CN109403911A - 固井管柱和固井方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及固井管柱和固井方法。该固井管柱包括碰压座和设置在所述碰压座上游的确定位置处的至少一个定位机构,在固井胶塞到达所述确定位置时,所述定位机构响应于所述固井胶塞的到达而发出定位信号。通过这种固井管柱能够更加准确地确定水泥浆所到达的井下位置。
Description
技术领域
本发明涉及石油工业固井技术领域,特别是涉及一种固井管柱。本发明还涉及一种用上述固井管柱进行的固井方法。
背景技术
在固井过程中,常使用钻井液顶替水泥浆,以将水泥浆送入到井下所需的位置处。如果水泥浆所到达的井下位置偏离于预期,那么就会影响固井质量,为后续的施工带来很大影响。
在现有技术中,通常通过罐计量或流量计计量等方法来确定水泥浆在井下的位置。然而,通过这些方法都不能直接得知水泥浆的位置。例如,通过罐计量的方法进行测量,即是通过确定已经注替的钻井液的体积来估算水泥浆所达到的井下位置。根据目前的技术和情况,很难准确地掌握已经注替的钻井液的体积,在这种情况下,对水泥浆所到达的井下位置的估算就更是难以准确。
因此,需要一种能更加准确地得知水泥浆到达的井下位置的固井管柱。
发明内容
针对上述问题,本发明提出了一种固井管柱,通过这种固井管柱能够更加准确地确定水泥浆所到达的井下位置。
根据本发明的第一方面,提出了一种固井管柱,包括碰压座和设置在所述碰压座上游的确定位置处的至少一个定位机构,在固井胶塞到达所述确定位置时,所述定位机构响应于所述固井胶塞的到达而发出定位信号。
通过上述固井管柱能够准确地得知固井胶塞到达了确定位置。这有利于作业人员进行后续作业,并能有效地提高后续作业的成功率和有效性。
在一个实施例中,所述定位机构包括外套筒以及位于所述外套筒内的胶塞座,所述胶塞座构造成能与所述固井胶塞密封配合,所述胶塞座与所述外套筒选择性地固定连接,其中,当所述固井胶塞与所述胶塞座密封配合时,所述胶塞座上游的固井管柱内的压力上升。
在一个实施例中,所述胶塞座通过剪切销钉与所述外套筒固定连接,所述剪切销钉构造成能在所述胶塞座上游的固井管柱内的压力上升到临界压力时剪断,以允许所述胶塞座与所述外套筒分离开。
在一个实施例中,所述固井管柱包括顺序设置的多个定位机构,相邻的定位机构彼此间隔开,在相邻的定位机构中,处于上游的定位机构的胶塞座的下端的外径与处于下游的定位机构的胶塞座的上端的内径相匹配,在处于上游的定位机构的胶塞座的下端的外侧构造有卡簧,在处于下游的定位机构的胶塞座的上端的内侧构造有卡槽,所述卡簧能卡接到所述卡槽内。
根据本发明的第二方面,提出了一种使用上述固井管柱的固井方法,其包括以下步骤:向所述固井管柱内投入固井胶塞,所述固井胶塞的下游为水泥浆;向所述固井管柱内注入注替液,以推动所述固井胶塞和所述水泥浆;监测固井管柱内的情况以接收所述定位机构发出的定位信号,由此确定所述固井胶塞达到所述确定位置处。
在一个实施例中,所述定位机构包括外套筒以及位于所述外套筒内的胶塞座,所述胶塞座构造成能与所述固井胶塞密封配合,所述胶塞座与所述外套筒选择性地固定连接,其中,当所述固井胶塞与所述胶塞座密封配合时,所述胶塞座上游的固井管柱内的压力上升,所述固井方法包括:在井口处,持续监测所述固井管柱内的压力,如果所述固井管柱内的压力上升一定程度,则确定所述固井胶塞到达所述确定位置处。
在一个实施例中,所述固井方法包括:在确定所述固井胶塞到达所述确定位置处时,对注入到所述固井管柱内的注替液的体积进行测量;将所测得的注替液体积与预期的注替液体积进行比较。
在一个实施例中,根据所测得的注替液体积与预期的注替液体积之间的差异来调整后续的注替过程。
