CN110067528A - 一种油井注水泥方法及单流式注水泥工具 - Google Patents

一种油井注水泥方法及单流式注水泥工具 Download PDF

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曹欣
高银锁
谢涛
王科萌
陈文博
刘小会
左挺
孙勇锋
李海辉
杨博丽
陈诚
姚兰
景志明
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Abstract

本发明提出一种油井注水泥方法，包括以下步骤：步骤001：使用套管刮削器刮削掉油井的套管内壁的毛刺和杂物；步骤002：在待封堵的射孔段底界以下处坐封桥塞；步骤003：在待封堵的射孔段顶界以上处坐封单流式注水泥工具；步骤004：先向油管内泵入清水，然后泵入水泥浆，直至将设计量的水泥浆全部泵注完毕，再继续泵注设计量的清水。本发明还提出一种单流失注水泥工具，包括芯轴芯轴的内侧设置有单向导通组件，单向导通组件向下导通；新轴的外周套装有挤胀组件。本发明的本发明的油井注水泥方法配合单流式注水泥工具可规避传统水泥承留器使用过程中的回插程序，确保施工成功率，降低施工故障率和返工率，可提高注水泥作业的施工效率。

Description

一种油井注水泥方法及单流式注水泥工具
技术领域
本发明属于油气钻探井下作业技术领域，具体涉及一种油井注水泥方法及单流式注水泥工具。
背景技术
现有主要由三种注水泥工艺方法：第一种是光油管注水泥法，适用于被封堵层段以上井段未有射孔段的井况，在关闭套管闸门的情况下，通过油管管内泵注水泥浆，水泥浆进入被封堵层段进行封堵；第二种是光套管注水泥法，适用于被封堵层段以上井段未有射孔段的井况，通过光套管泵注水泥浆，平推水泥浆进入被封堵层段，关井侯凝；第三种是下水泥承留器注水泥法，适用于封堵多个已射孔层段中的某一层段，首先在待封堵层段下部井段坐封桥塞，然后在待封堵层段上部坐封水泥承留器，再下入回插管柱，将回插管插入水泥承留器阀体中，验封合格后由管内注入水泥浆，水泥浆泵注完毕后，上提回插管柱，即拔出回插管，水泥承留器阀体关闭，实现被封堵层段的带压侯凝。在第三种情况中，回插管柱插入水泥承留器阀体的过程中，需要确保插管相对于井筒高精度地居中，才可以顺利插入水泥承留器阀体，但是水泥的注入量受限；如果回插过程不能一次完成，极易损坏回插管的密封胶筒和水泥承流器阀体中的密封体，一旦密封体损坏，即使后续顺利完成回插动作，也会因为密封不合格而造成返。
发明内容
鉴于此，本发明的油井注水泥方法及单流式注水泥工具目的在于克服上述问题或者至少部分地解决或缓解上述问题。
本发明注水泥方法的技术方案包括以下步骤：
步骤001：向油井的套管内下入套管刮削器，使用套管刮削器刮削掉油井的套管内壁的毛刺和附着的杂物，然后起出套管刮削器；
步骤002：向油井的套管内下入桥塞，在待封堵的射孔段底界以下10m处坐封桥塞，位置误差不超过±0.5m；
步骤003：向油井的套管内下入注水泥工具及其坐封工具，在待封堵的射孔段顶界以上10m处坐封注水泥工具，位置误差不超过±0.5m，然后起出坐封工具；
步骤004：向油井的套管内下入油管，直至注水泥工具的坐封位置以上15m处，位置误差不超过±0.5m，先向油管内泵入清水，1分钟后泵入水泥浆，直至将设计量的水泥浆全部泵注完毕，再继续泵注设计量的清水；
步骤005：打开套管闸门和油管闸门，然后起出油管，在起出油管的过程中观察套管闸门和油管闸门是否出现返水，如果不返水，则表明水泥封堵作业正常。
在步骤001中，所述套管刮削器连接在油管上，所述套管刮削器的切削刃全部伸出后，其外径为套管内径的100.5％。
对于待封堵层段套管的刮削次数不少于10次。
每次刮削均由待封堵的射孔段顶界以上10m处向下刮削至带封堵的射孔段以下10m处后，再向上刮削至射孔段顶界以上10m处。
在步骤004中，第一次向油管内注入清水的排量不少于600L/min。
第二次向油管内注水量为井内油管容积与10m长套管的容积之和。
