CN104121001A - 水平井免钻注水泥装置 - Google Patents

Abstract

一种水平井免钻注水泥装置，其连接关系为按固井程序分程序连接：清洗井壁时，加长型双级并联座封套管外封隔器和无内管免钻塞装置连接，且与固井管柱连接下入井底；注水泥固井时，一级开关滑套胶塞与无内管免钻装置投方式连接,一级开关滑套胶塞在泵压的作用下与封隔器开关滑套相碰连接，封隔器开关滑套下行打开封隔器连通通道,胀封加长型双级并联座封套管外封隔器，继续蹩压，封隔器开关滑套下行推动注灰孔开关滑套下行，打开注灰孔，进行注水泥作业；固井、蹩压侯凝时，二级顶替碰压胶塞与无内管免钻装置投方式连接，二级顶替碰压胶塞在顶替液的作用下与碰压套相碰连接，且与一级开关滑套胶塞相碰卡瓦连接；下钻打捞时，自锁可退式打捞筒通过打捞管柱与二级顶替碰压胶塞卡瓦连接，将无内管免钻塞装置内的附件一次捞出。

Description

水平井免钻注水泥装置

所属技术领域

本发明涉及一种完井用水平井免钻注水泥装置，属油田技术开发领域 。

背景技术

目前水平井在完井技术中为使油层具有较大的裸露面积，避免水泥浆对油层的损害，有效的保护油气层，多采用精密滤砂管完井方式，该完井方式在钻井过程中需要采用筛管顶部注水泥分级固井工艺。实施该工艺过程中钻胶塞、分级箍等套管附件位于井下管柱大井斜角度位置，实施钻塞时存在管内附件清理不干净、磨损套管或自由段脱扣、破坏水泥环及后期通井不畅遇阻遇卡等问题。

造成问题井比例较高的原因主要是在完井钻塞过程中，由于受钻井井深轨迹和重力作用的影响，产生钻进偏移，造成套管不均匀局部月牙形磨损，降低了套管的屈服强度及产生自由段松脱扣现象，同时在生产过程中受后期注汽、出砂等复杂苛刻工况的影响，产生塑形变形和断裂而造成套管损坏。 

常规分级注水泥器是下防砂精密割缝筛管的主要配件，加在防砂精密割缝筛管的上端，随管柱一起入井，主要作用是隔断防砂精密割缝筛管内外通道，固井时阻止水泥浆进入防砂管柱内和管柱外，保证管外不被固住，管内无水泥，保持畅通。常规分级注水泥器不足之处是在下套管时要严格控制下钻速度、防止顿钻、溜钻现象的发生，所下入的套管要及时灌满钻井液，以防止产生激动压力，破坏工具结构。在固井后，要下钻头钻掉分级注水泥器附件(胶塞、盲板)，打通管柱内通道。在钻磨过程中，不仅容易损伤套管，且作业耗时长。常规分级注水泥器的这些缺点，制约了其使用价值，不能很好地达到和满足固井生产作业要求。

发明内容

为克服上述现有技术的诸多缺陷，本发明提供了一种水平井免钻注水泥装置。所述水平井免钻注水泥装置不改变原有的固井工序，结构简单、性能可靠、作业方便、施工周期短、使用井深无限，主要用于水平井、大位移井、定向井等固井领域。

