分级注水泥方法与流程

1.本发明涉及石油固井技术，具体涉及一种分级注水泥方法。


背景技术：

2.固井技术是钻完井过程中的重要技术环节。固井质量直接影响后续的油气开采作业。
3.分级注水泥工艺是固井技术中的常用工艺。随着勘探开发的不断深入，超深井不断增多，部分井在钻井过程中出现了严重漏失。为了降低固井过程中的漏失，提高固井质量，越来越多的超深漏失井采用封隔分级注水泥方法。一般来说，在一级固井结束后，立即投入重力型打开塞。待一段时间(通常是60-100分钟)之后，该重力型打开塞激活封隔单元的注液通道。此时，注入钻井液，其会经注液通道流入封隔胶筒内，实现封隔式分级注水泥器的胀封。
4.然而，在这种方法中，在等待重力型打开塞到位的这一段并不短的时间内，环空内的漏失情况无法避免。还有，封隔式分级注水泥器的胀封液通常采用的是无强度的钻井液，这就导致封隔式分级注水泥器胶筒内的钻井液因无强度且一直处于挤压状态。因此，存在钻井液渗漏或挤爆胶筒而引起密封失效的问题。
5.因此，目前的分级固井注水泥工艺难以满足现代固井的要求。


技术实现要素：

6.针对上述问题，本发明提供了一种分级注水泥方法。
7.根据本发明的第一方面，提供了一种分级注水泥方法。根据本发明的分级注水泥方法包括：
8.管柱下入步骤，其中，所述管柱包括套管串、封隔式分级注水泥器、一级碰压短节、浮箍和浮鞋；一级注水泥步骤，其中，注入第一水泥浆，投入挠性塞，注入第一钻井液，之后投入顶替型打开塞，注入膨胀液以及第二钻井液，使得膨胀液经进入所述封隔式分级注水泥器的胶筒内而导致所述胶筒膨胀；二级注水泥步骤，以完成分级固井；以及附件钻除步骤。
9.在一个实施例中，所述第一水泥浆的体积为环空内的从所述封隔式分级注水泥器到浮鞋的体积。
10.在一个实施例中，所述第一钻井液的体积选择成略小于所述管柱内的从所述封隔式分级注水泥器到一级碰压短节的体积。
11.在一个实施例中，所述胶筒内填充有促进剂，所述促进剂能够与所述膨胀液混合而固化。
12.在一个实施例中，所述膨胀液的量为充胀所述胶筒所需量的2-3倍。
13.在一个实施例中，所述第二钻井液的体积等于所述管柱内的从所述封隔式分级注水泥器到井口的体积。
14.在一个实施例中，在所述一级注水泥步骤中，在所述挠性塞和顶替型打开塞通过相应的塞座时降低施工排量。
15.在一个实施例中，在所述二级注水泥步骤中，注入第二水泥浆，投入关闭塞，之后再注入第三钻井液。
16.在一个实施例中，所述第二水泥浆的体积为环空内的从所述封隔式分级注水泥器到井口的体积。
17.在一个实施例中，在所述一级注水泥步骤和所述二级注水泥步骤之间，打开二级注液通道以与环空建立连通，从而循环出多余的膨胀液。
18.在一个实施例中，第一钻井液、第二钻井液和第三钻井液是同一种钻井液。
19.根据本发明的分级注水泥方法对于需要进行一级固井的井和无需进行一级固井的水平井来说均适用。针对需要进行一级固井的井来说，在管柱下入到位且建立管柱内、外循环之后，注入容积少于封隔分级下部套管的一定钻井液之后，投入顶替型打开塞并注入膨胀液及钻井液，从而在完成一级替浆作业的同时激活封隔式分级注水泥器的一级注液通道，由此使膨胀液经一级注液通道进入封隔式分级注水泥器的胶筒，导致封隔式分级注水泥器胀封。这样，根据本发明的分级注水泥方法具有时效快速的优点，避免了在等待重力型打开塞下落的过程中的环空漏失问题，同时提高了胶筒内膨胀液的纯度，保证了胶筒内的液体的固化强度。而对于无需进行一级固井的水平井来说，避免了重力型打开塞无法到位问题。在管柱到位后，可以直接投入顶替型打开塞并注入膨胀液及钻井液，实现封隔式分级注水泥器的充胀，提高了工作效率和胶筒内胀封液的固化强度。
附图说明
20.下面将参照附图并通过示意性的示例性实施例来对本发明进行更加详细的说明。在图中：
21.图1显示了用于根据本发明的方法的分级注水泥管柱的整体结构；
