[发明专利]用于提高套管井筒完整性的系统和方法

说明书

本发明属于井下作业领域，具体涉及一种用于提高套管井筒完整性的方法和系统。本发明所述的用于提高套管井筒完整性的方法包括如下步骤：1)识别裸眼井筒穿过的岩层内滑移机率较高的至少一个弱面；2)向所述裸眼井筒提供高压流体，在所述裸眼井筒内沿着至少一个弱面诱发拉伸或剪切破坏来引起所述断层滑移；3)移除所述裸眼井筒内表面的材料来修复断层滑移之后裸眼井筒的形状，使得所述裸眼井筒沿中心轴有均匀或平滑的横截面；4)沿着恢复的所述裸眼井筒布置和固结井套管，获得完整性改善的套管井筒。本发明公开的方法和系统可以防止或减轻断层滑移引起的套管井筒损伤。

优先权申请

本申请要求(i)2019年1月15日提交的美国专利申请US 62792834“Methods forMitigation Fault Reactivation Induced Casing Damage”，以及(ii)2019年11月23日提交的美国专利申请US 16693224“System and Method for Improving Integrity ofCased Wellbores”的优先权，这两件优先权美国专利申请以引用方式全文并入。

技术领域

本发明属于井下作业领域，涉及水力压裂，具体涉及一种用于改善套管井筒的完整性的方法和系统。

背景技术

水力压裂法是改造油气藏从而提高油气产量的标准做法。在水力压裂处理过程中，流体被加压注入井筒以克服岩石的断裂强度。因此，一个或多个水力压裂裂缝在井筒起裂，随后由井筒向储层深处扩展，直至注入停止。最终，原油或天然气通过水力裂缝这一导流通道迁移至井筒并被带到地面。水力压裂法也用于防止在松散岩层中的井筒出砂和提高地热系统的热量提取。

水力压裂通常在套管井筒内进行。套管井筒的建设开始于将裸眼井筒钻至目标深度。然后，钢制套管被下入到裸眼井筒中，并使用水泥在套管外侧与裸眼井筒结合(即固井)。固井后(即裸眼井筒制成套管井筒)，再使用井下工具(例如射孔枪)在井筒壁上开孔，该孔打穿套管、水泥环，并进入地层一定距离。在套管井筒上开孔的目的是在储层和井筒之间建立联络通道。最后，通过高压注入流体，将整个井筒长度或其一部分所穿过的地层水力压裂。

预先存在的弱面(weak plane)是一种常见的地质特征，表现为多种形式。地层弱面是由构造运动引起的岩体脆性破坏形成的。本领域技术人员都知道，存在互锁或弱结合平面的岩石比其完整形式具有更弱的强度。在受力过程中，岩石破坏首先会沿该平面发生。因此，弱结合平面通常称为弱面。弱面的破坏受表面摩擦和接触属性控制，表现为临界条件下发生接触面的相对滑动或滑移(即剪切运动)。弱面的典型形式是节理和断层。尽管成因相似，节理也称天然裂缝，其与断层的不同之处在于其相对错位量不明显。地层中的弱面可能由具有特定走向和倾角的多条裂缝组成。为清楚起见，“断层”在本文中用作广义术语，表示地下中所有类型的预先存在的弱面。

在某些极端情况下，断层滑移(也称为断层再活化)可能对井筒完整性有害。在水力压裂或注水作业中，地震监测可以捕捉弱面剪切滑移期间产生的地震事件。通常情况下，观测到的微地震事件不具有破坏性，因为它的震级较小并且发生在远离井筒的地方，所以套管和水泥环组成的套管井筒不受此类弱面滑移的影响。然而，现场观察表明在一些构造活动区，如果井筒穿过断层同时诱发的滑移大于一定量级(例如几厘米)，滑移则会导致固结在裸眼内的钢制套管发生严重的几何变形。套管几何形状的畸变会导致严重的后果，并且难以修复。严重变形的套管会阻碍井下工具在井筒中的移动和操作，甚至使得后续的井下作业变得无法实施。同时，套管损伤也会在其整个生产作业寿命期间带来极大地安全和环境隐患。

目前，防止断层滑移引起套管损伤的主要手段是采用高级钢和大壁厚的套管，来提高套管抗压和抗剪切强度，或者通过在套管外安装特定装置来缓冲断层滑移对套管冲击。但是，研究表明，断层一旦滑移，套管能抗拒的强大剪切作用力和缓冲装置可以吸收断层滑移的能量是非常有限的，因此，从套管材料或井下装置角度来预防和减缓断层滑移引起的套管损伤问题有非常大的局限性。因此可以认为，目前还没有一种有效的预防或降低因断层滑移所引发的套管变形的方法。