本发明的技术方案是通过以下方式实现的：

一种水平井免钻注水泥装置，所述水平井免钻注水泥装置包括无内管免钻装置、一级开关滑套胶塞、二级顶替碰压胶塞、自锁可退式打捞筒、加长型双级并联座封套管外封隔器和水泥伞；其特征在于：所述水平井免钻注水泥装置的连接关系为按固井程序分程序连接：注前置液清洗井壁时，带有水泥伞的加长型双级并联座封套管外封隔器和无内管免钻塞装置连接，且与固井管柱连接下入井底，形成套管与井壁之间的循环通道；进行注水泥固井时，一级开关滑套胶塞与无内管免钻装置投方式连接, 一级开关滑套胶塞在泵压的作用下与封隔器开关滑套相碰连接，封隔器开关滑套下行打开封隔器连通通道,胀封加长型双级并联座封套管外封隔器，继续蹩压，封隔器开关滑套下行推动注灰孔开关滑套下行，打开注灰孔，进行注水泥作业；固井、蹩压侯凝时，二级顶替碰压胶塞与无内管免钻装置投方式连接，二级顶替碰压胶塞在顶替液的作用下与无内管免钻塞装置中的碰压套相碰连接，推动碰压套下行，打开关闭套的连通孔，液体推动无内管免钻塞装置中关闭套下行，关闭无内管免钻塞装置的注灰孔，待水泥浆凝固，且与一级开关滑套胶塞相碰卡瓦连接；下钻打捞时，自锁可退式打捞筒通过打捞管柱与二级顶替碰压胶塞卡瓦连接，将无内管免钻塞装置内的附件一次捞出。

无内管免钻塞装置包括套在主体套外周的外套、套在主体套内周且上部与主体套碰压剪钉连接的碰压套，设在外套下部与主体套中部之间的关闭套，设在主体套中下部内周且与主体套用注灰孔开关滑套剪钉连接的注灰套；设在主体套下端部内周的且用锁紧套剪钉连接的锁紧套；设在注灰套内周上部的且用封隔器开关滑套剪钉连接的封隔器开关滑套；在外套和主体套与关闭套下边相对处设有同轴心的注灰孔，在主体套与碰压套的相对处的主体套上设有碰压孔；在主体套和注灰套与封隔器开关滑套的相对处设有同心的封隔器连通孔。 

主体套设为圆柱形，上端部直径大于下部直径，上端部设有与套管连接的母螺纹，下端部设有与带有水泥伞的加长型双级并联座封套管外封隔器螺纹连接的公螺纹，在上端部变径台阶下边与碰压套的相对处设有碰压套剪钉孔和关闭套的连通孔，在主体套的下部设有注灰套的剪钉孔和锁紧套的剪钉孔。

注灰孔开关滑套设为圆柱形，上部内径大于下端部内径，下端部设有注灰孔打开剪钉孔，中上部设有封隔器开关滑套剪钉孔，外周设有密封圈，上端处在主体套注灰孔的上部。

碰压套和锁紧套设为圆柱形，外周设有密封圈，在碰压套中部设有碰压套剪钉孔，在锁紧套上部设有锁紧套剪钉孔。

一级开关滑套胶塞上端设有矩形打捞螺纹的捞杆，与二级顶替碰压胶塞下端的卡瓦牙配合具有单向自锁机构且可退，能上行不能下行，若打捞遇卡，可通过旋转的方式，倒出矩形打捞螺纹实现可退。

二级顶替碰压胶塞上端设有矩形打捞螺纹的捞杆，与自锁可退式打捞筒下端的卡瓦牙配合具有单向自锁机构且可退，能上行不能下行，若打捞遇卡，可通过旋转的方式，倒出矩形打捞螺纹实现可退。 

一级开关滑套胶塞和二级顶替碰压胶塞设为铝骨架与橡胶整体硫化结构，增加了胶塞强度，防止胶塞在顶替钻井液过程中撕裂和损坏，确保固井施工顺利进行。

加长型双级并联座封套管外封隔器由两个单级套管外封隔器并联组成，提高了封隔效果，且其下端安放1～2个水泥伞,防止水泥浆下沉污染油层。

自锁可退式打捞筒设有打捞卡瓦，打捞卡瓦和二级顶替碰压胶塞的捞杆配合具有单向自锁机构，将无内管免钻塞装置内的一级开关滑套胶塞、二级顶替碰压胶塞一次捞出，打捞遇卡时，可通过旋转的方式，倒出矩形打捞螺纹实现可退。

