钻井和固井的方法技术

广义钻井，有代表性的是从海上平台钻的各种倾斜井，这类井是用含水和高炉矿渣的钻井液钻的，在钻井过程中循环这种钻井液，在井壁上形成泥饼。此后，加入活化剂，一般是碱性材料和额外加入的高炉矿渣，生成粘结性水泥浆，这种水泥浆经套管向下，再上返进入环形空间，完成首次固井作业。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术论述油气井的钻井和固井问题。油井或气井的井眼通常是垂直钻的。然而，有时需要钻倾斜井眼。例如，含油层位于建筑物地区下面或河流等自然障碍物之下时。近些年来，由于大量的海上钻井，不能为每一口井建一座独立平台，这就使钻倾斜井更加重要。钻垂直井眼，钻井过程一般是用旋转钻井方法进行的。旋转钻井是用包括安装在钻柱下端的钻头的旋转钻井设备完成的。负荷加在旋转着的钻头上，钻入地层。钻柱是空心的，在井眼钻深时，把钻杆加到钻柱上，增加它的长度。旋转钻井时，用旋转钻柱转动和/或驱动安装在钻柱下端的井下马达旋转钻头。这种旋转钻井方法形成严重的摩擦力，而发热和生成地层碎屑，必须从井眼中清除掉碎屑，和冷却钻头以延长其使用寿命。这两种需要是用钻井液通过钻柱向再经钻柱与井壁间的空间还回地面的循环方法实现的。这样做的过程中，会在井壁上沉积上薄层，通称为泥饼。泥饼是由钻井液中的固体物质和被钻地层及井眼中的流体压差的综合因素形成的。因为钻井过程中井眼中液柱产生的静压力最好略微高于到大大高于地层的孔隙压力。这就使泥浆液相具有向地层渗漏的趋势，当这种情况发生时，由于固体物质通常粒径较大不能渗入地层，它们就沉淀在井壁上。一旦井眼钻到预定深度，能把井眼穿透的地层，层段或井段独立分开是最理想的。为了从地层中采出流体，应从地面向井眼下套管，其它管柱安装在套管内。据此，需要用某种材料充填套管与井壁或套管与衬管间的环形空间，这种材料能封堵环形空间并支撑固定套管或衬管，通常把这种工艺叫做固井。钻一口广义的倾斜井井眼是非常昂贵的，其中部分原因就是因固井作业难度大。在倾斜井中，要使套管准确的处于井眼的中心，这是根本不可能的，这就产生了两个问题首先，排出环形空间更窄一侧井壁上的流体更加困难;其次，清除环形空间狭窄和井壁上的泥饼更加困难。因为泥饼一般不能与水泥牢固粘结，使后一个问题更为重要，这可能使冲替钻井泥浆的流体造成沟道和/或者在环形空间留下大量未排出的、不能相容的泥浆而造成固井沟道，在最后的固井作业中，产生各种各样的空洞。本专利技术的一个目的是用水泥固结广义的倾斜生产井。本专利技术的第二个目的是防止生产井固井作业中形成空洞。本专利技术的第三个目的是防止生产井环形空间狭窄部分残存的水泥和泥饼间的不相容难题。为了达到上述目的，根据本专利技术的钻井和固井方法包括用钻柱和钻头组成的旋转钻井组件，和含有高炉的矿渣和水的钻井液钻一口广义的倾斜生产井。钻井液经钻柱向下面经钻柱与井壁之间的环形空间向上进行循环，因此，在钻井过程中井壁上形成泥饼;起出钻柱组件，下套管;向钻井液加入活化剂，生成有粘结性的水泥浆;及具有粘结性的水泥浆通过套管向下，上返进入套管与井壁形成的环形空间进行循环。已经发现，利用钻井液中的高炉矿渣，在井壁上形成可相容的泥饼，因此，环形空间狭窄处井壁的泥饼变成有利因素而不是缺点。此外，正如将在下面详细讨论的那样，未替换出的泥浆转化成坚硬的致密填料。文中术语“广义井”意指包括有时叫做钻斜井，水平钻井或定向钻井的那些技术。本专利技术适用于那种井-与垂向偏差小至1%，即使这么小的井身偏差也会给套管居中造成困难。其它极端的情况该属水平井了，这很少见。本专利技术对下述这类井特别有价值偏差1°-90°，最好是10°-90°之间，最佳30°-80°之间。本专利技术对钻偏斜角至少为30°的那类井特别有利。本文中用的“钻井液”术语意指水基或油基液体，它含有水，高炉矿渣，和至少一种其它添加剂(如增粘剂，降粘剂，溶解盐，岩屑微粒，增加液体密度的固体增重剂，防止钻井液和地层相互有害作用的地层稳定剂，及提高钻井液润滑性能的添加剂。在优选的实例中，其中加入高炉矿渣和催化剂活化钻井液，(详情下面讨论)，使钻井液和水泥浆的流变学特性都成最优化状态。