本發(fā)明涉及一種頁巖氣井固井技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種改進的用于頁巖氣井的固井工藝及完井結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

頁巖氣開發(fā)是我國能源開發(fā)戰(zhàn)略的重要一環(huán)，對于緩解日益提升的能源需求具有積極意義。在中石化涪陵、中石油威遠(yuǎn)-長寧等頁巖氣區(qū)已經(jīng)取得了突破性進展，顯示出良好的發(fā)展前景。多級分段壓裂是提升頁巖氣井開發(fā)成效的重要技術(shù)手段，但是在改造過程中，卻出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的井筒完整性失效的問題。部分區(qū)塊的套管變形比例甚至達到了40％，導(dǎo)致分段壓裂改造失效，已經(jīng)嚴(yán)重制約了我國頁巖氣開發(fā)進程。

頁巖氣井套管變形的主要機理在于其在改造過程中承受了巨大的非均勻外擠載荷所致。要實現(xiàn)對于非均勻外擠載荷的控制，從目前的技術(shù)水平看，一是降低作業(yè)排量和壓力，但限于頁巖儲層開發(fā)SRV最大化需要以及儲層埋深和巖石強度的約束，可操作空間是比較小的。二是改善水泥環(huán)的性能，采用“高強度，低剛度”水泥，利用高強度抵抗地層的變形，利用低剛度吸收地層的變形，但由于水泥石為脆性材料，要想達到低剛度實現(xiàn)空間非常有限。

國內(nèi)外專家學(xué)者對頁巖氣井壓裂過程中發(fā)生的套管損壞問題進行了研究，但是均未提出科學(xué)、合理的工程解決辦法，導(dǎo)致當(dāng)前威遠(yuǎn)-長寧頁巖氣開發(fā)區(qū)塊當(dāng)前依然存在顯著地套管變形問題。同時該問題也曝露了常規(guī)水泥漿進行環(huán)空全填充式的固井工藝對于解決該問題的局限性，因此研發(fā)一種新型的固井工藝和完井結(jié)構(gòu)勢在必行。

由此，本發(fā)明人憑借多年從事相關(guān)行業(yè)的經(jīng)驗與實踐，提出一種用于頁巖氣井的固井工藝及完井結(jié)構(gòu)，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于頁巖氣井的固井工藝及完井結(jié)構(gòu)，以預(yù)防和避免頁巖氣井開發(fā)過程中套管變形損壞的問題。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，一種用于頁巖氣井的固井工藝，所述固井工藝至少包括如下步驟：

S1，確定易產(chǎn)生套管變形損壞井段的位置；并規(guī)定沿井深方向，靠近井口的位置為前部，遠(yuǎn)離井口的位置為后部；

S2，在易產(chǎn)生套管變形損壞井段的后部井段注入水泥漿，注入的水泥漿形成后部水泥漿；

S3，在易產(chǎn)生套管變形損壞井段的套管與井眼之間的環(huán)空注入流體；

S4，在易產(chǎn)生套管變形損壞井段的前部井段注入水泥漿，注入的水泥漿形成前部水泥漿。

在本發(fā)明的一較佳實施方式中，注入的所述流體為水或壓裂液。

在本發(fā)明的一較佳實施方式中，步驟S2及步驟S3之間，還包括注入用于將所述流體與所述后部水泥漿隔離的后置液的步驟；步驟S3及步驟S4之間，還包括注入用于將所述流體與所述前部水泥漿隔離的前置液的步驟。

在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述前置液與所述后置液為同種聚合物溶液，所述聚合物溶液的密度＞1.25g/cm³、漏斗粘度＞200s、動切力＞25pa。

在本發(fā)明的一較佳實施方式中，步驟S1還包括計算需要注入的所述前部水泥漿、所述前置液、所述流體、所述后置液和所述后部水泥漿的體積的步驟。

在本發(fā)明的一較佳實施方式中，計算公式為：

其中，Q_cem、Q_pre、Q_fl、Q_ov及Q'_cem分別代表前部水泥漿、前置液、流體、后置液及后部水泥漿的體積；D_cem為前部水泥返高位置深度，D_pre為前置液上部井深，D_fl為流體上部井深，D_ov為后置液上部井深，D'_cem為尾部水泥前端深度，D_well為井深，d_well-in為井眼內(nèi)徑，d_casing-out為套管外徑。

本發(fā)明的目的還可以這樣實現(xiàn)，一種用于頁巖氣井的完井結(jié)構(gòu)，所述完井結(jié)構(gòu)通過上述的固井工藝所形成；所述完井結(jié)構(gòu)中包括井眼和套管，所述套管和所述井眼之間形成環(huán)空；所述環(huán)空中沿著井深方向具有用于固井的水泥環(huán)以及將所述水泥環(huán)隔離開的流體段。

