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固井方法及固井装置

阅读：781发布：2020-05-08

专利汇可以提供固井方法及固井装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种固井方法及固井装置，应用于只包括表层套管和技术套管两层套管的井身结构中，本发明根据水泥浆的实际返浆高度不同，向表层套管和技术套管的环空空间反挤不同预设量的水泥浆，水泥浆的返浆高度能够反映出井身结构的实际漏失位置，针对实际漏失位置进行固井能够快速解决两层套管的井身结构的固井问题，保障正常生产作业。，下面是固井方法及固井装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种固井方法，应用于只包括表层套管和技术套管两层套管的井身结构，其特征在于，包括：
获取注水泥作业后水泥浆的实际返浆高度；
根据所述实际返浆高度从井口向表层套管和技术套管的环空空间反挤预设量的水泥浆；
其中，获取注水泥作业后水泥浆的实际返浆高度的方法包括：
比较注水泥作业后施工泵的泵压与预设循环摩阻的大小；
若注水泥作业后施工泵的泵压大于预设循环摩阻，则根据下述公式计算所述实际返浆高度：
(ρ水泥浆-ρ加重钻井液)×g×H加重+(ρ水泥浆低-ρ钻井液)×g×(H返高-H加重)+P摩阻＝P终式中，ρ水泥浆----常规水泥浆密度，kg/m3；
3
ρ水泥浆低----低密度水泥浆密度，kg/m；
ρ加重钻井液----套管内顶替加重钻井液密度，kg/m3；
H加重----加重钻井液段长，m；
g----重力常数，9.81；
H返高----实际返浆高度，m；
ρ钻井液----钻井液密度，kg/m3；
P摩阻----预设循环摩阻，(4～6)×106Pa；
P终----注水泥作业后施工泵的泵压，Pa；
若注水泥作业后施工泵的泵压小于等于预设循环摩阻，则判定实际返浆高度未达到二叠系。
2.根据权利要求1所述的固井方法，其特征在于，所述根据所述实际返浆高度从井口向表层套管和技术套管的环空空间反挤预设量的水泥浆，包括：
若所述实际返浆高度位于表层套管鞋与井口之间，则从井口向表层套管和技术套管的环空空间反挤第一预设量的钻井液，并关闭环空阀门等待水泥浆稠化，水泥浆稠化后反挤入和表层套管与技术套管的环空容量相等的水泥浆，固井作业结束；
其中，所述表层套管与技术套管的环空容量为：
V表环空＝17.74×H表层套管/1000
式中，V表环空----表层套管与技术套管的环空容量，m3；
H表层套管----井身结构中表层套管下深，m；
17.74----表层套管与技术套管环空的单位容积，L/m。
3.根据权利要求2所述的固井方法，其特征在于，所述根据所述实际返浆高度从井口向表层套管和技术套管的环空空间反挤预设量的水泥浆，包括：
若所述实际返浆高度位于表层套管鞋与二叠系之间，则向表层套管和技术套管的环空空间反挤第二预设量的钻井液，并反挤入与钻井液循环罐的漏失量等量的水泥浆，固井作业结束。
4.根据权利要求3所述的固井方法，其特征在于，所述根据所述实际返浆高度从井口向表层套管和技术套管的环空空间反挤预设量的水泥浆，包括：
若水泥浆的实际返浆高度未达到二叠系，则等待水泥浆初凝后，向表层套管和技术套管的环空空间内反挤1.5倍于钻井液循环罐的漏失量的水泥浆，水泥浆小排量分三次从井口注入：第一次反挤施工量等于所述表层套管与技术套管环空容量，等待第一次反挤的水泥浆稠化后进行第二次反挤；第二次反挤施工量等于套管鞋至二叠系之间的环空容量，等待第二次反挤的水泥浆稠化后进行第三次反挤；第三次反挤施工量为反挤施工总量的剩余量；
关闭表层套管和技术套管的环空阀门，固井作业结束；
其中，所述套管鞋至二叠系之间的环空容量为：
