一种用于U型连通井的管外密封方法

技术领域

本发明属于地热能源开发技术领域，具体涉及一种用于U型连通井的管外密封方法。

背景技术

国内对3000m左右的中深层水热型地热资源的开发有四种方式，即直井直接抽采地下热水不回注；直井抽采，周边直井回注；直井下入同心管进行冷热水循环换热；用一口直井和一口定向井(水平井)组成一组U型连通井这四种方式。前三种方法都存在井筒与热储层不隔绝，直接或间接抽取地下水，回注污染地下水，循环水流量小，热换量小等问题，而第四种方法则可实现“采地热不取水”的目的，是目前正在推广应用的一种方法。

在U型连通井中要解决三个技术难题，一是两井眼的对接贯通，二是连通点处避免地层水进入井筒的有效密封，三是连通点处的套管需要磨铣贯穿。在两井眼对接贯通后，需要从定向井(水平井)中下入套管进入连通点，然后注水泥固井，利用管外的水泥环实现连通点处的管外密封，避免地层水直接进入管内。但管外水泥塞具有一定的脆性，在钻塞扫塞和连通磨铣施工过程中，由于震动等原因，会使管外水泥环产生裂纹甚至破碎，造成连通点处管外密封失效。

发明内容

本发明的目的在于克服传统技术中存在的上述问题，提供一种用于U型连通井的管外密封方法。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

一种用于U型连通井的管外密封方法，包括如下步骤：

1)在定向井中下入套管进入连通点，注水泥固井，在直井下入钻头至连通点处循环扫塞；

2)直井关井，按U型井投产后的最大工作压力试压，若压力不降、不漏失，说明管外密封正常；若发现漏失或压力下降，说明管外密封不好，则需要从直井钻杆内注入配置好的延时膨胀堵漏液，替泥浆循环至堵漏剂到达钻杆底部；

3)直井关井，继续循环替泥浆，将延时膨胀堵漏液挤入地层和水泥塞的裂缝内；

4)打开直井井口循环至少两周，上提钻具至套管内侯凝；

5)侯凝结束，再次试压；若试压不合格，则重复步骤2)～步骤4)；若试压合格，则试压密封堵漏施工结束。

进一步地，如上所述用于U型连通井的管外密封方法，步骤1)中，定向井为水平井。

进一步地，如上所述用于U型连通井的管外密封方法，步骤1)中，循环扫塞的过程中避免磨铣套管。

进一步地，如上所述用于U型连通井的管外密封方法，步骤2)中，延时膨胀堵漏液按重量份数由以下成分组成：水基钻井液70～90份、延迟膨胀堵漏剂4～6份、刚性颗粒2～4份、弹性颗粒2～4份和纤维材料0.5～1份。

进一步地，如上所述用于U型连通井的管外密封方法，所述延迟膨胀堵漏剂为交联聚合物堵漏剂，是一种吸水膨胀性很强的凝胶聚合物，具有延迟膨胀的特征，能够保证颗粒材料有足够的时间进入井下漏失层后继续膨胀。

进一步地，如上所述用于U型连通井的管外密封方法，交联聚合物堵漏剂为耐温抗盐型聚丙烯酰胺，制备方法包括如下步骤：

1)在反应器中加入软化水、丙烯酰胺粉末、硅烷偶联剂，保持反应体系温度20℃，充分搅拌混匀，待其完全溶解后，向上述反应体系中加入碳酸钠溶液，调节反应体系pH，继续搅拌至溶液充分混合，然后向反应体系中通入氮气，直至完全去除反应体系内的氧气；

2)除氧结束后，向反应器中加入引发剂引发聚合反应，同时将反应器密封处理，反应时间为3～4h，反应终温为60～65℃；

3)聚合反应完成后，将反应体系温度升至70～80℃进行水解反应，水解反应4～5h，待胶体出现时，停止加热，水解反应结束，得到耐温抗盐型聚丙烯酰胺。

进一步地，如上所述用于U型连通井的管外密封方法，所述刚性颗粒为方解石、石灰石、碳酸钙中的至少一种，弹性颗粒为弹性石墨颗粒、弹性橡胶颗粒中的至少一种。

进一步地，如上所述用于U型连通井的管外密封方法，所述纤维材料为聚丙烯纤维、聚酯纤维中的至少一种。

本发明的有益效果是：

本发明在连通点处管外水泥环产生裂纹或破碎时，注入一种延时膨胀堵漏剂，挤入裂缝和地层，在管外形成一种密封性好，承压强度高，具有良好韧性的密封环，避免地层水直接进入井筒内，保证“采地热不取水”目的的实施。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上的所有优点。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种用于U型连通井的管外密封方法，包括如下步骤：