在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述環(huán)空中位于井深方向的最上部及最底部均為所述水泥環(huán)，其中最上部的所述水泥環(huán)延伸至井口處；所述流體段通過注入流體形成，并位于易產(chǎn)生套管變形損壞井段的所述環(huán)空中。

在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述流體段沿井深方向的前部和后部均為所述水泥環(huán)；所述流體段與前部的所述水泥環(huán)之間以及所述流體段與后部的所述水泥環(huán)之間均設(shè)置有將所述流體段與所述水泥環(huán)相隔離的隔離液體段。

在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述隔離液體段通過注入隔離液形成，所述隔離液包括所述前置液與所述后置液，所述隔離液的密度＞1.25g/cm³、漏斗粘度＞200s、動切力＞25pa。

由上所述，本發(fā)明的固井工藝采用在易產(chǎn)生套管變形損壞井段的前部和后部均注入水泥漿，進行正常固井作業(yè)，在易產(chǎn)生套管變形損壞的井段環(huán)空不進行固井，而是注入一段流體形成流體段，形成類似于“三明治”結(jié)構(gòu)的硬(水泥環(huán))+軟(流體)+硬(水泥環(huán))的完井結(jié)構(gòu)。該段流體的存在，可以將分段壓裂過程中對套管產(chǎn)生的極端非均勻外擠載荷轉(zhuǎn)化為均勻外擠載荷，從而達到防止套管變形、提高井筒完整性的目的。

附圖說明

以下附圖僅旨在于對本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中：

圖1：為本發(fā)明完井結(jié)構(gòu)的其中一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2：為本發(fā)明完井結(jié)構(gòu)中各個參數(shù)的標(biāo)識示意圖。

具體實施方式

為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖說明本發(fā)明的具體實施方式。

實施例一

參考圖1及圖2，本發(fā)明提供了一種用于頁巖氣井的固井工藝，在對于易產(chǎn)生套管變形損壞(也即井筒完整性失效)井段p進行提前預(yù)測的基礎(chǔ)上，明確該井段p的深度，然后在固井過程中沿著井深方向，在該井段p的前部(靠近井口的位置為前部)和后部(遠(yuǎn)離井口的位置為后部)均注入水泥漿，進行正常的水泥固井作業(yè)，在該井段p的環(huán)空內(nèi)不進行固井，而是注入一段流體形成流體段1，如圖1所示，形成類似于“三明治”結(jié)構(gòu)的硬(水泥環(huán))+軟(流體)+硬(水泥環(huán))的完井結(jié)構(gòu)。以上所說的注入水泥漿和流體均是指注入到套管10和井眼之間形成的環(huán)空內(nèi)，以進行固井。該流體的存在，可以將分段壓裂過程中由于地層“局部高壓區(qū)”的出現(xiàn)可能產(chǎn)生的極端非均勻外擠載荷轉(zhuǎn)化為均勻外擠載荷，從而達到防止套管10變形，提高井筒完整性的目的。其中，流體段1前部的水泥漿4和后部的水泥漿5均可以采用普通水泥完井工藝使用的水泥漿；向易產(chǎn)生套管變形損壞井段注入的流體可以采用但不限于壓裂液或水，只要對儲層無傷害均可。而在注入后部的水泥漿之后，為了減少水泥漿和流體在交接面處的混合影響，可以在注入流體之前先注入一段后置液3，同樣，在注入前部的水泥漿4之前先注入一段前置液2。前置液2和后置液3可以為同種聚合物溶液，用來將水泥漿和流體分隔開，以減少水泥漿和流體在交接面處的混合影響。聚合物溶液的密度＞1.25g/cm³、漏斗粘度＞200s、動切力＞25pa。其中動切力是反映鉆井液流體在流動時內(nèi)部凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的強度，也稱屈服值。

該固井工藝的其中一種具體實施方式為，該實施方式中只有一段井段需要注入流體，1、對于可能出現(xiàn)井筒完整性失效的井段p進行預(yù)測，確定易產(chǎn)生套管變形損壞井段p的位置；明確需要注入流體的環(huán)空段。同時，根據(jù)井眼及套管10的具體尺寸，以及需要注入流體的井段p的長度來計算需要注入的前部水泥漿4、前置液2、流體1、后置液3及后部水泥漿5的體積。參見圖2，設(shè)定井深為D_well，前部水泥漿4返高位置深度為D_cem，如果前部水泥漿4返高到井口位置，則該值為零，前置液2上部井深為D_pre，流體1上部井深為D_fl，后置液3上部井深為D_ov，尾部水泥漿5前端深度D'_cem，井眼內(nèi)徑為d_well-in，套管10外徑為d_casing-out。分別用Q_cem、Q_pre、Q_fl、Q_ov及Q'_cem代表前部水泥漿4、前置液2、流體1、后置液3及后部水泥漿5的體積，計算公式如下：

