一种三开固井防压窜方法与流程

1.本发明涉及三开固井技术领域，具体涉及一种远端连通u型井三开固井防压窜工艺。


背景技术：

2.远端连通井由“l”型定向水平井和排采直井对接连通后组成，又称“u”型井，由于同时具备水平井充分沟通煤层及直井排采稳定性强的优点，在煤层气开发领域广泛应用。相应的“u”型井施工难度相对于“l”型井也有较大提升，完井阶段要经过钻井对接
→
下生产套管和固井
→
通井造穴二次连通等多个步骤。水平井三开固井保障气水运移通道稳定性，是整个u型井施工最关键工序。固井中操作不当极大程度导致水平井固井水泥浆窜入排采直井内，造成不能正常对接连通。
3.在水平井固井施工中采用传统石油固井工艺施工，对生产套管固井选用1.85g/cm3左右高密度水泥浆，存在水泥浆直接压入直井造成对接完井后水平井与直井不正常连通风险。
4.比如公开号为cn114607318a，专利名称为深部煤层气多层水平井合采钻井压裂协同施工方法的现有专利文献中便进行了记载了，其具体公开了“水平井工程井段采用二开的大直径井身结构，一开钻至基岩面以下20m，下入表层套管，固井水泥浆返至地面；二开采用钻头钻至a1煤层着陆点，下入二开技术套管，采用1.7-1.8g/cm3高密度水泥浆固井，目的是提高工程井段二开套管的固井质量、方便后续水平井反复侧钻施工，降低施工风险”，该技术便是对套管固井选用高密度水泥浆固井，但是这样直接压入直井的方式可能造成对接完井后水平井与直井不正常连通风险，同时还可会发生压窜的风险，且发生压窜入直井后需要重新上钻井设备对直井进行造穴、通井进行二次对接连通，增加费用投入和安全风险，严重影响工期。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于：如何解决目前固井一般选用高密度水泥浆，从而出现的水平井与直井不正常连通、以及出现压窜的问题。
6.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
7.一种三开固井防压窜方法，包括以下步骤：
8.步骤1、水平井与直井完成对接；
9.步骤2、直井填砂，砂顶高度位于对接点以上；
10.步骤3、在直井进口安装压力计；
11.步骤4、水平井下套管固井前设计，计算低密度水泥浆量和高密度水泥浆量；
12.步骤5、水平井下套管固井施工，先用低密度水泥浆固井，后用高密度水泥浆顶替；
13.步骤6、在固井过程中，实时观察直井井口压力计变化，直至固井结束；
14.步骤7、进行侯凝，侯凝后对直井冲砂及水平井扫塞。
15.本发明通过向三开套管内注入固井水泥浆，且按设计量注入低密度水泥浆以及高密度水泥浆；双密度水泥浆可有效降低对水泥浆液对井底的压力，有效控制两端压力差，同时本技术在直井填砂，并在直井进口安装压力计，直径填砂的设计能够阻隔水泥浆渗透及压力传递，而压力计的设计能够时刻掌握固井过程压力变化，从而实现对三型井三开固井工艺的完善，有效防止出现泥浆压窜，确保水平井和直井正常连通。
16.作为本发明进一步的方案：所述步骤2中，砂顶高度位于对接点以上10-20m。
17.作为本发明进一步的方案：所述步骤5中，先二开低密度固井，再三开高密度固井。
18.作为本发明进一步的方案：所述步骤2中的砂选用20～40目的石英砂。
19.作为本发明进一步的方案：所述水平井采用l型，且水平井与直井形成u型井。
20.作为本发明进一步的方案：所述步骤4中低密度水泥浆量以及高密度水泥浆量的计算公式如下：
[0021]v浆
＝(πr
12
×
k 2-πr
22
)
×
l
[0022]
式中：r1—钻井半径；
[0023]
r2—套管半径；
[0024]
k—井径扩大率；
[0025]
l—井段长度。
[0026]
