CN102606107B - 一种半程注水泥完井管柱及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油工业钻井完井注水泥技术，为克服无内管不钻塞半程注水泥技术的缩径问题，本发明提供了一种半程注水泥完井管柱及其方法。其完井管柱包括：管外封隔器、分级箍和套管顺序连接，堵塞器和胶塞置于管外封隔器和分级箍中，在管外封隔器的内壁上设有定位凹槽，堵塞器上的定位块嵌入其中；在分级箍的内壁上设有关闭凹槽，堵塞器上的关闭块嵌入其中；其注水泥步骤是：下完井管柱，打压坐封管外封隔器，升压打开分级箍，循环泥浆后注水泥浆，投入胶塞，顶替，碰压关闭分级箍，下捞矛捞住堵塞器，上提捞矛释放堵塞器，起出堵塞器和胶塞，候凝。本发明可用于无内管半程注水泥作业，其完井工具通径与套管内径相同。

Description

一种半程注水泥完井管柱及其方法

技术领域

本发明涉及一种石油工业钻井注水泥完井管柱及其方法，尤其是一种半程注水泥完井管柱及其方法，应用于油田开发钻井完井工程中部分井段注水泥作业。

背景技术

目前，油田大量采用了水平井开发技术，其中一项重要的完井方法是采用水平井筛管顶部注水泥技术。这一技术在“水平井和侧钻水平井筛管顶部注水泥完井技术”[宋显民；张立民；李良川；殷彩霞；汤井会；靳彦卿；宋颖智.石油学报，2007，28(01)：119～121]一文中作了详细介绍。其完井管柱主要包括洗井阀、筛管或筛管+油层段裸眼封隔器、盲板、管外封隔器、分级箍和套管。其完井步骤是：①把完井管柱下到设计位置，②打内压坐封管外封隔器，③再升压打开分级箍，④循环泥浆后注水泥，⑤投胶塞，碰压，关闭分级箍，⑥候凝，⑦钻塞，⑧油层部位替浆，洗井。在整个完井步骤中，“钻塞”工序时间长，所钻部位有缩径和不规则问题，钻剩的盲板会落入下部筛管中影响后序作业，作业参数不当还会损坏分级箍和套管。

仅就注水泥作业而言，因为是在油井的部分井段注水泥作业，有的称之为分级注水泥工艺，也有称之为半程注水泥工艺。

为解决上述“钻塞”工序问题，中国专利“一种不钻塞半程固井注水泥工具”(申请日：2007.11.23，授权公告号：CN201110159Y，专利号200720181986.2)公开了一种应用内管法注水泥不钻塞完井工艺，但这种工艺由于使用内管，注水泥压力高，流量小，固井质量受到影响，应用受到限制。油田上目前应用了一种“无内管不钻塞半程注水泥技术”，它是在管外封隔器和分级箍之间，位于封隔器的液压坐封孔之下设置一缩径台阶，有一堵塞器坐于其上。其完井管柱结构主要包括洗井阀、筛管或筛管+油层段裸眼封隔器、管外封隔器、分级箍、堵塞器和套管。其完井步骤是：①把完井管柱下到设计位置，②打内压坐封管外封隔器，③再升压打开分级箍，④循环泥浆后注水泥，⑤投胶塞，碰压，关闭分级箍，⑥下打捞工具捞出堵塞器，⑦候凝，⑧油层部位替浆，洗井。这一方法解决了原“钻塞”工序问题，但带来了新的问题，由于它采用了缩径台阶，给完井之后的采油作业带来了麻烦，尤其是影响了大直径工具的使用。

发明内容

为解决上述“无内管不钻塞半程注水泥技术”的缩径问题，本发明提供的是一种半程注水泥完井管柱及其方法，采用本发明的半程注水泥完井管柱及其方法所作业的油井，完井工具的内通径与完井套管内径相同。

本发明是这样实现的，一种半程注水泥完井管柱，包括自下而上顺序连接的管外封隔器、分级箍和套管，堵塞器置于管外封隔器和分级箍内，胶塞位于堵塞器之上；堵塞器包括定位机构、密封机构和关闭机构，定位机构和关闭机构上下相连，密封机构套在定位机构外侧；所述定位机构的外侧四周安装有定位块，在管外封隔器的内壁上设有定位凹槽，所述定位块嵌入其中；所述关闭机构的外侧四周安装关闭块，在分级箍的内壁上设有关闭凹槽，所述关闭块嵌入其中；所述密封机构包括胶筒，胶筒位于管外封隔器的进液孔下方。