V二叠环空＝14.3×(H二叠系-H表层套管)×环空扩大系数
式中，H二叠系----二叠系深度，m；
14.3----裸眼单位容积，L/m；
环空扩大系数----常数，1.1-1.15，无量纲。
5.根据权利要求1所述的固井方法，其特征在于，所述固井方法还包括：
若注水泥作业后水泥浆返至井口，则固井作业结束。
6.一种固井装置，其特征在于，包括获取模块和处理模块；所述获取模块用于获取注水泥作业后水泥浆的实际返浆高度；
所述处理模块用于根据所述获取模块所获取的所述实际返浆高度从井口向表层套管和技术套管的环空空间反挤预设量的水泥浆；
其中，获取注水泥作业后水泥浆的实际返浆高度的方法包括：
比较注水泥作业后施工泵的泵压与预设循环摩阻的大小；
若注水泥作业后施工泵的泵压大于预设循环摩阻，则根据下述公式计算所述实际返浆高度：
(ρ水泥浆-ρ加重钻井液)×g×H加重+(ρ水泥浆低-ρ钻井液)×g×(H返高-H加重)+P摩阻＝P终式中，ρ水泥浆----常规水泥浆密度，kg/m3；
ρ水泥浆低----低密度水泥浆密度，kg/m3；
ρ加重钻井液----套管内顶替加重钻井液密度，kg/m3；
H加重----加重钻井液段长，m；
g----重力常数，9.81；
H返高----实际返浆高度，m；
ρ钻井液----钻井液密度，kg/m3；
P摩阻----预设循环摩阻，(4～6)×106Pa；
P终----注水泥作业后施工泵的泵压，Pa；
若注水泥作业后施工泵的泵压小于等于预设循环摩阻，则判定实际返浆高度未达到二叠系。
7.根据权利要求6所述的固井装置，其特征在于，所述处理模块用于根据所述获取模块所获取的所述实际返浆高度从井口向表层套管和技术套管的环空空间反挤预设量的水泥浆，包括：
若所述实际返浆高度位于表层套管鞋与井口之间，则所述处理模块从井口向表层套管和技术套管的环空空间反挤第一预设量的钻井液，并关闭环空阀门等待水泥浆稠化，水泥浆稠化后反挤入和表层套管与技术套管的环空容量相等的水泥浆，固井作业结束；
其中，所述表层套管与技术套管的环空容量为：
V表环空＝17.74×H表层套管/1000
式中，V表环空----表层套管与技术套管的环空容量，m3；
H表层套管----井身结构中表层套管下深，m；
17.74----表层套管与技术套管环空的单位容积，L/m。
8.根据权利要求7所述的固井装置，其特征在于，所述处理模块用于根据所述获取模块所获取的所述实际返浆高度从井口向表层套管和技术套管的环空空间反挤预设量的水泥浆，包括：
若所述实际返浆高度位于表层套管鞋与二叠系之间，则所述处理模块向表层套管和技术套管的环空空间反挤第二预设量的钻井液，并反挤入与钻井液循环罐的漏失量等量的水泥浆，固井作业结束。
9.根据权利要求8所述的固井装置，其特征在于，所述处理模块用于根据所述获取模块所获取的所述实际返浆高度从井口向表层套管和技术套管的环空空间反挤预设量的水泥浆，包括：
若水泥浆的实际返浆高度未达到二叠系，则等待水泥浆初凝后，所述处理模块向表层套管和技术套管的环空空间内反挤1.5倍于钻井液循环罐的漏失量的水泥浆，水泥浆小排量分三次从井口注入：第一次反挤施工量等于所述表层套管与技术套管环空容量，等待第一次反挤的水泥浆稠化后进行第二次反挤；第二次反挤施工量等于套管鞋至二叠系之间的环空容量，等待第二次反挤的水泥浆稠化后进行第三次反挤；第三次反挤施工量为反挤施工总量的剩余量；
关闭表层套管和技术套管的环空阀门，固井作业结束；
其中，所述套管鞋至二叠系之间的环空容量为：
V二叠环空＝14.3×(H二叠系-H表层套管)×环空扩大系数
式中，H二叠系----二叠系深度，m；
14.3----裸眼单位容积，L/m；
环空扩大系数----常数，1.1-1.15，无量纲。
10.根据权利要求6所述的固井装置，其特征在于，若注水泥作业后水泥浆返至井口，则固井作业结束。

