[发明专利]钻井和固井方法

说明书

本发明涉及钻井和固井方法。

油井或气井井眼通常是以约50cm的初始直径钻的。很久以前就知道钻勘称为小井眼的较小直径的井作为探井。这类井一般来说井眼初始直径不大于13-15cm。在某些情况下也希望钻小井眼生产井。

按常规钻井方法，小井眼的作业方法一般是用旋转钻井工艺进行的。

旋转钻井是用旋转钻柱组件完成的，该组件包括装在钻柱下端的旋转钻头。在旋转时负荷加在钻头上，产生一个进入地层的井眼。钻柱是空心的，当井眼钻深时，把钻杆加到钻柱上，增加钻柱长度。在旋转钻井过程中，钻头可用旋转钻柱的方法转动，和/或驱动装在钻柱下端的马达旋转钻头。

这种旋转钻井过程产生巨大的摩擦力，产生热及被钻地层的碎屑。必须从井眼中清除掉地层碎屑，钻头也要冷却，以延长其使用寿命。这两种要求是靠钻井液通过钻柱向下，并经钻柱和井壁之间的环形空间向上达到地面这种循环方法实现的。

一旦井眼钻到预定的深度，最理想的是把井眼钻穿的独立的范围、层带或地层分隔开。为了采出地层中的流体，管子(套管)必须从地面向下插入井眼，衬管可以悬挂在套管内。

由于这种情况，需要用封堵环形空间的材料充填套管和并壁间或衬管和套管间的环形空间，构成套管或衬管的结构支撑，这通常叫做初次固井。

小井眼钻井产生两个问题。第一，因环形空间小，很难清除井壁和套管间的环形空间中的钻井液。第二，又因环形空间很窄，很难清除井壁上的泥饼。因泥饼一般与水泥不配伍，这后一个问题就更重要。这可能造成用来冲替钻井液的流体沟道，和/或留在环形空间内的大量的未清除而又不配伍的钻井液泥浆沟道，在最后固井作业中形成空洞。

本发明的一个目的是小井眼固井问题。

本发明的另一个目的是避免小井眼固井作业中形成空洞。

本发明的最后一个目的是消除小井眼环形空间内水泥和泥饼间的不相容问题。

为达到此目的，按照本发明的钻井和固井方法包括：

用包括钻柱和钻头的旋转钻柱组件和含高炉矿渣和含水液体的钻井液钻一口井；

通过钻柱向下，经钻柱和井壁间的环形空间向上循环钻井液，因而在钻井过程中在井壁上形成泥饼；

起出钻柱组件，插入套管，套管的外径应能使套管的外表面和井眼的内表面间的环形空间宽度为0.2-4cm之间；

向钻井液加入活化剂，生成胶结水泥浆；及

经套管内部向下，上返进入环形空间循环胶结水泥浆。

已经发现在钻井液中使用高炉矿渣时，在井壁上形成相容性泥饼，从而这种泥饼转变成有用的材料，而不再是一种负担。另外，正如在下面将要详细论述的那样，狭窄环形空间中未置换出的钻井液转变成很强、很硬的封堵材料。

术语“小井眼”是指包括初始井眼直径为7-23cm，更常见的是10-15cm的那种技术。在这类井中，套管或衬管和井壁间环形空间的宽度只有0.2-4cm，通常0.6-3cm，更常见的是1-2cm。环形空间尺寸的参考数据是指井眼内表面的半径与套管外表面半径之差。

本文中用的术语“钻井液”是指水基或油基液体，它含有含水液体，高炉矿渣，和至少一种其它的添加剂如：增粘剂、降粘剂、溶解盐、被钻地层的固体颗粒，增加液体密度的固体增重剂，抑制钻井液和地层间有害反应的地层稳定剂，及改进钻井液润滑性能的添加剂。

在较理想的方案中，是再加入高炉矿渣和促进剂(将在下面论述)，激活钻井液，使钻井液和水泥两者的流变学特性都成最优化。最后，按照本发明配制的钻井液和水泥允许盐水存在，而且还确实受益于盐水。由于使用小井眼的主要领域是海上钻井，这里当然有盐水，这种技术就具有特殊意义。由于按本发明使用的钻井液变成最后固井水泥的一部分，这种钻井液可称为通用液体，即在钻井和固井中都是有用的。

一般来说，初始钻井液是任何与高炉矿渣相混合的已知钻井液中的一种，适用的钻井液包括那些本领域已知的如水基泥浆，清水泥浆，海水泥浆，盐水泥浆，卤水泥浆，石灰泥浆，石膏泥浆，多元醇泥浆和水包油乳化液。一组适用的钻井液已在USA专利NO.5058679中公布过。此外，含油也含水的泥浆也可使用，如低含水的油基泥浆和反油乳化液泥浆。在各种情况下，这类泥浆都含有高炉矿渣，一般其最终钻井液的含量为2.8-285kg/m³，较好的是28-228kg/m³，最好是57-143kg/m³。