，采用非標(biāo)準(zhǔn)的特制厚壁套管固井，增加套管的抗外擠強(qiáng)度;第二種方法是采用兩次常規(guī)下套管固井。先下一層技術(shù)套管，技術(shù)套管通過超高壓地層深度，然后下油層套管。技術(shù)套管外部有一層水泥環(huán)，在技術(shù)套管和油層套管的中間也有一層水泥環(huán)。這樣在超高壓外擠地層有兩層套管和兩層水泥環(huán)，提高了抗外擠能力。兩種井身結(jié)構(gòu)及固井施工方法都有缺點(diǎn)。第一種方法，由于使用特制加厚套管，增加了套管柱的重量，成本高，增加了下套管的難度，抗非均勻擠壓的能力差。這種井身結(jié)構(gòu)給以后的井下作業(yè)造成了許多困難。第二種方法，分成兩次常規(guī)固井，其缺點(diǎn)是井身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在無超高壓外擠力的上部地層，設(shè)有不必要的大直徑技術(shù)套管，也有油層套管，使鉆井作業(yè)復(fù)雜化，大大增加鉆井成本;并且每口井都需要多投入數(shù)千米的技術(shù)套管，大幅度地增加了固井成本。
本發(fā)明的目的是提供一種新的雙層套管柱結(jié)構(gòu)及其固井的施工方法，滿足超高壓外擠地層的套管柱抗外擠強(qiáng)度，防止套管柱被擠毀或變形?？朔认乱粚蛹夹g(shù)套管，再下一層油層套管傳統(tǒng)固井方法的井身結(jié)構(gòu)復(fù)雜;并克服無超高壓外擠力的上部井段仍然有技術(shù)套管，造成鉆井成本及固井成本提高的缺點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)在具有超高壓外擠力的地層部位有兩層套管和兩層水泥環(huán)，提高抗外擠能力，在不存在超高壓外擠力的地層，不下技術(shù)套管，簡(jiǎn)化井身結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化固井工藝，減少套管的浪費(fèi)，降低鉆井及固井成本。
本發(fā)明主要內(nèi)容有兩部分。第一部分是雙層組合套管柱結(jié)構(gòu)，第二部分是實(shí)現(xiàn)本雙層套管柱結(jié)構(gòu)固井的施工方法。
本發(fā)明的雙層組合套管柱結(jié)構(gòu)是這樣的雙層組合套管柱主要由油層套管和外層套管組成。油層套管是從井口一直設(shè)置到井底部，外層套管是通過注水泥上閥和注水泥下閥與油層套管聯(lián)接，油層套管通過外層套管中心，在油層套管和外層套管之間的環(huán)形窨內(nèi)有水泥石，在井壁與套管柱之間有水泥石。雙層組合套管的深度應(yīng)設(shè)置在超高壓外擠地層，雙層組合套管的長度超過超高壓地層的上、下界。
如果一口井有兩個(gè)以上的超高壓外擠地層，可以相應(yīng)設(shè)置兩個(gè)以上的雙層組合套管段。
本發(fā)明的雙層組合套管柱結(jié)構(gòu)是通過本發(fā)明的固井施工方法來完成。首先，將油層套管的下段下到設(shè)計(jì)長度，在這段油層套管上部安裝注水泥下閥。繼續(xù)下油層套管之前，在注水泥下閥頂部聯(lián)接外層套管。當(dāng)油層套管和外層套管同時(shí)下到組合套管設(shè)計(jì)長度時(shí)，在外層套管的頂部聯(lián)接注水泥上閥。這時(shí)將雙層組合套管坐在井口上。在井口完成了雙層組合套管的組裝。其次，通過注水泥上閥向外層套管和油層套管之間的環(huán)形空間注水泥漿。環(huán)形空間內(nèi)的鉆井液受到上部注入的水泥漿擠壓，從注水泥下閥排出。外層套管和油層套管之間的環(huán)形空間中充滿水泥漿，關(guān)閉注水泥上、下閥。然后，繼續(xù)下雙層組合套管上部的油層套管，使雙層組合套管下到超高壓外擠地層，即設(shè)計(jì)深度。最后，進(jìn)行常規(guī)固井。雙層組合套管就被固定在超高壓外擠地層。
