一种高温及复杂介质环境下的热采生产套管柱及固井方法与流程
本发明涉及一种高温及复杂介质环境下的热采生产套管柱及固井方法。
背景技术：
1、部分油气在勘探开发过程中，需要采用加热方式改善有机物的流动能力才能实现正常开采，如页岩、中低熟页岩油等。油页岩或中低熟页岩油可采用地下原位转化实现有效开采。这种热采方式会导致井筒高温或超高温环境，相比常规油气开发下的井筒条件更为恶劣，需要采用高温或超高温热采生产套管柱。如图1所示，地下原位转化是利用水平井电加热轻质化技术，将电加热器1直接下入位于水平井段2，持续对埋深300～3000m的富有机质页岩地层3高温加热，地层中多类有机质会发生轻质化转化或改善流动特征的物理化学变化，其中重油、沥青等有机物会大规模向轻质油和天然气转化，并将焦炭和二氧化碳等污染物留在地下，实现油气开发和保护环境的双重目的。据研究，富有机质页岩层段有机质发生轻质化转化的温度一般在350℃左右，同时转化过程中还会产生较高含量的硫化氢、二氧化碳和氢气。
技术实现思路
1、为了更好的适应高温及复杂介质环境下的地下原位转化的热采生产套管柱的作业要求，本发明实施例提供一种高温及复杂介质环境下的热采生产套管柱及固井方法。
2、本发明提出的技术方案如下：
3、第一方面，本发明实施例提供一种高温及复杂介质环境下的热采生产套管柱，包括依次连接的直井段套管柱、斜井套管柱段和水平段套管柱；
4、所述的直井段套管柱下入至水平生产井井斜小于5°的井段，且所述的直井段套管柱采用碳钢类抗硫化氢材质套管或者采用高抗硫和二氧化碳钢级套管；所述的直井段套管柱与井眼井壁之间或技术套管之间环空采用耐k1摄氏度的水泥浆体系固井，水泥浆返回至距离地面l米位置；
5、所述的斜井段套管柱下入至水平生产井井斜大于等于5°小于85°的井段，且所述的斜井段套管柱采用抗硫化氢材质套管；所述的斜井段套管柱与井眼井壁之间或技术套管之间的环空采用耐k2摄氏度的水泥浆体系固井，水泥浆充满至所述的直井段套管柱外的水泥浆柱底部；
6、所述的水平段套管柱下入至水平生产井井斜超过85°的井段，且所述的水平段套管柱采用常规碳钢材质套管、低磁性套管或筛管；若所述的水平段套管柱采用套管固井完井，则其与井眼井壁之间环空采用耐k3摄氏度的水泥浆体系固井，水泥浆充满至所述的斜井段套管柱外的水泥浆柱底部，其中，k2大于k1大于k3。
7、在一个或一些可选的实施例中，在所述的直井段套管柱的位于技术套管套管鞋以上的位置安装有热力补偿器。
8、在一个或一些可选的实施例中，所述的热力补偿器安装于所述的直井段套管柱的中部，或，安装于所述的水平生产井的造斜点以上的预设距离的位置。
9、在一个或一些可选的实施例中，若所述的水平段套管柱采用筛管固井完井，则在所述的水平段套管柱与井眼井壁之间环空无需注入水泥浆体系固井。
10、在一个或一些可选的实施例中，所述的斜井段套管柱的下部管段上安装有a米的高抗硫化氢、二氧化碳及氢气的钢级套管，且所述的高抗硫化氢、二氧化碳及氢气的钢级套管位于水平生产井的井眼轨迹中的稳斜段；其中，a的取值为20～50；所述的稳斜段井斜角大于45°，变化率小于1°，且实际全角变化率小于2°/30m。
11、在一个或一些可选的实施例中，若采取油管生产，则所述的直井段套管柱采用碳钢类抗硫化氢材质套管，且相邻套管的连接扣型采用气密封扣；否则，采用高抗硫和二氧化碳钢级套管，且相邻套管的连接扣型采用气密封扣。
12、在一个或一些可选的实施例中，所述的斜井段套管柱的相邻套管连接扣型采用气密封扣。
13、在一个或一些可选的实施例中，所述的水平段套管柱的相邻套管连接扣型采用非气密封扣。
