CN104963656B - 一种用于石油天然气开发的井身结构及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油天然气开发领域，公开了一种用于石油天然气开发的井身结构及其安装方法，该井身结构包括外层套管(10)、沿所述外层套管(10)的长度方向设置并从所述外层套管(10)伸出的内层套管(20)以及沿所述内层套管(20)的长度方向延伸并从所述内层套管(20)伸出的油管(30)，所述油管(30)的至少伸出所述内层套管(20)的管段的外周以及底部设有用于固井的第一固井层(40)，所述油管(30)和所述第一固井层(40)相对应的位置设置有用于使油气进入所述油管(30)的油气输入结构。本发明中，将现有技术中的井身结构中的只用于生产的油管兼作为生产套管，从而减少了管材的消耗，降低了成本。

Description

一种用于石油天然气开发的井身结构及其安装方法

技术领域

本发明涉及石油天然气开发工具，具体地，涉及一种用于石油天然气开发的井身结构及其安装方法。

背景技术

随着经济社会的发展，海洋石油天然气的开发力度越来越大。而在石油天然气开采过程中，井身结构起着及其重要的作用，简单的说，井身结构是建立在地面和地下油气层之间的一条油气通道。

现有技术中的井身结构包括最外层的表层套管、中间层的技术套管以及最内层的生产套管，生产套管的外部设置有水泥环。所述表层套管、技术套管以及生产套管形成一个通道，在该通道内设置有用于输送油气的油管。

然而，在利用上述井身结构开采中小型和边际油气田时，成本较高，难以实现石油天然气经济有效地开发。为此，需要提供一种结构简单、成本较低的井身结构，以实现石油天然气经济有效地开发。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于石油天然气开发的井身结构及其安装方法，以克服现有技术中成本较高，难以实现石油天然气经济有效开发的问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于石油天然气开发的井身结构，该井身结构包括外层套管、沿所述外层套管的长度方向设置并从所述外层套管伸出的内层套管以及沿所述内层套管的长度方向延伸并从所述内层套管伸出的油管，所述油管的至少伸出所述内层套管的管段的外周以及底部设有用于固井的第一固井层，所述油管和所述第一固井层相对应的位置设置有用于使油气进入所述油管的油气输入结构。

优选地，所述外层套管的外周和所述内层套管的至少伸出所述外层套管的管段的外周均设有第二固井层，所述内层套管的所述第二固井层与所述外层套管的所述第二固井层相互连接，且所述内层套管的所述第二固井层与所述第一固井层相互连接。

优选地，所述第一固井层和第二固井层均为水泥层。

优选地，所述油气输入结构为形成在所述油管和所述第一固井层上的射孔。

优选地，所述内层套管的上起始端、所述外层套管的上起始端以及所述油管的上起始端均位于所述井身结构的井口位置。

优选地，该井身结构包括从所述井身结构的井口沿所述油管的长度方向依次设置在所述油管上的安全阀、偏心工作筒以及循环阀。

优选地，所述油管包括第一油管以及沿所述第一油管的长度方向延伸并与所述第一油管密封连接的第二油管。

优选地，所述第一油管位于所述第二油管上部，所述第二油管从所述内层套管伸出，所述安全阀、偏心工作筒以及循环阀均设置在所述第一油管上且所述安全阀、偏心工作筒以及循环阀分别为可固井式井下安全阀、可固井式偏心工作筒和可固井式循环阀。

本发明还提供一种用于石油天然气开发的井身结构的安装方法，所述井身结构为上述井身结构，所述安装方法包括以下步骤：

S1：将所述外层套管下入至已经钻好的第一井眼中；

S2：将所述内层套管下入至已经钻好的第二井眼中；

S3：将所述油管下入至已经钻好的第三井眼中；

S4：在所述油管的至少伸出所述内层套管的管段的外周以及底部设置所述第一固井层，且在所述油管和所述第一固井层相对应的位置形成用于使油气进入所述油管的油气输入结构。

本发明还提供一种用于石油天然气开发的井身结构的安装方法，所述井身结构为上述井身结构，所述安装方法包括以下步骤：

S1：将所述外层套管下入至已经钻好的第一井眼中；

S2：将所述内层套管下入至已经钻好的第二井眼中；

S3：将所述第二油管下入至已经钻好的第三井眼中；

S4：在所述第二油管的至少伸出所述内层套管的管段外周以及底部设置所述第一固井层，且在所述第二油管和所述第一固井层相对应的位置形成用于使油气进入所述油管的油气输入结构；