说明书全文

固井方法及固井装置

技术领域

[0001] 本发明涉及石油天然气生产技术，尤其涉及一种固井方法及固井装置。

背景技术

[0002] 在石油天然气生产过程中，为了加固井壁，封隔易塌、易漏等复杂地层，保证钻井顺利进行，封隔油、气和水层，建立油气流出通道，防止产层间互窜，保证勘探期间的分层试
油及在整个开采中合理的油气生产，需要对油气井进行固井。固井是向井内下入套管，并向
井眼和套管之间的环形空间注入水泥的施工作业，是钻完井作业过程中不可缺少的一个重
要环节。固井主要包括下套管和注水泥两个环节，其中，注水泥是指下完套管之后，把水泥
浆泵入套管内，再用钻井液把水泥浆顶替到套管和井壁之间的环形空间内并使水泥浆达到
设计位置的作业。因此，水泥浆到达环形空间的高度(水泥浆返高)是检固井作业质量的一
个重要指标。如水泥浆不能返到设计位置或返高不足，在井口形成空套管或井下形成自由
套管，后期需采取大量措施补救，造成极大的经济损失。

[0003] 传统的井身结构主要由导管、表层套管、技术套管、生产套管、尾管和各层套管外的水泥环等组成。其中，导管主要用来引导钻头入井和井内泥浆从井口返回泥浆池，封隔地
面以下的疏松易塌地层，用以支承表层、技术套管、生产套管和尾管的重量；表层套管用来
封隔上部不稳定的松软地层和水层及浅层油气，安装井口装置以控制井涌井喷，同时支承
技术套管、生产套管和尾管的重量；技术套管主要用来封隔难以控制的复杂地层以保证钻
井工作顺利进行下去；生产套管主要用来把生产层和其他地层封隔开，把不同压力的油、
气、水层封隔开来，在井内建立一条油气通路，保证长期生产，并能满足合理开采油、气和酸
化压裂等增产措施的要求。各级套管互相重合的区域也是地层易发生漏失的区域，因此，传
统的井身结构需在下完一级套管后即进行一次固井，整个井身结构需进行五次固井作业，
以逐个将易漏失的地层进行封堵。

[0004] 但是，为了简化井身结构，节约生产成本，有时会将井身结构简化为表层套管和技术套管两层结构，从而将技术套管直接做为生产套管使用，采用两层套管的井身结构在钻
井过程中，表层套管鞋附近地层、二叠系火成岩地层和井底奥陶系顶部地层这三处易发生
漏失的地层均位于技术套管段内，无法采用传统的固井方法进行有效的固井。

发明内容

[0005] 为了克服现有技术下的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种固井方法及固井装置，本发明能够解决两层套管的井身结构的固井问题，保障正常生产作业。

[0006] 本发明提供一种固井方法，应用于只包括表层套管和技术套管两层套管的井身结构，包括：

[0007] 获取注水泥作业后水泥浆的实际返浆高度；

[0008] 根据所述实际返浆高度从井口向表层套管和技术套管的环空空间反挤预设量的水泥浆；

[0009] 其中，获取注水泥作业后水泥浆的实际返浆高度的方法包括：

[0010] 比较注水泥作业后施工泵的泵压与预设循环摩阻的大小；

[0011] 若注水泥作业后施工泵的泵压大于预设循环摩阻，则根据下述公式计算所述实际返浆高度：

[0012] (ρ水泥浆-ρ加重钻井液)×g×H加重+(ρ水泥浆低-ρ钻井液)×g×(H返高-H加重)+P摩阻＝P终

[0013] 式中，ρ水泥浆----常规水泥浆密度，kg/m3；

[0014] ρ水泥浆低----低密度水泥浆密度，kg/m3；

[0015] ρ加重钻井液----套管内顶替加重钻井液密度，kg/m3；

[0016] H加重----加重钻井液段长，m；

[0017] g----重力常数，9.81；

[0018] H返高----实际返浆高度，m；

[0019] ρ钻井液----钻井液密度，kg/m3；

[0020] P摩阻----预设循环摩阻，(4～6)×106Pa；

[0021] P终----注水泥作业后施工泵的泵压，Pa；

[0022] 若注水泥作业后施工泵的泵压小于等于预设循环摩阻，则判定实际返浆高度未达到二叠系。

[0023] 如上所述的固井方法，可选的，若所述实际返浆高度位于表层套管鞋与井口之间，则从井口向表层套管和技术套管的环空空间反挤第一预设量的钻井液，并关闭环空阀门等
待水泥浆稠化，水泥浆稠化后反挤入和表层套管与技术套管的环空容量相等的水泥浆，固
井作业结束。

[0024] 其中，所述表层套管与技术套管的环空容量为：

[0025] V表环空＝17.74×H表层套管/1000

[0026] 式中，V表环空----表层套管与技术套管的环空容量，m3；

[0027] H表层套管----井身结构中表层套管下深，m；

[0028] 17.74----表层套管与技术套管环空的单位容积，L/m。

[0029] 如上所述的固井方法，可选的，若所述实际返浆高度位于表层套管鞋与二叠系之间，则向表层套管和技术套管的环空空间反挤第二预设量的钻井液，并反挤入与钻井液循
环罐的漏失量等量的水泥浆，固井作业结束。