所述定位机构包括定位内管、定位外管、定位块、锁块、释放管、释放剪钉，所述定位外管套在定位内管之外，定位外管侧壁开台阶孔，定位块径向自内向外从台阶孔中伸出，释放管套在定位内管内，释放管上连关闭内管且下端位于锁块以下，定位内管侧壁开孔，对应开孔处的定位外管内壁设凹槽，锁块嵌入所述开孔与凹槽中；所述密封机构包括胶筒、锁紧帽，胶筒套在定位内管外且位于定位外管之上，锁紧帽置于胶筒之上且套在定位内管外，锁紧帽与定位内管之间设有螺纹；所述关闭机构包括关闭内管、关闭外管、关闭块，所述关闭外管套在关闭内管之外，关闭外管侧壁开台阶孔，关闭块径向自内向外从台阶孔中伸出。胶塞包括胶塞中心管，在胶塞中心管的两头或其中任一头设有胶塞堵头，胶塞堵头材料是陶瓷或玻璃。

应用于本发明一种半程注水泥完井管柱的注水泥方法，其步骤是：(1)把除胶塞外的半程注水泥完井管柱下到井眼设计深度，(2)管内打液压坐封管外封隔器，(3)升压打开分级箍，(4)先循环泥浆后注水泥浆，(5)投入胶塞，顶替，碰压关闭分级箍，(6)下入捞矛，加钻压破碎胶塞堵头，捞矛下入胶塞内腔或堵塞器内腔，(7)上提捞矛释放定位块和关闭块，(8)起出堵塞器和胶塞，(9)候凝。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：由于本发明的完井管柱采用了定位机构和关闭机构，其定位块和关闭块嵌入相应的侧壁凹槽内，释放后可以收回，使得整个管外封隔器和分级箍的内通径可以与套管内径相当，解决了因缩径台阶给完井之后的采油作业带来的麻烦，使大直径的工具能顺利通过。

附图说明

图1是本发明一种半程注水泥完井管柱的结构示意图。

图2是堵塞器的结构示意图。

图3是胶塞的结构示意图。

图4是带弹簧锁块锁紧结构示意图。

图5是带“T”形槽锁块锁紧结构示意图。

图6是图5中A-A剖面的剖视图。

图7是带弹性爪锁块锁紧结构示意图。

图8是图7的中管C92的外表面展开结构局部示意图。

图9是定位块位于管外封隔器进液孔之上的局部管柱结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参考图1。图1是本发明的一种半程注水泥完井管柱结构示意图，图中只画出了井眼30中整个完井管柱的中段，包括自下而上连接的管外封隔器1、分级箍3、套管5，堵塞器2置于管外封隔器1和分级箍3中，胶塞4置于堵塞器2之上，上部套管5可连接到井口，下部管外封隔器1以下连接套管或滤砂管或其它完井工具。

堵塞器2包括定位机构、密封机构和关闭机构，定位机构置于管外封隔器1内，关闭机构置于分级箍3内，定位机构和关闭机构上下相连，密封机构套在定位机构外侧；所述定位机构的外侧四周安装有定位块6；所述关闭机构的外侧四周安装关闭块7；所述密封机构包括胶筒19，胶筒19位于管外封隔器1的进液孔8下方。

管外封隔器1一般使用液压坐封式，在管外封隔器1的内壁设有坐封用进液孔8，在进液孔8以下位置设有定位凹槽，定位块6伸出定位机构的外侧并嵌入定位凹槽中。胶筒19设置于进液孔8之下。

分级箍3包括打开剪钉9、打开套10、分级箍外管11、关闭套31、分级箍接头15，其中关闭套31由密封管12、锁环13和锁环压帽14构成。分级箍内壁设置的关闭凹槽既可设置于锁环压帽14的内壁上，也可设置于密封管12的内壁上，还可在关闭套31顶部，也就是图1中锁环压帽14的顶部，与分级箍接头15的下端之间留出间隙作为关闭凹槽，关闭块7嵌入关闭凹槽中。图1只是分级箍结构的一种，它还可以采用其它目前常用的结构，这些常用的结构的主要构成是分级箍的外管和内部的打开套与关闭套，只要其关闭套上设有关闭凹槽，即可实现本发明的功能。

