CN106437608B - 一种免钻式分级注水泥方法及注水泥器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种免钻式分级注水泥方法及注水泥器，该注水泥器是由全通径压差式分级箍、橡胶塞和重力锤组成，所述的全通径压差式分级箍包括套管以及连接在套管两端的上接箍和下接箍，在套管内壁上从上到下分别设置有注浆孔和环形卡槽，在套管的外壁上位于注浆孔的位置套有压差套筒，在套管与压差套筒之间设置有可以上下滑动的密封套筒，在密封套筒的前端封盖在注浆孔上，其后端与弹簧弹性接触。本发明采用填充物的橡胶塞可随环境温度的变化而发生膨胀，而固井作业中分级箍所处的井深位置的温度通常都在100℃以上，使得橡胶塞触发膨胀的条件更加可靠，达到常规固井胶塞的固井效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种免钻式分级注水泥方法及注水泥器，属于固井技术领域。
背景技术
固井是钻完井过程中的重要作业，随着油田的逐步开发，地下地层情况越来越复杂，在高压下地层变得非常容易漏失，给固井作业带来了极大的困难和挑战。目前的常规分级固井工艺还存在很多不足，免钻分级固井是能解决该困难的比较前沿的一项固井工艺技术，该工艺免去了注水泥后的钻塞流程，缩短了工程周期，降低了施工成本，同时该技术延长了油井的开采寿命，对提高其综合开采价值效果显著。
目前，采用现有的免钻分级箍固井技术完成双级固井作业后，分级箍内的胶塞和胶塞座有以下两种下落方式：第一种，用完井的采油管柱通井时，将胶塞和胶塞座通落至井底；第二种，用开孔的重力塞带动胶塞和胶塞座下落至井底。然而上述两种方式均存在以下不足：第一种方式，在下管柱通井前，无法进行完井电测作业；第二种方式，传统的分级注水泥采用的胶塞系统(即挠性塞、打开塞和关闭塞)由于橡胶塞的材质较软，无法有效清理套管内壁上的水泥块，从而导致后期分级注水泥器内部的胶塞无法顺利自由下落到井底。
发明内容
为了顺利进行完井电测作业以及保证胶塞顺利自由下落到井底，本发明提供了一种安全可靠、成本较低、固井效率高的免钻式分级注水泥方法及注水泥器，既起到常规固井胶塞的作用，又能保障胶塞顺利、可靠地下落到井底，实现真正意义上的全通径。
本发明的技术方案：一种免钻式分级注水泥方法，按照固井程序进行一级注水泥作业，第一级固井结束后，在第二级注水泥作业前将橡胶塞用泥浆泵送到分级箍内，此时橡胶塞内的填充物在井下高温作用下由固态变为液态，并使橡胶塞的体积膨胀，使膨胀后的橡胶塞在分级箍内实现座封，从而将分级箍内循环通道封堵，使水泥浆从分级箍外壁上的注浆孔向外上返，完成第二级固井作业；当第二级固井作业完成后，将重力锤从井口投入套管内，重力锤依靠重力自由下落，到达橡胶塞时通过重力锤下端的尖刺将橡胶塞刺穿，使橡胶塞内已经融化的填充物流出，橡胶塞收缩到原来尺寸并小于套管的内径，这样橡胶塞被重力锤推到井底，从而达到免钻的目的。
所述的填充物的融点为54～56℃。
同时，本发明还提供一种免钻式分级注水泥器，它是由全通径压差式分级箍、橡胶塞和重力锤组成，所述的全通径压差式分级箍包括套管以及连接在套管两端的上接箍和下接箍，在套管内壁上从上到下分别设置有注浆孔和环形卡槽，在套管的外壁上位于注浆孔的位置套有压差套筒，在套管与压差套筒之间设置有可以上下滑动的密封套筒，在密封套筒的前端封盖在注浆孔上，其后端与弹簧弹性接触。
所述的橡胶塞由丁腈橡胶外壳和填充在丁腈橡胶外壳内的填充物构成，在丁腈橡胶外壳的外径上设置有与环形卡槽配合的环形凸台。
所述的重力锤包括铝合金外壳以及设置在铝合金外壳内的铅芯，在铝合金外壳的外圆周设置有均布的扶正条，在铝合金外壳的下端设置有钢芯，尖刺连接在钢芯下端。
所述的尖刺由三条棱边构成，相邻的棱边之间设置有弧形凹槽。
由于采用上述技术方案，本发明的优点在于：
1、本发明采用填充有石蜡的橡胶塞可随环境温度的变化而发生膨胀，而固井作业中分级箍所处的井深位置的温度通常都在100℃以上，石蜡在该温度下融化，使得橡胶塞触发膨胀的条件更加可靠，达到常规固井胶塞的固井效果；
2、在解封作业时，通过投入重力锤对橡胶塞进行刺穿，可使膨胀的橡胶塞立即将石蜡泄漏并且外径缩小，同时利用重力锤的重力将其迅速推到井底，比起传统的免钻方式分级箍的下落方式稳定性和可靠性更强，实现真正意义上的全通径；
3、本发明中的橡胶塞和重力锤的制造加工更加的简单容易，生产制造成本更加经济。
附图说明
图1为本发明中的橡胶塞实现座封时的结构示意图；
图2为本发明中的橡胶塞被重力锤刺穿时的结构示意图；
图3为本发明中的橡胶塞随重力锤下落时的结构示意图；
图4为本发明中的橡胶塞的结构示意图；
图5为本发明中的重力锤的结构示意图；
图6为图5的A-A剖视图；
图7为图5的B-B剖视图。
