CN108894766B - 一种直井结构及套管回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种直井结构及套管回收方法，其中，直井结构包括裸孔、套管、水泥环、石灰填充物，裸孔穿过地表伸入到煤层底板以上，套管插在所述裸孔内且底部位于煤层终孔以上，水泥环裹在煤层顶板上方的套管处，石灰填充物充满所述套管与裸孔之间的空隙。所述套管回收方法利用稀盐酸溶解料石，消除料石与套管间的摩擦力，利用地表提升设备对套管进行抽提。本发明所提供的直井结构，设计新颖，结构合理，便于施工，可大大降低成井成本，节约成井时间，更有利于套管的回收。本发明所提供的套管回收方法，回收过程简单，容易实现，有助于提高套管利用率，可大大减少钢材消耗，削减了生产成本，降低了地下气化炉的造价。

Description

一种直井结构及套管回收方法

技术领域

本发明涉及煤炭地下气化开采技术领域，具体涉及一种直井结构及套管回收方法。

背景技术

煤气化是煤炭转化的重要形式之一，它在各类生产过程中起着承前启后的作用。煤制化工合成原料气在煤化工中有着重要的地位。近年来，煤炭地下气化开采技术在国内外取得了众多成果，该技术无需人工进入地下工作面，而主要利用热作用、化学反应等形成高温反应工作面，将有效的混合可燃气体排采到地面。气体的排出通过直井实现，现有常规的气体排出通道为地质钻孔内施放石油套管，套管外壁由固井水泥与岩、水层固定，气体由内壁排出。

现有技术的直井由地质钻探实现，井内安装套管，以便固定井壁并防止井眼坍塌，套管具备耐磨、防酸耐腐蚀、耐高温、耐高压等特点。在气化的过程中这些直井用作送风或者排气通道。为了使套管与地层间固定，以及为预防潜水流入、气体外溢，套管的外部空间采用固井水泥灌浆，由底部直到井口。

为确保上述要求，通常要消耗大量的固井水泥和石油套管，在现有技术水平下，在地下气化炉闭炉之后，石油套管不再取出，不能重复利用。以常规较小的φ＝219.5mm孔径出气井为例，其固井成本约为300元/m，N80级别套管成本约为400元/m，一口500m深的直井，其套管和固井成本约为35万元，约占成井成本的三分之一，当然为确保产气量要求，现在规划的直井孔径一般都在300mm左右，其直接发生成本至少还需增加一半以上。

已进行的试验工作表明，取出被固井水泥封固的石油套管，具有很大的难度，需要相当大的功率以破坏水泥环与套管的结合力，即便通过多种手段将套管取出后，抛开技术难度不说，其实现成本大大高于套管成本，故现有气化领域不再考虑套管回收。假如能够取出地下的套管，能在一定程度上减少新管的消耗量，也就相应的在减少了钢材消耗的同时降低了气化生产的成本，同时为以后的地表开挖等工程活动排出障碍。

发明内容

本发明的目的在于提供一种直井结构及套管回收方法，在直井底部一定距离内采用水泥封固，其余利用石灰石颗粒及粉末充填至井口，完成固井工作；套管回收时利用稀盐酸溶解石灰石，使套管与封固层剥离，对水泥封固点以上的套管进行回收。本发明无需全井的水泥固井，使用材料成本低廉，操作过程简单，使得上述问题得以解决。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种直井结构，其包括：