S5：将所述第一油管沿所述第二油管的长度方向下入并与所述第二油管密封连接。

本发明中，将现有技术中的井身结构中的只用于生产的油管兼作为生产套管，从而减少了管材的消耗，降低了成本。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的实施方式提供的用于石油天然气开发的井身结构的示意图。

图2是本发明的另一实施方式提供的用于石油天然气开发的井身结构的示意图。

附图标记说明

10：外层套管； 20：内层套管； 30：油管；

31：第一油管； 32：第二油管； 40：第一固井层；

50：第二固井层； 60：射孔； 70：安全阀；

80：偏心工作筒； 90：循环阀。 100：尾管挂；

200：浮箍； 300：浮鞋。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。

本发明是基于现有技术中的井身结构在开采中小型和边际油气田时存在的成本较高，难以实现石油天然气经济有效开发的问题，提供一种结构简单、成本较低的井身结构，现将参考图1和图2对本发明进行详细的说明。

如图1所示，本发明提供的用于石油天然气开发的井身结构包括外层套管10、沿外层套管10的长度方向设置并从外层套管10伸出的内层套管20以及沿内层套管20的长度方向延伸并从内层套管20伸出的油管30，油管30的至少伸出内层套管20的管段的外周以及底部设有用于固井的第一固井层40，油管30和第一固井层40相对应的位置设置有用于使油气进入油管30的油气输入结构。

需要说明的是，上述外层套管10可以是现有技术中井身结构的表层套管，内层套管20可以是现有技术中井身结构的技术套管。另外，可以在油管的下端设置浮箍200和浮鞋300，其中浮箍200安装在距套管柱(也就是本发明中的油管30的管柱)末端20～30米处，起承托环和回压凡尔的作用，浮鞋300安装在套管柱(也就是本发明中的油管30的管柱)末端，起引鞋和回压凡尔的作用。需要说明的是，所谓回压凡尔是钻井过程中的一种内防喷工具，是一个单流阀，井喷的时候可以防止地层流体通过钻头水眼进入钻具内。所谓引鞋是指用生铁、水泥或硬木制成的接在套管柱最下端的一个锥状体，用以防止套管底口碰刮或***井壁，引导套管(在此处指油管30)顺利下至井底。

本发明中，将现有技术中的井身结构中的只用于生产的油管兼作为生产套管，从而减少了管材的消耗，降低了成本。而且，由于现有技术中的井身结构具有两个通道，即用于油气生产的油管以及油管与生产套管之间的环形空间，而本发明中的井身结构只具有一个通道，即用于油气生产的油管30，可见本发明中的井身结构占用的空间较小，换句话说，本发明中用于安装外层套管10、内层套管20以及油管30的井眼尺寸相对于现有技术有所减小(这一点通过以下表1更加能够说明)，因此显著地缩短了施工时间，并节省了钻井液和固井材料。

表1：现有技术中的井身结构与本发明的井身结构的比较

经比较，本发明的井身结构的各个井眼尺寸均对应小于现有技术中的井身结构的各个井眼尺寸，从而使得本发明中的井身结构具有以下优点：1)地层的坍塌压力将降低，井壁不易失稳垮塌；2)总体钻进速度明显提高，作业时间缩短(这是因为，井眼尺寸减小，中上部井段的钻进速度大幅度提高，只有下部缩成小井眼尺寸后钻进速度才会有下降)；3)由于各个井眼尺寸缩小，从而与之相对应地套管(外层套管10、内层套管20以及油管30)尺寸也缩小，进而大幅度减少套管材料重量，降低管材费用。

为了实现固井，所述外层套管10的外周和内层套管20的至少伸出外层套管10的管段的外周均设有第二固井层50，内层套管20的第二固井层50与外层套管10的第二固井层50相互连接，且内层套管20的第二固井层50与第一固井层40相互连接，其中，第一固井层40和第二固井层50的材料可以有多种，例如第一固井层40和第二固井层50的材料可以为水泥。

其中，井身结构中的油气输入结构是用于将油气输送至油管30中，例如油气输入结构可以是通过射孔器形成在油管30和第一固井层40上的射孔60。

为了安装方便、结构稳定，所述内层套管20的上起始端、外层套管10的上起始端以及油管30的上起始端均位于井身结构的井口位置。

另外，为了满足井身结构的运行，该井身结构包括从井身结构的井口沿油管30的长度方向依次设置在油管30上的安全阀70、偏心工作筒80以及循环阀90。而考虑到固井的问题，防止固井时固井材料(例如水泥浆)通过安全阀70、偏心工作筒80以及循环阀90时影响各自的工作性能，优选所述安全阀70、偏心工作筒80以及循环阀90分别为可固井式井下安全阀、可固井式偏心工作筒和可固井式循环阀。此处需要说明的是，所谓可固井式井下安全阀、可固井式偏心工作筒和可固井式循环阀是指在固井时水泥浆通过井下安全阀、偏心工作筒等井下工具时，不影响这些工具的正常使用。