最后，按本专利技术配制的钻井液和水泥浆具有耐盐水特性，而且还受益于海水。由于使用广义井的主要领域是海上钻井，这里当然会有海水，所以这种方法就更有意义。因为本专利技术中使用的钻井液，要成为水泥浆的一部分，所以这种钻井液可叫做通用液，即在钻井和固井中都可使用。一般来说，初始钻井液可以是含有高炉矿渣的已知任何类型的钻井液之一种。较合适的钻井液包括那些本领域中已知的水基泥浆，清水泥浆，海水泥匀浆，盐水泥浆，卤水泥浆，石灰泥浆，石膏泥浆，聚醇类泥浆和水包油乳化液。USA专利No.5，058，679中公布了一组适用的钻井液。此外，含油也含水的泥浆也可使用，如低含水油基泥浆和反油乳化液泥浆。不管是那种情况，泥浆必须含有高炉矿渣，一般来说矿渣含量为2.8-285kg/m3最后的钻井液、较好的是28-228kg/m3，最好是57-143kg/m3。可加入粘性材料制成通用钻井液的典型钻井液配方如下10-20重量%盐，23-28kg/m3 土，11-17kg/m3羧甲基淀粉(防失水剂，Milpark Drilling Fluids公司以商标名“NEWDRIL”销售)，1-3kg/m3部分水解的聚丙烯酰胺(PHPA)(这是一种页岩稳定剂，Milpark Drilling Fluids公司以商标名“NEWDRIL”销售)，3-4kg/m3CMC(Milpark Drilling Fluids公司以商标名“BIOLOSE”销售)，85-200kg/m3钻屑，0-715kg/m3重晶石。因为钻井液要成为最后具有粘结性的泥浆的一部分，所以，要处理的废泥浆的数量就大大减少了。本专利技术的另一实施例方案中，钻井液的多数组分或全部组分都要经过选择，以便这些组分也能在粘性材料中起作用。下面表1和表2说明了这种钻井液配方和粘结性泥浆配方的特点。表1钻井液中添加剂的作用添加剂 主要作用 次要作用合成聚合物1防失水淀粉2防失水控制粘度生物聚合物3粘度硅酸盐 粘度 页岩稳定剂碳水化合物 反絮凝剂聚合物4重晶石5控制密度 土6防失水粘土/石英粉7- -矿渣8岩屑稳定剂 -石灰9页岩稳定剂调节碱度PECP10岩屑/井眼稳定剂防失水NaCl 页岩稳定剂油 润滑剂 防泥包钻具表2 粘结性泥浆中添加剂的作用添加剂 主要作用 次要作用合成聚合物1防失水缓凝剂淀粉2防失水缓凝剂生物聚合物3粘度缓凝剂硅酸盐 促凝剂碳水化合物 缓凝 反絮凝剂聚合物4重晶石5调节比重 土6防失水调节钻屑浓度粘土/石英粉7调节钻屑浓度矿渣8调节粘结性调节钻屑浓度石灰9速凝剂调节钻屑浓度PECP10缓凝剂控制流变性NaCl - -油 - -1.如SKW化学公司制造的合成聚合物，商品名为“POLYDRILL”。2.如Milpark公司生产的淀粉，商品名为“PERMALOSE”。3.如Kelco oil Field集团公司制的生物聚合物，商品名为“BIOZAN”。4.如Grain processing公司制造的水溶性碳水化合物聚合物，商品名为“MOR-REX”。5.重晶石，即BaSO4，钻井液增重剂。6. 土，即粘土或叫胶质粘土，增粘剂。7.如Milwhite公司制造的粘土/石英粉，商标名为“REVDUST”。8.Blue Circle Cement公司制造的高炉矿渣，商标名为“NEWCEM”的最适用。9.CaO10.多环聚醚多元醇，USA专利No.5，058，679中曾描述过。所谓“高炉矿渣”指的是高炉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钻井和固井方法，该方法包括：用包括钻柱和钻头的旋转钻井组件和含高炉矿渣和水的钻井液钻一口广义井；钻井液经钻柱向下，经钻柱与井壁形成的环形空间向上进行循环，因此，钻井过程中在井壁上沉积成泥饼；起出钻具组件并下套管；向钻井液加入活化剂，生成粘结性水泥浆；粘结性水泥浆经套管向下，经套管与井壁形成的环形空间向上进行循环。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：KM科万，AH哈尔，
申请(专利权)人：国际壳牌研究有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]