[0030] 如上所述的固井方法，可选的，若水泥浆的实际返浆高度未达到二叠系，则等待水泥浆初凝后，向表层套管和技术套管的环空空间内反挤1.5倍于钻井液循环罐的漏失量的
水泥浆，水泥浆小排量分三次从井口注入：第一次反挤施工量等于所述表层套管与技术套
管环空容量，等待第一次反挤的水泥浆稠化后进行第二次反挤；第二次反挤施工量等于套
管鞋至二叠系之间的环空容量，等待第二次反挤的水泥浆稠化后进行第三次反挤；第三次
反挤施工量为反挤施工总量的剩余量；

[0031] 关闭表层套管和技术套管的环空阀门，固井作业结束；

[0032] 其中，所述套管鞋至二叠系之间的环空容量为：

[0033] V二叠环空＝14.3×(H二叠系-H表层套管)×环空扩大系数

[0034] 式中，H二叠系----二叠系深度，m；

[0035] 14.3----裸眼单位容积，L/m；

[0036] 环空扩大系数----常数，1.1-1.15，无量纲。

[0037] 如上所述的固井方法，可选的，

[0038] 若注水泥作业后水泥浆返至井口，则固井作业结束。

[0039] 本发明还提供一种固井装置，包括获取模块和处理模块；所述获取模块用于获取注水泥作业后水泥浆的实际返浆高度；

[0040] 所述处理模块用于根据所述获取模块所获取的所述实际返浆高度从井口向表层套管和技术套管的环空空间反挤预设量的水泥浆；

[0041] 其中，获取注水泥作业后水泥浆的实际返浆高度的方法包括：

[0042] 比较注水泥作业后施工泵的泵压与预设循环摩阻的大小；

[0043] 若注水泥作业后施工泵的泵压大于预设循环摩阻，则根据下述公式计算所述实际返浆高度：

[0044] (ρ水泥浆-ρ加重钻井液)×g×H加重+(ρ水泥浆低-ρ钻井液)×g×(H返高-H加重)+P摩阻＝P终

[0045] 式中，ρ水泥浆----常规水泥浆密度，kg/m3；

[0046] ρ水泥浆低----低密度水泥浆密度，kg/m3；

[0047] ρ加重钻井液----套管内顶替加重钻井液密度，kg/m3；

[0048] H加重----加重钻井液段长，m；

[0049] g----重力常数，9.81；

[0050] H返高----实际返浆高度，m；

[0051] ρ钻井液----钻井液密度，kg/m3；

[0052] P摩阻----预设循环摩阻，(4～6)×106Pa；

[0053] P终----注水泥作业后施工泵的泵压，Pa；

[0054] 若注水泥作业后施工泵的泵压小于等于预设循环摩阻，则判定实际返浆高度未达到二叠系。

[0055] 如上所述的固井装置，可选的，若所述实际返浆高度位于表层套管鞋与井口之间，则所述处理模块从井口向表层套管和技术套管的环空空间反挤第一预设量的钻井液，并关
闭环空阀门等待水泥浆稠化，水泥浆稠化后反挤入和表层套管与技术套管的环空容量相等
的水泥浆，固井作业结束。

[0056] 其中，所述表层套管与技术套管的环空容量为：

[0057] V表环空＝17.74×H表层套管/1000

[0058] 式中，V表环空----表层套管与技术套管的环空容量，m3；

[0059] H表层套管----井身结构中表层套管下深，m；

[0060] 17.74----表层套管与技术套管环空的单位容积，L/m。

[0061] 如上所述的固井装置，可选的，若所述实际返浆高度位于表层套管鞋与二叠系之间，则所述处理模块向表层套管和技术套管的环空空间反挤第二预设量的钻井液，并反挤
入与钻井液循环罐的漏失量等量的水泥浆，固井作业结束。

[0062] 如上所述的固井装置，可选的，若水泥浆的实际返浆高度未达到二叠系，则等待水泥浆初凝后，所述处理模块向表层套管和技术套管的环空空间内反挤1.5倍于钻井液循环
罐的漏失量的水泥浆，水泥浆小排量分三次从井口注入：第一次反挤施工量等于所述表层
套管与技术套管环空容量，等待第一次反挤的水泥浆稠化后进行第二次反挤；第二次反挤
施工量等于套管鞋至二叠系之间的环空容量，等待第二次反挤的水泥浆稠化后进行第三次
反挤；第三次反挤施工量为反挤施工总量的剩余量；

