[发明专利]负压固井系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石油钻井工程的负压固井系统，具体涉及了负压固井系统及其控制方法。

背景技术

固井是石油钻井工程中的一道非常重要的工序，其主要作法就是把套管(一种特殊钢管)下到井下，从套管内泵入水泥浆，水泥浆从套管外和井壁间的间隙返出来，水泥浆停留在这个环形间隙中凝固成水泥石，水泥石把不稳定的井壁固住，或是把深度部地层的流体(油气水)分隔开，便于采油时分层开采。

但是，由于不同深度的地层的压力的不均匀性，钻井过程中极易出现井漏现象，井漏后，按现在常规的固井作业方法和工艺，水泥浆很难返到地面或指定的位置，这对固井作业带来极大的困难，目前油公司主要采用裸眼完井(不固井)和低密度水泥浆的办法来固井，由于低密度水泥浆强度低，加上其使用的密度减轻剂主要是漂珠(粉煤灰)，漂珠本身的强度很低，在井底液柱压力作用上易破碎，对于浅井固井有一定的作用，但对于深井，其作用效果很差，固井质量差，即使固了井，固井质量不好，导致很多后续采油难题：如采油时油水层分不开，不同油层间相互串通，不利于提高采收率，同时不利于计算各层产量和储量。

图1为井漏时，现有的井下固井管串示意图，常规固井作业时，用钻杆1将尾管悬挂器2和尾管3送到井底后，尾管悬挂器2座挂在上层套管15内壁上，并承受其下部的尾管3的重量，整个下部的尾管3处于裸眼段13内，固井的目的是希望在地面用灌入装置4将水泥浆从钻杆1内泵入井下，水泥浆经过尾管悬挂器2和尾管3，从尾管3内向上返流，经过裸眼段13和上层套管与15尾管之间的环形间隙向上流动。施工结束后，如果水泥浆能顺利返流到尾管悬挂器2上部，则水泥浆16就会把整个尾管悬挂器2下部的环形间隙(即环空12)填满，水泥浆凝固后，尾管3就被固结在裸眼段13了，这是固井的目的，且要求固结得越严实越好。

但是如果裸眼段13内有漏失层14或压力敏感性地层，水泥浆16就很难返流到尾管悬挂器2上面了，这是因为，没有发生泥浆漏失的油井，其井筒内泥浆静液面应该处于封井装置5的位置，但发生井漏失后，由于漏失层14的地层压力P小于整个井筒内泥浆柱所产生的压力，井筒内泥浆静液面应该低于封井装置5的位置，它距地面的高度为H1，它距井底的距离为H2，假高泥浆密度为R1，则P＝R1*H2，此种情况下固井，水泥浆16从漏失层14向尾管悬挂器2上返时就会遇到困难。

如图2所示，它是井漏时，现有技术中水泥浆无法上返至理想高度示意图，当水泥浆被泵到漏失层14和尾管3之间环空12且到达漏失层14高度后，此时如果水泥要继续上返，则井筒内泥浆静液面必须要上升，假如在注入水泥浆过程中，井筒内泥浆动液面升高到距地面高度H3，它到井底的距离为H4，由于H3小于H1，H4大于H2，而漏失层14的地层压力为P＝R1*H2，显然P＜R1*H4，也即是说如果水泥浆16要继续上返，则环空12内的液面压力会大于漏失层14的地层压力，那么环空12内的流体就会向漏失层14内漏失，相当于水泥浆将会直接被泵入漏失层14内的地层深部去，水泥浆16根本无法上返到尾管悬挂器2上部位置，即尾管悬挂器2到井底的距离H5的位置以上，达不到尾管3固井的目的，这就是目前常规固井作业面临的一个困难。

因此，需要一种新的技术来解决这一问题，提高固井成功率和固井质量。

发明内容

本发明目的是提供一种井漏后负压固井系统及其控制方法。

本发明的一种负压固井系统，它包括：钻杆、尾管悬挂器、尾管、灌入装置和封井装置，钻杆、尾管悬挂器和尾管依次连接，灌入装置与钻杆相连，其中：它还包括：声纳测深器、流体流量计、气体流量计和压力传感器、泄压阀门、气体压缩装置和计算机，声纳测深器放置在井口附近的地面上，流体流量计安装在灌入装置和钻杆之间的管道上，泄压阀门、气体压缩装置和气体流量计和压力传感器通过管道依次相连，气体流量计和压力传感器通过管道与封井装置相连，灌入装置、流体流量计、声纳测深器、气体流量计和压力传感器、泄压阀门和气体压缩装置分别通过电缆与计算机相连。