本发明具有的主要优点：

1、水平井免钻注水泥装置具有无内管的大直径通道，使用井深无限制；在正常下固井管柱的状态下，避免下入过程中由于下钻速度快、顿钻、溜钻产生的液柱激动压力，确保固井管柱内外液体压力平衡，避免地层漏失产生低压或负压时，使加长型双级并联座封套管外封隔器座封不严或失效，导致固井施工失败，对漏失地层，进行循环钻井液堵住漏失地层的方法来处理，确保固井施工前，井况满足固井施工要求。

2、加长型双级并联座封套管外封隔器由两个单级套管外封隔器并联组成，且其下端安放1～2组固井用水泥伞,防止水泥浆下沉污染油层。

附图说明

以下结合附图对本发明做进一步说明

图1为本发明的结构示意图。

图中1-自锁可退式打捞筒、2-一级开关滑套胶塞、3-二级顶替碰压胶塞、4-无内管免钻装置、5-加长型双级并联座封套管外封隔器、6-水泥伞。

图2为本发明投放一级开关滑套胶塞，打开无内管免钻装置的注灰孔，建立循环示意图。

图3为本发明投放二级顶替碰压胶塞关闭无内管免钻装置注灰孔的示意图。

图4为本发明下钻打捞无内管免钻装置内的附件示意图。   

图5为本发明无内管免钻装置结构示意图。

图中4-1-主体套、4-2-碰压套、4-3-碰压套剪钉、4-4-外套、4-5-关闭套、4-6-注灰孔开关滑套、4-7-封隔器开关滑套、4-8-封隔器开关滑套剪钉、4-9-注灰孔开关滑套剪钉、4-10-锁紧套剪钉、4-11-锁紧套。

图6为本发明的一级开关滑套胶塞的结构示意图。

图中 3-1-捞杆、3-2-组合胶碗、3-3-密封圆面、3-4-卡瓦牙、3-5-捞体。

图7为本发明的二级顶替碰压胶塞的结构示意图。

图中 2-1-捞杆、2-2-碰压帽、2-3-组合胶碗、2-4-捞筒、2-5-卡瓦牙。

图8为本发明的自锁可退式打捞筒的结构示意图。

图中 1-1-上接头、2-2-捞筒、2-3-扶正块、2-4-卡瓦牙。  

具体实施例

为进一步公开本发明的技术方案，下面结合说明书附图通过实施案例作详细说明：

一种水平井免钻注水泥装置，包括无内管免钻装置4、一级开关滑套胶塞3、二级顶替碰压胶塞2、自锁可退式打捞筒1、加长型双级并联座封套管外封隔器5和水泥伞6；其特征在于：所述水平井免钻注水泥装置的连接关系按固井程序分程序连接：注前置液清洗井壁时，带有水泥伞6的加长型双级并联座封套管外封隔器5和无内管免钻塞装置4连接，且与固井管柱连接下入井底，形成套管与井壁之间的循环通道；进行注水泥固井时，一级开关滑套胶塞3中的密封圆面3-3与无内管免钻装置4中的封隔器开关滑套4-7相碰密封连接,封隔器开关滑套4-7下行打开封隔器连通孔，胀封加长型双级并联座封套管外封隔器5，继续打压，封隔器开关滑套4-7下行与注灰孔开关滑套4-6相碰连接，推动注灰孔开关滑套4-6下行打开注灰孔，进行注水泥作业，同时一级开关滑套胶塞3中的卡瓦牙3-4与无内管免钻装置4中的锁紧套4-11上的矩形螺纹配合连接，单向自锁且可退；固井、蹩压侯凝时，二级顶替碰压胶塞2与无内管免钻装置4投方式连接，在顶替液的作用下二级顶替碰压胶塞2中的碰压帽2-2与无内管免钻塞装置4中的碰压套4-2相碰连接，碰压套4-2下行打开关闭套4-5的连通孔，液体推动无内管免钻塞装置4中关闭套4-5下行，关闭无内管免钻塞装置4的注灰孔，同时二级顶替碰压胶塞2中的卡瓦牙2-5与一级开关滑套胶塞3中的捞杆3-1相碰卡瓦连接，待水泥浆凝固；下钻打捞时，自锁可退式打捞筒1中的卡瓦牙1-4通过打捞管柱与二级顶替碰压胶塞2中的捞杆2-1卡瓦连接，将无内管免钻塞装置内的附件一次捞出。