2、依次實施注入后部水泥漿5、后置液3、流體1、前置液2及前部水泥漿4的步驟。注入流程為：

⑴提前配置好完井液、水泥漿、前置液2、后置液3以及流體1。

⑵根據(jù)前期的體積計算結(jié)果，首先利用泵車向套管10與井眼的環(huán)空中注入后部水泥漿5，體積為Q'_cem；然后注入后置液3，體積為Q_ov；然后注入流體1，體積為Q_fl；然后注入前置液2，體積為Q_pre；然后注入前部水泥漿4，體積為Q_cem；最后注入完井液。在該實施方式中，注入的前部水泥漿4返高到井口位置。

⑶等待凝固，水泥漿固結(jié)后，沿著井深方向，在套管10與井眼之間的環(huán)空內(nèi)從前部向尾部方向依次形成前部水泥環(huán)4、前置液2、流體1、后置液3以及后部水泥環(huán)5，形成“硬(水泥環(huán))+軟(流體)+硬(水泥環(huán))”的“三明治”結(jié)構(gòu)。

實施例二

如圖1所示，在本實施例中，提供了一種用于頁巖氣井的完井結(jié)構(gòu)100，該完井結(jié)構(gòu)是通過上述的固井工藝所形成。所述完井結(jié)構(gòu)中包括井眼和套管10，所述套管10和所述井眼之間形成環(huán)空；所述環(huán)空中沿著井深方向具有用于固井的水泥環(huán)以及將所述水泥環(huán)隔離開的流體段1。流體段1被夾設(shè)在水泥環(huán)中間，沿著井深方向可以只有一個流體段1，也可以具有兩個或多個流體段1。所述環(huán)空中位于井深方向的最上部及最底部(尾部)均為所述水泥環(huán)；其中最上部的所述水泥環(huán)返高(向上延伸)到井口位置。所述流體段1通過注入流體形成，并位于易產(chǎn)生套管變形損壞井段的所述環(huán)空中。其中，流體段1與前部的水泥環(huán)之間以及流體段1與后部的水泥環(huán)之間均設(shè)置有將流體段1與水泥環(huán)相隔離的隔離液體段。所述隔離液體段通過注入隔離液形成，隔離液體段用來將水泥漿和流體分隔開，以減少水泥漿和流體在交接面處的混合影響。所述隔離液體段的所述隔離液的密度＞1.25g/cm³、漏斗粘度＞200s、動切力＞25pa。在其中一種實施方式中，沿著井深方向，套管與井眼之間的環(huán)空中依次形成有前部水泥環(huán)4、前置液2、流體段1、后置液3及后部水泥環(huán)5。

綜上所述，本發(fā)明的優(yōu)點是：

1.在非均勻地應(yīng)力作用下，套管易發(fā)生變形的風(fēng)險段沒有采用水泥固井，而是注入一段流體，通過流體的作用實現(xiàn)非均勻載荷到外擠載荷的轉(zhuǎn)變。從而在壓裂過程中，能夠大幅降低套管承受的非均勻地應(yīng)力載荷的作用。

2.套管易發(fā)生變形的風(fēng)險段采用環(huán)空不用水泥固井而是注入流體的方式，地層在地應(yīng)力作用下發(fā)生變形時，注入的流體段1有利于環(huán)空對地層變形的吸收，可以有效降低套管承受的外擠載荷作用力。

3.易發(fā)生變形的風(fēng)險段的相鄰井段則進行正常水泥固井作業(yè)，采用常規(guī)固井方法即可實現(xiàn)，工藝可操作性和可靠性強。

4.水泥漿與夾設(shè)在其中的流體均使用前置液和后置液進行隔離，且前置液和后置液粘度、動切力值均較大，可以達到有效隔離的效果。

以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實施方式，并非用以限定本發(fā)明的范圍。具體實施方式中所說明的特征的所有組合未必是本發(fā)明所限制的解決手段，可以理解這些附加的構(gòu)造特征以及操作改進可以單獨使用或者相互結(jié)合使用。因此，應(yīng)該理解本發(fā)明不限于任何具體的特征或元件的結(jié)合，并且在此描述的任何期望的特征組合都能被實施而不偏離本發(fā)明的保護范圍，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護的范圍。