14、在一个或一些可选的实施例中，k1的取值小于等于200，或者，根据生产水平井的产量计算分析得到生产井的井筒温度场，取所述的水平井的直井段的最高温度值；
15、k2的取值大于等于350；
16、k3的取值小于等于100，或与常规水泥浆体系的耐温值一致。
17、在一个或一些可选的实施例中，上述l的取值为0；
18、或者，若水平生产井的井身结构为三开或更多开次，则l的取值为在技术套管鞋或表层套管鞋深度值减去50～100；
19、若所述的水平生产井的井身结构为二开，则l的取值为在表层套管鞋深度值减去50～100。
20、第二方面，本发明实施例提供一种高温及复杂介质环境下的水平生产井固井方法，包括：
21、将采用常规碳钢材质套管、低磁性套管或筛管的水平段套管柱下入至水平生产井井斜超过85°的井段；
22、将采用抗硫化氢材质套管的斜井段套管柱下入至水平生产井井斜大于等于5°小于85°的井段；
23、将采用碳钢类抗硫化氢材质套管或者采用高抗硫和二氧化碳钢级套管的直井段套管柱下入至水平生产井井斜小于5°的井段；
24、若所述的水平段套管柱采用套管固井完井，则在所述的水平段套管柱与井眼井壁之间环空采用耐k3摄氏度的水泥浆体系固井；
25、在所述的斜井段套管柱与井眼井壁之间或技术套管之间的环空采用耐k2摄氏度的水泥浆体系固井；
26、在所述的直井段套管柱与井眼井壁之间或技术套管之间环空采用耐k1摄氏度的水泥浆体系固井，水泥浆返回至距离地面l米位置；其中，k2大于k1大于k3；在水泥浆固井时，将耐k3摄氏度的充满至所述的斜井段套管柱外的水泥浆柱底部，并将耐k2摄氏度的水泥浆充满至所述的直井段套管柱外的水泥浆柱底部。
27、在一个或一些可选的实施例中，在水泥浆固井时，采用分段环空总体一次性固井或分级固井。
28、在一个或一些可选的实施例中，若所述的水平段套管柱采用筛管固井完井，则在所述的水平段套管柱与井眼井壁之间环空无需注入水泥浆体系固井。
29、基于上述技术方案，本发明较现有技术而言的有益效果为：
30、本发明实施例提供的高温及复杂介质环境下的热采生产套管柱，基于对水平生产井的井筒的环境和复杂介质的清晰认识，综合考虑水平生产井的超高温加热需求，高温油气采出时对井筒的高温影响和硫化氢、氢气、二氧化碳等介质的腐蚀影响，设置三段式井筒套管柱，针对不同井段的温度变化特征及介质接触情况，选择对应类型的套管柱并对应的优化选择水泥浆固井体系，相比于传统直接在全井段采用高抗硫化氢材质套管或者全井筒采用耐超高温水泥浆体系的方式，综合实现满足直井段、造斜段和水平段的热采需求的套管柱和水泥浆体系，不仅满足复杂介质下的井筒的密封、耐腐蚀、安全和耐高温要求，有利于油气的产出，而且可以节约套管柱费用和水泥浆费用，有利于节约地下原位转化的水平生产井的作业成本。实现了油页岩或中低熟页岩油水平井电加热轻质化技术开发时的高温及复杂介质环境下的水平生产井的合理设计，能够适应在供热过程中，水平生产井复杂的井筒温度场变化及介质环境变化。
31、本发明实施例提供的高温及复杂介质环境下的热采生产套管柱，在水平生产井的直井段安装热力补偿器，热力补偿器位于水平生产井的造斜点之上，在生产油气过程中，可以实现缓解套管柱在高温条件下出现的轴向热膨胀位移吸收补偿，解决了套管热力伸长导致的套管变形难题，保证井筒的密封完整性，防止带有高温和复杂介质的油气发生泄漏。
32、本发明实施例提供的高温及复杂介质环境下的热采生产套管柱，在水平生产井的斜井段安装耐高温高抗硫化氢、氢气、二氧化碳的防腐套管段，可以在油气采出过程中，通过密封工具实现生产环空密封，提高套管柱与生产管柱的密封性，防止带有高温和复杂介质的油气进入到上部的直井段套管，提升上部套管的安全性。
