[发明专利]固井方法

说明书

本发明涉及固井方法。

采用由安装在钻杆底端的侧旋转钻头所组成的旋转钻井装置以完成井眼的旋转钻井。当向地下旋转产生井眼时，向钻头施以重压。钻杆是中空的，而且当井眼加深时将管状部件接到钻杆上以增加其长度，在旋转钻井时，可以通过旋转钻杆和/或通过驱动安装在铝杆底端的下孔电动机来使钻头转动。

这种旋转钻井过程产生大量的摩擦，会产生热量，以及被穿透的地层的碎块。地层碎块必须从井眼中取出，而且必须使钻头冷却以延长其使用寿命，所有这两个必要条件可以通过将液体沿钻杆内向下和在钻杆和井眼之间向上到达地面的循环来完成。

一旦井眼已经钻到予想的深度，最好能分隔出井眼所穿过的分离的区域、地带或地层。为了能从地层中抽出液体，必从地面向下在井眼内插入导管(套管)，并且在套管内按装衬管。

此时必须用一种材料填充套管和井眼臂之间或者衬管和套管之间的环形空间，这种材料会将环形空间密封，并且为套管或衬管提供给构支撑，这通常被称为固井。

通常，井眼被钻井液所充填，此钻井液也叫做钻井泥浆，必须移动这种泥浆与水泥一起去充填套管和井眼壁之间的环形空间域。这其中存在着一个问题，那就是产生了贯穿于加固过程的固井的困难。传统的普通水泥和传统的钻井液是不相容的。因此，当水泥被贯注下到套管或衬管而后向上进入环形空间时，它就和钻井液混合，套管或衬管底部附近的区域被水泥胶合，同时从环形空间的底部向上不同长度的区域被一种混合物所充填，而这种混合物不能形成坚固的水泥。

通常在安装了每个套管或衬管以后必须利用压力测试手段来检验其完整性，然而，如果在其底端区域没有密封好，压力测试就会失败，因此，在工业上就发展了一种复合系统以防止这一问题。通常被称作吊环的装置安装在欲被水泥胶合的套管或衬管底部。套管或衬管有一个向内凸出的边缘。粘结泥浆被导入套管，随后加入橡胶压塞(wiper plug)。然后，移动的液体将压塞向下推，这样移动了套管中的粘结泥浆并进入到套管底部区域，在这里它改变了方向，并且向上流入环形空间。当压塞到达吊环区域时，就被向内凸出的边缘挡住，并形成密封以便进行压力测试，尽管这并不能总得到良好的密封。这些问题在使用大直径套管和衬管时更加严重。

概括地讲，作为粘结材料的炉渣已在美国3 557 876号专利说明书中予以说明。

在油井套管和周围井眼之间环形空间的固井已经实施了90年以上。很早以前人们就已经认识到将环形空间内的钻井液固化以减少加固套管的费用可能是有益的。美国2 649 160号和3 887 009号专利揭示了沿着这一路线人们已经进行了几十年的各种努力。然而，尽管这些技术大概是可行的，但是在经过许多年以后，仍然设有达到商业化。美国3 499 491号专利说明书描述了在这一方向上的另一种努力，其中在水状的钻井液中使用普通水泥(波特兰水泥)以形成泥浆混凝土，然而，普通水泥对水与固体的比值非常敏感。既使在理想条件下，仅仅少量增加固体的量就会导致非常粘稠体。另一方面，仅仅稍微降低一点固体的量就会导致产生一种非常弱的结构的组成。这些问题在试图在钻井液中使用普通水泥时会更加严重。因此，当这种技术在商业上使用，就会产生严重的缺欠。

本发明的一个目的就是加固套管或衬管而不必要用压塞或浮动环。

本发明的另一个目的就是在环形空间得到良好的密封，从而将套管和周围的井眼或管子密封，而且，在有鼠洞的情况下，仍能将要被胶合的套管或衬管的底端进行良好的密封。

本发明的另一个目的是在固井期间避免钻井液和水泥在其界面处不相容的问题。

本发明的另一个目的是经济地密封大直径套管和衬管。

为了达到这一目的，依据本发明，固井的方法包括：

采用钻井液钻探井眼，如此会产生用过的钻井液；

将包括含水液体高炉矿渣和活化剂的成分结合以制备胶结泥浆；

在井眼中安置一根套管；

使胶结泥浆向下通过套管；以及

通过与置换液直接接触的方法使胶结泥浆向上移动进入周围的环形空间。

已经发现通过使用含有高炉矿渣和活化剂的胶结泥浆，可以进行加固，而不必使用滑动片塞和浮动环，就是说，可以通过让置换液和粘结泥浆直接接触的手段。

在本说明书中，胶结材料是指或者是水硬材料，高炉矿渣，在其与水和/或活化剂接触时变硬或固化成硬化的组合物，或者是一种成分，当其与具有反应活性的第二活化剂接触时，变硬或者固化成硬化的组合物。因此概括地讲，其可以被看作是一种可通过化学结合作用而形成胶合剂的材料。

这种胶结材料和一种或多种能使其变硬的成份的泥浆在此处被称作“胶结泥浆”。