一种水平井油层套管固井方法技术

本发明专利技术公开了一种水平井油层套管固井方法，属于石油天然气固井技术领域。本发明专利技术根据地层压力确定下套时钻井液密度，在水平段、斜井段和直井段加放扶正器并分段循环钻井液，根据不同流体类型计算水泥浆流变参数和临界排量，在保证替浆过程中实际井口压力不超过上限值的前提下依此注入隔离液和水泥浆，替浆结束后关井候凝。上述水平井套管固井方法能够解决特殊井型(如三维水平井和阶梯状水平井等)油层套管固井质量低的问题，且操作简便，易于现场施工，可大幅降低固井成本，能够为后续储层改造、采油工程施工等提供有力保障。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及，属于石油天然气固井

技术介绍
在水平井完井作业中，为保持油气井长期稳产及后期增产作业顺利实施，一般采 用套管固井方式完井。随着钻井技术的不断进步，更为复杂的=维水平井从式井组出现(或 称为"井工厂"），然而不论是二维水平井完井作业还是=维水平井完井作业，均给油层套管 固井技术带来较大挑战。主要体现在油层套管下入困难、顶替效率低、顶替排量不易控制 等，其结果往往是固井质量差强人意。 目前，指导水平井油层套管固井设计的重要参考资料是石油天然气行业标准《固 井设计规范KSY/T5480-2007)，但是该规范中仅列出两种水泥浆流体类型（宾汉流体和幕 律流体），常与实际作业中水泥浆流变性不符。而参照该规范设计的固井参数，会引起压耗、 累排量计算误差增大，最终导致固井作业中水泥浆顶替效率下降。为此，一些油田研究开发 出旋转尾管技术，但是该措施会大幅增加作业成本，不利于推广应用。实际钻采中对于渗透 率、孔隙度和地层压力低同时单井产量不高的油气田，一般采用低成本开发策略，而降低固 井作业成本才能提高开发效益。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，W解决水平井油层套管固井 质量低、成本高的问题。 为了实现W上目的，本专利技术所采用的技术方案是： -种水平井油层套管固井方法，包括W下步骤:钻井后下套管串，计算水泥浆的临 界排量，依次注入隔离液和水泥浆，替浆结束后关井候凝，即可； 所述水泥浆的临界排量的计算方法为：[000引1)确定水平井的井底溫度和井底压力； 2)根据流变仪读数计算水泥浆的剪切速率和剪切应力：首先，确定水泥浆剪切速 率的取值范围，计算该取值范围所对应的转速的取值范围；其次，在上述转速的取值范围内 选定流变仪的转速档位，测定水泥浆在步骤1)的井底溫度和井底压力下、不同转速档位所 对应的读数;再次，根据流变仪的仪器常数计算水泥浆的剪切速率和剪切应力； 3)确定水泥浆的流体类型，计算水泥浆的流变参数； 4)根据流变参数，计算得到水泥浆的临界排量。[001 ^ 步骤1)中根据溫度现阱数据，确定井底溫度。 步骤1)中先根据井眼轨迹测量工具测量井眼轨迹，确定井底垂深，再根据地质和 工程要求，确定水泥浆不同浆体封固段及相应的垂深，计算井底压力。 步骤2)中水泥浆剪切速率的取值范围为135~550S-1。运是因为水泥浆素流时实测 剪切速率落在上述范围的权重较大（占八成W上）。 步骤2)中根据流变仪的仪器常数，计算转速的取值范围。如为六速流变仪，计算公 式见公式1。 公式 1: 丫 =1.7023 巫， 式1中：丫为剪切速率，S-1;巫为转速，r/min。[001引步骤2)中流变仪为六速流变仪时，剪切速率的计算公式见上述公式1，剪切应力的 计算公式见公式2。 公式 2:1 = 0.511 白， 式2中：T为剪切应力，Pa;0为度数，格。 步骤3)中可根据水泥浆的流体类型，参照现有公式(如国标SY/T5480-2007)计算 水泥浆的流变参数。判断水泥浆的流体类型可采用模糊贴近度评价方法(如欧几里得贴近 度评价方法），贴近度数值大者对应的流体类型即为该水泥浆的流体类型。流体类型包括宾 汉流体、幕律流体、赫己流体和卡森流体等。在水平井实际固井作业中，赫己流体或卡森流 体(尤其是赫己流体类型）的贴近度一般较大，据此设计的固井水泥浆参数与实际水泥浆需 求状况较为接近，因此运两种流体类型对指导水平井固井水泥浆流变学设计意义重大。 当水泥浆的流体类型为赫己流体时，可参照赫己流体计算公式计算水泥浆的流变 参数。本专利技术提供一组采用=组剪切速率及其对应的剪切应力计算水泥浆流变参数的公 式，见公式3~5,流变参数包括切动力、流性指数和稠度系数。对应的，水泥浆临界流速的计 算公式见公式6~9,在计算临界流速之前，先根据上述计算得到的流变参数计算过渡参数 a、b和C;临界排量的计算公式见公式10。 