无内管免钻塞装置包括主体套4-1，碰压套4-2，碰压套剪钉4-3，外套4-4，关闭套4-5，注灰孔开关滑套4-6，封隔器开关滑套4-7，封隔器开关滑套剪钉4-8，注灰孔开关滑套剪钉4-9，锁紧套剪钉4-10和锁紧套4-11；包括套在主体套4-1外周的外套4-4、套在主体套4-1内周且上部与主体套4-1碰压套剪钉4-3连接的碰压套4-2，设在外套4-4下部与主体套4-1中部之间的关闭套4-5，设在主体套4-1中下部内周且与主体套4-1用注灰孔开关滑套剪钉4-9连接的注灰孔开关滑套4-6；设在主体套4-1下端部内周的且用锁紧套剪钉4-10连接的锁紧套4-11；设在注灰孔开关滑套4-6内周上部的且用封隔器开关滑套剪钉4-8连接的封隔器开关滑套4-7；在外套4-4和主体套4-1与关闭套4-5下边相对处设有同轴心的注灰孔，在主体套4-1与碰压套4-2的相对处的主体套4-1上设有碰压孔；在主体套4-1和注灰孔开关滑套4-6与封隔器开关滑套4-7的相对处设有同心的封隔器连通孔。

所述注灰孔开关滑套4-6内所设的封隔器开关滑套4-7，通过封隔器开关滑套4-7控制无内管免钻塞装置4和加长型双级并联座封套管外封隔器5之间的流通通道，在没有进行施工步骤的情况下，使加长型双级并联座封套管外封隔器5无法座封，防止在下入固井管柱的过程中加长型双级并联座封套管外封隔器5提前座封或是意外座封。

所述注灰孔开关滑套4-6上设有三道密封机构，在加长型双级并联座封套管外封隔器5完全胀封的状态下，注灰孔开关滑套4-6下行，密封无内管免钻塞装置4和加长型双级并联座封套管外封隔器5之间的流通通道，防止施工压力过高，加长型双级并联座封套管外封隔器5上的胶筒爆破，导致固井施工失败。

所述主体套4-1上所设的碰压套4-2靠O型密封圈密封通过碰压套剪钉4-3固定，防止在固井施工过程中关闭套4-5连通孔进液，关闭套4-5提前关闭注灰孔，导致固井失败。

所述关闭套4-5和外套4-4之间设有单向自锁机构，关闭套4-5只能下行不能上行，防止固井结束时，注灰孔在液柱压力的作用下再次打开，使固井水泥回流，导致固井失败。

所述主体套4-1内部所设的锁紧套4-11具有单向自锁机构，能上行不能下行，防止在施工过程中无内管免钻塞装置4内部的附件脱落，导致固井施工失败。

所述锁紧套4-11上设有矩形打捞螺纹，与一级开关滑套胶塞3上的卡瓦牙3-4配合具有单向自锁机构且可退，能上行不能下行，若打捞遇卡，可通过旋转的方式，倒出矩形打捞螺纹实现可退。

所述无内管免钻塞装置4采用无内管的设计，使套管内外处于连通状态，避免下入管柱过程中由于下钻速度快、顿钻、溜钻产生的液柱激动压力，确保完井管柱内外液体压力平衡，避免地层漏失产生低压或负压时，使加长型双级并联座封套管外封隔器5座封不严或失效，导致固井施工失败。

所述一级开关滑套胶塞3中的捞杆3-1上设有矩形打捞螺纹，与二级顶替碰压胶塞2中的卡瓦牙2-5下配合具有单向自锁机构且可退，能上行不能下行，若打捞遇卡，可通过旋转的方式，倒出矩形打捞螺纹实现可退。

