本發(fā)明涉及重疊區(qū)天然氣井修井工程技術(shù)，具體為一種煤礦重疊區(qū)天然氣棄置井永久性封堵結(jié)構(gòu)及方法。

背景技術(shù)：

1、目前，煤礦重疊區(qū)天然氣井主要分布于盆地區(qū)域，盆地內(nèi)構(gòu)造西低東高，縱向自上而下主要為淡水層、煤層和氣層疊置。煤礦開(kāi)采以露天或地表淺層開(kāi)采為主，與天然氣開(kāi)采礦權(quán)重疊區(qū)域較小。

2、但近年來(lái)，隨著煤礦開(kāi)采技術(shù)的發(fā)展，煤礦可開(kāi)采深度大幅提高，煤礦開(kāi)采區(qū)域大幅西進(jìn)，與油田天然氣開(kāi)采區(qū)域形成較大的礦權(quán)重疊區(qū)，煤礦開(kāi)采和氣田開(kāi)發(fā)的相互避讓已成必然。針對(duì)煤礦重疊區(qū)天然氣井，需采用現(xiàn)代射孔+壓裂技術(shù)進(jìn)行高效開(kāi)發(fā)，因此，煤礦開(kāi)采前，天然氣井的油層水泥環(huán)內(nèi)部已存在由射孔、壓裂及開(kāi)發(fā)導(dǎo)致的裂紋及缺陷，一定程度上破壞了煤礦重疊區(qū)水泥環(huán)及井筒完整性。

3、并且，煤礦重疊區(qū)天然氣井棄置后，進(jìn)行煤礦開(kāi)采會(huì)破壞煤層段內(nèi)井筒水泥環(huán)和套管，導(dǎo)致井筒完整性被徹底破壞。因此，煤礦重疊區(qū)天然氣棄置井永久性封堵技術(shù)成為煤礦安全開(kāi)采的重要保障。然而，現(xiàn)有天然氣井永久性封井標(biāo)準(zhǔn)及永久性封堵工藝均未考慮封井后地下管柱完整性被破壞的情況，已無(wú)法滿足煤礦重疊區(qū)天然氣棄置井永久性封堵要求。

4、因此，亟待研究一種經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保且適用的新型煤礦重疊區(qū)天然氣棄置井永久性封堵方法及技術(shù)。

5、現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)及方法主要針對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)封堵而提出的，主要利用管內(nèi)水泥塞對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)中無(wú)法利用的廢棄井進(jìn)行封堵。

6、具體地，向待封堵的廢棄井中注入預(yù)設(shè)量的水泥漿,待該水泥漿在廢氣井中凝固后,即可形成水泥塞,以實(shí)現(xiàn)對(duì)廢棄井的封堵。

7、結(jié)合煤礦重疊區(qū)開(kāi)發(fā)特點(diǎn)，分析發(fā)現(xiàn)相關(guān)技術(shù)至少存在以下問(wèn)題：1)未考慮煤礦開(kāi)采對(duì)煤層段內(nèi)井筒水泥環(huán)和套管及井筒完整性的破壞；2)煤礦開(kāi)采時(shí)，產(chǎn)層甲烷、co2、h2s等有毒有害氣體竄入煤層，造成自然、爆炸、中毒等事故；3)煤礦開(kāi)采時(shí)，煤層有毒有害氣體進(jìn)入淡水層及空氣，造成環(huán)境污染；4)未考慮射孔、壓力及開(kāi)發(fā)過(guò)程中導(dǎo)致的水泥環(huán)內(nèi)部缺陷及裂紋對(duì)后期封堵的影響。

8、因此，仍需解決射孔壓裂開(kāi)發(fā)和煤礦開(kāi)采雙重作用破壞煤礦重疊區(qū)天然氣井水泥環(huán)及井筒完整性的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在射孔壓裂開(kāi)發(fā)和煤礦開(kāi)采雙重作用破壞煤礦重疊區(qū)天然氣井水泥環(huán)及井筒完整性的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種煤礦重疊區(qū)天然氣棄置井永久性封堵結(jié)構(gòu)及方法；不僅可實(shí)現(xiàn)煤礦重疊區(qū)天然氣棄置井永久性封堵，而且還可安全開(kāi)采煤礦并保護(hù)環(huán)境，同時(shí)解決了煤礦重疊區(qū)天然氣棄置井永久性封堵、煤礦安全開(kāi)展及淡水層及空氣被污染的技術(shù)難題，該結(jié)構(gòu)及方法成本低、操作簡(jiǎn)單，且極易滿足不同井眼環(huán)境下的真實(shí)工況。