1)在定向井中下入套管进入连通点，注水泥固井，在直井下入钻头至连通点处循环扫塞；定向井为水平井，循环扫塞的过程中避免磨铣套管。

2)直井关井，按U型井投产后的最大工作压力试压，若压力不降、不漏失，说明管外密封正常；若发现漏失或压力下降，说明管外密封不好，则需要从直井钻杆内注入配置好的延时膨胀堵漏液，替泥浆循环至堵漏剂到达钻杆底部；

3)直井关井，继续循环替泥浆，将延时膨胀堵漏液挤入地层和水泥塞的裂缝内；

4)打开直井井口循环至少两周，上提钻具至套管内侯凝；

5)侯凝结束，再次试压；若试压不合格，则重复步骤2)～步骤4)；若试压合格，则试压密封堵漏施工结束。

本发明中，延时膨胀堵漏液按重量份数由以下成分组成：水基钻井液70～90份、延迟膨胀堵漏剂4～6份、刚性颗粒2～4份、弹性颗粒2～4份和纤维材料0.5～1份。延迟膨胀堵漏剂为交联聚合物堵漏剂，是一种吸水膨胀性很强的凝胶聚合物，具有延迟膨胀的特征，能够保证颗粒材料有足够的时间进入井下漏失层后继续膨胀。由于在分子链中引入耐温抗盐基团及化学偶联剂，将高分子与耐温材料连接成一体，因而使它在高温、高盐条件下具有很好的强度、韧性及热稳定性。

本发明中，交联聚合物堵漏剂为耐温抗盐型聚丙烯酰胺，制备方法包括如下步骤：

1)在反应器中加入软化水、丙烯酰胺粉末、硅烷偶联剂，保持反应体系温度20℃，充分搅拌混匀，待其完全溶解后，向上述反应体系中加入碳酸钠溶液，调节反应体系pH，继续搅拌至溶液充分混合，然后向反应体系中通入氮气，直至完全去除反应体系内的氧气；

2)除氧结束后，向反应器中加入引发剂引发聚合反应，同时将反应器密封处理，反应时间为3～4h，反应终温为60～65℃；

3)聚合反应完成后，将反应体系温度升至70～80℃进行水解反应，水解反应4～5h，待胶体出现时，停止加热，水解反应结束，得到耐温抗盐型聚丙烯酰胺。

本发明中，刚性颗粒为方解石、石灰石、碳酸钙中的至少一种，弹性颗粒为弹性石墨颗粒、弹性橡胶颗粒中的至少一种。

本发明中，纤维材料为聚丙烯纤维、聚酯纤维中的至少一种。

本发明的相关具体实施例如下：

实施例1

本实施例提供一种用于U型连通井的管外密封方法，包括如下步骤：

1)在定向井中下入套管进入连通点，注水泥固井，在直井下入钻头至连通点处循环扫塞；定向井为水平井，循环扫塞的过程中避免磨铣套管。

2)直井关井，按U型井投产后的最大工作压力试压，若压力不降、不漏失，说明管外密封正常；若发现漏失或压力下降，说明管外密封不好，则需要从直井钻杆内注入配置好的延时膨胀堵漏液，替泥浆循环至堵漏剂到达钻杆底部；

3)直井关井，继续循环替泥浆，将延时膨胀堵漏液挤入地层和水泥塞的裂缝内；

4)打开直井井口循环至少两周，上提钻具至套管内侯凝；

5)侯凝结束，再次试压；若试压不合格，则重复步骤2)～步骤4)；若试压合格，则试压密封堵漏施工结束。

本实施例中，延时膨胀堵漏液按重量份数由以下成分组成：水基钻井液80份、延迟膨胀堵漏剂5份、刚性颗粒3份、弹性颗粒3份和纤维材料0.7份。刚性颗粒为方解石，弹性颗粒为弹性石墨颗粒，纤维材料为聚丙烯纤维。

本实施例中，延迟膨胀堵漏剂为耐温抗盐型聚丙烯酰胺，制备方法包括如下步骤：

1)在反应器中加入软化水、丙烯酰胺粉末、硅烷偶联剂，保持反应体系温度20℃，充分搅拌混匀，待其完全溶解后，向上述反应体系中加入碳酸钠溶液，调节反应体系pH，继续搅拌至溶液充分混合，然后向反应体系中通入氮气，直至完全去除反应体系内的氧气；

