CN108119091B - 一种固井完井管柱及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固井完井管柱及方法，属于石油开采装备领域。该管柱包括：由上至下顺次连接并导通的套管串、上封隔器、环空套、下封隔器、球座套、浮鞋。该管柱还包括通过剪钉设置在球座套内的球座，且在上封隔器的上端设置有水泥浆出孔，下封隔器的下端设置有水泥浆进孔。环空套的壁内设置有环形空腔，其上、下两端分别与水泥浆出孔和水泥浆进孔连通。本发明通过上、下封隔器将油层隔离，水泥浆将不与油层直接接触，避免了水泥浆对油层造成污染，又能避免水泥浆将油层压漏，解决了油层漏失问题。综上，本发明提供的固井完井管柱及方法在确保固井完井作业的同时，还能提高固井完井作业的成功率。

Description

一种固井完井管柱及方法

技术领域

本发明涉及石油开采装备领域，特别涉及一种固井完井管柱及方法。

背景技术

固井完井作业作为油田开采领域必不可少的一环，不仅关系到油井能否顺利完成，还影响投产后油井质量好坏、寿命长短及产量高低。为了提高固井完井质量并减少事故率，有必要提供一种有效的固井完井管柱。

现有技术提供了这样一种固井完井管柱：该管柱包括完井套管、胶塞、注水泥器、套管外封隔器和盲板。完井套管下入井筒中，其下部顺次安装连接有注水泥器、套管外封隔器和盲板，完井套管内安置有胶塞。应用时，井筒内下该固井完井管柱，打压套管外封隔器，洗井，注入水泥浆，注入设计量的溶解液，释放胶塞至设计位置，使水泥浆进入管柱和井筒的环形空间，侯凝，实现固井完井作业。

发明人发现现有技术至少存在以下问题：

固井完井过程中，进入井筒内部的水泥浆可能对油层造成污染，且油层承压能力有限，密度较大的水泥浆极易将油层压漏，造成严重漏失，导致固井完井作业失败。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种固井完井管柱及方法。具体技术方案如下：

