CN103883279B - 一种管柱型固井水泥浆快速凝固装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管柱型固井水泥浆快速凝固装置，其包括上接头、下接头、外管、内管；上接头、下接头、外管和内管形成密闭空腔；空心遮挡螺栓，空心遮挡螺栓的内部空腔仅穿透其一端，空心遮挡螺栓旋拧在内管上，使空心遮挡螺栓的内部空腔与密闭空腔相通；环形活塞，环形活塞安装在密闭空腔内；定位销钉，定位销钉分别插入内管和环形活塞；下接头还具有与密闭空腔相连通的通道，通道的出口设有封堵螺帽。本发明装置能够在需要时向井内的水泥注入液态速凝剂，可以使水泥在5分钟内凝固，避免压漏地层，破坏失重现象的产生，进而提高固井质量，实现保护油、气、水层及地下资源的目的。

Description

一种管柱型固井水泥浆快速凝固装置

技术领域

本发明属于石油开采技术领域，特别是涉及一种管柱型固井水泥浆快速凝固装置。

背景技术

在石油开采的油井固井过程中，水泥粉末与水混合后，以液体状态经过液压泵注入井下套管内，再向套管内注入泥浆，将水泥浆从套管下部挤出，向上上升，顶替泥浆，填充环形空间，凝固后，形成坚固的水泥石，封固地下地层，并且将套管和地层固结为整体。经过洗井、射孔、酸化、压裂，建立油气通道，使地层（油层）中的原油、天然气进入套管，流至地面。

水泥与水混合后的比重，一般在1.8～2.2之间，而钻井液（泥浆）比重一般在1.1～1.6之间。注水泥结束后，会出现两种不良效果：其一是，注水泥结束后的短时间内部，由于水泥比重高于泥浆比重，会出现水泥浆液柱压漏地层的现象，使水泥浆流入地层，降低水泥封固效果；第二是，悬浮在水泥浆中的水泥微颗粒，在注水泥结束后的静止状态中，会逐渐下沉，出现与水分离的现象，即失重现象。固井水泥浆中，水灰比一般在0.5:1～0.6:1之间，即1立方米水泥浆中，水的体积占50%～60%，也就是说，在1000米的水泥浆液柱中，有500～600米的水柱和500～400米暂时没有形成强度的水泥环柱。水泥封固段中，由于水的比重低于地层压力，地层流体很容易进入井眼，使不同层位储存的油、气、水互相连通，互相流动，造成水层和油、气层的互相侵蚀、污染，同时，固井效果大大降低。部分井甚至出现地层高压油气水进入井眼、井口，顶开井口装置，造成失控的现象。

由于以上现象多数发生在井下，无法直接控制，处理，对地层、井口、工程施工形成比较大的危害，自石油开发工程诞生以来，此现象一直没有得到重视和解决。

发明内容

本发明的目的是提出一种管柱型固井水泥浆快速凝固装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：一种管柱型固井水泥浆快速凝固装置，其特征在于：

包括上接头、下接头、外管、内管；所述上接头和下接头分别与所述外管密封连接；所述内管固定安装在外管内部，且位于上接头和下接头之间，上接头、下接头、外管和内管形成密闭空腔；

空心遮挡螺栓，所述空心遮挡螺栓具有内部空腔，所述空心遮挡螺栓旋拧在所述内管上，使空心遮挡螺栓的内部空腔与所述密闭空腔相通；

环形活塞，所述环形活塞安装在所述密闭空腔内；

定位销钉，所述定位销钉分别插入所述内管和所述环形活塞；

所述下接头还具有与所述密闭空腔相连通的通道，通道的出口设有封堵螺帽。

如上所述的管柱型固井水泥浆快速凝固装置，进一步，所述环形活塞内壁上还设有第一环形凹槽，所述第一环形凹槽内安装有止退环，所述内管的外壁上设有容纳止退环的第二环形凹槽。

如上所述的管柱型固井水泥浆快速凝固装置，进一步，所述上接头和下接头分别与所述外管通过螺纹密封连接，或者通过焊接密封连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明的管柱型固井水泥浆快速凝固装置能够安装在预定的封固段的套管柱上，在注水泥结束后，胶塞在套管内下行，当与空心遮挡螺栓接触时，撞断空心遮挡螺栓（由塑料或者其他低强度工程材料制成），使空心遮挡螺栓的内孔露出；泥浆的压力推动环形活塞，进而剪断定位销钉，环形活塞向下移动时挤出密封空腔内的液态速凝剂，使其进入下接头的通道，可以使水泥在5分钟内凝固，失去流动性，形成初强度水泥环，改变环形空间水泥浆状态，避免压漏地层，破坏失重现象的产生，以人工干预水泥凝固方式，改变水泥浆的液柱结构，提高固井质量，实现保护油、气、水层及地下资源的目的。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一种实施例的管柱型固井水泥浆快速凝固装置示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、上接头，2、外管，3、下接头，4、内管，5、第一密封圈，6、空心遮挡螺栓，7、第一密封圈，8、定位销钉，9、环形活塞，10、止退环，11、第一环形凹槽，12、第二环形凹槽，13、套管，14、密闭空腔，15、通道，16、封堵螺帽。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