在一个实施例中,所述固井方法包括:在确定所述固井胶塞到达所述确定位置处时,对注入到所述固井管柱内的注替液的体积进行测量;确定所测得的注替液体积与确定位置之间的数值关系。
在一个实施例中,根据所述数值关系来确定停止向固井管柱内注入注替液的时间。
与现有技术相比,本发明的优点在于:通过上述固井管柱能够准确地得知固井胶塞到达了确定位置。这有利于作业人员进行后续作业,并能有效地提高后续作业的成功率和有效性。
附图说明
在下文中参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中:
图1显示了根据本发明的固井管柱的一个实施例的示意图;
图2显示了图1中的固井管柱中的定位机构的一个实施例的示意图。
在附图中,相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示,固井管柱1包括碰压座3和位于碰压座3上游的定位机构。固井管柱1可仅包括1个定位机构,或者可包括多个定位机构,例如可包括两个定位机构2A、2B(见图1)。定位机构本身被设置到固井管柱1的确定位置处,例如定位机构相对于井口的距离是预先确定好的,即该定位机构所在的井下深度是确定的。在这种情况下,当用于分隔水泥浆和注替液的固井胶塞到达定位机构所在的确定位置时,该定位机构响应于固井胶塞的到达而发出定位信号。图1所示的固井管柱1从上至下依次设置有定位机构2A、定位机构2B、碰压座3、浮箍4和浮鞋5。
本文中所提到的“定位信号”可以是电信号,也可以是其他能够被监测到的现象等。对于下文中所提到的定位机构来说,其定位信号为井口压力快速升高一定程度。
图2显示了定位机构2A的一个实施例。定位机构2A包括外套筒21和位于该外套筒21内的胶塞座22,该胶塞座22能够与固井胶塞密封式配合。在胶塞座22与固井胶塞密封式配合时,在胶塞座22上游的固井管柱内会发生憋压,由此胶塞座22上游的固井管柱内的液压力会突然或快速地升高一定程度(例如该压力升高了约3MPa以上)。此时,可以确定固井胶塞到达了定位机构2A所在的确定位置处。
定位机构2A的胶塞座22与外套筒21选择性地固定连接。例如,在初始状态下,胶塞座22与外套筒21是固定连接的。当确定了固井胶塞到达定位机构2A所在的确定位置处之后,胶塞座22可与外套筒21分离开。由此,胶塞座22能和固井胶塞一起继续向固井管柱的下游移动,直到下游的碰压座3接收到固井胶塞为止。
优选地,胶塞座22与外套筒21通过剪切销钉23固定连接。由此,当胶塞座22上游的固井管柱内的压力达到临界压力时,剪切销钉剪断,由此使胶塞座22与外套筒21分离开。应当理解的是,在这种情况下,通常通过在井口测量胶塞座22上游的固井管柱内的液体压力先突然升高(例如升高约3MPa以上)而后又下降至原值左右,来确定固井胶塞到达胶塞座22处。应当理解的是,上述压力升高的数值可根据实际需要而确定,并可取决于剪切销钉本身的结构、尺寸和材料等。
例如在图1所示的实施例中,固井管柱1包括依次设置且相互间隔开的多个定位机构2A、2B。在图1所示的实施例中,定位机构2A处于定位机构2B的上游。在这种情况下,优选地,定位机构2A的胶塞座22的下端(下游端)的外径与定位机构2B的胶塞座的上端(上游端)的内径相匹配。也就是说,前者可等于或略小于后者。在这种情况下,当定位机构2A的胶塞座22随着固井胶塞一起向下移动到定位机构2B处时,定位机构2A的胶塞座22的下端能插入到定位机构2B的胶塞座的上端内。更优选地,在定位机构2A的胶塞座22的下端的外侧设置有卡簧24,在定位机构2B的胶塞座的上端的内侧设置有相应的卡槽(在定位机构2A上也可设置有类似的卡槽,在图2中为卡槽26)。当卡簧24卡接到卡槽内时,定位机构2A的胶塞座22能与定位机构2B的胶塞座稳固地接合。在定位机构2A的胶塞座22的下端的外侧还可设置有密封圈25。在定位机构2A的胶塞座22插入到定位机构2B的胶塞座内时,该密封圈25能确保这两个胶塞座之间密封。