式3~5中：TO为动切力，Pa;丫1、丫2和丫3为剪切速率，S^;Ti、T2和T3为与剪切速率 相对应的剪切应力，Pa;n为流性指数，无量纲;K为稠度系数，Pa?s"。 公式 6 :av2-bvn-c= 0，[002引公式 7:a= 12i-np(D0-Di)n，[00川式6~9中：a、b和C是过渡参数;V是临界流速，m/s;P为水泥浆密度，kg/m3; Do为井眼 外径，m; Di为套管外径，m。 式10中：Q为临界排量，m3/s;3T为圆周率。当水泥浆的流体类型为卡森流体时，可参照卡森流体计算公式计算水泥浆的流变 参数。本专利技术提供一组采用两组剪切速率及其对应的剪切应力计算水泥浆流变参数的公 式，见公式11~12,流变参数包括极限高剪切黏度和卡森屈服值。再根据流变参数计算水泥 浆的临界排量，见公式13~15。 式11~12中：Tc为卡森屈服值，Pa; 丫1、丫2为剪切速率，s^;ti、T2为与剪切速率相 对应的剪切应力，Pa;Iloo为极限高剪切黏度，Pa。[003引公式13:Dhy = Do-Di, 式13~15中，P为水泥浆密度，kg/m3;v是临界流速，m/s;Dhy为井眼与套管间隙，m; Do为井眼外径，m;D功套管外径，m;Q为临界排量，m3/s;3i为圆周率。所述钻井前需根据地层压力测量值或预测值确定钻井液密度，并确定通井管柱组 合。钻井液密度当量值应当小于地层压力测量值或预测值。钻井液中需加入润滑剂（1.5~ 2.5 %石墨润滑剂+2~3%液体润滑剂），如石墨和粒径小于0.3mm的塑料小球，保证加入润 滑剂后钻井液的粘滞系数小于0.05。通井管柱的刚度应当大于或等于油层套管管柱刚度。 钻井过程中，可分段循环钻井液至振动筛无明显岩屑返出，且实测摩阻系数小于0.40。分段 循环钻井液的步骤为:下至A祀点时循环钻井液，下至B祀点时再循环钻井液。所述下套管串前需确定套管串结构，并分别在水平段、斜井段、直径段加放扶正 器。例如浮鞋后连续加放2只扶正器，水平段每討良套管加放2只扶正器(加放方法是连续2根 套管加放2只扶正器），斜井段每討！套管加放1只扶正器（刚性扶正器和弹性扶正器间隔加 放），直井段每10根套管加放1只扶正器。浮鞋后和直井段加放的扶正器均为弹性扶正器，水 平段为旋流树脂扶正器，斜井段为弹性扶正器和刚性扶正器。所述隔离液（即前置液)为第一段入井流体，段长不小于150m。注入过程中流速达 到素流流速，素流时间从隔离液出套管至A祀点W上。 所述水泥浆（固井用）为第二段入井流体，分为低密度水泥浆（如密度1.30~ 1.45g/cm3)、高密度尾浆(如密度1.89~1.92g/cm3)等。低密度水泥浆返至井口（地面），高密 度尾浆返至油层顶界W上垂深段长200m及W上。所述替浆的过程中需控制累排量，使实际井口压力不超过设定值上限（由地层漏 失压力和破裂压力确定）。所述关井候凝的时间不小于48小时。[004引本专利技术的有益效果：本专利技术根据地层压力确定下套时钻井液密度，在水平段、斜井段和直井段加放扶 正器并分段循环钻井液，根据不同流体类型计算水泥浆流变参数和临界排量，在保证替浆 过程中实际井口压力不超过上限值的前提下依此注入隔离液和水泥浆，替浆结束后关井候 凝。上述水平井套管固井方法能够解决特殊井型(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水平井油层套管固井方法，其特征在于：包括以下步骤：钻井后下套管串，计算水泥浆的临界排量，依次注入隔离液和水泥浆，替浆结束后关井候凝，即可；所述水泥浆的临界排量的计算方法为：1)确定水平井的井底温度和井底压力；2)根据流变仪读数计算水泥浆的剪切速率和剪切应力：首先，确定水泥浆剪切速率的取值范围，计算该取值范围所对应的转速的取值范围；其次，在上述转速的取值范围内选定流变仪的转速档位，测定水泥浆在步骤1)的井底温度和井底压力下、不同转速档位所对应的读数；再次，根据流变仪的仪器常数计算水泥浆的剪切速率和剪切应力；3)确定水泥浆的流体类型，计算水泥浆的流变参数；4)根据流变参数，计算得到水泥浆的临界排量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：闫吉曾，罗懿，唐万举，李雪，彭明，李林逢，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司华北油气分公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11