所述二级顶替碰压胶塞2中的捞杆2-1上设有矩形打捞螺纹，与自锁可退式打捞筒1中的卡瓦牙1-4配合具有单向自锁机构且可退，能上行不能下行，若打捞遇卡，可通过旋转的方式，倒出矩形打捞螺纹实现可退。 

所述一级开关滑套胶塞3中的组合胶碗3-2和二级顶替碰压胶塞2中的组合胶碗2-3为铝骨架与橡胶整体硫化一体，增加了胶塞强度，防止胶塞在顶替钻井液过程中撕裂和损坏，确保固井施工顺利进行。

所述加长型双级并联座封套管外封隔器5由两个单级套管外封隔器并联组成，提高了封隔效果，且其下端安放1～2个水泥伞6,防止水泥浆下沉污染油层。

所述下入自锁可退式打捞筒1将水平井免钻注水泥装置内的附件全部捞出，形成无内管免钻装置4与套管相同的内通径，不影响采油管柱设计。

该装置具体实施程序如下：

a、先随固井管柱一起下入下部带水泥伞6的加长型双级并联座封套管外封隔器5和无内管免钻装置4；

b、小排量、低转速开泵循环处理钻井液，清洗套管与井壁之间的脏物，发生井漏时，进行注水泥浆，循环堵漏直至满足固井施工要求；

c、从井口水泥头投入一级开关滑套胶塞3，胀封加长型双级并联座封套管外封隔器5，打开无内管免钻装置4的注灰孔，建立循环通道，先循环钻井液，直到达到固井要求和制定的技术指标后注水泥浆，进行固井；

d、从水泥头投入二级顶替碰压胶塞2，关闭无内管免钻装置4上的注灰孔、带压候凝；

e、下自锁可退式打捞筒1，打捞无内管免钻装置4内部的全部附件；

f、下入PDC钻头或铣锥通井。

胀封加长型双级并联座封套管外封隔器5时用泵车小排量打压，分别打压到5.5MPa稳压两分钟开启加长型双级并联座封套管外封隔器5的水眼通道，继续打压7.5MPa稳压3分钟充分胀加长型双级并联座封套管外封隔器5，然后打压到9MPa稳压关闭加长型双级并联座封套管外封隔器5的水眼通道，继续打压至16～19MPa，同时观察泵车压力表，当压力表瞬间下降时，环空返出钻井液，证明注水泥通道开启建立循环，记录好开启压力。

注水泥浆固井达到技术指标时投放二级顶替碰压胶塞2关闭无内管免钻装置4上的注灰孔，打压23MPa，稳压两分钟，观察压力表有无变化，然后放压至12MPa后再次打压至23MPa稳压一分钟，放压至高于环空压力1MPa后关闭阀门候凝4小时。

Claims (10)

1.一种水平井免钻注水泥装置，所述水平井免钻注水泥装置包括无内管免钻装置、一级开关滑套胶塞、二级顶替碰压胶塞、自锁可退式打捞筒、加长型双级并联座封套管外封隔器和水泥伞；其特征在于：所述水平井免钻注水泥装置的连接关系为按固井程序分程序连接：注前置液清洗井壁时，带有水泥伞的加长型双级并联座封套管外封隔器和无内管免钻塞装置连接，且与固井管柱连接下入井底，形成套管与井壁之间的循环通道；进行注水泥固井时，一级开关滑套胶塞与无内管免钻装置投方式连接, 一级开关滑套胶塞在泵压的作用下与封隔器开关滑套相碰连接，封隔器开关滑套下行打开封隔器连通通道,胀封加长型双级并联座封套管外封隔器，继续蹩压，封隔器开关滑套下行推动注灰孔开关滑套下行，打开注灰孔，进行注水泥作业；固井、蹩压侯凝时，二级顶替碰压胶塞与无内管免钻装置投方式连接，二级顶替碰压胶塞在顶替液的作用下与无内管免钻塞装置中的碰压套相碰连接，推动碰压套下行，打开关闭套的连通孔，液体推动无内管免钻塞装置中关闭套下行，关闭无内管免钻塞装置的注灰孔，待水泥浆凝固，且与一级开关滑套胶塞相碰卡瓦连接；下钻打捞时，自锁可退式打捞筒通过打捞管柱与二级顶替碰压胶塞卡瓦连接，将无内管免钻塞装置内的附件一次捞出。