所述油管30可以包括第一油管31以及沿第一油管31的长度方向延伸并与第一油管31密封连接的第二油管32，具体地，第一油管31位于第二油管32上部，第二油管32从内层套管20伸出，此时安全阀70、偏心工作筒80以及循环阀90可以均设置在第一油管31上。此处需要说明的是，第一油管31与第二油管32之间的密封连接可以通过在第二油管32的上端设置尾管挂100，同时在第一油管31的下端设置与该尾管挂100相对应的结构，从而实现第一油管31与第二油管32之间的密封连接。

根据本发明的另一个方面，本发明还提供一种用于石油天然气开发的井身结构的安装方法，这里的井身结构可以为上述井身结构，该安装方法包括以下步骤：

S1：将外层套管10下入至已经钻好的第一井眼中；

S2：将内层套管20下入至已经钻好的第二井眼中；

S3：将油管30下入至已经钻好的第三井眼中；

需要说明的是，上述第二井眼处于第一井眼的下方且直径小于该第一井眼，从而形成阶梯孔；上述第三井眼处于第二井眼的下方且直径小于该第二井眼，从而形成阶梯孔。

S4：在油管30的至少伸出内层套管20的管段的外周以及底部设置第一固井层40，且在油管30和第一固井层40相对应的位置形成用于使油气进入油管30的油气输入结构。

上述方法具有以下优点：使用上述方法安装外层套管10、内层套管20以及油管30，使油管30一趟下入至其井眼，作业程序简单，工期短，费用低，可更好地提高油气田的开发效益，同时，该方案对应的井身结构中，为防止固井时固井材料(例如水泥浆)通过安全阀70、偏心工作筒80以及循环阀90时影响各自的工作性能，优选所述安全阀70、偏心工作筒80以及循环阀90分别为可固井式井下安全阀、可固井式偏心工作筒和可固井式循环阀。

根据本发明的再一个方面，本发明还提供一种用于石油天然气开发的井身结构的安装方法，这里的井身结构可以为上述井身结构，该安装方法包括以下步骤：

S1：将外层套管10下入至已经钻好的第一井眼中；

S2：将内层套管20下入至已经钻好的第二井眼中；

S3：将第二油管32下入至已经钻好的第三井眼中；

如上所述，上述第二井眼处于第一井眼的下方且直径小于该第一井眼，从而形成阶梯孔；上述第三井眼处于第二井眼的下方且直径小于该第二井眼，从而形成阶梯孔。

S4：在第二油管32的至少伸出内层套管20的管段外周以及底部设置所述第一固井层40，且在第二油管32和第一固井层40相对应的位置形成用于使油气进入油管30的油气输入结构；

S5：将第一油管31沿第二油管32的长度方向下入并与第二油管32密封连接。

该方法具有以下优点：由于第二油管32固井时还没有下入安装在上部的第一油管31，而第一油管31上设置有安全阀70、偏心工作筒80以及循环阀90等井下工具，因此，固井材料(水泥浆)不会对这些工具的性能造成影响，从而可以使用常规的安全阀70、偏心工作筒80以及循环阀90而不必使用可固井式井下安全阀、可固井式偏心工作筒和可固井式循环阀，作业安全、经济可靠，而且根据实际需要，后期可随时起出第一油管31，进行修井或侧钻等作业。

本发明提供的井身结构，不仅在钻井过程中节省了费用，同时在完井作业也节省了费用，具体地，本发明中将油管兼作为生产套管，在钻井作业结束下入油管30后，钻井船就可以撤离井场，油管电缆射孔作业可在生产平台进行，可减少租用钻井船的费用；而且，本发明中井身结构井控风险小，这是因为拆防喷器组和升高管、安装采油树设备过程中，地层与井筒未连通；射孔作业在采油树设备安装、试压完成后，作业过程中井控风险小；同时，本发明的井身结构有利于储层保护，因为下入油管后射孔，射孔后直接投产无需压井，节省了压井作业时间，无压井液与地层接触，并大幅度减少完井液与地层的接触时间，完井液几乎无漏失，减小了对地层的伤害。

下文将通过具体的实施例对本发明的有益效果加以说明，该实施例中的油管30包括第一油管31和第二油管32，该井身结构的完钻井深为3613m，具体地，首先，钻尺寸(直径)为311.15mm的井眼(即上文的第一井眼)并钻至1457m，然后将外层套管10(直径为244.48mm)下入至1452m；其次，钻尺寸(直径)为215.9mm的井眼(即上文的第二井眼)并钻至2960m，然后将内层套管20(直径为177.8)下入至2950m；最后，钻尺寸为152.4mm的井眼(即上文的第三井眼)并钻至3650m，然后将第二油管32(直径为88.9)下入至3608m。

