CN110185412B - 井下堵漏装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种井下堵漏装置，包括：至少一个罩筒，其外壁设置有至少一个连通其内外的槽道；至少一个用于填充堵漏材料的储料管，其设置于至少一个罩筒内；导爆索和用于引爆导爆索的起爆机构，起爆机构安装于罩筒的上端，导爆索的上端与起爆机构连接，其下端设于储料管中；导爆索爆炸时，可将储料管炸碎，并驱动储料管中的堵漏材料通过槽道向罩筒外喷射。通过本发明，缓解了现有技术中处理漏失的方法所存在的效果较差，难以一次凑效的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及井下施工技术领域，尤其涉及一种井下堵漏装置。
背景技术
在石油和地热等钻井工程中，经常会出现漏失；漏失的类型包括孔隙性漏失和裂缝性漏失。出现漏失时，钻井液等工作液会在压差作用下直接进入地层中，影响井下作业的正常进行，给生产造成较大损失。因此，需要对漏失的地层进行封堵。目前，通常采用化学封堵或打水泥封堵的处理方法。但是，现有技术中对漏失的处理方法存在效果较差，难以一次凑效的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种井下堵漏装置，以缓解现有技术中处理漏失的方法所存在的效果较差，难以一次凑效的技术问题。
本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：
本发明提供一种井下堵漏装置，包括：至少一个罩筒，其外壁设置有至少一个连通其内外的槽道；至少一个用于填充堵漏材料的储料管，其设置于至少一个所述罩筒内；导爆索和用于引爆所述导爆索的起爆机构，所述起爆机构安装于所述罩筒的上端，所述导爆索的上端与所述起爆机构连接，其下端设于所述储料管中；所述导爆索爆炸时，可将所述储料管炸碎，并驱动所述储料管中的堵漏材料通过所述槽道向所述罩筒外喷射。
在优选的实施方式中，所述槽道的数量为多个，各个所述槽道均沿所述罩筒的轴线方向延伸，且环绕所述罩筒的轴线圆周间隔分布。
在优选的实施方式中，所述槽道的两竖直方向的侧壁，沿径向向外的方向逐渐远离。
在优选的实施方式中，所述槽道的两竖直方向的侧壁分别位于所述罩筒的径向剖面上。
在优选的实施方式中，所述储料管的管壁设有多个通孔。
在优选的实施方式中，所述储料管设有延伸至所述槽道中的凸起部，所述凸起部中设有与所述储料管的内腔连通的空腔。
在优选的实施方式中，所述起爆机构包括雷管，其固定于所述罩筒中，且与所述导爆索相连接；用于引爆所述雷管的压力起爆器，其安装于所述罩筒的上端。
在优选的实施方式中，所述压力起爆器包括起爆器壳体、撞针和至少一个销钉，所述起爆器壳体固定于所述罩筒；所述撞针设置于所述起爆器壳体中，其下端指向所述雷管；所述撞针与所述起爆器壳体之间通过所述销钉连接。
在优选的实施方式中，所述销钉的数量为多个，多个所述销钉绕所述撞针的轴线间隔分布。
在优选的实施方式中，所述井下堵漏装置包括钻杆接头，所述钻杆接头可拆卸地连接于所述罩筒的端部，并且所述钻杆接头中的管腔与所述压力起爆器连通。
在优选的实施方式中，所述井下堵漏装置包括导引头，所述导引头固定于所述罩筒的远离所述起爆机构的一端。
在优选的实施方式中，所述储料管中填充有所述堵漏材料，所述导爆索在所述堵漏材料中沿所述储料管的轴线方向延伸。
在优选的实施方式中，包括：罩筒组，所述罩筒组包括多个串联连接的所述罩筒；设置于所述罩筒组内的多个所述储料管；所述起爆机构安装于所述罩筒组的上端，所述导爆索穿设于多个所述储料管中，且与所述起爆机构连接。
本发明的特点及优点是：在储料管中填充堵漏材料，导爆索穿设于堵漏材料中；可将罩筒安装到钻杆的端部，通过钻杆，将本发明提供的井下堵漏装置下入到井下的漏失地层；在下井过程中，罩筒可对储料管起到保护作用，减少储料管受到井壁的岩石的碰撞刮擦。
