CN111648742A - 一种套管口密封管内底部逆向注浆固井装置与方法 - Google Patents
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Abstract
一种套管口密封管内底部逆向注浆固井装置与方法，所述装置包括套管、密封器、注浆管和泄压管，所述密封器安装在套管口，所述注浆管穿过密封器，并伸至套管底部，所述注浆管上安装有控制阀Ⅰ，所述泄压管安装在密封器上，并与套管内部连通，所述泄压管上安装有压力表和控制阀Ⅱ。本发明还包括一种利用所述装置实施的套管口密封管内底部逆向注浆固井方法。本发明具有装置结构简单、成本低，工艺操作简便、可靠等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种套管内注浆固井方法，具体涉及一种套管口密封管内底部逆向注浆固井装置与方法。
背景技术
地浸采铀工艺井、水文地质井等一般采用填砾式一次性成井工艺。该工艺的套管下部连接过滤器、沉沙管。钻井完成后，将沉沙管、过滤器及上部套管依次连接，并安装到钻井中；再在套管与井壁间下放一根投砾注浆管至过滤器位置，进行填砾；然后分次提升注浆管、分段逆向注水泥浆固井。该一次性成井工艺的固井方法称为套管外分段逆向注浆固井方法，该工艺适合于地层结构稳定、矿层单一的条件，对于存在易缩径地层、多矿层等矿山的开采有局限性。
近几年地浸采铀领域研究和应用了一些二次成井工艺。有采用射弹方法，形成弹孔穿过套管和固井水泥环，与矿层连通，再安装内置过滤器的工艺；还有采用切割方法，切除矿层位置套管和固井水泥环，再安装内置过滤的工艺等。其中某一项切割加内置过滤器的二次成井工艺研究，所设计的工艺是在钻井完成后，首先安装沉沙管及套管并逆向注浆固井；然后在套管内对拟开采的矿层段进行切割，去掉套管和固井水泥环后，再在矿层段安装内置过滤器，并逆向填塑料粒料。就此工艺设计，研究单位开发出配套的一种逆向注浆成井装置及方法（公开号CN107780879A），其主要装置是连接在沉沙管位置的成井装置，用来保证注浆管紧密连接、连通注浆和反向闭锁，其技术核心是套管底部密封与井底逆向注浆装置和方法。该二次成井工艺的井底装置不能重复使用，成本高、实际操作可靠性不理想；安装好过滤器后，在填粒工序时填粒管与井底装置连接方面易出问题、且不可补救。
尽管二次成井工艺也采用一次成井工艺中的套管外注浆固井方法，在技术上是可行的，但为了发挥二次成井工艺的有利条件，克服掉套管外注浆时易受意外因素影响的缺点，探索出一个更可靠、更经济的管内逆向注浆固井方法有重要的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种在套管与井壁环形空间内不再安放注浆管，可以缩小裸眼钻孔的直径减小钻进成本，降低环保压力，同时能很好的解决某些地层因存在缩径现象，而导致无法从环形空间下放注浆管的问题，减少施工中意外因素影响，保证注浆顺利进行直到固井结束，及保证实施工艺的装置简单可靠、成本低的套管口密封管内底部逆向注浆固井装置与方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种套管口密封管内底部逆向注浆固井装置，包括套管、密封器、注浆管和泄压管，所述密封器安装在套管口，所述注浆管穿过密封器，并伸至套管底部，所述注浆管上安装有控制阀Ⅰ，所述泄压管安装在密封器上，并与套管内部连通，所述泄压管上安装有压力表和控制阀Ⅱ。
进一步，所述密封器包括壳体和压块，所述压块和壳体的中部分别设有用于放置注浆管的孔，所述壳体的侧壁设有与泄压管连通的孔，所述壳体的底部设有连接螺纹，与套管螺纹连接，所述压块与壳体为螺纹连接，且压块与壳体之间设有橡胶密封圈。
进一步，所述压块的外径小于或等于壳体的外径。
进一步，所述泄压管与密封器的安装可为焊接连接或螺纹连接等。
进一步，所述壳体和压块的材质可为尼龙棒或钢材等。
进一步，所述控制阀Ⅰ可为球阀等。
进一步，所述控制阀Ⅱ可为球阀等。