[0063] 关闭表层套管和技术套管的环空阀门，固井作业结束；

[0064] 其中，所述套管鞋至二叠系之间的环空容量为：

[0065] V二叠环空＝14.3×(H二叠系-H表层套管)×环空扩大系数

[0066] 式中，H二叠系----二叠系深度，m；

[0067] 14.3----裸眼单位容积，L/m；

[0068] 环空扩大系数----常数，1.1-1.15，无量纲。

[0069] 如上所述的固井装置，可选的，若注水泥作业后水泥浆返至井口，则固井作业结束。

[0070] 本发明提供的固井方法及固井装置，应用于只包括表层套管和技术套管两层套管的井身结构中，本发明根据水泥浆的实际返浆高度不同，向表层套管和技术套管的环空空
间反挤不同预设量的水泥浆，水泥浆的返浆高度能够反映出井身结构的实际漏失位置，针
对实际漏失位置进行固井能够快速解决两层套管的井身结构的固井问题，保障正常生产作
业。
附图说明

[0071] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发
明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根
据这些附图获得其他的附图。

[0072] 图1为本发明一实施例提供的井身装置的结构简图；

[0073] 图2为本发明一实施例提供的固井方法流程图；

[0074] 图3为本发明一实施例提供的固井装置的结构简图。

[0075] 附图标记：

[0076] 100-表层套管； 200-技术套管。

具体实施方式

[0077] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是
本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

[0078] 基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施
例中的特征可以相互组合。

[0079] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必
须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0080] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相
连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关
系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体
含义。

[0081] 需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于方便描述不同的部件，而不能理解为指示或暗示顺序关系、相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数
量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

[0082] 传统的井身结构主要由导管、表层套管、技术套管、生产套管、尾管和各层套管外的水泥环等组成。其中，导管主要用来引导钻头入井和井内泥浆从井口返回泥浆池，封隔地
面以下的疏松易塌地层，用以支承表层、技术套管、生产套管和尾管的重量；表层套管用来
封隔上部不稳定的松软地层和水层及浅层油气，安装井口装置以控制井涌井喷，同时支承
技术套管、生产套管和尾管的重量；技术套管主要用来封隔难以控制的复杂地层以保证钻
井工作顺利进行下去；生产套管主要用来把生产层和其他地层封隔开，把不同压力的油、
气、水层封隔开来，在井内建立一条油气通路，保证长期生产，并能满足合理开采油、气和酸
化压裂等增产措施的要求。各级套管互相重合的区域也是地层易发生漏失的区域，因此，传
统的井身结构需在下完一级套管后即进行一次固井，整个井身结构需进行五次固井作业，
以逐个将易漏失的地层进行封堵。

[0083] 但是，为了简化井身结构，节约生产成本，有时会将井身结构简化为表层套管和技术套管两层结构，从而将技术套管直接做为生产套管使用。图1为本发明一实施例提供的井
身装置的结构简图；请参照图1，本发明提供的井身结构其套管只包括表层套管100和技术
套管200，采用两层套管的井身结构在钻井过程中，表层套管鞋附近地层、二叠系火成岩地
层和井底奥陶系顶部地层这三处易发生漏失的地层均位于技术套管段内，无法采用传统的
固井方法进行有效的固井。

[0084] 为了克服现有技术下的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种固井方法及固井装置，本发明能够解决两层套管的井身结构的固井问题，保障正常生产作业。

[0085] 下面将结合附图详细的对本发明的内容进行描述，以使本领域技术人员能够更加详细的了解本发明的内容。

[0086] 实施例一

[0087] 图2为本实施例一实施例提供的固井方法流程图；请参照图2。本实施例提供一种固井方法，应用于只包括表层套管和技术套管两层套管的井身结构，包括：

[0088] 获取注水泥作业后水泥浆的实际返浆高度；

[0089] 根据实际返浆高度从井口向表层套管和技术套管的环空空间反挤预设量的水泥浆。

[0090] 由于注水泥作业后套管内的空间被固化后的水泥浆完全堵死，因此只能将传统方法中的水泥浆出口(即表层套管和技术套管的环空空间)作为本实施例中的水泥浆入口进
行水泥浆的反挤作业。