第一方面，提供了一种固井完井管柱，所述管柱包括：

由上至下顺次连接并导通的套管串、上封隔器、环空套、下封隔器、球座套、浮鞋；

所述管柱还包括球座，通过剪钉设置在所述球座套内；

所述上封隔器的上端设置有水泥浆出孔；

所述下封隔器的下端设置有水泥浆进孔；

所述环空套的壁内设置有环形空腔，且所述环形空腔的上、下两端分别与所述水泥浆出孔和所述水泥浆进孔连通。

具体地，作为优选，所述管柱还包括浮箍，上、下两端分别与所述球座套的下端和所述浮鞋的上端连接。

具体地，作为优选，所述浮箍的上端设置有滤网。

具体地，作为优选，所述管柱还包括：套管短节，设置在所述浮箍上、下两端，分别用于与所述球座套的下端和所述浮鞋的上端连接。

具体地，作为优选，所述上封隔器和所述下封隔器为水力扩张式封隔器。

具体地，作为优选，所述套管串、所述上封隔器、所述环空套、所述下封隔器、所述球座套、所述套管短节、所述浮箍、所述套管短节、所述浮鞋自上而下顺次螺纹连接。

具体地，作为优选，所述浮鞋的底壁上设置多个水泥浆排孔。

第二方面，提供了利用上述任一项固井完井管柱进行固井完井的方法，所述方法包括：

利用所述套管串将所述管柱下入井筒内预设位置，使油层位于上封隔器和下封隔器之间；

向所述管柱内投入钢球，以封堵所述球座；

对所述管柱进行憋压，使所述上封隔器和所述下封隔器座封；

继续憋压，使所述剪钉剪断，所述球座随所述钢球一同落入所述管柱；

向所述管柱内注入预设量的水泥浆，使所述水泥浆由所述浮鞋进入所述下封隔器下方的下柱筒环空；

待所述水泥浆充满所述下柱筒环空后，所述水泥浆依次经所述水泥浆进孔、所述环空套的环形空腔、所述水泥浆出孔，进入并充满所述上封隔器上方的上柱筒环空；

待所述下柱筒环空和所述上柱筒环空内的所述水泥浆凝固后，对所述环空套进行射孔，以使所述管柱与所述油层连通，实现固井完井作业。

具体地，作为优选，通过向所述管柱内投入替浆塞，将所述水泥浆驱替至所述下柱筒环空和所述上柱筒环空内。

具体地，作为优选，利用射孔枪对所述环空套进行射孔。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明提供的固井完井管柱及方法，在利用其进行固井完井作业时，可以有效将油层隔离，如此，水泥浆将不与油层直接接触，既能避免水泥浆对油层造成污染，又能避免水泥浆将油层压漏，解决了油层漏失问题。可见，本发明提供的固井完井管柱及方法在确保固井完井作业的同时，还能提高固井完井作业的成功率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的固井完井管柱在入井状态下的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的固井完井管柱在封隔器座封状态下的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的向该固井完井管柱注水泥浆固井时的状态示意图；

图4是本发明实施例提供的利用该固井完井管柱完成固井完井时的状态示意图。

附图标记分别表示：

1-套管串，

2-上封隔器，201-水泥浆出孔，

3-环空套，

4-下封隔器，401-水泥浆进孔，

5-球座套，

6-浮鞋，

7-球座，

8-剪钉，

9-浮箍，

10-套管短节，

11-替浆塞，

M-钢球，

X-井筒，

Y-油层，

Z-水泥浆。

具体实施方式

除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

第一方面，本发明实施例提供了一种固井完井管柱，如附图1所示，该管柱包括：由上至下顺次连接并导通的套管串1、上封隔器2、环空套3、下封隔器4、球座套5、浮鞋6。

进一步地，该管柱还包括球座7，通过剪钉8设置在球座套5内。

上封隔器2的上端设置有水泥浆出孔201；下封隔器4的下端设置有水泥浆进孔401。

环空套3的壁内设置有环形空腔，且环形空腔的上、下两端分别与水泥浆出孔201和水泥浆进孔401连通。

以下就上述管柱的工作原理进行概述：

利用本发明实施例提供的固井完井管柱能够进行固井完井作业，应用时，利用套管串1将该管柱下入井筒X内预设位置，该预设位置指的是，使目标油层Y位于上封隔器2和下封隔器4之间时，该管柱在井筒X内的位置，此时的状态可参见附图1。

向管柱内投入钢球M，以封堵球座7，随后对该管柱进行憋压，使上封隔器2和下封隔器4座封，以将该管柱固定套设于井筒X内，同时确保油层Y位于上封隔器2和下封隔器4之间。继续憋压，剪断剪钉8，由于球座7通过剪钉8设置在球座套5内，当剪钉8被剪断后，球座7随钢球M一同落入管柱内，此时的状态可参见附图2。

向该管柱内注入预设量的水泥浆Z，使水泥浆Z由浮鞋6进入下封隔器4下方的下柱筒环空，待水泥浆Z充满下柱筒环空后，水泥浆Z依次经水泥浆进孔401、环空套3的环形空腔、水泥浆出孔201，进入并充满上封隔器2上方的上柱筒环空内，此时的状态可参见附图3。

待下柱筒环空和上柱筒环空内的水泥浆Z凝固后，对环空套3进行射孔，以使该管柱与油层Y连通，实现固井完井作业，此时的状态可参见附图4。

可以理解的是，本发明实施例所述的“柱筒环空”指的是管柱与井筒X之间的环形空间。

综上，本发明实施例提供的固井完井管柱，通过上述结构限定，在利用其进行固井完井作业时，可以有效将油层Y隔离，如此，水泥浆Z将不与油层Y直接接触，既能避免水泥浆Z对油层Y造成污染，又能避免水泥浆Z将油层Y压漏，解决了油层Y的漏失问题。可见，本发明实施例提供的固井完井管柱在确保固井完井作业的同时，还能提高固井完井作业的成功率。

以下就本发明实施例提供的固井完井管柱的各部件分别给予阐述：

本发明实施例利用套管串1将该固井完井管柱送入到井筒X内，确定该管柱在井筒X内的位置。

其中，套管串1可以通过由套管头、表层套管、技术套管等套接获得。

本发明实施例通过上封隔器2和下封隔器4来使该管柱座封到井筒X内，且使油层Y位于上封隔器2和下封隔器4之间。具体地，上封隔器2封隔管柱与井筒X之间的环形空间，形成上柱筒环空(即，上封隔器2以上的柱筒环空)，且在上封隔器2的上端设置有水泥浆出孔201，以使来自环空套3的水泥浆Z由此进入上柱筒环空。