本发明的单流式注水泥工具包括：芯轴、锁环、限位环和挤胀组件，所述芯轴的中部贯通，所述芯轴两端设置有螺纹接口，所述芯轴的内侧设置有至少两组单向导通组件，所述单向导通组件向下导通；所述锁环设置在所述芯轴的上部，所述锁环与所述芯轴之间设置有第一销钉；所述限位环连接在所述芯轴的下端；所述挤胀组件套装在所述芯轴的外周，并位于所述锁环与所述限位环之间。
可选地，所述单向导通组件包括挡环、销轴、扭簧和阀瓣，所述销轴两端装配在所述芯轴的内侧壁上，所述阀瓣的一端与所述销轴枢接，所述扭簧套装在所述销轴上，所述挡环固定在所述销轴和所述阀瓣的上方。
可选地，还包括固定环，所述固定环通过第二销钉固定在所述芯轴的内侧，所述挡环的上侧靠在所述固定环的下侧。
可选地，所述挤胀组件从上之下依次包括上卡瓦、上锥体、上压圈、胶筒、下压圈、下锥体和下卡瓦，所述上卡瓦靠在所述锁环的下侧面，所述下卡瓦靠在所述限位环的上侧面。
可选地，所述上锥体和下锥体分别与所述芯轴之间设置有第三销钉。
本发明的油井注水泥方法配合单流式注水泥工具使用，主要针对封堵多个已射孔层段中的某一层段，先在待封堵的射孔段底界以下坐封桥塞，然后在待封堵的射孔段顶界以上坐封单流式注水泥工具，然后通过油管注入设计量的水泥浆，对待封堵的射孔段进行封堵。本发明的油井注水泥方法可规避传统水泥承留器使用过程中的回插程序，确保施工成功率，降低施工故障率和返工率，可提高注水泥作业的施工效率。
本发明的单流式注水泥工具是在贯通的芯轴外设置挤胀组件，在芯轴内设置单向导通组件，单向导通组件可以单独作用，不需要配合回插管使用，通过坐封工具坐封单流式注水泥工具时，挤胀组件受到坐封工具的挤压后被挤胀，对油井套管进行封堵，灌注水泥时，水泥会进入芯轴并穿过单向导通组件流到封堵部位的下方区域，不会反向通过单向导通组件，可实现对封堵油井的水泥的带压候凝。本发明的单流式注水泥工具可避免回插和验封不合格现象，同时方便大排量灌注水泥，可提高水泥作业效率。
附图说明
图1是本发明的油井注水泥方法的使用场景图；
图2是本发明的单流式注水泥工具的半剖结构示意图。
在图2中：1、芯轴；101、拉断环槽；102、轴肩；2、锁环；3、第一销钉；4、限位环；5、挡环；6、销轴；7、扭簧；8、阀瓣；9、压环；10、密封体；11、固定环；12、第二销钉；13、卡瓦；14、上锥体；15、上压圈；16、胶筒；17、下压圈；18、下锥体；19、下卡瓦；20、第三销钉。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
具体实施方式
实施例1
对于需要进行注水泥封堵储层或注水泥二次固井的井，先向油井的套管内下入套管刮削器，使用套管刮削器刮削掉油井的套管内壁的毛刺和附着的杂物，对于待封堵层段套管的刮削次数不少于10次，然后起出套管刮削器。每一次刮削均由待封堵的射孔段顶界以上10m向下刮削至待封堵的射孔段底界以下10m，再向上刮削至待封堵的射孔段顶界以上10m。
向油井的套管内下入坐封桥塞，在待封堵的射孔段底界以下10m处坐封桥塞，位置误差不超过±0.5m；桥塞为复合材质桥塞或铸铁材质桥塞。桥塞坐封管柱的组配、下入、桥塞坐封、丢手、剩余管柱起出按行业公知的方法施行。
向油井的套管内下入单流式注水泥工具及其坐封工具，在待封堵的射孔段顶界以上10m处坐封单流式注水泥工具，位置误差不超过±0.5m，再起出坐封工具；坐封工具完成后，上提管柱，上提最大拉力为坐封前管柱悬重的130％，直至将已坐封的工具丢手。下放油管的管柱至原位置，在油管的管柱上做标记。继续下放油管直至管柱悬重降低为工具坐封前管柱悬重的70％，如悬重下降但管柱未下行(根据标记处与井口之间的距离是否缩短为判断依据)，表明工具坐封合格，再起出井内的油管管柱。
向油井的套管内下入油管，直至单流式注水泥工具的坐封位置以上15m处，位置误差不超过±0.5m，安装井口。先向油管内以不小于600L/min的排量泵入清水，1分钟后泵入水泥浆，直至将设计量的水泥浆全部泵注完毕，再继续泵注设计量的清水，设计量为井内油管内容积+10m长的油井套管的内容积。
打开套管闸门和油管闸门，然后起出油管，在起出油管的过程中观察套管闸门和油管闸门是否出现返水，如果不返水，则表明水泥封堵作业正常。
