[发明专利]气井套管环空密封完整性失效预防装置及预防方法

说明书

技术领域

本发明涉及天然气勘探开发领域，特别涉及一种气井套管环空密封完整性失效预防装置及预防方法。

背景技术

气窜引起的套管环空带压是高压气井持续面临的难题之一。现有的气井环空带压治理措施如挤水泥修复和化学堵漏等存在成本高、效果差和作业难度大等问题。另外，频繁的压力监测和放喷作业，同样也会增加气井的管理难度和生产成本。因此，可以说气井一旦出现环空带压问题，无论采取何种补救和治理措施势必会付出巨大的时间、人工成本以及高额的费用，极大地降低了气井的开发经济效益。

中国专利申请CN 103775019 A《套管环空封隔装置》公开了一种由遇水膨胀的材料制成的套筒，用于对套管和钻井内壁之间的环空进行封隔的封隔装置。此封隔装置代替了传统的水泥环，起到很好的环空密封问题。虽然此申请文件中提到了通过水泥环进行环空封隔存在一定的问题，但是由于油气井水泥经济方便，性能参数可调、尺寸可控，因此，利用水泥对套管外环空进行封固还是有一定存在的意义。

目前，对于由水泥环本身材料缺陷造成的套管环空密封失效的问题，特别是固井后的长期生产过程中井下工况变化对水泥环的破坏，缺少有效的解决和控制手段。

发明内容

根据上述不足之处，本发明为常规水泥固井，提供了一种气井套管环空密封完整性失效预防装置及预防方法，用于对水泥环进行受力保护，防止水泥环由井下工况及压力变化所导致的失效破坏。

为实现上述目的，本发明的技术方案在于：一种气井套管环空密封完整性失效预防装置，包括粘附在套管外周、用于对水泥环进行受力保护的套筒。

优选的是：套筒其弹性模量为5-10MPa，泊松比为0.25-0.5，厚度为4-8mm。

优选的是：用于制备套筒的材料，按重量份数计包括以下成分：

本发明还提供一种对气井套管环空密封完整性失效进行预防的方法，包括如下步骤：

S1：对套管外周进行除尘、清洗、喷砂、脱脂处理后晾干；

S2：在套管外周刷涂胶黏剂；

S3：根据套筒的厚度，将套筒模具套设于套管外周，在套管与套筒模具之间灌入套筒原料，通过硫化装置进行硫化；

S4：硫化完成后，将套筒模具取下，套筒即粘附在套管外周，放置至少24h后，将粘附有套筒的套管按常规操作置于气井内，即可起到预防气井套管环空密封完整性失效的作用。

本发明的有益效果在于：本发明通过在套管外周增加一层缓冲介质，完全或一定程度上吸收因井下压力变化导致的套管变形，减小套管内压力对水泥环受力的影响，避免套管内压力过高时水泥环的失效破坏，达到预防套管环空密封完整性失效及由此产生的环空带压和环空窜流问题的目的。

本发明可以从油气井建井之初，完全或一定程度上预防气井中的套管环空密封完整性失效，作用效果贯穿气井的整个生命周期。本发明只是对原有套管作简单处理，简便易行，成本低廉，且不改变原施工工艺，也无需任何专门配套设施，相较于出现套管环空密封完整性失效的种种问题再治理具有巨大的经济效益。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明套管的结构示意图；

图3是本发明的使用状态图；

图4是本发明水泥环内壁径向应力随套管压力变化曲线；

图5是本发明水泥环内壁PEEQ随套管压力变化曲线。

图中，1-套管；2-套筒；3-水泥环；4-地层。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明。

本发明涉及一种气井套管环空密封完整性失效预防装置，如图1所示，包括粘附在套管1外周、用于对水泥环3进行受力保护的套筒2。

由图3可知，油气井井筒由套管1、水泥环3和地层4三部分组成，理想状态下为同心嵌套结构。井筒主要承受来自于套管1内部的套管压力，以及外围地层的地应力两种压力。传统的井筒由于内外部压力的不均匀，极易造成水泥环3的裂缝甚至破损，这样使得气井出现环空带压的问题，带来很大的损失。

本方法中在套管外壁附着一层特定厚度和性质的缓冲介质作为缓冲层，即套筒2，将套管1和水泥环3之间的刚性接触变为弹性接触，通过套筒2吸收一定的压力及形变，改善套管1压力下水泥环的受力状况，确保水泥环的完整性。