33、本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
34、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
技术特征：
1.一种高温及复杂介质环境下的热采生产套管柱，其特征在于，包括依次连接的直井段套管柱、斜井套管柱段和水平段套管柱；
2.根据权利要求1所述的热采生产套管柱，其特征在于，在所述的直井段套管柱的位于技术套管套管鞋以上的位置安装有热力补偿器。
3.根据权利要求2所述的热采生产套管柱，其特征在于，所述的热力补偿器安装于所述的直井段套管柱的中部，或，安装于所述的水平生产井的造斜点以上的预设距离的位置。
4.根据权利要求1所述的热采生产套管柱，其特征在于，若所述的水平段套管柱采用筛管固井完井，则在所述的水平段套管柱与井眼井壁之间环空无需注入水泥浆体系固井。
5.根据权利要求1所述的热采生产套管柱，其特征在于，所述的斜井段套管柱的下部管段上安装有a米的高抗硫化氢、二氧化碳及氢气的钢级套管，且所述的高抗硫化氢、二氧化碳及氢气的钢级套管位于水平生产井的井眼轨迹中的稳斜段；其中，a的取值为20～50；所述的稳斜段井斜角大于45°，变化率小于1°，且实际全角变化率小于2°/30m。
6.根据权利要求1所述的热采生产套管柱，其特征在于，若采取油管生产，则所述的直井段套管柱采用碳钢类抗硫化氢材质套管，且相邻套管的连接扣型采用气密封扣；否则，采用高抗硫和二氧化碳钢级套管，且相邻套管的连接扣型采用气密封扣。
7.根据权利要求1所述的热采生产套管柱，其特征在于，所述的斜井段套管柱的相邻套管连接扣型采用气密封扣。
8.根据权利要求1所述的热采生产套管柱，其特征在于，所述的水平段套管柱的相邻套管连接扣型采用非气密封扣。
9.根据权利要求1所述的热采生产套管柱，其特征在于，k1的取值小于等于200，或者，根据生产水平井的产量计算分析得到生产井的井筒温度场，取所述的水平井的直井段的最高温度值；
10.根据权利要求1所述的热采生产套管柱，其特征在于，l的取值为0；
11.一种高温及复杂介质环境下的水平生产井固井方法，其特征在于，包括：
12.如权利要求11所述的高温及复杂介质环境下的水平生产井固井方法，其特征在于，在水泥浆固井时，采用分段环空总体一次性固井或分级固井。
13.如权利要求11所述的高温及复杂介质环境下的水平生产井固井方法，其特征在于，若所述的水平段套管柱采用筛管固井完井，则在所述的水平段套管柱与井眼井壁之间环空无需注入水泥浆体系固井。
技术总结
本发明提出一种高温及复杂介质环境下的热采生产套管柱及固井方法。该热采生产套管柱中，直井段套管柱下入水平生产井井斜小于5°的井段，且采用碳钢类抗硫化氢材质套管或者采用高抗硫和二氧化碳钢级套管；直井段套管柱与井眼井壁之间或技术套管之间环空采用耐K1摄氏度的水泥浆体系固井；斜井段套管柱下入水平生产井井斜大于等于5°小于85°的井段，且采用抗硫化氢材质套管；斜井段套管柱与井眼井壁之间或技术套管之间的环空采用耐K2摄氏度的水泥浆体系固井；水平段套管柱下入水平生产井井斜超过85°的井段，且采用常规碳钢材质套管、低磁性套管或筛管；若水平段套管柱采用套管固井完井，则其与井眼井壁之间环空采用耐K3摄氏度的水泥浆体系固井。
技术研发人员：胡贵,杨姝,段保平,曹珍妮,常鑫
受保护的技术使用者：中国石油天然气股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23