22.图2显示了根据本发明的方法的一级注水泥作业的状态图；
23.图3显示了根据本发明的方法的二级注水泥作业的状态图；
24.图4显示了用于根据本发明的方法的挠性塞；
25.图5显示了用于根据本发明的方法的顶替型打开塞；和
26.图6显示了用于根据本发明的方法的关闭塞。
27.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
28.下面将结合说明书附图来对本发明作进一步的描述。在下文中，方向性用语“下”、“下游”、“向下”等指的是远离井口的方向，而“上”、“上游”、“向上”等指的是朝向井口的方向。
29.图1显示了用于根据本发明的分级注水泥方法的分级注水泥管柱100的结构示意图。该分级注水泥管柱100是一种其中胀封液可固化的封隔分级注水泥管柱，其处于入井后的初始状态。如图1所示，管柱100包括套管串10、封隔式分级注水泥器20、一级碰压短节70、浮箍80和浮鞋90，它们通过螺纹互相连接。管柱100下入到井内的设计位置。待于管柱100的
内外之间建立循环后，就可以开始进行一级注水泥作业了。封隔式分级注水泥器20包括胶筒(未示出)，其可在注入液体后膨胀，从而起到封隔环空的作用。这种封隔式分级注水泥器的结构是本领域所熟知的。
30.另外，这里所使用的套管串10、一级碰压短节70、浮箍80和浮鞋90都是本领域的常用零部件，在管柱100的内外之间建立循环也是本领域所熟知的，因此在这里略去其详细介绍。
31.如图2所示，在一级注水泥作业的步骤中，首先注入第一水泥浆30。在一个实施例中，第一水泥浆30的量可以选择为环空中的从封隔式分级注水泥器20至浮鞋90的这一部分的体积。之后，投入一级替浆用的挠性塞62，注入第一钻井液32。在注入第一钻井液32之后，投入顶替型打开塞65，注入膨胀液35，之后再注入第二钻井液38。挠性塞62和顶替型打开塞65分别在图4和5中详细地示出，它们的结构和功能均是本领域所熟知的。
32.申请人在试验中发现，在一级注水泥作业的步骤中，应当保证顶替型打开塞65先于挠性塞62到位碰压。这是因为如果挠性塞62先碰压的话，则顶替型打开塞65可能无法到位。因此，第一钻井液32的注入量应当选择成略小于管柱100内的从分级注水泥器20至一级碰压短节70的容积。在本发明的上下文中，用语“略小于”可以理解为小0.1-0.5方，优选地为小0.2方。通过将第一钻井液32的量选择成略小于管柱100内的从封隔式分级注水泥器20至一级碰压短节70的容积，可以保证顶替型打开塞65先到位碰压。
33.在顶替型打开塞65到位之后，封隔式分级注水泥器20内的封隔器注液通道(未示出)打开，使得膨胀液35能够经封隔器注液通道进入封隔式分级注水泥器20的胶筒。
34.膨胀液35用于注入到封隔式分级注水泥器20的胶筒内，从而使胶筒膨胀，实现环空的胀封。膨胀液例如为顶替液的一部分，优选为液态的环氧树脂。作为一个优选的实施例，根据本发明，在封隔式分级注水泥器20的胶筒内预先填充有促进剂(未示出)。该促进剂是一种能够与膨胀液均匀混合并固化的液体。这样，在膨胀液35充胀封隔式分级注水泥器20的胶筒的过程中，胶筒内置的促进剂会均匀快速地扩散至膨胀液中。在促进剂的作用下，胶筒内的液体会在4-8小时内实现固化，固化后微膨胀，不收缩。由此，实现了封隔式分级注水泥器20的良好封隔效果。
35.在一个优选的实施例中，封隔式分级注水泥器20可以采用如本技术人的在先中国专利申请cn202010596606.1(发明名称为“分级注水泥装置”，申请日为2020年6月28日)中所描述的封隔器。该申请的全部内容通过引用结合于本文中。
36.在一个优选的实施例中，膨胀液35的量为用于充胀封隔式分级注水泥器20所需的液体量的2-3倍。通过这样选择膨胀液35的量，可以保证有充分的膨胀液35与预置促进剂的均匀混合，从而发生固化并实现微膨胀。