参考图1，本实施例再提出一个具体的实时数据进行说明。该井油层套管内径124.26mm，前期已射开3个油层，生产2年后，产量下降，含水上升，经生产测井证实，该井由下至上的第3个射孔段出水严重，该射孔段顶底界分别为2500m、2510m。
现对该层段进行注水泥封堵。
首先在油管下端连接刮削器，刮削器的切削刃全部伸出后的最大外径为124.5mm，为油井的套管内径的100.5％，将刮削器下入油井内2490m，向下刮削至井内2520m，然后再往上刮削至原位置，如此往复刮削不少于10次，刮削作业结束后起出套管刮削器。
然后，向油井内下入桥塞坐封管柱，将桥塞坐封于井内2520m处，坐封后完成丢手，起出井内剩余管柱。
接着，向油井内下入单流式注水泥工具及其坐封工具，将单流式注水泥工具坐封在2490m。坐封前井内的管柱悬重24吨，坐封后继续上提管柱，当上提拉力提至30吨时，将单流式注水泥工具丢手。再上提管柱8-9m，上提过程中管柱悬重正常，表明丢手正常。再下放管柱至原位置，悬重为23.9吨，在油管与井口大四通持平之处标记。继续下放管柱，直至井内管柱悬重降至16.75吨，经测量管柱未下移，表明单流式注水泥工具坐封正常。
最后，向油井内下入光油管管柱，油管外径73.02mm，下至2475m，坐井口。以700L/min的排量由油管向井内泵注清水，1分钟后泵注密度1.85kg/m3的水泥浆，泵注100m3的水泥浆后，更换为清水继续泵注8.7m3后停泵，打开油管和套管闸门，起出井内油管。起钻过程中，油套管闸门未见返水。
实施例2
参考图2，根据本发明的单流式注水泥工具的一种实施例，包括芯轴1、锁环2、限位环4和挤胀组件，芯轴1中部贯通，上端为外螺纹接口，下端为内螺纹接口，外螺纹接口的下方设置有环槽101，环槽101的下方设置有轴肩102，锁环2的上侧面靠在轴肩102的下侧面，锁环2与芯轴1之间通过第一销钉3固定。芯轴1的下端螺纹连接有限位环4，芯轴1在锁环2和限位环4之间的轴面上安装有挤胀组件，挤胀组件从上之下依次分别为上卡瓦13、上锥体14、上压圈15、胶筒16、下压圈17、下锥体18和下卡瓦19，上卡瓦13靠在锁环2的下侧面，下卡瓦19靠在限位环4的上侧面。其中，上锥体14和下锥体18分别通过第三销钉20固定在芯轴1上。芯轴1内装配两组单向导通组件，单向导通组件受到向下的压力时打开，受到向上的压力时封闭。
在使用时，油管与坐封工具连接，坐封工具与芯轴1上端的外螺纹连接，通过油管将坐封工具下至油井的套管内的预定位置后，通过油管向坐封工具内投球，球到位后，向油管泵入清水，液压推动坐封工具外筒下行，外筒挤压锁环2，锁环2上受到10吨以上剪切力后，第一销钉3被剪断，坐封工具的外筒和锁环2一起向下移动，对上卡瓦13、上锥体14、上压圈15、胶筒16、下压圈17、下锥体18和下卡瓦19进行挤压，使上卡瓦13和下卡瓦19张开，上锥体14和下锥体18与芯轴1之间的第三销钉20都被切断，直至下锥体18滑到限位环4的上侧面后，胶筒16也被挤胀，封隔油井套管与芯轴1之间的空隙，停止泵注，坐封动作完成。
然后上提油管，上提拉力达到井内管柱悬重15-20吨时，停止上提，原位置悬停5分钟，等坐封管柱从芯轴1的环槽101处断脱后，再起出油管和坐封工具，本发明的油井注水泥方法被坐封在井内，其丢手动作完成。
可经管内或另行下入套管内的油管注入水泥浆进行注水泥作业，在泵注压力下，单向导通组件向下开启，泵注水泥作业结束停泵后，单向导通组件关闭，可防止井内流体向上流出，实现了带压候凝。
实施例3
参考图2，在实施例2的基础上，单向导通组件包括挡环5、销轴6、扭簧7和阀瓣8，销轴6横向设置，挡环5固定在销轴6的上方，挡环5与芯轴1的内侧壁之间设置有密封圈，销轴6的其两端装配在芯轴1的内侧壁上，并整体靠近芯轴1的内侧壁，阀瓣8呈圆形，其一端与销轴6枢接，扭簧7套装在销轴6上，扭簧7的一端压在所述挡环5上，另一端压在阀瓣8的下侧，对阀瓣8施加一个向上封闭的弹力，使阀瓣8封堵销轴6的内环。阀瓣8的封堵面约为芯轴1的内径，灌注水泥时，阀瓣8全开，水泥通过截面大，可提高水泥灌注速度。
实施例4
