CN107542424A - 一种水平井泥浆驱动牵引机器人辅助下套管的固井系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水平井泥浆驱动牵引机器人辅助下套管的固井系统，它包括套管（4）、设置于地面上的地面信号监控系统（1）、泥浆回收系统（2）和泥浆排量打压系统（3），套管（4）的前端处顺次连接有注水泥开关（13）、泥浆牵引机器人（5）、短套管柱（6）和引鞋（8），套管（4）的前部设置有固井扶正器（12），地面信号监控系统（1）与泥浆排量打压系统（3）连接。本发明的有益效果是：能够从根本上解决水平井下套管在弯曲段和水平段的下入难题，使水平井套管下达预定位置，并且减少套管下入卡套及损坏的可能性，提高固井效率与质量，有效降低固井与完井时间，提高作业效率，大大降低作业成本。

Description

一种水平井泥浆驱动牵引机器人辅助下套管的固井系统及 方法

技术领域

本发明涉及油气井中水平井固井技术领域，特别是一种水平井泥浆驱动牵引机器人辅助下套管的固井系统及方法。

背景技术

自水平井和大位移井问世以来,如何保证水平井、大位移井尤其是大位移水平井套管的安全下入，一直是油气井固井领域研究的话题。在石油井水平井固井作业中下入套管的过程通常是依靠套管自身重力，水平井下套管的最大难题是套管在水平井段难以下至预定位置。套管下入过程中的阻力主要可分为两部分,其一是通过急弯时的局部阻力，由井眼条件决定,主要影响因素是该井的最大全角变化率；其二是套管与井壁的摩阻力，由相当于水平位移长度的套管重力和套管与井壁的摩擦系数决定。套管能否顺利下入，取决于套管自重力是否大于上述两部分阻力。随着井斜角的增加，套管下入水平井倾斜段后就紧贴井眼下方井壁，进入水平段后就平躺在下井壁上，造成推动力减小，同时使地层对套管的摩阻增大，引起套管下入困难。

常规下套管技术主要通过减小摩阻来降低下套管的难度，此种方法没能从根本上解决下套管难题，且随着井深的增加，此种方法会遭遇下入深度极限，深井或超深井套管下入难题已成为制约此类井的固完井技术发展的重要原因，特别是深井或超深水平井通常存在套管下入困难的情况，为降低套管下入过程中的摩阻，国内外多位学者和团体进行了相关的研究下套管工艺：漂浮下套管技术、“上提下冲”下套管技术、扶正器安装及套管串优化技术、旋转下套管技术、泥浆性能优化技术等，但都是仅仅是从减小套管与井壁摩阻方式入手，综上所述，可以发现这些常用的下套管工艺并未从提供一个直接的轴向牵引力辅助下套管方法入手。

中国专利申请号为201420366574.6中公开了涡轮驱动式水平井套管牵引器，经过认真研读与对比，有以下四点总结：1.虽说是水平井套管牵引器，但是未直接提供轴向拉力拉动套管：该专利是靠涡轮带动钻头径向旋转来切削扩孔，仅仅通过减少套管与井壁的摩阻，未见其提供直接轴向力来牵引套管；2.由于钻井液的滤失带给钻头过于高的转速时，造成钻头提供的径向力不稳定和此时套管下入惯性力共同作用，造成挤压，损坏套管；3.PDC钻头成本高：钻头在切削扩孔的时会遇到不同岩性的岩石，若钻头因遇到较硬夹层，会损坏钻头，导致浪费成本，并使工作不能正常进行；4.该牵引器不能控制速度的大小，又套管下入水平段过程下入速度不宜过高，当此时该牵引器使套管过高速前进，会使得套管挤压受损以及井壁破坏；综上所述，该涡轮驱动式水平井套管牵引器在应用上存在较大问题。