2、本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

3、一種煤礦重疊區(qū)天然氣棄置井永久性封堵結(jié)構(gòu)，包括一級(jí)屏障、二級(jí)屏障和三級(jí)屏障，所述生產(chǎn)套管的外側(cè)軸向依次設(shè)置淡水層、煤層、蓋層及產(chǎn)層，所述淡水層、煤層、蓋層及產(chǎn)層依次連接，所述二級(jí)屏障的一側(cè)與煤層和淡水層連接，所述二級(jí)屏障的另一側(cè)和生產(chǎn)套管連接；所述三級(jí)屏障的一側(cè)與產(chǎn)層和蓋層連接，所述三級(jí)屏障的另一側(cè)和生產(chǎn)套管連接。

4、進(jìn)一步的，所述一級(jí)屏障包括普通套管、易鉆合金套管、高強(qiáng)度套管，所述普通套管、易鉆合金套管、高強(qiáng)度套管依次連接，其中，所述普通套管設(shè)置在淡水層和煤層的內(nèi)壁，所述蓋層和產(chǎn)層設(shè)置在普通套管、易鉆合金套管和高強(qiáng)度套管的內(nèi)壁。

5、進(jìn)一步的，所述二級(jí)屏障包括表層水泥環(huán)、表層套管、速凝水泥環(huán)；所述淡水層的內(nèi)壁設(shè)置表層套管，所述表層套管和普通套管之間設(shè)置高強(qiáng)度套管，所述速凝水泥環(huán)設(shè)置在普通套管和淡水層連接端外側(cè)。

6、進(jìn)一步的，所述二級(jí)屏障包括第一水泥塞和第一橋塞，所述第一水泥塞的下方設(shè)置第一橋塞，所述第一水泥塞和第一橋塞同軸設(shè)置，所述第一水泥塞的外徑和普通套管的內(nèi)壁面貼合。

7、進(jìn)一步的，所述三級(jí)屏障包括超細(xì)水泥漿、密集射孔，所述密集射孔和一級(jí)屏障垂直設(shè)置，所述超細(xì)水泥漿設(shè)置在密集射孔內(nèi)，所述超細(xì)水泥漿通過(guò)高強(qiáng)度套管上的壓裂射孔進(jìn)入密集射孔。

8、進(jìn)一步的，所述三級(jí)屏障包括油層水泥環(huán)、第二橋塞和第二水泥塞，所述第二水泥塞設(shè)置在易鉆合金套管的內(nèi)側(cè)，所述第二水泥塞的外壁面和易鉆合金套管的內(nèi)壁面貼合，所述第二水泥塞的下端面和第二橋塞的上端面連接。

9、進(jìn)一步的，所述表層套管和普通套管之間設(shè)置有速凝水泥環(huán)，所述速凝水泥環(huán)設(shè)置在靠近淡水層的一側(cè)，所述速凝水泥環(huán)和環(huán)空等徑。

10、一種基于上述的煤礦重疊區(qū)天然氣棄置井永久性封堵方法，所述永久性封堵方法包括以下步驟：

11、s1：確定淡水層、煤層、蓋層及產(chǎn)層的厚度設(shè)置；

12、s2：根據(jù)淡水層、煤層、蓋層、產(chǎn)層的厚度，對(duì)應(yīng)設(shè)置一級(jí)屏障；

13、s3：通過(guò)不同溫度、壓力、位置參數(shù)，確定二級(jí)屏障和三級(jí)屏障的各結(jié)構(gòu)參數(shù)；

14、s4：根據(jù)確定得到的參數(shù)結(jié)果，由下至上設(shè)置二級(jí)屏障和三級(jí)屏障的各結(jié)構(gòu)，完成永久性封堵。