37.根据本发明，通过先使用挠性塞62并注入第一钻井液32，然后再使用顶替型打开塞65并注入膨胀液35，就可以使膨胀液35与井下的其它液体相隔绝。在这种情况下，膨胀液35不会与井下的其它液体混合，从而能以非常高的纯度进入到胶筒内，并与胶筒内的促进剂进行混合且固化。通过这种方式，提高了胶筒内膨胀液的纯度，保证了胶筒内的液体的固化强度，从而实现了良好的密封效果。
38.另外，根据本发明，使用了顶替型打开塞65而未使用现有技术中的重力型打开塞，从而避免了在等待重力型打开塞下落的过程中的环空漏失问题。同时，与重力型打开塞无
法准确到位相关的问题也自然得以消除。
39.根据本发明，第二钻井液38的量可以选择为管柱100内的从封隔式分级注水泥器20至井口的容积。
40.根据本发明的方法，在一级注水泥作业的步骤中，挠性塞62和顶替型打开塞65在通过塞座等缩径处时降低施工排量。通过这样的设置，可以保证挠性塞62和顶替型打开塞65均能顺利地通过塞座以及顺利碰压。具体地说，在一级顶替水泥浆的过程中，推荐的施工排量例如为1.5～2m3/min。待替浆至挠性塞62通过封隔式分级注水泥器20时，降低排量，例如至0.5～1m3/min。待替浆至顶替型打开塞65到达封隔式分级注水泥器12之前，再次降低排量，例如至0.1～0.2m3/min。此时观察压力变化，在6-8mpa处存在有一个压力波动，这表明封隔式分级注水泥器的封隔器注液通道被开启。此后，以0.1～0.2m3/min的排量泵入膨胀液，使得膨胀液经封隔器注液通道流入封隔式分级注水泥器20的胶筒内。此时，井口压力不超过10mpa，并稳压5～10min，使膨胀液充分地扩张封隔式分级注水泥器胶筒，使胶筒与井壁贴合，将环空上下隔离。通过这种方式，可以隔断上部液柱对漏失井的静液柱压力，降低一级水泥浆的漏失。
41.在一级注水泥作业的步骤之后，继续憋压，例如至12-16mpa，从而开启二级注液通道(未示出)。在二级注液通道打开后，在管柱内与环空之间便建立了连通。这样便能够循环出多余的膨胀液35。容易理解，二级注液通道的结构及其打开方式都可由通过本领域的技术人员所熟知的方式来进行。
42.之后进行二级注水泥作业。如图3所示，在二级注水泥作业的步骤中，首先注入第二水泥浆40。该第二水泥浆40的量例如为环空中的从封隔式分级注水泥器20至井口的容积。之后，投入关闭塞68(如图6所示)，以便隔离第二水泥浆40和之后要注入的钻井液。接着注入第三钻井液42。待替浆至关闭塞68到达封隔式分级注水泥器12处之前，降低排量至0.1～0.2m3/min。观察井口压力变化，在后期替浆的基础上附加6-10mpa，稳压3-5min，放回水，观察回水情况。如无回水，则说明二级注液通道已关闭。有回水的话，可以继续注液加压，稳压5-10min，保证二级注液通道关闭。之后候凝，完成分级固井作业。上述二级注水泥作业是本领域的技术人员所熟知的，这里不再作详细介绍。
43.在一个实施例中，第一钻井液32、第二钻井液38和第三钻井液42可以是同一种钻井液。
44.在二级注水泥作业中，膨胀液会继续与胶筒内置的促进剂混合固化，并最终与胶筒形成为一体。通过这种方式，增强了封隔能力，降低了封隔胶筒的挤压变形，避免了充胀液外漏问题。
45.在二级注水泥作业之后，可以进行附件钻除作业。在本文中，附件指的是挠性塞62、顶替型打开塞65、关闭塞68，以及相关的塞座，等等。在附件钻除作业中，在分级固井结束后，待环空水泥交接强度达到要求，下入牙轮钻头或pdc钻头，以便将附件钻除。上述附件钻除作业是本领域的技术人员所熟知的，这里不再作详细介绍。
46.在本实施例中虽然已经参考优选地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，在不存在结构冲突的情况下，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。