[0091] 其中，获取注水泥作业后水泥浆的实际返浆高度的方法包括：

[0092] 比较注水泥作业后施工泵的泵压与预设循环摩阻的大小；

[0093] 若注水泥作业后施工泵的泵压大于预设循环摩阻，则根据下述公式计算实际返浆高度：

[0094] (ρ水泥浆-ρ加重钻井液)×g×H加重+(ρ水泥浆低-ρ钻井液)×g×(H返高-H加重)+P摩阻＝P终

[0095] 式中，ρ水泥浆----常规水泥浆密度，kg/m3；

[0096] ρ水泥浆低----低密度水泥浆密度，kg/m3；

[0097] ρ加重钻井液----套管内顶替加重钻井液密度，kg/m3；

[0098] H加重----加重钻井液段长，m；

[0099] g----重力常数，9.81；

[0100] H返高----实际返浆高度，m；

[0101] ρ钻井液----钻井液密度，kg/m3；

[0102] P摩阻----预设循环摩阻，(4～6)×106Pa；

[0103] P终----注水泥作业后施工泵的泵压，Pa。

[0104] 上述各参数除H返高之外均可通过现场设备仪表或实际的测量获得，P摩阻为根据经验预设的一个安全值。

[0105] 若注水泥作业后施工泵的泵压小于等于预设循环摩阻，则判定实际返浆高度未达到二叠系。

[0106] 本实施例提供的固井方法，应用于只包括表层套管和技术套管两层套管的井身结构中，本实施例根据水泥浆的实际返浆高度不同，向表层套管和技术套管的环空空间反挤
不同预设量的水泥浆，水泥浆的返浆高度能够反映出井身结构的实际漏失位置，针对实际
漏失位置进行固井能够快速解决两层套管的井身结构的固井问题，保障正常生产作业。

[0107] 进一步地，若实际返浆高度位于表层套管鞋与井口之间，则从井口向表层套管和技术套管的环空空间反挤第一预设量的钻井液，并关闭环空阀门等待水泥浆稠化，水泥浆
稠化后反挤入和表层套管与技术套管的环空容量相等的水泥浆，固井作业结束。

[0108] 其中，表层套管与技术套管的环空容量为：

[0109] V表环空＝17.74×H表层套管/1000

[0110] 式中，V表环空----表层套管与技术套管的环空容量，m3；

[0111] H表层套管----井身结构中表层套管下深，m；

[0112] 17.74----表层套管与技术套管环空的单位容积，L/m。

[0113] 其中，稠化是指水泥浆在凝固成固体状态前的节点。

[0114] 本实施方式中，从井口向表层套管和技术套管的环空空间反挤第一预设量的钻井液可以控制在10～15m3；关闭环空阀门等待水泥浆稠化的时间可以为5～6小时；水泥浆稠
化后反挤入水泥浆的排量可以为0.5～0.8m3/min。

[0115] 本领域技术人员清楚的是，本实施方式中的上述各参数值可以根据需要进行设置，并不局限于上述范围。

[0116] 进一步地，若实际返浆高度位于表层套管鞋与二叠系之间，则向表层套管和技术套管的环空空间反挤第二预设量的钻井液，并反挤入与钻井液循环罐的漏失量等量的水泥
浆，固井作业结束。

[0117] 其中，向表层套管和技术套管的环空空间反挤第二预设量的钻井液可以控制在1～2m3；反挤入水泥浆的排量可以为0.5m3/min；钻井液循环罐的漏失量可以根据钻井液循环
罐上的计量计计量得到，剂量计可以为流量计。

[0118] 本领域技术人员清楚的是，本实施方式中的上述各参数值可以根据需要进行设置，并不局限于上述范围。

[0119] 进一步地，若水泥浆的实际返浆高度未达到二叠系，则等待水泥浆初凝后，向表层套管和技术套管的环空空间内反挤1.5倍于钻井液循环罐的漏失量的水泥浆，水泥浆小排
量分三次从井口注入：第一次反挤施工量等于表层套管与技术套管环空容量，等待第一次
反挤的水泥浆稠化后进行第二次反挤；第二次反挤施工量等于套管鞋至二叠系之间的环空
容量，等待第二次反挤的水泥浆稠化后进行第三次反挤；第三次反挤施工量为反挤施工总
量的剩余量。

[0120] 关闭表层套管和技术套管的环空阀门，固井作业结束。

[0121] 其中，套管鞋至二叠系之间的环空容量为：

[0122] V二叠环空＝14.3×(H二叠系-H表层套管)×环空扩大系数

[0123] 式中，H二叠系----二叠系深度，m；

[0124] 14.3----裸眼单位容积，L/m；

[0125] 环空扩大系数----常数，1.1-1.15，无量纲。

[0126] 其中，等待水泥浆初凝的时间可以为10～16小时；可以按排量0.5m3/min分三次从井口反挤水泥浆；第一次反挤后等待水泥浆稠化的时间可以为30～60min；第二次反挤后等
待水泥浆稠化的时间可以为90～120min。