作为本发明进一步的方案：所述步骤4固井前，在水平井井口接水泥头，水泥头上开设注浆口一和注浆口二，注浆口一靠近水平井井口，并在水泥头内部装入顶替胶塞，且顶替胶塞位于两个注浆口之间；然后将水泥车、灰罐车、泥浆泵用管线完成连接，准备固井施工。
[0027]
作为本发明进一步的方案：所述步骤5的注浆过程如下：
[0028]
s1、由水泥头注浆口一向三开套管内注入隔离液；
[0029]
s2、向三开套管内注入固井水泥浆，即按设计量注入低密度水泥浆，接着按设计量注入高密度水泥浆；
[0030]
s3、从水泥头注浆口二注入清水顶替液，利用顶替胶塞将高密度水泥浆、低密度水泥浆顶替至套管外环空，直至顶替胶塞推至套管底口浮箍，套管内由清水充填。
[0031]
作为本发明进一步的方案：所述步骤s3中的顶替液为清水。
[0032]
作为本发明进一步的方案：所述步骤6固井结束后，高密度水泥浆位于l型水平井中的水平段套管与裸眼环空内，低密度水泥浆位于二开套管与三开套管之间环空内。
[0033]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0034]
首先，本发明通过向三开套管内注入固井水泥浆，且按设计量注入低密度水泥浆以及高密度水泥浆，低密度水泥浆位于二开套管与三开套管之间环空内，而高密度水泥浆位于l型水平井的水平段套管与裸眼环空内；双密度水泥浆可有效降低对水泥浆液对井底的压力，有效控制两端压力差，从而实现对三型井三开固井工艺的完善；
[0035]
其次，本发明在直井填砂，砂采用高密度石英砂，即20～40目的石英砂，一般填至两井对接造穴段以上10-20m为宜，直径填砂的设计能够阻隔水泥浆渗透及压力传递；同时在直井进口安装压力计，而压力计的设计能够使得在固井过程中实时观测水平井固井期间井口压力，掌握水平井和排采直井内压力变化情况；从而进一步完善三型井三开固井工艺。
[0036]
最后，本发明在固井结束后，进行三天的侯凝，待侯凝三天后，使用小口径钻具对
直井冲砂及l型水平井扫塞，l型水平井清水洗井，从而将石英砂冲出，实现u型井的连通，排采直井井口正常返水，连通正常，采用最后的扫塞，来对u型井进行最后的完工试验以确保u型井的正常使用。
附图说明
[0037]
图1为固井工艺未改进前，目前固井发生压窜的示意图；
[0038]
图2为本发明实施例固井工艺改进后的示意图；
[0039]
图3为本发明实施例的压力分布示意图；
[0040]
图4为本发明实施例固井设备连接示意；
[0041]
图5为本发明实施例固井水泥头及顶替胶塞示意图；
[0042]
图6为本发明实施例u型井固井作业流程。
[0043]
附图标记说明：1、水泥头；2、注浆口一；3、井口连接头；4、顶替胶塞；5、注浆口二；6、压力计；7、水平井水平段；8、高密度水泥浆；9、低密度水泥浆。
具体实施方式
[0044]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0045]
参照图1，一种三开固井防压窜方法，包括l型水平井和直井，其中l型水平井钻进至直井扩孔处(连通点)形成u型井(如图1和图2所示)，完成三开下套管作业，具备固井施工条件；同时还包括l型水平井选用双密度水泥浆固井，而l型水平井和直井的连通处填砂，且直井井口加装井口压力计实时观测井底压力变化。
[0046]
参照图5，在l型水平井井口接水泥头1，水泥头1上开设注浆口一2和注浆口二5，注浆口一2靠近l型水平井井口，并在水泥头1内部装入顶替胶塞4，且顶替胶塞4位于两个注浆口之间，水泥头的注浆口二5用来注入清水顶替液，注浆口一2用来注入水泥浆。
[0047]
