[發明專利]一種改善套管重合段水泥環密封性的方法

在審

• 申請號: 202010776968.9
• 申請日: 2020-08-05
• 公開（公告）號: CN114059957A
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 范明濤;徐泓;李社坤;周戰云;馬小龍;李艷
• 申請（專利權）人: 中石化石油工程技術服務有限公司;中石化中原石油工程有限公司;中石化中原石油工程有限公司固井公司
• 主分類號: E21B33/13
• 分類號: E21B33/13
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 張子寬

本申請公開了一種改善套管重合段水泥環密封性的方法，方法為在油層套管外設置隔熱層和剛性套，形成由內之外依次布置有油層套管、隔熱層、剛性套、內層水泥環、技術套管、外層水泥環和地層的固井結構，內層水泥環與剛性套之間的膠結面為第一界面，隔熱層用于阻隔井底瞬態溫降由油層套管傳遞至剛性套，減小剛性套與內層水泥環之間因熱力變形產生的間隙。本發明考慮了油層套管內瞬態溫降內層水泥環的第一界面的熱力學影響，使內層水泥環不直接與油層套管膠結，而是與剛性套膠結，井底劇烈溫降通過隔熱層隔絕，有效解決了井底劇烈溫降導致剛性套與內層水泥環變形不協調而產生微間隙的問題。從而降低了井底溫降對水泥環界面密封性的影響。

技術領域

本發明涉及固井技術領域，特別涉及一種改善套管重合段水泥環密封性的方法。

背景技術

在油氣井開發過程中，固井是鉆井過程中的重要作業，固井指的是向井內下入套管，并向井眼和套管之間的環形空間注入水泥的施工作業。直井段多是鋼對鋼的完井結構，即采用內外兩層套管的形式，位于內層的套管為油層套管，位于外層的套管為技術套管，兩層套管之間澆注形成內層水泥環，技術套管與井眼之間澆注形成外層水泥環，兩層套管重合的位置稱為套管重合段。其中，內層水泥環與油層套管之間的膠結面為第一界面，內層水泥環與技術套管之間的膠結面為第二界面。

套管重合段處的內層水泥漿在凝固過程中得不到地層流體壓力的補充，從而在凝固過程中，內層水泥環的初始應力會隨著水泥石內部的水化作用而逐漸減小，從而降低了內層水泥環的第一界面的接觸應力，這就削弱了阻止流體沿水泥環內側界面竄流的能力。或者油層套管因高內壓作用下的膨脹收縮，導致內層水泥環第一界面發生塑性變形而導致密封失效。為此，現有的解決方法是采用低彈性模量水泥漿體系，并形成了在油層套管外增加一層彈性橡膠材料來降低內層水泥環第一界面性塑性變形的技術方法。

但是，在實際固井過程中，現有技術的套管重合段處的內層水泥環的第一界面的密封性問題不能得到較好的解決。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種改善套管重合段水泥環密封性的方法，以降低井底溫降對水泥環界面密封性的影響，改善套管重合段水泥環的密封性。

為達到上述目的，本發明提供以下技術方案：

一種改善套管重合段水泥環密封性的方法，在油層套管外設置隔熱層和剛性套，形成由內之外依次布置有所述油層套管、所述隔熱層、所述剛性套、內層水泥環、技術套管、外層水泥環和地層的固井結構，所述內層水泥環與所述剛性套之間的膠結面為第一界面，所述隔熱層用于阻隔井底瞬態溫降由所述油層套管傳遞至所述剛性套，減小所述剛性套與所述內層水泥環之間因熱力變形產生的間隙。

優選地，在上述的方法中，所述固井結構的設計方法包括：

S100、建立包含油層套管、隔熱層、剛性套、內層水泥環、技術套管、外層水泥環和地層的第一有限元分析模型；

S200、在溫度載荷作用下，對所述第一有限元分析模型中的與所述剛性套和所述內層水泥環之間膠結單元受力特性相關的參數進行分析；

S300、計算獲得滿足井筒內瞬態溫降作用下保持所述剛性套和所述內層水泥環之間膠結單元完整性的所述隔熱層、所述剛性套以及所述內層水泥環的參數范圍。

優選地，在上述的方法中，在所述步驟S200中，在溫度載荷作用的同時，還包括在所述剛性套與所述內層水泥環之間施加流體載荷，對所述第一有限元分析模型中的與所述剛性套和所述內層水泥環之間膠結單元受力特性相關的參數進行分析；

之后，所述步驟S300為計算獲得滿足井筒內瞬態溫降以及第一界面流體竄流作用下保持所述剛性套和所述內層水泥環之間膠結單元完整性的所述隔熱層、所述剛性套以及所述內層水泥環的參數范圍。