然后，控制起爆机构引爆导爆索；导爆索爆炸产生的冲击波将储料管炸碎，并且驱动堵漏材料向外喷射，通过罩筒上的槽道，进入到地层中的裂缝或者孔隙，实现封堵。
本发明提供的井下堵漏装置的操作步骤比较简单，具有稳定良好的堵漏效果，并且适用于对孔隙性漏失或者裂缝性漏失进行堵漏，应用面比较广。
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为本发明一实施例提供的井下堵漏装置的结构示意图；
图2为图1所示的井下堵漏装置下入井中爆炸前的结构示意图；
图3为图1所示的井下堵漏装置下入井中爆炸后的结构示意图；
图4为图1所示的井下堵漏装置中罩筒的结构示意图；
图5为图1中A-A向的剖视图；
图6为图1所示的井下堵漏装置中储料管的结构示意图；
图7为图1所示的井下堵漏装置中导爆索的结构示意图；
图8为图1所示的井下堵漏装置中压力起爆器的结构示意图；
图9为图1所示的井下堵漏装置中钻杆接头的结构示意图；
图10为图1所示的井下堵漏装置中导引头的结构示意图；
图11为本发明另一实施例提供的井下堵漏装置中罩筒的结构示意图；
图12为本发明另一实施例提供的井下堵漏装置中罩筒和储料管的剖视图。
附图标号说明：10、罩筒；101、罩筒的轴线；102、槽道组；11、槽道；111、第一侧壁；112、第二侧壁；121、第一阶梯孔；122、第二阶梯孔；123、第三阶梯孔；124、第四阶梯孔；20、储料管；21、通孔；22、凸起部；30、导爆索；40、堵漏材料；50、起爆机构；51、雷管；52、压力起爆器；521、撞针；522、销钉；523、起爆器壳体；60、钻杆接头；61、钻杆；70、导引头；81、井壁；82、钻井液；83、地层裂缝。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供了一种井下堵漏装置，包括：至少一个罩筒，其外壁设置有至少一个连通其内外的槽道；至少一个用于填充堵漏材料的储料管，其设置于至少一个罩筒内；导爆索和用于引爆导爆索的起爆机构，起爆机构安装于罩筒的上端，导爆索的上端与起爆机构连接，其下端设于储料管中；导爆索30爆炸时，可将储料管20炸碎，并驱动储料管20中的堵漏材料40通过槽道11向罩筒10外喷射。请参照图2和图3，在实施堵漏时，在储料管20中填充堵漏材料40，导爆索30穿设于堵漏材料40中；可将罩筒10安装到钻杆61的端部，通过钻杆61，将本发明提供的井下堵漏装置下入到井下的漏失地层；在下井过程中，罩筒10可对储料管20起到保护作用，减少储料管20受到井壁81岩石的碰撞刮擦。然后，控制起爆机构50引爆导爆索30；导爆索30爆炸产生的冲击波将储料管20炸碎，并且驱动堵漏材料40向外喷射，通过罩筒10上的槽道11，进入到地层中的裂缝或者孔隙，实现封堵。本发明提供的井下堵漏装置的操作步骤简单，具有稳定良好的堵漏效果，并且适用于对孔隙性漏失或者裂缝性漏失进行堵漏，应用面比较广。
使用本发明提供的井下堵漏装置进行堵漏时，导爆索30爆炸后，储料管20和堵漏材料40被压入漏失地层中，罩筒10可以重复循环使用，节约了成本。另外，在堵漏材料40进入地层时，只有少量的钻井液和其它工作液进入到地层，减少了对地层的污染；当漏失地层位于油气层位置时，可以较好地保护油气层。
为了提高罩筒10的强度，罩筒10采用金属材料制作。为了使储料管20可在冲击波的作用下被炸碎，且随冲击波射向地层中，储料管20采用玻璃钢制作；另一方面，玻璃钢具有较大的刚度，更加便于在储料管20中填充堵漏材料，可以使堵漏材料40填充得比较密实。
罩筒10内设有圆柱形的空腔，储料管20设置于该圆柱形的空腔中。优选地，储料管20的外径小于该圆柱形的空腔的直径，以使储料管20的侧壁与罩筒10的内壁之间具有间隙，有利于储料管20在冲击波的作用下被炸碎。