如果一口井有兩個(gè)以上的超高壓外擠地層，可以按上述安裝過程對(duì)應(yīng)安裝兩個(gè)以上的雙層組合套管段。
雙層組合套管柱結(jié)構(gòu)的效果比較明顯。由于在井內(nèi)超高壓外擠地層有雙層組合套管，雙層組合套管中間有水泥石，達(dá)到了套管抗地層外擠力的要求;在不是超高壓外擠地層，沒有使用技術(shù)套管，比兩次常規(guī)固井節(jié)約了大量的技術(shù)套管，降低了固井成本費(fèi)用，使井身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化，節(jié)約鉆井成本，固井施工過程也簡(jiǎn)便易行。


附圖1 是完成固井后的雙層組合套管柱的井身結(jié)構(gòu)剖面圖。
附圖2 是雙層組合套管組裝完成后，將雙層組合套管坐在井口上，通過注水泥上閥向雙層組合套管的環(huán)形空間內(nèi)注水泥漿的水泥漿流程圖。箭頭的方向是注入的水泥漿和被頂替的液體流動(dòng)方向。
附圖3 是將雙層組合套管下到超高壓外擠地層后，進(jìn)行最后油層套管常規(guī)固井的流程圖。箭頭的方向是注入的水泥漿及頂替液和井內(nèi)的鉆井液流動(dòng)方向。
雙層組合套管柱結(jié)構(gòu)實(shí)施例如附圖1，雙層組合套管柱主要由油層套管(1)和外層套管(3)所組成。油層套管采用Φ140毫米的鋼管，從井口直到井底。外層套管(3)采用Φ178毫米鋼管。外層套管(3)是通過上注水泥閥(2)、下注水泥閥(5)與油層套管(1)聯(lián)接的，聯(lián)接方式為螺紋聯(lián)接。上注水泥閥(2)和下注水泥閥(5)可以采用中國專利94202811.2。油層套管(1)通過外層套管(3)的中心。在油層套管(1)和外層套管(3)的環(huán)形空間有水泥石(4)，在井壁與套管柱之間有水泥石(6)。雙層組合套管的深度設(shè)置在超高壓外擠地層(7)。當(dāng)一口井有兩個(gè)以上的超高壓外擠地層(7)，可以相應(yīng)設(shè)置兩個(gè)以上的雙層組合套管。
雙層組合套管柱的固井施工方法實(shí)施例先對(duì)照附圖2進(jìn)行說明，首先，將雙層套管段以下的直徑140毫米的油層套管(1)下到設(shè)計(jì)長度。這個(gè)長度是一般現(xiàn)場(chǎng)施工人員或鉆井技術(shù)人員根據(jù)超高壓外擠地層(7)的深度都能計(jì)算出來的。在這段油層套管(1)上部安裝注水泥下閥(5)。在繼續(xù)下油層套管(1)的之前，在注水泥下閥(5)頂部聯(lián)接直徑為Φ178毫米的外層套管(3)。接著下雙層組合套管內(nèi)部的油層套管(1)。下這段油層套管(1)和外層套管(3)的時(shí)間可以是同時(shí)的。當(dāng)油層套管(1)和外層套管(3)同時(shí)下到設(shè)計(jì)長度時(shí)，在外層套管(3)的頂部聯(lián)接注水泥上閥(2)。這時(shí)將雙層組合套管坐在井口上。在井口就完成了雙層組合套管的組裝。這時(shí)就是附圖2所表示的狀態(tài)。然后，通過注水泥上閥(2)向外層套管(3)和油層套管(1)之間的環(huán)形空間注水泥漿(附圖2)。環(huán)形空間內(nèi)的鉆井液受到上部注入的水泥漿擠壓，從注水泥下閥(5)排出。外層套管(3)和油層套管(1)之間的環(huán)形空間中充滿水泥漿，關(guān)閉注水泥上閥(2)和注水泥下閥(5)。當(dāng)兩個(gè)閥關(guān)閉后，繼續(xù)下油層套管(1)，使雙層組合套管的位置到達(dá)超高壓外擠地層(7)，即預(yù)定的設(shè)計(jì)深度。最后，進(jìn)行常規(guī)固井。附圖3，就是帶有雙層組合套管進(jìn)行常規(guī)固井的示意圖。箭頭所指示的方向是水泥漿和鉆井液的流動(dòng)方向。這時(shí)的常規(guī)固井方法一般現(xiàn)場(chǎng)操作工人就能完成。雙層組合套管就被固定在超高壓外擠地層(7)所在的深度。