下封隔器4封隔管柱与井筒X之间的环形空间，形成下柱筒环空(即，下封隔器4以下的柱筒环空)，且在下封隔器4的下端设置有水泥浆进孔401，以以使来自下柱筒环空的水泥浆Z进入环空套3。

基于上述，通过对管柱进行憋压，来使上封隔器2和下封隔器4座封，根据憋压座封方式，该上封隔器2和下封隔器4为水力扩张式封隔器。

水力扩张式封隔器为本领域常见的封隔器类型，其包括管式本体、以及套装在管式本体外部的胶筒、座封机构。向管柱内泵压时，高压液体驱使座封机构压缩胶筒，使胶筒膨胀完成座封，且座封机构内有锁紧装置，在解除压力后座封机构位置保持不变，使胶筒保持膨胀状态。

对于环空套3来说，其连接在上封隔器2和下封隔器4之间，对应油层Y的位置。环空套3的壁内设置有环形空腔，以作为水泥浆Z通道。

环空套3实质上为一筒体结构，其筒壁内部设置有环形空腔即可实现本发明实施例。

在本发明实施例中，环空套3的材质可以为金属材质，例如铁，如此可便于在水泥浆Z凝固后进行射孔。

球座套5在本发明实施例中的作用是连接下封隔器4和浮鞋6，并使球座7设置在其内部，对于球座套5的结构来说，只要其实现能够与下封隔器4和浮鞋6连接，同时，还能使球座7设置在其内部即可。

作为一种示例，在本发明实施例中，球座套5可以包括自上而下顺次连接的上连接段、球座段、下连接段，其中，上连接段、下连接段的内径均大于球座段的内径，其作用是使球座7需封堵的面积减小，减小球座7的体积，使球座7脱落后更易落下且不易堵塞水泥浆Z的通道。

球座段用于放置球座7，球座7的作用是配合投入的钢球M实现对球座套5以上的管柱部分的憋压，使上封隔器2和下封隔器4座封。

球座7可以为圆柱体，中心部位有上宽下窄的漏斗状空腔，如此设计便于钢球M落入其中，且钢球M表面和球座7的内壁接触更加紧密，实现封堵。

球座7的外壁上有和剪钉8适配的凹槽供剪钉8嵌入，通过剪钉8固定在球座套5上。

浮鞋6位于管柱的下端，是水泥浆Z从管柱内部流入柱筒环空的通道，并用来引导管柱沿井筒X顺利下到井内。

浮鞋6为本领域所常见的，举例来说，浮鞋6包括：浮鞋本体、阀座、阀芯、弹簧、弹簧座和引鞋。浮鞋本体为圆柱体，中心有通孔，在浮鞋本体中心孔内有阀座，在浮鞋本体的下部螺纹连接有引鞋，在阀座与引鞋之间有阀芯和弹簧，阀芯的端部是球面体，阀芯的另一端有阀杆，阀杆插入引鞋弹簧座的中心孔内，弹簧两端支撑在阀芯和引鞋之间，可见，在浮鞋6中阀座与阀芯配合形成单向阀，使水泥浆Z流过浮鞋6时不会产生回流。

如附图1-附图4所示，浮鞋6的底壁上设置多个水泥浆排孔601，通过设置水泥浆排孔601，减小水泥浆Z从管柱内排到柱筒环空的阻力，便于水泥浆Z的排出。

如图1-附图4所示，本发明实施例提供的固井完井管柱还包括浮箍9，浮箍9的上、下两端分别与球座套5的下端和浮鞋6的上端连接。

通过设置浮箍9，使水泥浆Z在管柱内实现单向流通，防止水泥浆Z倒返，提高注入水泥浆Z和水泥浆Z从管柱进入柱筒环空的效率。

浮箍9为本领域常见的，举例来说，浮箍9包括浮箍壳体、阀座、阀芯，浮箍壳体为圆柱状空腔，阀座是在浮箍壳体内部的圆柱体，阀座中间有漏斗开口，阀座的漏斗开口从上到下依次有扁平密封圈压帽和扁平密封圈，阀芯与阀座通过弹簧活动连接，使阀芯与阀座密封，形成单向阀，实现水泥浆Z的单向流通。