参考图2。堵塞器2由定位机构、密封机构和关闭机构组成。定位机构包括定位内管17、定位外管16、定位块6、锁块18、释放剪钉21、释放管22，定位内管17与定位外管16内外相套，定位外管16侧壁开台阶孔，定位块6一端安装在该台阶孔内，另一端从台阶孔中伸出并嵌入管外封隔器1内壁的定位凹槽内；在定位内管17的侧壁开孔，并在定位外管16内壁的相应位置设凹槽，锁块18置于该孔与凹槽中；释放管22套在定位内管17内，释放管22上端与关闭机构的关闭内管23相连且下端位于锁块18之下，释放管22与定位内管17之间用释放剪钉21固定。密封机构包括胶筒19、锁紧帽20，胶筒19套在定位内管17外且位于定位外管16之上，锁紧帽20位于胶筒19之上且与定位内管17之间用螺纹连接；关闭机构包括关闭内管23、关闭外管24、关闭块7，关闭块7的安装结构与前述定位块6相同。

如果打捞捞矛捞住释放管22内壁，释放管22上端与关闭机构的关闭内管23还可不相连接，这时，关闭内管23的下部外周应设缩径台阶，便于关闭块7收回，还要在关闭内管23的下部外周缩径台阶下端设挡环，以防关闭块7落井。同样，下文所述的采用图4至图8其它不同结构方式的堵塞器也可以是关闭机构与定位机构不相连接。

锁块18在释放管22的支撑下，把定位内管17和定位外管16锁定在一起，这样，定位块6由于定位内管17的支撑就不能径向收回，胶筒19用锁紧帽20压紧张出后密封其环空时也不会收回。同样，关闭块7在关闭内管23的支撑下也不会径向收回。如图2中剖面所示，定位块6和关闭块7径向外侧下角最好为90°，也可以大于90°，其径向外侧上角在125°～150°之间，一般是135°。锁块18还可以用钢球代替。

密封机构的结构还可以采用井下液压封隔器中常用的螺纹与锁环结构来保证胶筒的密封。

参考图3。胶塞4包括胶塞堵头29、卡环28、胶塞中心管27、皮碗26和皮碗压帽25。在胶塞中心管27的两头或其中任一头设置胶塞堵头29，胶塞堵头29是一种易碎材料，该易碎材料最好是陶瓷或玻璃；胶塞堵头29还可以是可钻材料，如铝或铸铁，打捞时所用的捞矛下也相应地要带钻头。为了整体打捞的考虑，胶塞4的下端设有凹槽，内置卡环28，在堵塞器2的关闭内管23的内壁设有凹槽，卡环28嵌入其中，这样捞矛既可打捞胶塞4的内腔，也可打捞堵塞器2的内腔；当用捞矛打捞堵塞器2的内腔时，卡环28及相应结构也可以不设。

本发明一种半程注水泥完井管柱的完井方法与工作过程是这样的：

(1)下管柱。下井前，将管外封隔器1、分级箍3和堵塞器2按图1所示装配在一起，然后上接套管5，下接套管或筛管及其它完井工具，下入井眼30中设计位置。

(2)坐封管外封隔器。从套管5内打液压，液压力通过进液孔8胀封管外封隔器1，此时胶筒19处于密封状态，分级箍3的打开套10处于关闭状态。

(3)打开分级箍。继续升压至打开剪钉9剪断，打开套10下行，向内露出分级箍外管11上的侧孔，分级箍3打开。

(4)先循环泥浆后注水泥浆。

(5)投入胶塞4，顶替，碰压关闭分级箍3。自井口投入胶塞4，泥浆顶替把胶塞4送到堵塞器2上端，卡环28进入关闭内管23的相应的凹槽中，升压，胶塞4推动关闭机构和释放管22下行，释放剪钉21被剪断，在关闭块7的推动下，关闭套31下行将分级箍外管11上的侧孔封闭，此时压力升高，地面观察到碰压，完成关闭分级箍3。后续打捞步骤是打捞堵塞器内腔时，胶塞4下端也可不带卡环。

(6)打捞。下入捞矛至胶塞4上端，加钻压破碎胶塞堵头，捞矛下入胶塞4内腔或堵塞器2内腔。当胶塞4的胶塞堵头29是可钻材料时，捞矛下端应带钻头。

(7)释放堵塞器。上提捞矛，带动关闭内管23和释放管22上行，锁块18首先失去内支撑落于定位内管17内，这时定位内管17和定位外管16就解除锁定而可以相对运动，释放管22上行带动定位内管17上行，定位块6失去内支撑，当定位内管17带动定位外管16上行时，定位块6径向向内收回，此时，胶筒19也失去压缩力而收回。当关闭内管23上行其下部缩径处高于关闭块7时，关闭块7失去内支撑，当定位内管17上行带动关闭外管24上行时，关闭块7径向向内收回，这样堵塞器2全部释放。