发明内容

本发明从根本上解决水平井下套管在弯曲段和水平段的下入难题，使水平井套管下达预定位置，提供一种减少套管下入卡套及损坏的可能性、提高固井效率与质量、有效降低固井与完井时间、提高作业效率、极大降低作业成本的水平井泥浆驱动牵引机器人辅助下套管的固井系统及方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种水平井泥浆驱动牵引机器人辅助下套管的固井系统，它包括套管、设置于地面上的地面信号监控系统、泥浆回收系统和泥浆排量打压系统，所述套管的前端处顺次连接有注水泥开关、泥浆牵引机器人、短套管柱和引鞋，套管的前部设置有固井扶正器，固井扶正器位于注水泥开关后端，短套管柱内设置有单向节流阀组，注水泥开关与地面信号监控系统连接，地面信号监控系统与泥浆排量打压系统连接。

所述的泥浆牵引机器人上安装有位移传感器、速度传感器以及泥浆机器人无线启动开关。

所述的位移传感、速度传感器、泥浆机器人无线启动开关以及注水泥开关均与地面信号监控系统通过无线信号进行连接。

所述的水平井泥浆驱动牵引机器人辅助下套管的固井系统的固井方法，它包括以下步骤：

S1、在下入套管之前，对水平井进行整体数据采集，根据采集的数据来分析井况；

S2、在套管的前部顺次安装注水泥开关、泥浆牵引机器人、短套管柱和引鞋，在短套管柱内安装单向节流阀组；

S3、在地面将泥浆牵引机器人、位移传感器、速度传感器、泥浆机器人无线启动开关进行初始化设置，随后将套管、短套管柱、引鞋、固井扶正器、注水泥开关一同下入水平井的垂直段内；将泥浆排量打压系统的泥浆出口经泥浆管线A与套管的进浆口连接；在泥浆回收系统的回浆口处连接泥浆管线B，并将泥浆管线B伸入于套管与水平井垂直段的环空中；

S4、当套管在下入到水平井的弯曲段或水平段遇阻时，通过地面信号监控系统打开泥浆机器人无线启动开关和泥浆排量打压系统，此时泥浆牵引机器人开启，而地面泥浆排量打压系统排出泥浆经泥浆管线A进入套管内，高压泥浆提供给泥浆牵引机器人轴向牵引力使其前进，同时位移传感器和速度传感器实时传递速度和位移信息给地面信号监控系统，地面信号监控系统接收到速度和位移信息后通过控制地面泥浆排量打压系统的泥浆排量来控制泥浆牵引机器人的牵引速度，使套管以适宜速度下入到水平段；泥浆驱动泥浆牵引机器人后，返排的泥浆经单向节流阀组流出，随后顺次经环空、泥浆管线B回流至泥浆回收系统中收集；

S5、当套管下入到设计井深后，通过地面信号控制系统关闭泥浆机器人无线启动开关，泥浆牵引机器人停止运行；

S6、开始注水泥固井作业，控制注水泥开关打开，往套管中注入水泥浆，水泥浆从注水泥开关中流出，循环泥浆，水泥浆在水平井中候凝，当注水泥结束后即实现了固井。

所述的步骤S4中，当套管需要低速牵引时，减小泥浆排量打压系统的排量；当套管需要加速时，加大泥浆排量；当套管需要较大牵引力时，通过泥浆排量打压系统增加泥浆压力，当套管需要减小牵引力时，通过泥浆排量打压系统减小泥浆压力。

所述的步骤S5中，当泥浆牵引机器人停止运行后，将泥浆牵引机器人随套管一同留于井下，不必起出，并随套管一起注水泥，从而封固于井底。

本发明具有以下优点：本发明能够从根本上解决水平井下套管在弯曲段和水平段的下入难题，使水平井套管下达预定位置，并且减少套管下入卡套及损坏的可能性，提高固井效率与质量，有效降低固井与完井时间，提高作业效率，大大降低作业成本。

附图说明

图1 为本发明的结构示意图；

图2 为本发明固井方法的流程图；

图中，1-地面信号监控系统，2-泥浆回收系统，3-泥浆排量打压系统，4-套管，5-泥浆牵引机器人，6-短套管柱，7-单向节流阀组，8-引鞋，9-位移传感器，10-速度传感器，11-泥浆机器人无线启动开关，12-固井扶正器，13-注水泥开关，14-泥浆管线A，15-泥浆管线B，16-水平井。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：

