[发明专利]浆柱结构设计方法及双凝双密度浆柱

说明书

本发明提供一种浆柱结构设计方法及双凝双密度浆柱，涉及石油与天然气窄压力窗口固井水泥浆技术。浆柱结构设计方法包括：确定浆柱中各浆体的密度；其中，领浆密度大于钻井液密度，尾浆密度小于领浆密度；根据浆体的密度及环空压力，确定浆体的长度；根据各浆体的密度及长度，判断浆柱的结构是否合理。双凝双密度浆柱包括：钻井液、领浆、尾浆、隔离液以及顶替液；其中，领浆密度大于钻井液密度，尾浆密度小于领浆密度，顶替液密度大于钻井液密度，隔离液密度处于钻井液密度与领浆密度之间；隔离液粘度处于钻井液粘度以及领浆粘度之间。从而充分增大浆柱中各浆体的密度差梯度，在满足压稳和不漏的原则下增大环空顶替效率，减少固井漏失。

技术领域

本发明涉及石油与天然气窄压力窗口固井水泥浆技术，尤其涉及一种浆柱结构设计方法及双凝双密度浆柱。

背景技术

在石油与天然气的开采过程中，固井是钻井作业过程中的重要环节，主要目的是保护和支撑油气井内的套管、封隔油、气和水等地层。具体地，固井是指向井内下入管套，并向井眼和套管之间的环形空间注入浆体的施工作业；其中，钻井液、隔离液、领浆、尾浆等浆体构成了固井环空浆柱结构。

针对下部复杂窄压力窗口井段的固井施工，目前，主要是通过减小浆体密度差、降低施工参数、采用正注反挤等非常规固井工艺作业的措施来解决窄压力窗口固井井漏、环空顶替效率低的问题。由于浆柱的结构设计是影响窄压力窗口固井环空顶替效率低、井漏频发的主要因素，目前常规采用的双凝双密度浆柱结构设计主要是采用前置液、领浆、尾浆密度依次递增的浆柱结构，这种结构仅设计虽然能够满足压稳和不漏的原则，但在地层压力系数较高的地层，其密度差梯度受到压力窗口窄的限制并不能有效提高，因此，在提高环空顶替效率方面效果并不理想。

发明内容

针对现有技术中的上述缺陷，本发明提供一种浆柱结构设计方法及双凝双密度浆柱，能够充分增大浆柱中各浆体的密度差梯度，在满足压稳和不漏的原则下增大环空顶替效率，有效减少固井漏失，提高窄压力窗口固井合格率。

本发明的第一方面是提供一种浆柱结构设计方法，包括：

确定浆柱中各浆体的密度；其中，领浆密度大于钻井液密度，尾浆密度小于所述领浆密度；

根据所述浆体的密度及环空压力，确定所述浆体的长度；

根据各浆体的密度及长度，判断所述浆柱的结构是否合理。

进一步地，顶替液密度大于所述钻井液密度。

进一步地，隔离液密度处于所述钻井液密度与所述领浆密度之间。

进一步地，确定浆柱中各浆体的密度之后，还包括：确定所述浆柱中各浆体的粘度，其中，隔离液粘度处于钻井液粘度以及领浆粘度之间。

进一步地，根据所述浆体的密度及环空压力，确定所述浆体的长度，包括：

根据孔隙压力以及地层承压确定环空压力；其中，所述环空压力大于所述孔隙压力，且所述环空压力小于或者等于所述地层承压；

根据所述环空压力以及环空静液柱压力确定环空循环压耗；

根据所述环空压力中的环空循环压耗以及所述浆体的密度确定所述浆体的管外流动水力损失高度，并根据所述管外流动水力损失高度确定所述浆体的长度。

进一步地，根据各浆体的密度及长度，判断所述浆柱的结构是否合理，包括：

根据各浆体的密度及长度模拟浆柱，并确定浆柱的环空顶替效率；

若所述环空顶替效率达到第一阈值，则确定所述浆柱的结构合理。

进一步地，所述浆柱结构设计方法还包括：

根据钻井参数确定地层压力窗口。