参照图2、图4和图6，本技术在进行固井之前需要对直井连通处进行填砂，即图2中的填砂处，来阻隔固井过程中压力的传递，具体的组织作业车对排采直井进行填砂，采用高密度石英砂(选用20～40目的石英砂)填至两井对接造穴段以上10-20m为宜，填砂结束后才允许对水平井进行固井作业，然后将水泥车、灰罐车、泥浆泵用管线完成连接，准备固井施工。
[0048]
参照图2和图6，本技术在进行固井之前还需要对直井加装压力计6，即在直井井口加装压力计，固井过程中实时观测水平井固井期间井口压力，掌握水平井和排采直井内压力变化情况(如图3展示的实时监测后的压力，绘制的压力分布图)。
[0049]
参照图2和图6，本技术在进行固井的时候需要计算低密度水泥浆9、高密度水泥浆8和顶替液的用量，具体的，在固井前计算低密度和高密度水泥浆水灰比，计算公式如下：
[0050]
[0051]
式
①
中：ρ灰——水泥密度，一般取3.1g/cm3；
[0052]
k——水灰比。
[0053]
ρ浆——水泥浆密度，一般低密度为1.6g/cm3，高密度为1.89g/cm3。
[0054]
对两种水泥浆性能进行了地面试验，确保两种密度水泥浆各项性能参数符合设计。
[0055]
表1水泥浆性能
[0056][0057]
从表1可以看出，配方1选用的材料为嘉华g级高抗水泥+分散剂+稳定剂+降失水剂+防气窜剂；而配方2选用的材料为嘉华g级高抗水泥+粉煤灰+稳定剂+降失水剂；经过实验室的性能测试试验(此处具体试验流程方式，并非本技术所要保护的技术点)可以看出，配方1的密度为1.89g/cm3，为本技术提出的高密度水泥浆8；而配方2的密度为1.6g/cm3，为本技术提出的低密度水泥浆9。
[0058]
(2)水泥浆量计算公式如下：
[0059]
v浆＝(πr
12
×k2-πr
22
)
×
l
ꢀꢀꢀ②
[0060]
式
②
中：r1——钻井半径；
[0061]
r2——套管半径；
[0062]
k——井径扩大率，l型水平井的水平段7常取115％；
[0063]
l——井段长度，l型水平井的水平段7为高密度井段，其余为低密度井段；
[0064]
(3)双密度水泥浆固井比常规固井方式每千米垂深压力减小3mpa以上，井底压力计算如下：
[0065]
p＝ρ浆gh
③
[0066]
式
③
中：ρ浆——水泥浆密度；
[0067]
h——井段垂深。
[0068]
本技术具体的操作原理如下：
[0069]
步骤1、l型水平井钻进至直井扩孔处(连通点)形成u型井，完成三开下套管作业，具备固井施工条件；
[0070]
步骤2、固井施工前对直井填砂，选择20～40目石英砂填砂至对接点以上10～20m为宜；
[0071]
步骤3、完成填砂施工后关闭直井井口，并在直井井口安装压力计；
[0072]
步骤4、进行固井前双密度水泥浆量及顶替液计算：通过式
②
计算低密度水泥浆9用量，其中低密度井段长度l为二开井深；通过式
②
计算高密度水泥浆8用量，其中高密度井
段长度l为水平段井深；通过计算三开套管内体积确定顶替液(清水)用量，其l为三开井深；
[0073]
步骤5、l型水平井井口接水泥头，并装入顶替胶塞，水泥车、灰罐车、泥浆泵等管线完成连接，准备固井施工；
[0074]
步骤6、固井作业分为三步：
①
首先由水泥头注浆口一2向三开套管内注入6m3(清水的体积)的隔离液(清水)，使后续水泥浆与井内泥浆隔离，避免破坏水泥浆性能；
②
向三开套管内注入固井水泥浆：按设计量注入低密度水泥浆9，接着按设计量注入高密度水泥浆8；双密度水泥浆可有效降低对水泥浆液对井底的压力；
③
从水泥头注浆口二5注入清水顶替液，利用顶替胶塞将高、低密度水泥浆顶替至套管外环空，直至顶替胶塞4推至套管底口浮箍，套管内由清水充填；
[0075]
步骤7、在固井过程中，实时观察直井井口压力计6变化，直至固井结束；
[0076]