15、進(jìn)一步的，根據(jù)產(chǎn)層附近的油層水泥環(huán)和壓裂射孔的參數(shù)，確定超細(xì)水泥漿在該區(qū)域的參數(shù)；根據(jù)蓋層附近油層水泥環(huán)和密集射孔的參數(shù)，確定超細(xì)水泥漿在該區(qū)域的參數(shù)。

16、進(jìn)一步的，根據(jù)產(chǎn)層、煤層、周圍的溫度、壓力，以及連接一級(jí)屏障的內(nèi)徑，以及水泥塞的摩擦系數(shù)，確定水泥塞和速凝水泥環(huán)的長(zhǎng)度以及泥漿的用量。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

18、本發(fā)明提供的一種煤礦重疊區(qū)天然氣棄置井永久性封堵方法，通過(guò)針對(duì)產(chǎn)層和煤層的溫度、流體及壓力特征，提出了一種煤礦重疊區(qū)天然氣棄置井永久性封堵結(jié)構(gòu)。

19、在本發(fā)明提供的一種煤礦重疊區(qū)天然氣棄置井永久性封堵結(jié)構(gòu)上，主要采用向密集射孔孔眼帶壓擠注超細(xì)水泥漿、壓裂射孔帶壓擠注超細(xì)水泥漿及第二水泥塞組成的三級(jí)屏障對(duì)產(chǎn)層和煤層進(jìn)行阻斷和封堵，采用環(huán)空水泥環(huán)和第一橋塞組成的二級(jí)屏障對(duì)淡水層和煤層進(jìn)行阻斷和封堵，從而實(shí)現(xiàn)了煤礦重疊區(qū)天然氣棄置井永久性封堵，為后期煤礦安全開(kāi)采提高了重要保障。

技術(shù)特征：

1.一種煤礦重疊區(qū)天然氣棄置井永久性封堵結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括一級(jí)屏障、二級(jí)屏障和三級(jí)屏障，所述生產(chǎn)套管的外側(cè)軸向依次設(shè)置淡水層(4)、煤層(6)、蓋層(7)及產(chǎn)層(8)，所述淡水層(4)、煤層(6)、蓋層(7)及產(chǎn)層(8)依次連接，所述二級(jí)屏障的一側(cè)與煤層(6)和淡水層(4)連接，所述二級(jí)屏障的另一側(cè)和生產(chǎn)套管連接；所述三級(jí)屏障的一側(cè)與產(chǎn)層(8)和蓋層(7)連接，所述三級(jí)屏障的另一側(cè)和生產(chǎn)套管連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤礦重疊區(qū)天然氣棄置井永久性封堵結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述一級(jí)屏障包括普通套管(10)、易鉆合金套管(11)、高強(qiáng)度套管(12)，所述普通套管(10)、易鉆合金套管(11)、高強(qiáng)度套管(12)依次連接，其中，所述普通套管(10)設(shè)置在淡水層(4)和煤層(6)的內(nèi)壁，所述蓋層(7)和產(chǎn)層(8)設(shè)置在普通套管(10)、易鉆合金套管(11)和高強(qiáng)度套管(12)的內(nèi)壁。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤礦重疊區(qū)天然氣棄置井永久性封堵結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述二級(jí)屏障包括表層水泥環(huán)(5)、表層套管(1)、速凝水泥環(huán)(13)；所述淡水層(4)的內(nèi)壁設(shè)置表層套管(1)，所述表層套管(1)和普通套管(10)之間設(shè)置高強(qiáng)度套管(12)，所述速凝水泥環(huán)(13)設(shè)置在普通套管(10)和淡水層(4)連接端外側(cè)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤礦重疊區(qū)天然氣棄置井永久性封堵結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述二級(jí)屏障包括第一水泥塞(14)和第一橋塞(15)，所述第一水泥塞(14)的下方設(shè)置第一橋塞(15)，所述第一水泥塞(14)和第一橋塞(15)同軸設(shè)置，所述第一水泥塞(14)的外徑和普通套管(10)的內(nèi)壁面貼合。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤礦重疊區(qū)天然氣棄置井永久性封堵結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述三級(jí)屏障包括超細(xì)水泥漿(19)、密集射孔(18)，所述密集射孔(18)和一級(jí)屏障垂直設(shè)置，所述超細(xì)水泥漿(19)設(shè)置在密集射孔(18)內(nèi)，所述超細(xì)水泥漿(19)通過(guò)高強(qiáng)度套管(12)上的壓裂射孔(9)進(jìn)入密集射孔(18)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤礦重疊區(qū)天然氣棄置井永久性封堵結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述三級(jí)屏障包括油層水泥環(huán)(3)、第二橋塞(17)和第二水泥塞(16)，所述第二水泥塞(16)設(shè)置在易鉆合金套管(11)的內(nèi)側(cè)，所述第二水泥塞(16)的外壁面和易鉆合金套管(11)的內(nèi)壁面貼合，所述第二水泥塞(16)的下端面和第二橋塞(17)的上端面連接。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種煤礦重疊區(qū)天然氣棄置井永久性封堵結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述表層套管(1)和普通套管(10)之間設(shè)置有速凝水泥環(huán)(13)，所述速凝水泥環(huán)(13)設(shè)置在靠近淡水層(4)的一側(cè)，所述速凝水泥環(huán)(13)和環(huán)空(2)等徑。