在本发明实施例提供的固井完井管柱中，浮箍9的上端设置有滤网。

通过如此设置，球座8和钢球M落下时，会最终停留在浮箍9内的滤网上，不会堵塞浮箍9内的水泥浆Z通道，使水泥浆Z无法流通。

其中，滤网固定在上述浮箍壳体的内壁上，且滤网整体直径比浮箍壳体直径大2-4mm，以使滤网紧密连接在浮箍壳体上不留缝隙。

滤网可以为金属材料，通过焊接方式连接在浮箍壳体上。滤网网孔的大小只需满足球座套7和钢球M无法落下，且不影响水泥浆Z的正常流动即可。

本发明实施例提供的固井完井管柱还包括套管短节10，该套管短节10设置在浮箍9上、下两端，分别用于与球座套5的下端和浮鞋6的上端连接。

设置套管短节10使浮箍9与球座套5和浮鞋6连接更加便利可靠，使水泥浆Z的流通更加通畅。

可以根据需要固井的井筒X的长度选择适当长度的套管短节10，控制浮鞋6进入井筒X的位置，达到控制固井完井作业深度的目的。

在本发明实施例提供的固井完井管柱中，套管串1、上封隔器2、环空套3、下封隔器4、球座套5、套管短节10、浮箍9、套管短节10、浮鞋6自上而下顺次螺纹连接。

通过螺纹连接方式，各部件不仅能够牢固地固定在一起，而且拆卸简单，便于分段维修。

第二方面，本发明实施例还提供了利用上述任一种固井完井管柱进行固井完井的方法，该方法包括：

利用套管串1将管柱下入井筒X内，使油层Y位于上封隔器2和下封隔器4之间。

向管柱内投入钢球M，以封堵球座7。

对管柱进行憋压，使上封隔器2和下封隔器4座封。

继续憋压，使剪钉8剪断，球座7随钢球M一同落入管柱。

向管柱内注入预设量的水泥浆Z，使水泥浆由浮鞋6进入下封隔器4下方的下柱筒环空。

待水泥浆Z充满下柱筒环空后，水泥浆Z依次经水泥浆进孔401、环空套3的环形空腔、水泥浆出孔201，进入并充满上封隔器2上方的上柱筒环空。

待下柱筒环空和上柱筒环空内的水泥浆Z凝固后，对环空套3进行射孔，以使管柱与油层Y连通，实现固井完井作业。

本发明实施例提供的固井完井方法，基于上述的任一种固井完井管柱，可以有效将油层Y隔离，如此，水泥浆Z将不与油层Y直接接触，既能避免水泥浆Z对油层Y造成污染，又能避免水泥浆Z将油层Y压漏，解决了油层Y的漏失问题。可见，本发明实施例提供的固井完井方法在确保固井完井作业的同时，还能提高固井完井作业的成功率。

进一步地，通过向管柱内投入替浆塞11，将水泥浆Z驱替至下柱筒环空和上柱筒环空内。

在水泥浆Z注入过程中，先向管柱内注入预设量的水泥浆Z，然后从管柱入口处投入替浆塞11，向下挤压替浆塞11使其缓慢向下移动挤压水泥浆Z，使其充分驱替至下柱筒环空和上柱筒环空内。

其中，替浆塞11在管柱内的行程可以是从套管串1经上封隔器2，环空套3，下封隔器4，最终停在球座套5处(具体可停留在球座套5的上连接段处，被球座段卡住而无法下行)。

可以理解的是，水泥浆Z的预设量的确定标准是，当替浆塞11停留在球座套5处时，水泥浆Z能够充满上、下柱筒环空。

可见，通过投入替浆塞11，并向下挤压，一方面可以施加压力将管柱内的水泥浆Z驱替至下柱筒环空内，使水泥浆Z充满下柱筒环空后经水泥浆进孔401、环空套3的环形空腔、水泥浆出孔201，进入并充满上封隔器2上方的上柱筒环空；另一方面，替浆塞11在下行的过程中也会将管柱内壁的水泥浆Z刮干净，起清理管柱的作用。

替浆塞11可以为上宽下窄的圆台状橡胶塞，将替浆塞11设置成圆台状，便于投入管柱内，且上底面的直径比环空套3的直径(上封隔器2和下封隔器4的直径与环空套3相同)大2mm，便于替浆塞11与上封隔器2、环空套3、下封隔器4的紧密接触，提高密封性。