附图标记说明：1-上接箍，2-重力锤，3-套管，4-弹簧，5-密封套管，6-橡胶塞，7-下接箍，8-环形卡槽，9-弧形凹槽，10-注浆孔，11-压差套筒，12-全通径压差式分级箍，13-丁腈橡胶外壳，14-填充物，15-环形凸台，16-铝合金外壳，17-铅芯，18-扶正条，19-钢芯，20-尖刺，21-棱边。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明的实施例：本发明的免钻式分级注水泥器的结构示意图如图1～3所示，它是由全通径压差式分级箍12、橡胶塞6和重力锤2组成，所述的全通径压差式分级箍12包括套管3以及连接在套管3两端的上接箍1和下接箍7，在套管3内壁上从上到下分别设置有注浆孔10和环形卡槽8，在套管3的外壁上位于注浆孔10的位置套有压差套筒11，在套管3与压差套筒11之间设置有可以上下滑动的密封套筒5，在密封套筒5的前端封盖在注浆孔10上，其后端与弹簧4弹性接触。参见图4，所述的橡胶塞6由丁腈橡胶外壳13和填充在丁腈橡胶外壳13内的填充物14构成，填充物14可选用融点为54～56℃的石蜡；在丁腈橡胶外壳13的外径上设置有与环形卡槽8配合的环形凸台15。参见图5及图6，所述的重力锤6包括铝合金外壳16以及设置在铝合金外壳16内的铅芯17，在铝合金外壳16的下端设置有钢芯19，尖刺20连接在钢芯19下端，所述的尖刺20由三条棱边21构成，相邻的棱边21之间设置有弧形凹槽22，因此，当重力锤2上的尖刺20刺穿橡胶塞6时，橡胶塞6内的填充物14便可从尖刺20相邻的棱边21之间的弧形凹槽22中流出。另外，为了保证重力锤2进入套管3后自由下落的稳定性，在铝合金外壳16的外壁上设置有扶正条18。
本发明的工作原理：按照固井程序进行一级注水泥作业，第一级固井结束后，参见图2，在第二级注水泥作业前将橡胶塞6用泥浆泵送到全通径压差式分级箍12内，由于固井作业中全通径压差式分级箍12所处的井深位置的温度通常都在100℃以上，因此橡胶塞6内的石蜡在井下高温作用下由固态变为液态，并使橡胶塞6的体积膨胀，使膨胀后的橡胶塞6上的环形凸台15卡在全通径压差式分级箍12内的环形卡槽8内实现座封，从而将全通径压差式分级箍12内循环通道封堵，此时全通径压差式分级箍12内的压力逐渐增大，使遮挡在注浆孔10上的密封套筒5向后缩回，注浆孔10打开，使水泥浆从全通径压差式分级箍12外壁上的注浆孔10向外上返，完成第二级固井作业；参见图1，当第二级固井作业完成后，将重力锤2从井口投入全通径压差式分级箍12的套管3内，重力锤2依靠重力自由下落，到达橡胶塞6时通过重力锤2下端的尖刺20将橡胶塞6刺穿，使橡胶塞6内已经融化的石蜡流出，参见图3，橡胶塞6收缩到原来尺寸并小于套管的内径，这样橡胶塞6被重力锤2推到井底，从而达到免钻的目的。
Claims (4)
1.一种免钻式分级注水泥器，它是由全通径压差式分级箍（12）、橡胶塞（6）和重力锤（2）组成，其特征在于：所述的全通径压差式分级箍（12）包括套管（3）以及连接在套管（3）两端的上接箍（1）和下接箍（7），在套管（3）内壁上从上到下分别设置有注浆孔（10）和环形卡槽（8），在套管（3）的外壁上位于注浆孔（10）的位置套有压差套筒（11），在套管（3）与压差套筒（11）之间设置有可以上下滑动的密封套筒（5），在密封套筒（5）的前端封盖在注浆孔（10）上，其后端与弹簧（4）弹性接触；所述的橡胶塞（6）由丁腈橡胶外壳（13）和填充在丁腈橡胶外壳（13）内的填充物（14）构成，填充物（14）选用融点为54～56℃的石蜡，在丁腈橡胶外壳（13）的外径上设置有与环形卡槽（8）配合的环形凸台（15）。
2.根据权利要求1所述的免钻式分级注水泥器，其特征在于：所述的重力锤（2）包括铝合金外壳（16）以及设置在铝合金外壳（16）内的铅芯（17），在铝合金外壳（16）的外圆周设置有均布的扶正条（18），在铝合金外壳（16）的下端设置有钢芯（19），尖刺（20）连接在钢芯（19）下端。
3.根据权利要求2所述的免钻式分级注水泥器，其特征在于：所述的尖刺（20）由三条棱边（21）构成，相邻的棱边（21）之间设置有弧形凹槽（22）。
4.一种采用权利要求1～3任意一项所述免钻式分级注水泥器的免钻式分级注水泥方法，其特征在于：按照固井程序进行一级注水泥作业，第一级固井结束后，在第二级注水泥作业前将橡胶塞用泥浆泵送到分级箍内，此时橡胶塞内的填充物在井下高温作用下由固态变为液态，并使橡胶塞的体积膨胀，使膨胀后的橡胶塞在分级箍内实现座封，从而将分级箍内循环通道封堵，使水泥浆从分级箍外壁上的注浆孔向外上返，完成第二级固井作业；当第二级固井作业完成后，将重力锤从井口投入套管内，重力锤依靠重力自由下落，到达橡胶塞时通过重力锤下端的尖刺将橡胶塞刺穿，使橡胶塞内已经融化的填充物流出，橡胶塞收缩到原来尺寸并小于套管的通径，这样橡胶塞被重力锤推到井底，从而达到免钻的目的。
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