裸孔，其穿过地表伸入到煤层底板以上；

套管，其插在所述裸孔内，且底部位于煤层终孔以上；

水泥环，其裹在煤层顶板上方的套管处；

石灰填充物，其充满所述套管与裸孔之间的空隙。

作为优选，所述裸孔穿过地表伸入到煤层底板以上2-5m。

作为优选，所述套管底部位于煤层终孔以上3-6m。

作为优选，所述套管由多根同轴相连的短套管组合而成。

作为优选，所述水泥环裹住煤层顶板上方2-3根短套管。

作为优选，所述石灰填充物包括粒径为1-3mm的石灰石和200-400目的石灰石粉末。

根据上述任一项所述的直井结构，对其中套管进行回收的方法如下：

A、沿套管壁外侧连续注入稀盐酸，同时利用钻机对下部水泥环之上的套管进行切割，形成割缝，套管分离，提起切割设备；

B、当稀盐酸渗透到所述割缝位置时，利用钻杆向套管内下入扩孔钻头至割缝之上的位置，每隔10-15m对套管进行预松动；

C、完成套管预松动后，提出钻杆，停止稀盐酸的注入，利用地表提升设备对套管进行抽提。

作为优选，所述稀盐酸为质量分数为10-15％的稀盐酸。

作为优选，所述步骤A中利用钻机对下部水泥环之上2-5m范围内的套管进行切割。

作为优选，所述步骤B中钻杆的扭矩首先设定为钻杆能承受值的80-90％，然后，根据预松动情况逐渐上提钻杆并逐渐减小钻杆的扭矩值。

本发明所提供的直井结构，设计新颖，结构合理，便于施工，可大大降低成井成本，节约成井时间，更有利于套管的回收。本发明所提供的套管回收方法，回收过程简单，容易实现，有助于提高套管利用率，可大大减少钢材消耗，削减了生产成本，降低了地下气化炉的造价。

本发明所提供的直井结构及套管回收方法，具体技术效果则如下所述：

1、无需全程水泥固井，能够节省至少四分之三的固井费用，并节约了水泥的候凝时间，但防止井眼坍塌、固定套管与地层间的作用没有缺失；

2、套管回收过程简单，且易实现，利用石灰石与稀盐酸间的化学反应，使充填的固体溶解，套管与固体间的摩擦力丧失，但防酸耐腐蚀的套管不会被稀盐酸腐蚀；

3、直井结构与套管回收方法对应，减少了施工成本、节约了施工费用、提高了套管利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的直井结构示意图；

图2为本发明实施例提供的套管回收过程示意图。

附图标记说明：

1、套管；2、裸孔；3、石灰填充物；4、水泥环；5、地表第四系；6、岩层；7、含水层；8、煤层；9、空洞；10、割缝；11、扩孔钻头；12、钻杆；13、稀盐酸；14、地表提升设备。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

煤炭地下气化开采技术，其主要利用热作用、化学反应等形成高温反应工作面，将有效的混合可燃气体排采到地面，气体的排出则通过直井实现。

如图1所示，本实施例设计了一种直井结构，其包括套管1、裸孔2、石灰填充物3和水泥环4。

其中，裸孔2是从大地表层向煤层8钻出的钻孔，该裸孔2穿过地表伸入到煤层8底板以上，优选地，如图1所示，裸孔2依次穿过地表第四系5、岩层6(上岩层)、含水层7、岩层6(下岩层)至煤层8底板以上2-5m。通常裸孔2为竖直孔。

套管1插入到所述裸孔2内，且底部位于煤层8终孔以上。优选地，该套管1底部位于煤层8终孔以上3-6m。

由于裸孔2的深度都很深，单根套管很难具有如此的长度，为此，优选地，所述套管1由多根同轴相连的短套管组合而成，相邻的短套管之间通过焊接或者螺纹丝扣连接的方式相连。(相对而言，组成套管1的各个套管都要比套管1短，所以组成套管1的套管称为短套管)

水泥环4裹在煤层8顶板上方的套管1处。当套管1由多根同轴相连的短套管组合而成时，优选地，所述水泥环4裹住煤层8顶板上方2-3根短套管。水泥环是钻井工程方面的术语，水泥环是指水泥浆在环形空间中形成的水泥石，作用是裹住套管箍成环形，固井作业后套管和地层通过水泥环(即水泥石)胶结在一起。

石灰填充物3充满所述套管1与裸孔2之间的空隙，优选地，该石灰填充物3包括粒径为1-3mm的石灰石和200-400目的石灰石粉末。

所述套管1应具备耐磨、防酸耐腐蚀、耐高温、耐高压等特点。该套管1的主要作用是与裸孔2对应的地层(地表第四系5、岩层6(上岩层)、含水层7、岩层6(下岩层))形成隔离，并利用套管1的内部空间作为气体进出通道。石灰填充物3的主要作用是与套管1和地层之间产生摩擦力，固定套管1与地层，同时在套管1热胀冷缩过程中起到缓冲作用。水泥环4的主要作用是形成密闭，防止气体外溢进上部区域，并对套管1的端部进行固定。

