[发明专利]用于页岩气井的固井工艺及完井结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种页岩气井固井技术领域，尤其涉及一种改进的用于页岩气井的固井工艺及完井结构。

背景技术

页岩气开发是我国能源开发战略的重要一环，对于缓解日益提升的能源需求具有积极意义。在中石化涪陵、中石油威远-长宁等页岩气区已经取得了突破性进展，显示出良好的发展前景。多级分段压裂是提升页岩气井开发成效的重要技术手段，但是在改造过程中，却出现了较为严重的井筒完整性失效的问题。部分区块的套管变形比例甚至达到了40％，导致分段压裂改造失效，已经严重制约了我国页岩气开发进程。

页岩气井套管变形的主要机理在于其在改造过程中承受了巨大的非均匀外挤载荷所致。要实现对于非均匀外挤载荷的控制，从目前的技术水平看，一是降低作业排量和压力，但限于页岩储层开发SRV最大化需要以及储层埋深和岩石强度的约束，可操作空间是比较小的。二是改善水泥环的性能，采用“高强度，低刚度”水泥，利用高强度抵抗地层的变形，利用低刚度吸收地层的变形，但由于水泥石为脆性材料，要想达到低刚度实现空间非常有限。

国内外专家学者对页岩气井压裂过程中发生的套管损坏问题进行了研究，但是均未提出科学、合理的工程解决办法，导致当前威远-长宁页岩气开发区块当前依然存在显著地套管变形问题。同时该问题也曝露了常规水泥浆进行环空全填充式的固井工艺对于解决该问题的局限性，因此研发一种新型的固井工艺和完井结构势在必行。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种用于页岩气井的固井工艺及完井结构，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于页岩气井的固井工艺及完井结构，以预防和避免页岩气井开发过程中套管变形损坏的问题。

本发明的目的是这样实现的，一种用于页岩气井的固井工艺，所述固井工艺至少包括如下步骤：

S1，确定易产生套管变形损坏井段的位置；并规定沿井深方向，靠近井口的位置为前部，远离井口的位置为后部；

S2，在易产生套管变形损坏井段的后部井段注入水泥浆，注入的水泥浆形成后部水泥浆；

S3，在易产生套管变形损坏井段的套管与井眼之间的环空注入流体；

S4，在易产生套管变形损坏井段的前部井段注入水泥浆，注入的水泥浆形成前部水泥浆。

在本发明的一较佳实施方式中，注入的所述流体为水或压裂液。

在本发明的一较佳实施方式中，步骤S2及步骤S3之间，还包括注入用于将所述流体与所述后部水泥浆隔离的后置液的步骤；步骤S3及步骤S4之间，还包括注入用于将所述流体与所述前部水泥浆隔离的前置液的步骤。

在本发明的一较佳实施方式中，所述前置液与所述后置液为同种聚合物溶液，所述聚合物溶液的密度＞1.25g/cm³、漏斗粘度＞200s、动切力＞25pa。

在本发明的一较佳实施方式中，步骤S1还包括计算需要注入的所述前部水泥浆、所述前置液、所述流体、所述后置液和所述后部水泥浆的体积的步骤。

在本发明的一较佳实施方式中，计算公式为：

其中，Q_cem、Q_pre、Q_fl、Q_ov及Q'_cem分别代表前部水泥浆、前置液、流体、后置液及后部水泥浆的体积；D_cem为前部水泥返高位置深度，D_pre为前置液上部井深，D_fl为流体上部井深，D_ov为后置液上部井深，D'_cem为尾部水泥前端深度，D_well为井深，d_well-in为井眼内径，d_casing-out为套管外径。

本发明的目的还可以这样实现，一种用于页岩气井的完井结构，所述完井结构通过上述的固井工艺所形成；所述完井结构中包括井眼和套管，所述套管和所述井眼之间形成环空；所述环空中沿着井深方向具有用于固井的水泥环以及将所述水泥环隔离开的流体段。

在本发明的一较佳实施方式中，所述环空中位于井深方向的最上部及最底部均为所述水泥环，其中最上部的所述水泥环延伸至井口处；所述流体段通过注入流体形成，并位于易产生套管变形损坏井段的所述环空中。