应当理解的是,对于定位机构2A来说,固井胶塞会插入到其胶塞座22内,以与其直接地密封配合;而对于定位机构2B来说,已经与固井胶塞密封配合的胶塞座22插入到其中的胶塞座内以进行密封式配合,因此此时的密封配合为间接的密封配合。
在一个优选的实施例中,如图2所示,在胶塞座22的外侧还设置有密封件27,该密封件27可以是密封圈或胶碗等。胶塞座22通过密封件27与外套筒21密封,即便在胶塞座22与外套筒21分离开之后也是如此。另外,当胶塞座22向下游移动时,密封件27也确保胶塞座22与位于其外侧的其他外壁之间密封。也就是说,密封件27构造成能使胶塞座22的上游和下游始终是隔离开的。这种设置尤其对于处于下游的定位机构来说非常优选的。这有利于确保与胶塞座密封式配合的固井胶塞能够最终与碰压座密封配合,由此能有效地提高固井胶塞与碰压座进行碰压的成功率。
下面将对使用上述固井管柱1进行固井的方法进行更加详细的描述。也将结合固井方法所带来的优势对于上述固井管柱的优势进行进一步描述。
固井方法包括以下步骤。
步骤一,向固井管柱1内注入水泥浆。
步骤二,向固井管柱1内投入固井胶塞。
步骤三,向固井管柱1内注入注替液(例如为钻井液)。
步骤四,对固井管柱1内的情况进行监测,以接收定位机构发出的定位信号。此时可以确定水泥浆到达了该定位机构所在的确定位置处。结合图2所示的定位机构的实施例来说,在该步骤四中,作业人员在井口处监测固井管柱1内的压力。在正常的注替过程中,短时间内(例如在约1分钟内),井口处的压力不变,或不会产生较大的波动。而当固井胶塞到达确定位置处时,固井胶塞与胶塞座密封配合。此时,胶塞座上游的固井管柱1内的压力会突然升高。由此,作业人员能够确定固井胶塞的所在位置,并由此确定水泥浆的位置。
另外,在确定固井胶塞到达确定位置时,可测量注入到固井管柱1内的注替液的体积V1。将测得的注替液体积V1与预先计算得到的预期的注替液体积V0进行比较,有利于作业人员掌握作业过程。根据比较得到的差异来调节后续的注替过程有利于确保水泥浆最终达到的位置,并由此使固井过程的有效性和成功率更高。
此外,也可在所测得的注替液体积V1与确定位置(例如其与井口之间的距离)之间建立数值关系。也就是说,作业人员能够得知实际的注替液体积与注替到的井下深度之间的数值关系。由此,有利于作业人员掌握固井作业的情况。例如,如果碰压座与固井胶塞之间的密封性较差,那么作业人员难以通过检测井口处的压力是否突然上升来确定固井胶塞是否到达碰压座处。如此一来,作业人员就无从判断是否应当停止泵入注替液。然而,在所测得的注替液体积V1与定位机构所在的确定位置之间建立了数值关系之后,作业人员能够更加准确地通过注替液体积来估算固井胶塞所达到的位置(即,水泥浆的位置)。由此一来,即便作业人员没能监测到由碰压座与固井胶塞之间的接合而导致的经口压力上升,作业人员也能够有效地判断停止继续泵入注替液的时机。
另外,在依次设置有多个定位机构的情况下,如果所测得的注替液体积与预期的注替液体积之间的差异随着相应的确定机构的位置的加深而增大,那么作业人员可对后续的与其的注替液体积进行相应的调整,并由此对后续的作业过程进行更好的掌控。
在定位机构的胶塞座的外侧设置有密封件27的情况下,当固井胶塞到达碰压座3处时,除了固井胶塞本身带有的密封胶碗,上述密封件27也有助于固井胶塞与碰压座3之间的密封式配合。这有利于提高作业人员检测到因固井胶塞与碰压座3之间接合而导致的井口压力上升的成功率。尤其是,相对于固井胶塞本身带有的密封胶碗来说,定位机构(尤其是靠近碰压座的定位机构)的胶塞座上的密封件27所经受的摩擦较少,可能会受损的机会也较少。在这种情况下,密封件27的设置非常有利于提高作业人员检测到因固井胶塞与碰压座3之间接合而导致的井口压力上升的成功率。
