一种超高温加热井筒套管柱及固井方法与流程

本发明属于油气钻井领域，尤其涉及一种超高温加热井筒套管柱及固井方法。

背景技术：

1、超高温井下加热是实现中低成熟源岩油气开发的现实技术，是实现地下原位转化的重要方式。期刊文献《页岩油地下原位转化的内涵与战略地位》(石油勘探开发，2018年)指出原位转化是利用水平井电加热轻质化技术，持续对埋深300～3000m的富有机质页岩层段(源岩)加热，使多类有机质发生轻质化转化以实现油气开发。中低熟页岩油是指有机质成熟度ro小于1.0％的页岩地层中赋存的石油和多类有机物的统称，由于其页岩有机孔不发育、油质稠、气油比低、大部分有机质以固态形式存在等因素，中低成熟源岩油气有机质发生轻质化转化的温度一般在300～350℃左右，导致现有技术无法实现中低成熟度页岩油规模商业开发，需要采用水平井电加热轻质化技术开发。如图1所示。一般是将电加热器1直接下入水平井段持续对页岩地层2超高温加热，迫使地层中多类有机质21发生轻质化转化或改善流动特征的物理化学变化，除了产生轻质油和天然气外，还会产生较高含量的硫化氢、氢气和二氧化碳，这种超高温加热工艺及其复杂的产出物给加热井筒套管3带来较苛刻的耐温防腐要求。

2、现有技术下，存在200℃以上超高温钻探井的主要是稠油热采井和干热岩地热井。但是稠油热采井一般采用注热蒸汽方式(如蒸汽吞吐、sagd等)或火烧油层形式实现经济高效开采，其井筒需要满足超高温要求。通过注300℃以上的蒸汽实现对地层的加热，其温度从地面到地下呈现温度逐渐下降趋势，目的层井底的温度一般远低于超高温井下加热井井底的温度，且生产过程中不会产生大量的腐蚀性介质，井下的实际工况远好于超高温井下加热井。通过火烧油层的方式的稠油热采方式，实际在井底燃烧的温度较高，甚至高于超高温井下加热井，但其燃烧时间较短，与超高温井下加热井长期稳定加热方式不同；干热岩地热井是在存在温度异常高的地层中钻探的工程井，通过注入热循环介质不断从异常高温地层中获取地层资源的方式。由于原生地层属于超高温地层，其井壁稳定性、温度变化特征较小，且不会产生腐蚀性介质，实际工程与超高温井下加热井的工况不同。

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超高温加热井筒套管柱的作业要求，本发明实施例提供一种超高温加热井筒套管柱及固井方法。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、第一方面，本发明实施例提供一种超高温加热井筒套管柱，包括依次连接的常温套管柱、高温套管柱和超高温套管柱；

4、所述的常温套管柱下入至超高温加热井井斜小于5°的井段，且所述的常温套管柱采用碳钢类抗硫化氢材质套管；所述的常温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、所述的高温套管柱下入至超高温加热井井斜大于等于5°小于85°的斜井段或造斜段，且所述的高温套管柱采用抗硫化氢材质套管；所述的高温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常温套管柱外的水泥浆柱底部；

6、所述的超高温套管柱下入至超高温加热井井斜超过85°的井段，且所述的超高温套管柱采用常规碳钢材质套管、低磁性套管或筛管；若所述的超高温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k1摄氏度的水泥浆体系固井，水泥浆充满至所述的高温套管柱外的水泥浆柱底部，其中，k2大于k1。

7、在一个或一些可选的实施例中，在所述的超高温套管柱的水平段安装有管柱热伸缩补偿器。

8、在一个或一些可选的实施例中，所述的管柱热伸缩补偿器安装于所述的超高温加热井离水平段起点和终点的距离均不小于200米的位置段。

9、在一个或一些可选的实施例中，所述的管柱热伸缩补偿器的数量n为(l-200)*k/p的值进行取整，其中，l为水平井水平段的长度，k为预设参数值，p为管柱热伸缩补偿器的补偿距离。

10、在一个或一些可选的实施例中，n个所述的管柱热伸缩补偿器均匀布置。

11、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，则在所述的超高温套管柱与井眼井壁之间环空无需注入水泥浆体系固井。

12、在一个或一些可选的实施例中，所述的高温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超高温加热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。

13、在一个或一些可选的实施例中，所述的超高温套管柱的相邻套管连接扣型采用非气密封扣或气密封扣。

14、在一个或一些可选的实施例中，所述的高温套管柱的相邻套管连接扣型采用气密封扣。

15、在一个或一些可选的实施例中，所述的常温套管柱的相邻套管连接扣型采用非气密封扣。

16、在一个或一些可选的实施例中，k1的取值小于等于150，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；