[0127] 本领域技术人员清楚的是，本实施方式中的上述各参数值可以根据需要进行设置，并不局限于上述范围。

[0128] 进一步地，若注水泥作业后水泥浆返至井口，则固井作业结束。

[0129] 水泥浆返至井口表示井身结构中各地层均未发生漏失，固井作业结束。

[0130] 进一步地，上述各步骤中，施工泵的泵压应小于等于15MPa，以免挤毁套管。

[0131] 实例1：某油气井采用表层套管和技术套管两层套管的井身结构，表层套管尺寸为273.05mm×11.43mm，表层套管下深1206m；技术套管尺寸为200.03mm×10.92mm，技术套管
下深5890m。注入1.40g/cm3低密度水泥浆97m3，注入1.88g/cm3常规密度水泥浆50m3，注入
1.70g/cm3加重钻井液70m3，加重钻井液段长2811m；注入1.35g/cm3钻井液75m3。注水泥作业
后泵压为9MPa，钻井液循环罐的漏失量为48m3，未见纯水泥浆返至井口。

[0132] 本井根据地质分层3380(顶)-4000(底)m为二叠系，循环摩阻为4MPa。本井P终(9MPa)>P摩阻(4MPa),1890m(H井深-二叠系底深)＜H返高≦4684m(H井深-H表层套管)表示实际返浆高度
位于表层套管鞋与二叠系之间，未到达H表层套管；4684＜H返高表示返至表层套管鞋以上。

[0133] 根据公式计算(1880-1700)×9.81×2811+(1400-1350)×9.81×(H返高-2811)+4×106＝9×106，得H返高＝2885m，判断实际返浆高度位于表层套管鞋与二叠系之间。向表层套
管与技术套管的环空空间注入2m3钻井液，按0.5m3/min排量根据V漏＝48m3注入水泥浆50m3，
关闭环空阀门，施工结束。

[0134] 实例2：某油气井采用表层套管和技术套管两层套管的井身结构，表层套管尺寸为273.05mm×11.43mm，表层套管下深1204m；技术套管尺寸为200.03mm×10.92mm，技术套管
下深5857m。注入1.40g/cm3低密度水泥浆100m3，注入1.88g/cm3常规密度水泥浆47m3,注入
1.60g/cm3加重钻井液50m3，加重钻井液段长2008m；注入1.35g/cm3钻井液91m3。注水泥作业
后泵压为12MPa，钻井液循环罐的漏失量无法计量，未见纯水泥浆返至井口。

[0135] 本井根据地质分层3325(顶)-3864(底)m为二叠系，循环摩阻为5MPa，稠化时间358min。本井P终>P摩阻,1993m＜H返高≦4653m表示实际返浆高度位于表层套管鞋与二叠系之
间，未到达H表层套管；4653＜H返高表示返至H表层套管以上。

[0136] 根据公式计算(1880-1600)×9.81×2008+(1400-1350)×9.81×(H返高-2008)+5×106＝12×106，得H返高＝5034m，判断实际返浆高度位于表层套管鞋与井口之间。从井口向表
层套管和技术套管的环空空间反挤16m3钻井液，关闭环空阀门，等待390min。计算V表环空＝
3 3
17.74×H表层套管/1000＝17.74×1204÷1000＝20.35m ；实际按0.7m/min排量向表层套管与
技术套管环空注入22m3水泥浆，关环空阀，施工结束。

[0137] 实施例二

[0138] 图3为本实施例一实施例提供的固井装置的结构简图；请参照图3。本实施例提供一种固井装置，可用于执行上述实施例一的固井方法，固井装置包括获取模块和处理模块；
获取模块用于获取注水泥作业后水泥浆的实际返浆高度；

[0139] 处理模块用于根据获取模块所获取的实际返浆高度从井口向表层套管和技术套管的环空空间反挤预设量的水泥浆。

[0140] 由于注水泥作业后套管内的空间被固化后的水泥浆完全堵死，因此只能将传统方法中的水泥浆出口(即表层套管和技术套管的环空空间)作为本实施例中的水泥浆入口进
行水泥浆的反挤作业。