步骤8、完成固井作业，此时高密度水泥浆8位于水平段7套管与裸眼环空内，低密度水泥浆9位于二开套管与三开套管之间环空内；
[0077]
步骤9、侯凝三天后，使用小口径钻具对直井冲砂及l型水平井扫塞。
[0078]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种三开固井防压窜方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、水平井与直井完成对接；步骤2、直井填砂，砂顶高度位于对接点以上；步骤3、在直井进口安装压力计；步骤4、水平井下套管固井前设计，计算低密度水泥浆量和高密度水泥浆量；步骤5、水平井下套管固井施工，先用低密度水泥浆固井，后用高密度水泥浆顶替；步骤6、在固井过程中，实时观察直井井口压力计变化，直至固井结束；步骤7、进行侯凝，侯凝后对直井冲砂及水平井扫塞。2.根据权利要求1所述的一种三开固井防压窜方法，其特征在于，所述步骤2中，砂顶高度位于对接点以上10-20m。3.根据权利要求1或2所述的一种三开固井防压窜方法，其特征在于，所述步骤5中，先二开低密度固井，再三开高密度固井。4.根据权利要求1所述的一种三开固井防压窜方法，其特征在于，所述步骤2中的砂选用20～40目的石英砂。5.根据权利要求1所述的一种三开固井防压窜方法，其特征在于，所述水平井采用l型，且水平井与直井形成u型井。6.根据权利要求1所述的一种三开固井防压窜方法，其特征在于，所述步骤4中低密度水泥浆量以及高密度水泥浆量的计算公式如下：v
浆
＝(πr
12
×
k 2-πr
22
)
×
l式中：r1—钻井半径；r2—套管半径；k—井径扩大率；l—井段长度。7.根据权利要求1所述的一种三开固井防压窜方法，其特征在于，所述步骤4固井前，在水平井井口接水泥头，水泥头上开设注浆口一和注浆口二，注浆口一靠近水平井井口，并在水泥头内部装入顶替胶塞，且顶替胶塞位于两个注浆口之间；然后将水泥车、灰罐车、泥浆泵用管线完成连接，准备固井施工。8.根据权利要求1所述的一种三开固井防压窜方法，其特征在于，所述步骤5的注浆过程如下：s1、由水泥头注浆口一向三开套管内注入隔离液；s2、向三开套管内注入固井水泥浆，即按设计量注入低密度水泥浆，接着按设计量注入高密度水泥浆；s3、从水泥头注浆口二注入顶替液，利用顶替胶塞将高密度水泥浆、低密度水泥浆顶替至套管外环空，直至顶替胶塞推至套管底口浮箍，套管内由顶替液充填。9.根据权利要求8所述的一种三开固井防压窜方法，其特征在于，所述步骤s3中的顶替液为清水。10.根据权利要求1所述的一种三开固井防压窜方法，其特征在于，所述步骤6固井结束后，高密度水泥浆位于水平井中的水平段套管与裸眼环空内，低密度水泥浆位于二开套管与三开套管之间环空内。

技术总结
本发明公开了一种三开固井防压窜方法，水平井与直井完成对接；直井填砂，砂顶高度位于对接点以上；在直井进口安装压力计；水平井下套管固井前设计，计算低密度水泥浆量和高密度水泥浆量；水平井下套管固井施工，先用低密度水泥浆固井，后用高密度水泥浆顶替；固井中实时观察直井井口压力计变化；侯凝后对直井冲砂及水平井扫塞。本发明通过向三开套管内注入固井水泥浆，且按设计量注入低密度水泥浆以及高密度水泥浆，低密度水泥浆位于二开套管与三开套管之间环空内，而高密度水泥浆位于L型水平井的水平段套管与裸眼环空内；双密度水泥浆可有效降低对水泥浆液对井底的压力，有效控制两端压力差，从而实现对三型井三开固井工艺的完善。善。善。


技术研发人员：荚胜丰 张国明 陈本良 牛楠 曾宪平 唐勇敢 张亮 高萌 罗荣道
受保护的技术使用者：平安煤矿瓦斯治理国家工程研究中心有限责任公司
技术研发日：2023.05.26
技术公布日：2023/8/13