一种利用所述装置实施的套管口密封管内底部逆向注浆固井方法，具体步骤如下：
（1）在套管口设置一个密封器，将注浆管穿过密封器从套管内下放至套管底部，套管内充满了泥浆，套管外环形空间充满泥浆；
（2）密封套管口，通过注浆管将水泥浆向套管底部注入，在套管内部会产生向上的压力，由于套管口装有密封器，将会阻止泥浆进入套管内，而套管底部与外部环形空间及井口是连通的，这样就能强制水泥浆流向套管外壁与钻孔岩壁的环形空间，环形空间中的泥浆会被水泥浆推动着向井口方向流动，即环形空间内的泥浆被水泥浆置换，直到全部从井口流出；
（3）当井口返水泥浆后，向注浆管内注入清水置换水泥浆；
（4）待水泥浆终凝后，拆除密封器和注浆管，清扫套管内部至井底即可。
进一步，步骤（1）中，所述注浆管最低端离套管最低端的高度≥500mm。
进一步，步骤（2）中，注浆时，观察压力表读数，当压力表显示超过一定压力时，控制注浆速度，防止将套管破坏。
进一步，步骤（2）中，采用注浆泵，通过注浆管将水泥浆向套管底部注入。
进一步，步骤（3）中，采用水箱体积法，向注浆管内注入等体积清水置换水泥浆。
本发明的技术原理是；注浆前套管内充满了泥浆，套管外环形空间充满泥浆，当套管口密闭后，注浆管从套管底部注入水泥浆，因井壁有泥皮阻隔、套管口已密闭，水泥浆只能推动套管与井壁之间环形空间中的泥浆从底部向井口方向流动，即逆向注入环形空间，当环形空间充满水泥浆时注浆结束，在水泥浆凝固后即固井完成。由于注浆时套管内外均充满液固相流体，套管壁内外压力基本平衡，套管壁的安全性优于管外逆向注浆工艺，水泥浆也不会意外进入套管内。
本发明的有益效果是：一是无需在环形空间内安放注浆管，可以缩小裸眼钻孔的直径，降低钻进成本、减少水泥浆用量；二是由于裸孔直径减小，生产过程中排放的泥浆会减小，大大降低环保压力；三是很好的解决某些地层因存在缩径现象而导致无法从环形空间下入注浆管的问题；四是工艺操作简便、可靠，使用的装置结构简单、成本低；五是能保证钻井下部泥浆被水泥浆充分置换，固井质量好；六是井底不安装和遗留金属或塑料装置，不影响与各种二次成井工艺对接。
附图说明
图1 为本发明套管口密封管内底部逆向注浆固井装置及工况示意图；
图2 为图1所示装置中密封器的剖视放大图；
图中：1.地层，2.泥浆，3.套管，4.密封器，5.注浆管，6.球阀Ⅰ，7.水泥浆，8.压力表，9.球阀Ⅱ，10.泄压管，11.矿层，12.橡胶密封圈，13.壳体，14.螺纹，15.压块。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
实施例
参照图1，一种套管口密封管内底部逆向注浆固井装置，包括套管3、密封器4、注浆管5和泄压管10，所述密封器4安装在套管3口，所述注浆管5穿过密封器4，并伸至套管3底部，所述注浆管3上安装有球阀Ⅰ6，所述泄压管10安装在密封器4上，并与套管3内部连通，所述泄压管10上安装有压力表8和球阀Ⅱ9。
参照图2，所述密封器4包括壳体13和压块15，所述压块15和壳体13的中部分别设有用于放置注浆管5的孔，所述壳体13的侧壁设有与泄压管10连通的孔，所述壳体13的底部设有连接螺纹，与套管3螺纹连接，所述压块15与壳体13为螺纹14连接，且压块15与壳体13之间设有橡胶密封圈12。所述压块15的外径小于壳体14的外径。
所述泄压管10与密封器4焊接连接，当然，也可为螺纹连接等。
所述壳体13和压块15的材质为尼龙棒，当然，也可为钢材等。
一种利用上述装置实施的套管口密封管内底部逆向注浆固井方法，具体步骤如下：在地层1中完成钻孔的钻进工作后，整个钻孔充满泥浆2；将套管3安装到钻孔中；在套管口安装密封器4；将注浆管5从密封器4中穿过下放至套管3底部位置；打开球阀Ⅰ6开始注浆工作，当注浆泵将水泥浆7通过注浆管5向套管3底部注入时，在套管3内部会产生向上的压力，由于套管口装有密封器4，将会阻止泥浆2进入套管3内，因套管3底部与外部环形空间（套管与孔壁之间）及井口是连通的，这样就能强制水泥浆7流向套管3外壁与钻孔岩壁的环形空间，环形空间中的泥浆2会被水泥浆7推动着向井口方向流动，即环形空间内的泥浆2被水泥浆7置换，直到全部从井口流出；当井口返出水泥浆时即完成了注水泥浆7，用等体积清水置换注浆管内的水泥浆；待水泥浆终凝后，再拆除密封器4、提出注浆管5，并清扫套管3内部。