此外，将替浆塞11设置成橡胶材质，使其与上封隔器2、环空套3、下封隔器4配合时，具有良好的密封性，以使替浆塞11满足驱替水泥浆Z和清理管柱的使用要求。

在本发明实施例提供的固井完井方法中，利用射孔枪对环空套3进行射孔，通过对环空套3射孔，使油井Y与管柱连通，便于后续的勘测、开采等工作。

射孔枪是用于油井射孔的器材及其配套件的组合体，可以采用聚能射孔方式的射孔枪。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种固井完井管柱，其特征在于，所述管柱包括：由上至下顺次连接并导通的套管串(1)、上封隔器(2)、环空套(3)、下封隔器(4)、球座套(5)、浮鞋(6)；

所述管柱还包括球座(7)，通过剪钉(8)设置在所述球座套(5)内；

所述上封隔器(2)的上端设置有水泥浆出孔(201)；

所述下封隔器(4)的下端设置有水泥浆进孔(401)；

所述环空套(3)的壁内设置有环形空腔，且所述环形空腔的上、下两端分别与所述水泥浆出孔(201)和所述水泥浆进孔(401)连通；

在进行水泥浆固井时，所述管柱内注入的水泥浆能够依次流经所述浮鞋(6)、所述下封隔器(4)下方的下柱筒环空、所述水泥浆进孔(401)、所述环空套(3)的环形空腔、所述水泥浆出孔(201)，进入并充满所述上封隔器(2)上方的上柱筒环空。

2.根据权利要求1所述的固井完井管柱，其特征在于，所述管柱还包括：浮箍(9)，上、下两端分别与所述球座套(5)的下端和所述浮鞋(6)的上端连接。

3.根据权利要求2所述的固井完井管柱，其特征在于，所述浮箍(9)的上端设置有滤网。

4.根据权利要求2所述的固井完井管柱，其特征在于，所述管柱还包括：套管短节(10)，设置在所述浮箍(9)上、下两端，分别用于与所述球座套(5)的下端和所述浮鞋(6)的上端连接。

5.根据权利要求1所述的固井完井管柱，其特征在于，所述上封隔器(2)和所述下封隔器(4)为水力扩张式封隔器。

6.根据权利要求4所述的固井完井管柱，其特征在于，所述套管串(1)、所述上封隔器(2)、所述环空套(3)、所述下封隔器(4)、所述球座套(5)、所述套管短节(10)、所述浮箍(9)、所述套管短节(10)、所述浮鞋(6)自上而下顺次螺纹连接。

7.根据权利要求1所述的固井完井管柱，其特征在于，所述浮鞋(6)的底壁上设置多个水泥浆排孔(601)。

8.利用权利要求1-7任一项所述的固井完井管柱进行固井完井的方法，其特征在于，所述方法包括：

利用所述套管串(1)将所述管柱下入井筒(X)内预设位置，使油层(Y)位于上封隔器(2)和下封隔器(4)之间；

向所述管柱内投入钢球(M)，以封堵所述球座(7)；

对所述管柱进行憋压，使所述上封隔器(2)和所述下封隔器(4)座封；

继续憋压，使所述剪钉(8)剪断，所述球座(7)随所述钢球(M)一同落入所述管柱；

向所述管柱内注入预设量的水泥浆(Z)，使所述水泥浆(Z)由所述浮鞋(6)进入所述下封隔器(4)下方的下柱筒环空；

待所述水泥浆(Z)充满所述下柱筒环空后，所述水泥浆(Z)依次经所述水泥浆进孔(401)、所述环空套(3)的环形空腔、所述水泥浆出孔(201)，进入并充满所述上封隔器(2)上方的上柱筒环空；

待所述下柱筒环空和所述上柱筒环空内的所述水泥浆(Z)凝固后，对所述环空套(3)进行射孔，以使所述管柱与所述油层(Y)连通，实现固井完井作业。

9.根据权利要求8所述的固井完井方法，其特征在于，通过向所述管柱内投入替浆塞(11)，将所述水泥浆(Z)驱替至所述下柱筒环空和所述上柱筒环空内。

10.根据权利要求8所述的固井完井方法，其特征在于，利用射孔枪对所述环空套(3)进行射孔。

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