利用导爆索30爆炸产生的冲击波来驱动堵漏材料40，可以使堵漏材料40以较大的速度射向地层，有利于对孔隙和裂缝进行封堵。但是，本发明提供的井下堵漏装置并不限于使用导爆索30；导爆索30还可以替换为其它可在起爆机构的控制下实现爆炸的爆炸物。
堵漏材料40可以由单种材料构成，也可以由多种材料混合组成。在使用本发明提供的井下堵漏装置进行堵漏作业的过程中，可以根据漏失地层的地层特点和现场需要，来对堵漏材料40的成分进行选择和搭配。优选地，堵漏材料40包括纤维材料和颗粒物。在一些实施例中，堵漏材料40包括核桃壳、贝壳渣、石棉绒、锯末和凝胶聚合物。在另一些实施例中，堵漏材料40包括石英砂，并且石英砂中具有多种粒径大小的颗粒。
在本发明的一实施方式中，储料管20中填充有堵漏材料40，导爆索30在堵漏材料40中沿储料管20的轴线方向延伸。优选地，导爆索30设置于储料管20的轴线位置，堵漏材料40分布于导爆索30的周围，导爆索30爆炸的冲击波可驱动堵漏材料40均匀地向周围射出。
槽道11贯穿罩筒10的侧壁，以将罩筒10内的圆柱形的空腔与罩筒10外的空间连通。槽道11作为堵漏材料40穿过罩筒10的通道，其形状和设置方式可以有多种，例如：如图11所示，罩筒10沿自身轴线方向设置有多层槽道组101；单层槽道组101包括多个沿罩筒10的圆周方向间隔分布的槽道11。在本发明的一实施方式中，如图4所示，槽道11设为腰型孔，且腰型孔的长度方向沿罩筒10的轴线方向设置；并且，罩筒10的外壁设有多个环绕罩筒10的轴线圆周间隔分布的槽道11，有利于保证在罩筒10的长度范围内，堵漏材料40向外喷射的覆盖范围的连续性。优选地，多个槽道11绕罩筒10的轴线均匀地圆周间隔分布。
在本发明的一实施方式中，槽道11的两竖直方向的侧壁，沿径向向外的方向逐渐远离。如图4和图5所示，槽道11具有第一侧壁111和第二侧壁112，在本发明提供的井下堵漏装置下井过程中，第一侧壁111和第二侧壁112沿竖直方向延伸；第一侧壁111的上端和第二侧壁112的上端均与槽道11的顶壁连接，第一侧壁111的下端和第二侧壁112的下端均与槽道11的底壁连接，第一侧壁111、第二侧壁112、槽道11的顶壁和槽道11的底壁包围形成槽道11。第一侧壁111和第二侧壁112沿径向向外的方向逐渐远离，使得槽道11在水平方向的横截面的宽度由内向外逐渐增大。
槽道11对堵漏材料40向外喷射的方向具有引导作用，通过第一侧壁111和第二侧壁112，可以引导堵漏材料40以向外扩散的方式射向地层。一方面，由于相邻两个槽道11之间存在间隔，通过第一侧壁111和第二侧壁112，使得堵漏材料40向外扩散时，可以覆盖该间隔对应的地层区域，从而更好地对地层中的裂缝和孔隙进行封堵，优化堵漏效果。另一方面，爆炸产生的冲击波一般是以向外扩散的方式进行传播，通过将槽道11设置为上述形状，可以充分利用冲击波的能量，使堵漏材料40获得较大的速度。
进一步地，第一侧壁111和第二侧壁112分别位于罩筒10的径向剖面上。如图5所示，图5为垂直于罩筒10的轴线的剖视截面图，在该剖视截面图中，第一侧壁111与第二侧壁112分别与以罩筒10的轴线上的一点为圆心的两条半径重合，槽道11的形状为扇形，以使堵漏材料40以罩筒10的轴线为中心，向外扩散和射出。
在本发明的一实施方式中，请参照图6，储料管20的管壁分布有多个通孔21，通孔21将储料管20的内腔与罩筒10内的空间连通，同时罩筒10内的空间通过槽道11与罩筒10外的空间连通。这样，在下井过程中，井中的钻井液可流入到储料管20中，从而使储料管20内腔中的压力、罩筒10内的压力与井中的压力保持平衡，便于下井作业。同时，通过间隔设置多个通孔21，可以降低储料管20的强度，便于储料管20被炸碎。