本实施例中，所述注浆管5最低端离套管3最低端的高度为500mm。
本实施例中，裸眼钻孔的直径为215mm，套管外径为148mm。
本实施例中，注浆时，观察压力表读数，当压力表8显示超过一定压力时，调节球阀Ⅰ6控制注浆速度，防止将套管3破坏。在地层均匀的环境下，400m左右井的注浆时间大概在4小时左右。
本实施例之套管口密封管内底部逆向注浆固井方法，具有以下优点：
一.无需在环形空间内安装任何东西，可以缩小裸眼钻孔的直径，可以大大减少生产成本；
二.由于裸孔直径减小，生产过程中排放的泥浆会减小，大大降低环保压力；
三.很好地解决某些地层因存在缩径现象，而导致无法从环形空间下放注浆管的问题；
四.操作简便、可靠，使用的装置结构简单、成本低；
五.能保证钻井下部泥浆被水泥浆充分置换，固井质量好；
六.井底不安装和遗留金属或塑料装置，不影响与各种二次成井工艺对接。
Claims (10)
1.一种套管口密封管内底部逆向注浆固井装置，其特征在于：包括套管、密封器、注浆管和泄压管，所述密封器安装在套管口，所述注浆管穿过密封器，并伸至套管底部，所述注浆管上安装有控制阀Ⅰ，所述泄压管安装在密封器上，并与套管内部连通，所述泄压管上安装有压力表和控制阀Ⅱ。
2.根据权利要求1所述的套管口密封管内底部逆向注浆固井装置，其特征在于：所述密封器包括壳体和压块，所述压块和壳体的中部分别设有用于放置注浆管的孔，所述壳体的侧壁设有与泄压管连通的孔，所述壳体的底部设有连接螺纹，与套管螺纹连接，所述压块与壳体为螺纹连接，且压块与壳体之间设有橡胶密封圈。
3.根据权利要求1或2所述的套管口密封管内底部逆向注浆固井装置，其特征在于：所述泄压管与密封器的安装为焊接连接或螺纹连接。
4.根据权利要求1或2所述的套管口密封管内底部逆向注浆固井装置，其特征在于：所述壳体和压块的材质为尼龙棒或钢材。
5.根据权利要求1或2所述的套管口密封管内底部逆向注浆固井装置，其特征在于：所述控制阀Ⅰ、控制阀Ⅱ为球阀。
6.一种利用权利要求1所述装置实施的套管口密封管内底部逆向注浆固井方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）在套管口设置一个密封器，将注浆管穿过密封器从套管内下放至套管底部，套管内充满了泥浆，套管外环形空间充满泥浆；
（2）密封套管口，通过注浆管将水泥浆向套管底部注入，在套管内部会产生向上的压力，由于套管口装有密封器，将会阻止泥浆进入套管内，而套管底部与外部环形空间及井口是连通的，这样就能强制水泥浆流向套管外壁与钻孔岩壁的环形空间，环形空间中的泥浆会被水泥浆推动着向井口方向流动，即环形空间内的泥浆被水泥浆置换，直到全部从井口流出；
（3）当井口返水泥浆后，向注浆管内注入清水置换水泥浆；
（4）待水泥浆终凝后，拆除密封器和注浆管，清扫套管内部至井底即可。
7.根据权利要求6所述的套管口密封管内底部逆向注浆固井方法，其特征在于：步骤（1）中，所述注浆管最低端离套管最低端的高度≥500mm。
8.根据权利要求6或7所述的套管口密封管内底部逆向注浆固井方法，其特征在于：步骤（2）中，注浆时，观察压力表读数，当压力表显示超过一定压力时，控制注浆速度，防止将套管破坏。
9.根据权利要求6或7所述的套管口密封管内底部逆向注浆固井方法，其特征在于：步骤（2）中，采用注浆泵，通过注浆管将水泥浆向套管底部注入。
10.根据权利要求6或7所述的套管口密封管内底部逆向注浆固井方法，其特征在于：步骤（3）中，采用水箱体积法，向注浆管内注入等体积清水置换水泥浆。
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