如图1~2所示，一种水平井泥浆驱动牵引机器人辅助下套管的固井系统，它包括套管4、设置于地面上的地面信号监控系统1、泥浆回收系统2和泥浆排量打压系统3，所述套管4的前端处顺次连接有注水泥开关13、泥浆牵引机器人5、短套管柱6和引鞋8，套管4的前部设置有固井扶正器12，固井扶正器12位于注水泥开关13后端，短套管柱6内设置有单向节流阀组7，注水泥开关13与地面信号监控系统1连接，地面信号监控系统1与泥浆排量打压系统3连接。

所述的泥浆牵引机器人5上安装有位移传感器9、速度传感器10以及泥浆机器人无线启动开关11。

所述的位移传感器9、速度传感器10、泥浆机器人无线启动开关11以及注水泥开关13均与地面信号监控系统1通过无线信号进行连接。

所述的水平井泥浆驱动牵引机器人辅助下套管的固井系统的固井方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、在下入套管4之前，对水平井16进行整体数据采集，根据采集的数据来分析井况；

S2、在套管4的前部顺次安装注水泥开关13、泥浆牵引机器人5、短套管柱6和引鞋8，在短套管柱6内安装单向节流阀组7；

S3、在地面将泥浆牵引机器人5、位移传感器9、速度传感器10、泥浆机器人无线启动开关11进行初始化设置，随后将套管4、短套管柱6、引鞋8、固井扶正器12、注水泥开关13一同下入水平井16的垂直段内；将泥浆排量打压系统3的泥浆出口经泥浆管线A14与套管4的进浆口连接；在泥浆回收系统2的回浆口处连接泥浆管线B15，并将泥浆管线B15伸入于套管4与水平井16垂直段的环空中；

S4、当套管4在下入到水平井16的弯曲段或水平段遇阻时，通过地面信号监控系统1打开泥浆机器人无线启动开关11和泥浆排量打压系统3，此时泥浆牵引机器人5开启，而地面泥浆排量打压系统3排出泥浆经泥浆管线A14进入套管4内，高压泥浆提供给泥浆牵引机器人5轴向牵引力使其前进，因此在不需要电缆提供动力的情况下，利用高压泥浆提供给机器人轴向牵引力来拉动套管，从而拖拽套管水平移动；同时位移传感器9和速度传感器10实时传递速度和位移信息给地面信号监控系统1，地面信号监控系统1接收到速度和位移信息后通过控制地面泥浆排量打压系统3的泥浆排量来控制泥浆牵引机器人5的牵引速度，使套管4以适宜速度下入到水平段；泥浆驱动泥浆牵引机器人5后，返排的泥浆经单向节流阀组7流出，随后顺次经环空、泥浆管线B15回流至泥浆回收系统2中收集；

S5、当套管4下入到设计井深后，通过地面信号控制系统1关闭泥浆机器人无线启动开关11，泥浆牵引机器人5停止运行；所述的步骤S5中，当泥浆牵引机器人5停止运行后，将泥浆牵引机器人5随套管4一同留于井下，不必起出，并随套管一起注水泥，从而封固于井底。

、开始注水泥固井作业，控制注水泥开关13打开，往套管4中注入水泥浆，水泥浆从注水泥开关13中流出，循环泥浆，水泥浆在水平井16中候凝，当注水泥结束后即实现了固井。

所述的步骤S4中，当套管4需要低速牵引时，减小泥浆排量打压系统3的排量；当套管4需要加速时，加大泥浆排量；当套管4需要较大牵引力时，通过泥浆排量打压系统3增加泥浆压力，当套管4需要减小牵引力时，通过泥浆排量打压系统3减小泥浆压力。

该系统能够从根本上解决水平井下套管在弯曲段和水平段的下入难题，使水平井套管下达预定位置，并且减少套管下入卡套及损坏的可能性，提高固井效率与质量，有效降低固井与完井时间，提高作业效率，大大降低作业成本。

Claims (6)

1.一种水平井泥浆驱动牵引机器人辅助下套管的固井系统，其特征在于：它包括套管（4）、设置于地面上的地面信号监控系统（1）、泥浆回收系统（2）和泥浆排量打压系统（3），所述套管（4）的前端处顺次连接有注水泥开关（13）、泥浆牵引机器人（5）、短套管柱（6）和引鞋（8），套管（4）的前部设置有固井扶正器（12），固井扶正器（12）位于注水泥开关（13）后端，短套管柱（6）内设置有单向节流阀组（7），注水泥开关（13）与地面信号监控系统（1）连接，地面信号监控系统（1）与泥浆排量打压系统（3）连接。