(8)起出堵塞器2和胶塞4。

(9)候凝。

堵塞器2的定位块6或关闭块7或锁块18的安装结构还可以采用如图4所示的带弹簧锁块锁紧结构，这种类似结构在油田井下工具水力锚的锚牙上普遍采用，内管A71、中管A72与外管A77顺序套在一起，锁块A73内设弹簧76，用螺钉74和压板75固定在中管A72侧壁的孔内，外管A77内壁设凹槽，锁块A73嵌入其中。当内管A71上移，其外台阶越过锁块A73时，锁块A73失去支撑径向内收，中管A72与外管A77间解除锁定而可以相对移动。

堵塞器2的定位块6或关闭块7的安装结构还可以采用如图5、图6所示的带“T”形槽锁块锁紧结构，这种结构与油田井下工具Y211型封隔器的卡瓦与锥体的结合部位相似，内管B81、中管B82与外管B84顺序套在一起，锁块B83一端安装在内管B81的“T”形槽内，另一端从中管B82的侧壁孔中伸出，嵌入外管B84的内壁凹槽中。当内管B81上行时，锁块B83会在斜向“T”形槽的带动下径向内收，解除中管B82与外管B84之间的锁定。

堵塞器2的定位块6或关闭块7或锁块18的安装结构还可以采用如图7、图8所示的带弹性爪锁块锁紧结构，内管C91、中管C92与外管C94顺序套在一起，锁块C93是中管C92的一部分，中管C92的外表面展开图见图8，锁块C93的外表突起可以是一个，也可以是几个，突起的径向外侧下角可以是90°或大于90°，突起的径向外侧上角是110°～160°，两个角最好是135°。其中管C92与外管C94的释放原理同图4。

参考图9，定位凹槽也可设于管外封隔器1的进液孔8以上，这时定位块6设于胶筒19之上。

为工艺需要，如图1、图2和图9中所示，密封连接处均设有密封圈。

Claims (6)

1.一种半程注水泥完井管柱，包括自下而上顺序连接的管外封隔器（1）、分级箍（3）和套管（5），堵塞器（2）置于管外封隔器（1）和分级箍（3）内，胶塞（4）位于堵塞器（2）之上，其特征在于：堵塞器（2）包括定位机构、密封机构和关闭机构，定位机构和关闭机构上下相连，密封机构套在定位机构外侧；所述定位机构的外侧四周安装有定位块（6），在管外封隔器（1）的内壁上设有定位凹槽，所述定位块（6）嵌入其中；所述关闭机构的外侧四周安装关闭块（7），在分级箍（3）的内壁上设有关闭凹槽，所述关闭块（7）嵌入其中；所述密封机构包括胶筒（19），胶筒（19）位于管外封隔器（1）的进液孔（8）下方；定位机构包括定位内管（17）、定位外管（16）、定位块（6）、锁块（18）、释放管（22）、释放剪钉（21），所述定位外管（16）套在定位内管（17）之外，定位外管（16）侧壁开台阶孔，定位块（6）径向自内向外从台阶孔中伸出，释放管（22）套在定位内管（17）内，释放管（22）上连关闭内管（23）且下端位于锁块（18）以下，定位内管（17）侧壁开孔，对应开孔处的定位外管（16）内壁设凹槽，锁块（18）嵌入所述开孔与凹槽中；所述密封机构包括胶筒（19）、锁紧帽（20），胶筒（19）套在定位内管（17）外且位于定位外管（16）之上，锁紧帽（20）置于胶筒（19）之上且套在定位内管（17）外，锁紧帽（20）与定位内管（17）之间设有螺纹；所述关闭机构包括关闭内管（23）、关闭外管（24）、关闭块（7），所述关闭外管（24）套在关闭内管（23）之外，关闭外管（24）侧壁开台阶孔，关闭块（7）径向自内向外从台阶孔中伸出。

2.根据权利要求1所述的一种半程注水泥完井管柱，其特征在于：所述定位块（6）或关闭块（7）的安装结构是带弹簧锁块锁紧结构。

3.根据权利要求1所述的一种半程注水泥完井管柱，其特征在于：所述定位块（6）或关闭块（7）的安装结构是带“T”形槽锁块锁紧结构。

4.根据权利要求1所述的一种半程注水泥完井管柱，其特征在于：所述定位块（6）或关闭块（7）的安装结构是带弹性爪锁块锁紧结构。

5.根据权利要求1所述的一种半程注水泥完井管柱，其特征在于：所述胶塞（4）包括胶塞中心管（27），在胶塞中心管（27）的两头或其中任一头设有胶塞堵头（29），胶塞堵头（29）的材料是陶瓷或玻璃。

6.根据权利要求1或5所述的一种半程注水泥完井管柱，其特征在于：所述胶塞（4）的下端设有凹槽，内置卡环（28）。