17、k2的取值大于等于350。

18、在一个或一些可选的实施例中，l的取值为0；

19、或者，若超高温加热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；

20、若所述的超高温加热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。

21、第二方面，本发明实施例提供一种超高温加热井固井方法，包括：

22、将采用常规碳钢材质套管、低磁性套管或筛管的超高温套管柱下入至超高温加热井井斜超过85°的井段；

23、将采用抗硫化氢材质套管的高温套管柱下入至超高温加热井井斜大于等于5°小于85°的井段；

24、将采用碳钢类抗硫化氢材质套管的常温套管柱下入至超高温加热井井斜小于5°的井段；

25、若所述的超高温套管柱采用套管固井完井，则在所述的超高温套管柱与井眼井壁之间环空采用耐k1摄氏度的水泥浆体系固井；

26、在所述的高温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；

27、在所述的常温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；在水泥浆固井时，将耐k1摄氏度的充满至所述的高温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常温套管柱外的水泥浆柱底部。

28、基于上述技术方案，本发明较现有技术而言的有益效果为：

29、本发明实施例提供的超高温加热井筒套管柱，基于对超高温加热井的井筒的环境和复杂介质的清晰认识，综合考虑超高温加热井的超高温加热需求，加热器加热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、造斜段或斜井段和水平段的加热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，实现对超高温加热井筒套管柱外部地层流体和压力的封固作用，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超高温加热井的合理设计，能够适应在加热过程中，超高温加热井复杂的井筒温度场变化及介质环境变化。

30、本发明实施例提供的超高温加热井筒套管柱，在超高温加热井的水平段安装管柱热伸缩补偿器，管柱热伸缩补偿器与超高温加热井的造斜段或斜井段的距离超过200米，在下入加热管加热过程中，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。并且，在水平段尾部井段预留200米的自由套管段，防止超高温加热时，水泥被高温破坏，利于加热热量传递。

31、本发明实施例提供的超高温加热井筒套管柱，在超高温加热井的造斜段或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，可以在加热过程中，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常温套管柱，提升上部常温套管的安全性。

32、本发明的其它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可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

技术特征：

1.一种超高温加热井筒套管柱，其特征在于，包括依次连接的常温套管柱、高温套管柱和超高温套管柱；

2.根据权利要求1所述的超高温加热井筒套管柱，其特征在于，在所述的超高温套管柱的水平段安装有管柱热伸缩补偿器。

3.根据权利要求2所述的超高温加热井筒套管柱，其特征在于，所述的管柱热伸缩补偿器安装于所述的超高温加热井离水平段起点和终点的距离均不小于200米的位置段。

4.根据权利要求3所述的超高温加热井筒套管柱，其特征在于，所述的管柱热伸缩补偿器的数量n为(l-200)*k/p的值进行取整，其中，l为水平井水平段的长度，k为预设参数值，p为管柱热伸缩补偿器的补偿距离。

5.根据权利要求4所述的超高温加热井筒套管柱，其特征在于，n个所述的管柱热伸缩补偿器均匀布置。

6.根据权利要求1所述的超高温加热井筒套管柱，其特征在于，若所述的水平段套管柱采用筛管固井完井，则在所述的超高温套管柱与井眼井壁之间环空无需注入水泥浆体系固井。

7.根据权利要求1所述的超高温加热井筒套管柱，其特征在于，所述的高温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超高温加热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。

8.根据权利要求1所述的超高温加热井筒套管柱，其特征在于，所述的超高温套管柱的相邻套管连接扣型采用非气密封扣或气密封扣。

9.根据权利要求1所述的超高温加热井筒套管柱，其特征在于，所述的高温套管柱的相邻套管连接扣型采用气密封扣。

10.根据权利要求1所述的超高温加热井筒套管柱，其特征在于，所述的常温套管柱的相邻套管连接扣型采用非气密封扣。

11.根据权利要求1所述的超高温加热井筒套管柱，其特征在于，k1的取值小于等于150，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；

12.根据权利要求1所述的超高温加热井筒套管柱，其特征在于，l的取值为0；

13.一种超高温加热井固井方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明提出一种超高温加热井筒套管柱及固井方法。该超高温加热井筒套管柱中，常温套管柱下入至超高温加热井井斜小于5°的井段，且碳钢类抗硫化氢材质套管；常温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；高温套管柱下入至超高温加热井井斜大于等于5°小于85°的斜井段或造斜段，且采用抗硫化氢材质套管；高温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；超高温套管柱下入至超高温加热井井斜超过85°的井段，且采用常规碳钢材质套管、低磁性套管或筛管；若超高温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K1摄氏度的水泥浆体系固井。适应复杂井筒温度场及介质变化。

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