權(quán)利要求
1.一種雙層組合套管柱結(jié)構(gòu)，主要是由油層套管(1)和外層套管(3)所組成，油層套管(1)是從井口一直設(shè)置到井底部，在井壁與雙層組合套管柱之間有水泥石(6)，其特征在于外層套管(3)是通過注水泥上閥(2)和注水泥下閥(5)與油層套管(1)聯(lián)接，油層套管(1)通過外層套管(3)的中心，油層套管(1)和外層套管(3)之間的環(huán)形空間內(nèi)有水泥石(4)。
2.一種雙層組合套管柱固井的施工方法，其特征在于首先，將油層套管(1)的下段下到設(shè)計(jì)長度，在這段油層套管(1)上部安裝注水泥下閥(5)。繼續(xù)下油層套管(1)之前，在注水泥下閥(5)頂部聯(lián)接外層套管(3)。當(dāng)油層套管(1)和外層套管(3)同時(shí)下到組合套管設(shè)計(jì)長度時(shí)，在外層套管(3)的頂部聯(lián)接注水泥上閥(2)。這時(shí)將雙層組合套管坐在井口上。其次，通過注水泥上閥(2)向外層套管(3)和油層套管(1)之間的環(huán)形空間注水泥漿。外層套管(3)和油層套管(1)之間的環(huán)形空間中充滿水泥漿，關(guān)閉注水泥上閥(2)和注水泥下閥(5)。然后，繼續(xù)下雙層組合套管上部的油層套管(1)，使雙層組合套管下到超高壓外擠地層，即設(shè)計(jì)深度。最后，進(jìn)行常規(guī)固井。雙層組合套管就被固定在超高壓外擠地層(7)。
3.如權(quán)利要求1所述的雙層組合套管柱結(jié)構(gòu)，其特征在于注水泥上閥(2)和注水泥下閥(5)是采用螺紋聯(lián)接方式與油層套管(1)和外層套管(3)聯(lián)接的。
4.如權(quán)利要求1或3所述的雙層組合套管柱結(jié)構(gòu)，其特征在于當(dāng)一口井有兩個(gè)以上的超高壓外擠地層(7)時(shí)，相應(yīng)設(shè)置兩個(gè)以上的雙層組合套管。
5.如權(quán)利要求2所述的雙層組合套管柱的施工方法，其特征在于在完成注水泥下閥(5)的安裝后，繼續(xù)下油套管(1)的同時(shí)，在注水泥下閥(5)頂部聯(lián)接外層套管(3)。
6.如權(quán)利要求2或5所述的雙層組合套管柱的施工方法，其特征在于當(dāng)一口井有兩個(gè)以上的超高壓外擠地層(7)時(shí)，按超高壓外擠地層(7)的分布深度，相應(yīng)增加雙層組合套管的數(shù)量。
全文摘要
本發(fā)明屬于石油、地質(zhì)鉆探技術(shù)領(lǐng)域，是一種雙層組合套管固井的套管柱結(jié)構(gòu)及其施工方法。本發(fā)明主要是由油層套管和外層套管組成，外層套管通過注水泥上、下閥與油層套管聯(lián)接，兩層套管之間有水泥石。其固井方法是先在井口完成雙層套管的組裝，往雙層套管的環(huán)形空間注水泥漿。關(guān)閉注水泥上、下閥后，將其下到預(yù)定的井深，進(jìn)行常規(guī)固井。雙層組合套管使用在超高壓外擠地層，能提高套管抗擠壓強(qiáng)度，防止套管變形。
文檔編號(hào)E21B33/13GK1101697SQ9410348
公開日1995年4月19日 申請(qǐng)日期1994年4月18日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月18日
發(fā)明者王益山, 孫寶民, 韓振強(qiáng), 方坤賢 申請(qǐng)人:華北石油管理局鉆井工藝研究所