2)除氧结束后，向反应器中加入引发剂引发聚合反应，同时将反应器密封处理，反应时间为3.5h，反应终温为63℃；

3)聚合反应完成后，将反应体系温度升至75℃进行水解反应，水解反应4.5h，待胶体出现时，停止加热，水解反应结束，得到耐温抗盐型聚丙烯酰胺。

实施例2

本实施例提供一种用于U型连通井的管外密封方法，包括如下步骤：

1)在定向井中下入套管进入连通点，注水泥固井，在直井下入钻头至连通点处循环扫塞；定向井为水平井，循环扫塞的过程中避免磨铣套管。

2)直井关井，按U型井投产后的最大工作压力试压，若压力不降、不漏失，说明管外密封正常；若发现漏失或压力下降，说明管外密封不好，则需要从直井钻杆内注入配置好的延时膨胀堵漏液，替泥浆循环至堵漏剂到达钻杆底部；

3)直井关井，继续循环替泥浆，将延时膨胀堵漏液挤入地层和水泥塞的裂缝内；

4)打开直井井口循环至少两周，上提钻具至套管内侯凝；

5)侯凝结束，再次试压；若试压不合格，则重复步骤2)～步骤4)；若试压合格，则试压密封堵漏施工结束。

本实施例中，延时膨胀堵漏液按重量份数由以下成分组成：水基钻井液70份、延迟膨胀堵漏剂6份、刚性颗粒2份、弹性颗粒4份和纤维材料0.5份。刚性颗粒为碳酸钙，弹性颗粒为弹性橡胶颗粒，纤维材料为聚丙烯纤维。

本实施例中，延迟膨胀堵漏剂为耐温抗盐型聚丙烯酰胺，制备方法包括如下步骤：

1)在反应器中加入软化水、丙烯酰胺粉末、硅烷偶联剂，保持反应体系温度20℃，充分搅拌混匀，待其完全溶解后，向上述反应体系中加入碳酸钠溶液，调节反应体系pH，继续搅拌至溶液充分混合，然后向反应体系中通入氮气，直至完全去除反应体系内的氧气；

2)除氧结束后，向反应器中加入引发剂引发聚合反应，同时将反应器密封处理，反应时间为3h，反应终温为65℃；

3)聚合反应完成后，将反应体系温度升至70℃进行水解反应，水解反应5h，待胶体出现时，停止加热，水解反应结束，得到耐温抗盐型聚丙烯酰胺。

实施例3

本实施例提供一种用于U型连通井的管外密封方法，包括如下步骤：

1)在定向井中下入套管进入连通点，注水泥固井，在直井下入钻头至连通点处循环扫塞；定向井为水平井，循环扫塞的过程中避免磨铣套管。

2)直井关井，按U型井投产后的最大工作压力试压，若压力不降、不漏失，说明管外密封正常；若发现漏失或压力下降，说明管外密封不好，则需要从直井钻杆内注入配置好的延时膨胀堵漏液，替泥浆循环至堵漏剂到达钻杆底部；

3)直井关井，继续循环替泥浆，将延时膨胀堵漏液挤入地层和水泥塞的裂缝内；

4)打开直井井口循环至少两周，上提钻具至套管内侯凝；

5)侯凝结束，再次试压；若试压不合格，则重复步骤2)～步骤4)；若试压合格，则试压密封堵漏施工结束。

本实施例中，延时膨胀堵漏液按重量份数由以下成分组成：水基钻井液90份、延迟膨胀堵漏剂4份、刚性颗粒4份、弹性颗粒2份和纤维材料1份。刚性颗粒为石灰石，弹性颗粒为弹性橡胶颗粒，纤维材料为聚酯纤维。

本实施例中，延迟膨胀堵漏剂为耐温抗盐型聚丙烯酰胺，制备方法包括如下步骤：

1)在反应器中加入软化水、丙烯酰胺粉末、硅烷偶联剂，保持反应体系温度20℃，充分搅拌混匀，待其完全溶解后，向上述反应体系中加入碳酸钠溶液，调节反应体系pH，继续搅拌至溶液充分混合，然后向反应体系中通入氮气，直至完全去除反应体系内的氧气；

2)除氧结束后，向反应器中加入引发剂引发聚合反应，同时将反应器密封处理，反应时间为4h，反应终温为60℃；

3)聚合反应完成后，将反应体系温度升至80℃进行水解反应，水解反应4h，待胶体出现时，停止加热，水解反应结束，得到耐温抗盐型聚丙烯酰胺。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。