为了增加储料管20的容积，发明人对储料管20做了进一步改进：请参照图12，图12为垂直于罩筒10的轴线的剖视截面图，储料管20设有延伸至槽道11中的凸起部22，凸起部22中设有与储料管20的内腔连通的空腔。通过凸起部22，可以利用槽道11中的空间，堵漏材料40可以填充在储料管20的内腔和凸起部22的空腔，以使本发明提供的井下堵漏装置可以携带更多的堵漏材料。在一些实施例中，储料管20沿圆周方向设有多个凸起部22，使储料管20的垂直于自身轴线方向的截面为花瓣状，以进一步增加储料管20的容积。
当储料管20设有凸起部22时，为了方便储料管20与罩筒10之间的装配，罩筒10可沿经过罩筒10的轴线的一个或者多个平面，分成两个或者两个以上的拼接部分。在装配时，将两个或者两个以上的拼接部分包围储料管20，然后拼接到一起，组成罩筒10。
起爆机构50，用于引爆导爆索30，使本发明提供的井下堵漏装置下入到井下后，操作人员可在地面对爆炸进行控制。在本发明的一实施方式中，请参照图1、图7和图8，起爆机构50包括压力起爆器52和雷管51，雷管51固定于罩筒10中，导爆索30与雷管51连接；压力起爆器52安装于罩筒10的端部，用于引爆雷管51。通过向井中注入钻井液等工作液，可使井中的压强增大；当井中的压强增大到压力起爆器52的设定压强时，会触发压力起爆器52，压力起爆器52将雷管51引爆，雷管51产生爆炸，引爆导爆索30。
压力起爆器52包括起爆器壳体523、撞针521和销钉522，起爆器壳体523固定于罩筒10；撞针521设置于起爆器壳体523中，其下端指向雷管51；撞针521与起爆器壳体523之间通过销钉522连接。起爆器壳体523的靠近雷管51的端面设有通孔，撞针521穿设于该通孔中，并且撞针521与该通孔的侧壁之间滑动配合。井中的工作液作用于撞针521背离雷管51的一端的端面，当压强增大到设定压强时，销钉522被剪断，撞针521与起爆器壳体523之间分离开，撞针521向雷管51移动，并撞击雷管51，使雷管51产生爆炸。在一些实施例中，撞针521的轴线、储料管20的轴线和罩筒10的轴线相重合；在罩筒10沿竖直方向下井的过程中，雷管51位于撞针521的下方，便于撞针521向下移动来撞击雷管51。
如图1和图4所示，罩筒10的上端沿从下往上的方向依次设有内径逐渐增大的第一阶梯孔121、第二阶梯孔122和第三阶梯孔123，雷管51固定于第二阶梯孔122的靠近第一阶梯孔121的端面，导爆索30穿过第一阶梯孔121与雷管51连接；起爆器壳体523安装于第三阶梯孔123。优选地，起爆器壳体523螺纹连接于第三阶梯孔123。
进一步地，销钉522的数量为多个，多个销钉522可沿撞针521的轴向间隔分布为多层，每层中的多个销钉522沿圆周间隔分布。通过调整销钉522的数量，或者选择不同直径规格的销钉522，可对压力起爆器52的设定压强值进行调整。
在本发明的一实施方式中，请参照图1、图2和图9，本发明提供的井下堵漏装置包括钻杆接头60，钻杆接头60可拆卸地连接于罩筒10的端部，并且钻杆接头60中的管腔与所述压力起爆器52连通。具体地，罩筒10的上端设有第四阶梯孔124，钻杆接头60螺纹连接于第四阶梯孔124，并且钻杆接头60的管腔与起爆器壳体523的上端开口连通。本发明提供的井下堵漏装置通过钻杆接头60安装到钻杆61上，通过钻杆61内的液体对压力起爆器52进行加压，以触发压力起爆器52。
在本发明的一实施方式中，请参照图1和图10，本发明提供的井下堵漏装置包括导引头70，导引头70固定于罩筒10的远离起爆机构50的一端。导引头70用于在下井过程中起到疏通的作用，以保护罩筒10和储料管20，减少井壁81障碍物的干扰，以方便该井下堵漏装置顺利地下到堵漏地层。具体地，导引头70的背离起爆机构50的端部可以设有导引部，导引部设为半球状或者锥形。导引头70的材料选择可以根据具体现场要求选择；优选地，导引头70由木材制作。