8.一種基于權(quán)利要求1至權(quán)利要求7任一項(xiàng)所述的煤礦重疊區(qū)天然氣棄置井永久性封堵方法，其特征在于，所述永久性封堵方法包括以下步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種煤礦重疊區(qū)天然氣棄置井永久性封堵方法，其特征在于，根據(jù)產(chǎn)層(8)附近的油層水泥環(huán)(3)和壓裂射孔(9)的參數(shù)，確定超細(xì)水泥漿(19)在該區(qū)域的參數(shù)；根據(jù)蓋層(7)附近油層水泥環(huán)(3)和密集射孔(18)的參數(shù)，確定超細(xì)水泥漿(19)在該區(qū)域的參數(shù)。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種煤礦重疊區(qū)天然氣棄置井永久性封堵方法，其特征在于，根據(jù)產(chǎn)層(8)、煤層(6)、周圍的溫度、壓力，以及連接一級(jí)屏障的內(nèi)徑，以及水泥塞的摩擦系數(shù)，確定水泥塞和速凝水泥環(huán)(13)的長(zhǎng)度以及泥漿的用量。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種煤礦重疊區(qū)天然氣棄置井永久性封堵結(jié)構(gòu)，包括一級(jí)屏障、二級(jí)屏障和三級(jí)屏障，所述生產(chǎn)套管的外側(cè)軸向依次設(shè)置淡水層、煤層、蓋層及產(chǎn)層，所述淡水層、煤層、蓋層及產(chǎn)層依次連接，所述二級(jí)屏障的一側(cè)與煤層和淡水層連接，所述二級(jí)屏障的另一側(cè)和生產(chǎn)套管連接；所述三級(jí)屏障的一側(cè)與產(chǎn)層和蓋層連接，所述三級(jí)屏障的另一側(cè)和生產(chǎn)套管連接。所述永久性封堵方法包括以下步驟：確定淡水層、煤層、蓋層及產(chǎn)層的厚度設(shè)置；根據(jù)淡水層、煤層、蓋層、產(chǎn)層的厚度，對(duì)應(yīng)設(shè)置一級(jí)屏障；通過(guò)不同溫度、壓力、位置參數(shù)，確定二級(jí)屏障和三級(jí)屏障的各結(jié)構(gòu)參數(shù)；根據(jù)確定得到的參數(shù)結(jié)果，由下至上設(shè)置二級(jí)屏障和三級(jí)屏障的各結(jié)構(gòu)，完成永久性封堵。

技術(shù)研發(fā)人員：李旭梅,桂捷,王效明,巨亞鋒,馬得華,呂楊,胡衡,王昌齡,羅有剛,江智強(qiáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)石油天然氣股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/6/26