[0141] 其中，获取注水泥作业后水泥浆的实际返浆高度的方法包括：

[0142] 比较注水泥作业后施工泵的泵压与预设循环摩阻的大小；

[0143] 若注水泥作业后施工泵的泵压大于预设循环摩阻，则根据下述公式计算实际返浆高度：

[0144] (ρ水泥浆-ρ加重钻井液)×g×H加重+(ρ水泥浆低-ρ钻井液)×g×(H返高-H加重)+P摩阻＝P终

[0145] 式中，ρ水泥浆----常规水泥浆密度，kg/m3；

[0146] ρ水泥浆低----低密度水泥浆密度，kg/m3；

[0147] ρ加重钻井液----套管内顶替加重钻井液密度，kg/m3；

[0148] H加重----加重钻井液段长，m；

[0149] g----重力常数，9.81；

[0150] H返高----实际返浆高度，m；

[0151] ρ钻井液----钻井液密度，kg/m3；

[0152] P摩阻----预设循环摩阻，(4～6)×106Pa；

[0153] P终----注水泥作业后施工泵的泵压，Pa。

[0154] 上述各参数除H返高之外均可通过现场设备仪表或实际的测量获得，P摩阻为根据经验预设的一个安全值。

[0155] 若注水泥作业后施工泵的泵压小于等于预设循环摩阻，则判定实际返浆高度未达到二叠系。

[0156] 本实施例提供的固井装置，应用于只包括表层套管和技术套管两层套管的井身结构中，本实施例根据水泥浆的实际返浆高度不同，向表层套管和技术套管的环空空间反挤
不同预设量的水泥浆，水泥浆的返浆高度能够反映出井身结构的实际漏失位置，针对实际
漏失位置进行固井能够快速解决两层套管的井身结构的固井问题，保障正常生产作业。

[0157] 进一步地，若实际返浆高度位于表层套管鞋与井口之间，则处理模块从井口向表层套管和技术套管的环空空间反挤第一预设量的钻井液，并关闭环空阀门等待水泥浆稠
化，水泥浆稠化后反挤入和表层套管与技术套管的环空容量相等的水泥浆，固井作业结束。

[0158] 其中，表层套管与技术套管的环空容量为：

[0159] V表环空＝17.74×H表层套管/1000

[0160] 式中，V表环空----表层套管与技术套管的环空容量，m3；

[0161] H表层套管----井身结构中表层套管下深，m；

[0162] 17.74----表层套管与技术套管环空的单位容积，L/m。

[0163] 其中，稠化是指水泥浆在凝固成固体状态前的节点。

[0164] 本实施方式中，从井口向表层套管和技术套管的环空空间反挤第一预设量的钻井3
液可以控制在10～15m ；关闭环空阀门等待水泥浆稠化的时间可以为5～6小时；水泥浆稠
化后反挤入水泥浆的排量可以为0.5～0.8m3/min。

[0165] 本领域技术人员清楚的是，本实施方式中的上述各参数值可以根据需要进行设置，并不局限于上述范围。

[0166] 进一步地，若实际返浆高度位于表层套管鞋与二叠系之间，则处理模块向表层套管和技术套管的环空空间反挤第二预设量的钻井液，并反挤入与钻井液循环罐的漏失量等
量的水泥浆，固井作业结束。

[0167] 其中，向表层套管和技术套管的环空空间反挤第二预设量的钻井液可以控制在1～2m3；反挤入水泥浆的排量可以为0.5m3/min；钻井液循环罐的漏失量可以根据钻井液循环
罐上的计量计计量得到，剂量计可以为流量计。

[0168] 本领域技术人员清楚的是，本实施方式中的上述各参数值可以根据需要进行设置，并不局限于上述范围。

[0169] 进一步地，若水泥浆的实际返浆高度未达到二叠系，则等待水泥浆初凝后，处理模块向表层套管和技术套管的环空空间内反挤1.5倍于钻井液循环罐的漏失量的水泥浆，水
泥浆小排量分三次从井口注入：第一次反挤施工量等于表层套管与技术套管环空容量，等
待第一次反挤的水泥浆稠化后进行第二次反挤；第二次反挤施工量等于套管鞋至二叠系之
间的环空容量，等待第二次反挤的水泥浆稠化后进行第三次反挤；第三次反挤施工量为反
挤施工总量的剩余量。

[0170] 关闭表层套管和技术套管的环空阀门，固井作业结束；

[0171] 其中，套管鞋至二叠系之间的环空容量为：

[0172] V二叠环空＝14.3×(H二叠系-H表层套管)×环空扩大系数

[0173] 式中，H二叠系----二叠系深度，m；

[0174] 14.3----裸眼单位容积，L/m；

[0175] 环空扩大系数----常数，1.1-1.15，无量纲。

[0176] 其中，等待水泥浆初凝的时间可以为10～16小时；可以按排量0.5m3/min分三次从井口反挤水泥浆；第一次反挤后等待水泥浆稠化的时间可以为30～60min；第二次反挤后等
待水泥浆稠化的时间可以为90～120min。

[0177] 本领域技术人员清楚的是，本实施方式中的上述各参数值可以根据需要进行设置，并不局限于上述范围。

[0178] 进一步地，若注水泥作业后水泥浆返至井口，则固井作业结束。

[0179] 水泥浆返至井口表示井身结构中各地层均未发生漏失，固井作业结束。

[0180] 进一步地，上述各步骤中，施工泵的泵压应小于等于15MPa，以免挤毁套管。

[0181] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依
然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进
行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术
方案的范围。

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