参考图2，在实施例3的基础上，挡环5的下端的外侧设置有环形缺口，环形缺口与芯轴1的内侧壁之间装配有压环9，压环9与挡环5之间装夹有密封体10，实现对挡环5和压环9之间的密封。
实施例5
参考图2，在实施例3或实施例4的基础上，在芯轴1的内侧壁设置固定环11，固定环11与芯轴1之间连接第二销钉12，挡环5的上侧靠在固定环11的下侧。
实施例6
参考图2，在实施例3或实施例4的基础上，在芯轴1的上端的内侧加工出台阶面，单向导通组件中的挡环5的上侧靠在台阶面上。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (10)

1.一种油井注水泥方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤001：向油井的套管内下入套管刮削器，使用套管刮削器刮削掉油井的套管内壁的毛刺和附着的杂物，然后起出套管刮削器；
步骤002：向油井的套管内下入坐封桥塞，在待封堵的射孔段底界以下10m处坐封桥塞，位置误差不超过±0.5m，；
步骤003：向油井的套管内下入单流式注水泥工具及其坐封工具，在待封堵的射孔段顶界以上10m处坐封单流式注水泥工具，位置误差不超过±0.5m，然后起出坐封工具；
步骤004：向油井的套管内下入油管，直至单流式注水泥工具的坐封位置以上15m处，位置误差不超过±0.5m，先向油管内泵入清水，1分钟后泵入水泥浆，直至将设计量的水泥浆全部泵注完毕，再继续泵注设计量的清水；
步骤005：打开套管闸门和油管闸门，然后起出油管，在起出油管的过程中观察套管闸门和油管闸门是否出现返水，如果不返水，则表明水泥封堵作业正常。
2.根据权利要求1所述的油井注水泥方法，其特征在于，在步骤002中，所述套管刮削器连接在油管上，所述套管刮削器的切削刃全部伸出后，其外径为套管内径的100.5％。
3.根据权利要求2所述的油井注水泥方法，其特征在于，在步骤002中，对于待封堵层段套管的刮削次数不少于10次。
4.根据权利要求3所述的油井注水泥方法，其特征在于，每次刮削均由待封堵的射孔段顶界以上10m处向下刮削至带封堵的射孔段以下10m处后，再向上刮削至射孔段顶界以上10m处。
5.根据权利要求1所述的油井注水泥方法，其特征在于，在步骤004中，第一次向油管内注入清水的排量不少于600L/min。
6.根据权利要求1所述的油井注水泥方法，其特征在于，在步骤004中，第二次向油管内注水量为井内油管容积与10m长套管的容积之和。
7.一种单流式注水泥工具，其特征在于，包括：
芯轴(1)，所述芯轴(1)的中部贯通，所述芯轴(1)的内侧设置有单向导通组件，所述单向导通组件向下导通；
锁环(2)，所述锁环(2)通过第一销钉(3)固定在所述芯轴(1)的上端的外侧面；
限位环(4)，所述限位环(4)通过螺纹连接在所述芯轴(1)的下端，其外周面伸出所述芯轴(1)的外侧面；和
挤胀组件，所述挤胀组件套装在所述芯轴(1)的外周，并位于所述锁环(2)与所述限位环(4)之间。
8.根据权利要求7所述的单流式注水泥工具，其特征在于，所述单向导通组件包括挡环(5)、销轴(6)、扭簧(7)和阀瓣(8)，所述销轴(6)两端装配在所述芯轴(1)的内侧壁上，所述阀瓣(8)的边沿与所述销轴(6)枢接，所述扭簧(7)套装在所述销轴(6)上，所述挡环(5)固定在所述芯轴(1)内，并位于所述销轴(6)和所述阀瓣(8)的上方。
9.根据权利要求8所述的单流式注水泥工具，其特征在于，还包括固定环(11)，所述固定环(11)通过第二销钉(12)固定在所述芯轴(1)的内侧，所述挡环(5)的上侧靠在所述固定环(11)的下侧。
10.根据权利要求7所述的单流式注水泥工具，其特征在于，所述挤胀组件从上至下依次包括上卡瓦(13)、上锥体(14)、上压圈(15)、胶筒(16)、下压圈(17)、下锥体(18)和下卡瓦(19)，所述上卡瓦(13)靠在所述锁环(2)的下侧面，所述下卡瓦(19)靠在所述限位环(4)的上侧面；所述上锥体(14)和下锥体(18)分别与所述芯轴(1)之间设置有第三销钉(20)。
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