通过上述固井管柱和固井方法能够更加准确地确定水泥浆所达到的井下位置,由此方便作业人员对井下作业进行更加精确的掌控,为后续的作业带来很大帮助。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述,但在不脱离本发明的范围的情况下,可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是,只要不存在结构冲突,各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例,而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (10)
1.一种固井管柱,包括碰压座和设置在所述碰压座上游的确定位置处的至少一个定位机构,在固井胶塞到达所述确定位置时,所述定位机构响应于所述固井胶塞的到达而发出定位信号。
2.根据权利要求1所述的固井管柱,其特征在于,所述定位机构包括外套筒以及位于所述外套筒内的胶塞座,所述胶塞座构造成能与所述固井胶塞密封配合,所述胶塞座与所述外套筒选择性地固定连接,
其中,当所述固井胶塞与所述胶塞座密封配合时,所述胶塞座上游的固井管柱内的压力上升。
3.根据权利要求2所述的固井管柱,其特征在于,所述胶塞座通过剪切销钉与所述外套筒固定连接,所述剪切销钉构造成能在所述胶塞座上游的固井管柱内的压力上升到临界压力时剪断,以允许所述胶塞座与所述外套筒分离开。
4.根据权利要求2或3所述的固井管柱,其特征在于,所述固井管柱包括顺序设置的多个定位机构,相邻的定位机构彼此间隔开,在相邻的定位机构中,处于上游的定位机构的胶塞座的下端的外径与处于下游的定位机构的胶塞座的上端的内径相匹配,在处于上游的定位机构的胶塞座的下端的外侧构造有卡簧,在处于下游的定位机构的胶塞座的上端的内侧构造有卡槽,所述卡簧能卡接到所述卡槽内。
5.一种使用上述权利要求1-4中任一项所述的固井管柱的固井方法,其包括以下步骤:
向所述固井管柱内投入固井胶塞,所述固井胶塞的下游为水泥浆;
向所述固井管柱内注入注替液,以推动所述固井胶塞和所述水泥浆;
监测固井管柱内的情况以接收所述定位机构发出的定位信号,由此确定所述固井胶塞达到所述确定位置处。
6.根据权利要求5所述的固井方法,其特征在于,所述定位机构包括外套筒以及位于所述外套筒内的胶塞座,所述胶塞座构造成能与所述固井胶塞密封配合,所述胶塞座与所述外套筒选择性地固定连接,其中,当所述固井胶塞与所述胶塞座密封配合时,所述胶塞座上游的固井管柱内的压力上升,
所述固井方法包括:在井口处,持续监测所述固井管柱内的压力,如果所述固井管柱内的压力上升一定程度,则确定所述固井胶塞到达所述确定位置处。
7.根据权利要求5或6所述的固井方法,其特征在于,所述固井方法包括:
在确定所述固井胶塞到达所述确定位置处时,对注入到所述固井管柱内的注替液的体积进行测量;
将所测得的注替液体积与预期的注替液体积进行比较。
8.根据权利要求7所述的固井方法,其特征在于,根据所测得的注替液体积与预期的注替液体积之间的差异来调整后续的注替过程。
9.根据权利要求5到8中任一项所述的固井方法,其特征在于,所述固井方法包括:
在确定所述固井胶塞到达所述确定位置处时,对注入到所述固井管柱内的注替液的体积进行测量;
确定所测得的注替液体积与确定位置之间的数值关系。
10.根据权利要求9所述的固井方法,其特征在于,根据所述数值关系来确定停止向固井管柱内注入注替液的时间。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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