2.根据权利要求1所述的水平井免钻注水泥装置，其特征在于：无内管免钻塞装置包括套在主体套外周的外套、套在主体套内周且上部与主体套碰压剪钉连接的碰压套，设在外套下部与主体套中部之间的关闭套，设在主体套中下部内周且与主体套用注灰孔开关滑套剪钉连接的注灰套；设在主体套下端部内周的且用锁紧套剪钉连接的锁紧套；设在注灰套内周上部的且用封隔器开关滑套剪钉连接的封隔器开关滑套；在外套和主体套与关闭套下边相对处设有同轴心的注灰孔，在主体套与碰压套的相对处的主体套上设有碰压孔；在主体套和注灰套与封隔器开关滑套的相对处设有同心的封隔器连通孔。

3.根据权利要求1或2所述的水平井免钻注水泥装置，其特征在于：主体套设为圆柱形，上端部直径大于下部直径，上端部设有与套管连接的母螺纹，下端部设有与带有水泥伞的加长型双级并联座封套管外封隔器螺纹连接的公螺纹，在上端部变径台阶下边与碰压套的相对处设有碰压套剪钉孔即关闭套的连通孔，在主体套的下部设有注灰套的剪钉孔和锁紧套的剪钉孔。

4.根据权利要求1或2所述的水平井免钻注水泥装置，其特征在于：注灰孔开关滑套设为圆柱形，上部内径大于下端部内径，下端部设有注灰孔打开剪钉孔，中上部设有封隔器开关滑套剪钉孔，外周设有密封圈，上端处在主体套注灰孔的上部。

5.根据权利要求1或2所述的水平井免钻注水泥装置，其特征在于：碰压套和锁紧套设为圆柱形，碰压套外周设有密封圈，在碰压套中部设有碰压套剪钉孔，在锁紧套上部设有锁紧套剪钉孔。

6.根据权利要求1所述的水平井免钻注水泥装置，其特征在于：一级开关滑套胶塞上端设有矩形打捞螺纹的捞杆，与二级顶替碰压胶塞下端的卡瓦牙配合具有单向自锁机构且可退，能上行不能下行，若打捞遇卡，可通过旋转的方式，倒出矩形打捞螺纹实现可退。

7.根据权利要求1所述的水平井免钻注水泥装置，其特征在于：二级顶替碰压胶塞上端设有矩形打捞螺纹的捞杆，与自锁可退式打捞筒下端的卡瓦牙配合具有单向自锁机构且可退，能上行不能下行，若打捞遇卡，可通过旋转的方式，倒出矩形打捞螺纹实现可退。

8.根据权利要求1所述的水平井免钻注水泥装置，其特征在于：一级开关滑套胶塞和二级顶替碰压胶塞设为铝骨架与橡胶整体硫化结构，增加了胶塞强度，防止胶塞在顶替钻井液过程中撕裂和损坏，确保固井施工顺利进行。

9.根据权利要求1所述的水平井免钻注水泥装置，其特征在于：加长型双级并联座封套管外封隔器由两个单级套管外封隔器并联组成，提高了封隔效果，且其下端安放1～2个水泥伞,防止水泥浆下沉污染油层。

10.根据权利要求1所述的水平井免钻注水泥装置，其特征在于：自锁可退式打捞筒设有打捞卡瓦，打捞卡瓦和二级顶替碰压胶塞的捞杆配合具有单向自锁机构，将无内管免钻塞装置内的一级开关滑套胶塞、二级顶替碰压胶塞一次捞出，打捞遇卡时，可通过旋转的方式，倒出矩形打捞螺纹实现可退。