上述钻井完井作业基本顺利，气井产量达到了预期产量，而且节省了费用，减少了作业时间，实现了巨大的经济效益，具体体现在以下几方面：

1)节省了油套管费用，具体地，相同井深条件下，本发明中的井身结构与现有技术中的井身结构相比，所用油管30和套管(外层套管10和内层套管20)总重量较现有技术减少了135.74吨(约33％)；

2)减少了钻井液和固井水泥浆等材料费用，具体地，本发明中的井身结构较现有技术中的井身结构井筒体积减少50％以上，由此，相关的岩屑处理费、钻井液、完井液费用减少约一半，而且，本发明中的井身结构的套管(外层套管10和内层套管20)环空体积减少50％以上，由此，相关的固井水泥浆费用在原基础上减少43％；

3)满足了清洁固井的要求，具体地，本发明中的井身结构中的第二油管32的固井作业顺利，后期射孔作业起下通畅，第二油管32管柱内壁未残留水泥浆。

4)大幅缩短钻完井作业时间，具体地，本发明中的井身结构钻井工期27.39天，完井工期4.92天，与现有技术中的井身结构相比，该井身结构钻井工期缩短4.2％，完井工期缩短44.78％，大幅降低了钻完井费用，实现了经济有效的开发。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (6)

1.一种用于石油天然气开发的井身结构，其特征在于，该井身结构包括外层套管(10)、沿所述外层套管(10)的长度方向设置并从所述外层套管(10)伸出的内层套管(20)以及沿所述内层套管(20)的长度方向延伸并从所述内层套管(20)伸出的油管(30)，所述油管(30)的至少伸出所述内层套管(20)的管段的外周以及底部设有用于固井的第一固井层(40)，所述油管(30)和所述第一固井层(40)相对应的位置设置有用于使油气进入所述油管(30)的油气输入结构，该井身结构包括从所述井身结构的井口沿所述油管(30)的长度方向依次设置在所述油管(30)上的安全阀(70)、偏心工作筒(80)以及循环阀(90)，所述油管(30)包括第一油管(31)以及沿所述第一油管(31)的长度方向延伸并与所述第一油管(31)密封连接的第二油管(32)，所述第一油管(31)位于所述第二油管(32)上部，所述第二油管(32)从所述内层套管(20)伸出，所述安全阀(70)、偏心工作筒(80)以及循环阀(90)均设置在所述第一油管(31)上且所述安全阀(70)、偏心工作筒(80)以及循环阀(90)分别为可固井式井下安全阀、可固井式偏心工作筒和可固井式循环阀。

2.根据权利要求1所述的用于石油天然气开发的井身结构，其特征在于，所述外层套管(10)的外周和所述内层套管(20)的至少伸出所述外层套管(10)的管段的外周均设有第二固井层(50)，所述内层套管(20)的所述第二固井层(50)与所述外层套管(10)的所述第二固井层(50)相互连接，且所述内层套管(20)的所述第二固井层(50)与所述第一固井层(40)相互连接。

3.根据权利要求2所述的用于石油天然气开发的井身结构，其特征在于，所述第一固井层(40)和第二固井层(50)均为水泥层。

4.根据权利要求1所述的用于石油天然气开发的井身结构，其特征在于，所述油气输入结构为形成在所述油管(30)和所述第一固井层(40)上的射孔(60)。

5.根据权利要求4所述的用于石油天然气开发的井身结构，其特征在于，所述内层套管(20)的上起始端、所述外层套管(10)的上起始端以及所述油管(30)的上起始端均位于所述井身结构的井口位置。

6.一种用于石油天然气开发的井身结构的安装方法，其特征在于，所述井身结构为权利要求1-5中任意一项所述的井身结构，所述安装方法包括以下步骤：

S1：将所述外层套管(10)下入至已经钻好的第一井眼中；

S2：将所述内层套管(20)下入至已经钻好的第二井眼中；

S3：将所述第二油管(32)下入至已经钻好的第三井眼中；

S4：在所述第二油管(32)的至少伸出所述内层套管(20)的管段外周以及底部设置所述第一固井层(40)，且在所述第二油管(32)和所述第一固井层(40)相对应的位置形成用于使油气进入所述油管(30)的油气输入结构；

S5：将所述第一油管(31)沿所述第二油管(32)的长度方向下入并与所述第二油管(32)密封连接。