在一些实施例中，导引头70与罩筒10之间螺纹连接。为了使导引头70与罩筒10之间连接得更加牢靠，导引头70上穿设有导引头销钉，导引头销钉沿罩筒10的径向设置，且与罩筒10螺纹连接。
钻井工程中，漏失地层的厚度存在差异。为了便于对厚度较大的漏失地层进行堵漏作业，发明人对本发明做了进一步地改进：该井下堵漏装置包括：导爆索30、起爆机构50、多个罩筒10和多个储料管20，多个罩筒10依次串联连接，多个储料管20逐根放入罩筒中；起爆机构50安装于串联连接的罩筒10的一端；导爆索30整根穿设于各个储料管20中，并且一端与起爆机构50连接。多个罩筒10和多个储料管20，可以延长该井下堵漏装置的长度，从而扩大对地层的竖直方向的覆盖范围。
以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。
Claims (13)
1.一种井下堵漏装置，其特征在于，包括：
至少一个罩筒，其外壁设置有至少一个连通其内外的槽道；
至少一个用于填充堵漏材料的储料管，其设置于至少一个所述罩筒内；
导爆索和用于引爆所述导爆索的起爆机构，所述起爆机构安装于所述罩筒的上端，所述导爆索的上端与所述起爆机构连接，其下端设于所述储料管中；
所述导爆索穿设于所述储料管中的堵漏材料中，所述导爆索爆炸时，产生冲击波，可将所述储料管炸碎，并驱动所述储料管中的堵漏材料通过所述槽道向所述罩筒外喷射。
2.根据权利要求1所述的井下堵漏装置，其特征在于，所述槽道的数量为多个，各个所述槽道均沿所述罩筒的轴线方向延伸，且环绕所述罩筒的轴线圆周间隔分布。
3.根据权利要求1所述的井下堵漏装置，其特征在于，所述槽道的两竖直方向的侧壁，沿径向向外的方向逐渐远离。
4.根据权利要求3所述的井下堵漏装置，其特征在于，所述槽道的两竖直方向的侧壁分别位于所述罩筒的径向剖面上。
5.根据权利要求1所述的井下堵漏装置，其特征在于，所述储料管的管壁设有多个通孔。
6.根据权利要求1所述的井下堵漏装置，其特征在于，所述储料管设有延伸至所述槽道中的凸起部，所述凸起部中设有与所述储料管的内腔连通的空腔。
7.根据权利要求1所述的井下堵漏装置，其特征在于，所述起爆机构包括：
雷管，其固定于所述罩筒中，且与所述导爆索相连接；
用于引爆所述雷管的压力起爆器，其安装于所述罩筒的上端。
8.根据权利要求7所述的井下堵漏装置，其特征在于，所述压力起爆器包括起爆器壳体、撞针和至少一个销钉，所述起爆器壳体固定于所述罩筒；所述撞针设置于所述起爆器壳体中，其下端指向所述雷管；所述撞针与所述起爆器壳体之间通过所述销钉连接。
9.根据权利要求8所述的井下堵漏装置，其特征在于，所述销钉的数量为多个，多个所述销钉绕所述撞针的轴线间隔分布。
10.根据权利要求7所述的井下堵漏装置，其特征在于，所述井下堵漏装置包括钻杆接头，所述钻杆接头可拆卸地连接于所述罩筒的端部，并且所述钻杆接头中的管腔与所述压力起爆器连通。
11.根据权利要求1所述的井下堵漏装置，其特征在于，所述井下堵漏装置包括导引头，所述导引头固定于所述罩筒的远离所述起爆机构的一端。
12.根据权利要求1所述的井下堵漏装置，其特征在于，所述储料管中填充有所述堵漏材料，所述导爆索在所述堵漏材料中沿所述储料管的轴线方向延伸。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的井下堵漏装置，其特征在于，包括：
罩筒组，所述罩筒组包括多个串联连接的所述罩筒；
设置于所述罩筒组内的多个所述储料管；
所述起爆机构安装于所述罩筒组的上端，所述导爆索穿设于多个所述储料管中，且与所述起爆机构连接。
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