如图1所示，为本发明一种实施例的管柱型固井水泥浆快速凝固装置示意图。其包括上接头1、下接头3、外管2、内管4；该上接头1和下接头3分别与该外管2密封连接（该上接头和下接头分别与该外管通过螺纹密封连接，或者通过焊接密封连接。）；该内管4固定安装在外管4内部，且位于上接头1和下接头3之间，上接头1、下接头3、外管2和内管4形成密闭空腔14。在图1所示的实施方式中，外管直径大于上接头和下接头，上接头和下接头分别具有台阶状凹槽，可以将具有台阶状突起的内管卡设固定，并通过第一密封圈5实现密封。

空心遮挡螺栓6，该空心遮挡螺栓6的内部空腔仅穿透其一端，该空心遮挡螺栓6旋拧在该内管4上，空心遮挡螺栓6穿透空腔的一端插入该密闭空腔14与其相通；另一端伸向内管的内腔。当套管内的胶塞向下移动时，由于其直径与内管接近，在靠近空心遮挡螺栓6时会与其接触，进而将其折断，此时空心遮挡螺栓6的内部空腔连通内管的内腔和密闭空腔14，使内管的泥浆进入密闭空腔的上部，推动环形活塞移动。空心遮挡螺栓6的内部空腔也可以是贯穿的，设计制造时仅需将伸向内管的内腔的一端采用封盖密封即可。

环形活塞9，该环形活塞9安装在该密闭空腔14内；定位销钉8，该定位销钉8分别插入该内管4和该环形活塞9；

该下接头3还具有与该密闭空腔14相连通的通道15，通道15的出口设有封堵螺帽16。

本发明管柱型固井水泥浆快速凝固装置的使用方法和过程如下：

在进行油井固井操作时，先将管柱型固井水泥浆快速凝固装置安装在预定的封固段的套管上，在注水泥结束后，胶塞在套管内下行，当胶塞与空心遮挡螺栓接触时，撞断空心遮挡螺栓（由塑料或者其他低强度工程材料制成），此时空心遮挡螺栓6的内部空腔连通内管的内腔和密闭空腔14，使内管的泥浆进入密闭空腔的上部，泥浆的压力推动环形活塞，进而剪断定位销钉，环形活塞向下移动时挤出密封空腔内的液态速凝剂，使其进入下接头的通道并流出与水泥接触，可以使水泥在5分钟内凝固，失去流动性，形成初强度水泥环，改变环形空间水泥浆状态，避免压漏地层，破坏失重现象的产生，以人工干预水泥凝固方式，改变水泥浆的液柱结构，提高固井质量，实现保护油、气、水层及地下资源的目的。

上述实施方式的管柱型固井水泥浆快速凝固装置在使用时可能会发生环形活塞上移，将液态速凝剂回吸的问题，为了解决该问题对上述实施方式可以进行如下改进：

环形活塞9内壁上还设有第一环形凹槽11，该第一环形凹槽11内安装有止退环10，该内管4的外壁上设有容纳止退环10的第二环形凹槽12。由于止退环10的直径小于内管的外径，因此止退环10安装在第一环形凹槽11时存在预紧力，当止退环随着环形活塞向下移动到第二环形凹槽12时会发生收缩并卡入第二环形凹槽12，这样可以防止活塞倒退上移将液态速凝剂回吸的问题，获得更好的固井效果。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种管柱型固井水泥浆快速凝固装置，其特征在于：

包括上接头(1)、下接头(3)、外管(2)、内管(4)；所述上接头(1)和下接头(3)分别与所述外管(2)密封连接；所述内管(4)固定安装在外管(2)内部，且位于上接头(1)和下接头(3)之间，上接头(1)和下接头(3)分别具有台阶状凹槽，内管(4)具有用于与台阶状凹槽连接的台阶状突起；上接头(1)、下接头(3)、外管(2)和内管(4)形成密闭空腔(14)；

空心遮挡螺栓(6)，所述空心遮挡螺栓(6)具有内部空腔，所述空心遮挡螺栓(6)旋拧在所述内管(4)上，使空心遮挡螺栓(6)的内部空腔与所述密闭空腔(14)相通；

环形活塞(9)，所述环形活塞(9)安装在所述密闭空腔(14)内；

定位销钉(8)，所述定位销钉(8)分别插入所述内管(4)和所述环形活塞(9)；

所述下接头(3)还具有与所述密闭空腔(14)相连通的通道(15)，通道(15)的出口设有封堵螺帽(16)。

2.根据权利要求1所述的管柱型固井水泥浆快速凝固装置，其特征在于，所述环形活塞(9)内壁上还设有第一环形凹槽(11)，所述第一环形凹槽(11)内安装有止退环(10)，所述内管(4)的外壁上设有容纳止退环(10)的第二环形凹槽(12)。

3.根据权利要求1所述的管柱型固井水泥浆快速凝固装置，其特征在于，所述上接头(1)和下接头(3)分别与所述外管(2)通过螺纹密封连接，或者通过焊接密封连接。

4.根据权利要求1所述的管柱型固井水泥浆快速凝固装置，其特征在于，所述空心遮挡螺栓(6)由低强度工程材料制成。

5.根据权利要求4所述的管柱型固井水泥浆快速凝固装置，其特征在于，所述空心遮挡螺栓(6)由塑料制成。