上述直井结构，其具体施工过程如下：

①对裸孔2进行钻井施工，裸孔2依次穿过地表第四系5、岩层6(上岩层)、含水层7、岩层6(下岩层)至煤层8底板以上2-5m，裸孔2施工完成并检测合格后，向裸孔2内下放套管1，直至套管1底部位于煤层8终孔以上3-6m；

②对煤层8顶板上方的套管处进行高温水泥固井，形成水泥环4；

当套管1由多根同轴相连的短套管组合而成时，对煤层8顶板向上2-3根短套管处进行高温水泥固井，形成水泥环4；

③沿套管1与裸孔2间的空隙充填由粒径1-3mm的石灰石颗粒和200-400目的石灰石粉末组成的石灰填充物3，同时接入风管，向下吹风，此过程中套管1的头部及周边施行密闭；

④接近井口3-5m时，对石灰填充物3进行机械捣实，然后剩余部分每充填1m即进行捣实，至井口与地表交汇处，完成施工。

如图2所示，当煤层8中出现空洞9，直井的使用周期结束后，对其中的套管进行回收的方法如下：

A、沿套管1壁外侧连续注入质量分数为10-15％的稀盐酸13，同时利用钻机对下部水泥环4之上2-5m范围内的套管进行切割，形成割缝10，套管分离，提起切割设备；

B、当稀盐酸13渗透到所述割缝10位置时，利用钻杆12向套管1内下入扩孔钻头11至割缝10之上的位置，每隔10-15m对套管进行预松动；钻杆12的扭矩首先设定为钻杆12能承受值的80-90％，然后，根据预松动情况逐渐上提钻杆12并逐渐减小钻杆12的扭矩值；

C、完成套管预松动后，提出钻杆12，停止稀盐酸13的注入，利用地表提升设备14对套管进行抽提。

上述直井结构，设计新颖，结构合理，便于施工，可大大降低成井成本，节约成井时间，更有利于套管的回收。上述套管回收方法，回收过程简单，容易实现，有助于提高套管利用率，可大大减少钢材消耗，削减了生产成本，降低了地下气化炉的造价。

上述直井结构及套管回收方法，具体技术效果则如下所述：

1、无需全程水泥固井，能够节省至少四分之三的固井费用，并节约了水泥的候凝时间，但防止井眼坍塌、固定套管与地层间的作用没有缺失；

2、套管回收过程简单，且易实现，利用石灰石与稀盐酸间的化学反应，使充填的固体溶解，套管与固体间的摩擦力丧失，但防酸耐腐蚀的套管不会被稀盐酸腐蚀；

3、直井结构与套管回收方法对应，减少了施工成本、节约了施工费用、提高了套管利用率。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (4)

1.一种直井结构的套管回收方法，其特征在于，

所述直井结构包括：

裸孔，其穿过地表伸入到煤层底板以上；

套管，其插在所述裸孔内，且底部位于煤层终孔以上；

水泥环，其裹在煤层顶板上方的套管处；

石灰填充物，其充满所述套管与裸孔之间的空隙；

其中，所述裸孔穿过地表伸入到煤层底板以上2-5m；所述套管底部位于煤层终孔以上3-6m；所述套管由多根同轴相连的短套管组合而成；所述水泥环裹住煤层顶板上方2-3根短套管；所述石灰填充物包括粒径为1-3mm的石灰石和200-400目的石灰石粉末；

所述回收方法包括：

步骤A、沿套管壁外侧连续注入稀盐酸，同时利用钻机对下部水泥环之上的套管进行切割，形成割缝，套管分离，提起切割设备；

步骤B、当稀盐酸渗透到所述割缝位置时，利用钻杆向套管内下入扩孔钻头至割缝之上的位置，每隔10-15m对套管进行预松动；

步骤C、完成套管预松动后，提出钻杆，停止稀盐酸的注入，利用地表提升设备对套管进行抽提。

2.根据权利要求1所述一种直井结构的套管回收方法，其特征在于，所述稀盐酸为质量分数为10-15％的稀盐酸。

3.根据权利要求1所述一种直井结构的套管回收方法，其特征在于，所述步骤A中利用钻机对下部水泥环之上2-5m范围内的套管进行切割。

4.根据权利要求1所述一种直井结构的套管回收方法，其特征在于，所述步骤B中钻杆的扭矩首先设定为钻杆能承受值的80-90％，然后，根据预松动情况逐渐上提钻杆并逐渐减小钻杆的扭矩值。