2.根据权利要求1所述的一种水平井泥浆驱动牵引机器人辅助下套管的固井系统，其特征在于：所述的泥浆牵引机器人（5）上安装有位移传感器（9）、速度传感器（10）以及泥浆机器人无线启动开关（11）。

3.根据权利要求2所述的一种水平井泥浆驱动牵引机器人辅助下套管的固井系统，其特征在于：所述的位移传感器（9）、速度传感器（10）、泥浆机器人无线启动开关（11）以及注水泥开关（13）均与地面信号监控系统（1）通过无线信号进行连接。

4.根据权利要求1~3中任意一项所述的水平井泥浆驱动牵引机器人辅助下套管的固井系统的固井方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、在下入套管（4）之前，对水平井（16）进行整体数据采集，根据采集的数据来分析井况；

S2、在套管（4）的前部顺次安装注水泥开关（13）、泥浆牵引机器人（5）、短套管柱（6）和引鞋（8），在短套管柱（6）内安装单向节流阀组（7）；

S3、在地面将泥浆牵引机器人（5）、位移传感器（9）、速度传感器（10）、泥浆机器人无线启动开关（11）进行初始化设置，随后将套管（4）、短套管柱（6）、引鞋（8）、固井扶正器（12）、注水泥开关（13）一同下入水平井（16）的垂直段内；将泥浆排量打压系统（3）的泥浆出口经泥浆管线A（14）与套管（4）的进浆口连接；在泥浆回收系统（2）的回浆口处连接泥浆管线B（15），并将泥浆管线B（15）伸入于套管（4）与水平井（16）垂直段的环空中；

S4、当套管（4）在下入到水平井（16）的弯曲段或水平段遇阻时，通过地面信号监控系统（1）打开泥浆机器人无线启动开关（11）和泥浆排量打压系统（3），此时泥浆牵引机器人（5）开启，而地面泥浆排量打压系统（3）排出泥浆经泥浆管线A（14）进入套管（4）内，高压泥浆提供给泥浆牵引机器人（5）轴向牵引力使其前进，同时位移传感器（9）和速度传感器（10）实时传递速度和位移信息给地面信号监控系统（1），地面信号监控系统（1）接收到速度和位移信息后通过控制地面泥浆排量打压系统（3）的泥浆排量来控制泥浆牵引机器人（5）的牵引速度，使套管（4）以适宜速度下入到水平段；泥浆驱动泥浆牵引机器人（5）后，返排的泥浆经单向节流阀组（7）流出，随后顺次经环空、泥浆管线B（15）回流至泥浆回收系统（2）中收集；

S5、当套管（4）下入到设计井深后，通过地面信号控制系统（1）关闭泥浆机器人无线启动开关（11），泥浆牵引机器人（5）停止运行；

S6、开始注水泥固井作业，控制注水泥开关（13）打开，往套管（4）中注入水泥浆，水泥浆从注水泥开关（13）中流出，循环泥浆，水泥浆在水平井（16）中候凝，当注水泥结束后即实现了固井。

5.根据权利要求4所述的水平井泥浆驱动牵引机器人辅助下套管的固井系统的固井方法，其特征在于：所述的步骤S4中，当套管（4）需要低速牵引时，减小泥浆排量打压系统（3）的排量；当套管（4）需要加速时，加大泥浆排量；当套管（4）需要较大牵引力时，通过泥浆排量打压系统（3）增加泥浆压力，当套管（4）需要减小牵引力时，通过泥浆排量打压系统（3）减小泥浆压力。

6.根据权利要求4所述的水平井泥浆驱动牵引机器人辅助下套管的固井系统的固井方法，其特征在于：所述的步骤S5中，当泥浆牵引机器人（5）停止运行后，将泥浆牵引机器人（5）随套管（4）一同留于井下，不必起出，并随套管一起注水泥，从而封固于井底。