CN112031701A - 一种水泥承托装置以及油气井水泥塞作业施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水泥承托装置以及油气井水泥塞作业施工方法，属于石油钻井领域，其中水泥承托装置包括承托装置本体，其包括：中心杆；支撑骨架的一端为固定端，另一端为自由端，固定端与中心杆连接，自由端可靠近或远离中心杆；隔离机构设置于支撑骨架与中心杆之间，当自由端靠近中心杆时，隔离机构收拢，当自由端远离中心杆时，隔离机构展开；释放机构用于驱使隔离机构展开。上本申请通过释放机构驱使隔离机构展开，从而带动支撑骨架的自由端远离中心杆，通过支撑骨架的自由端与井眼内侧壁抵接，从而适应各种井段、孔径的井眼。

Description

一种水泥承托装置以及油气井水泥塞作业施工方法

技术领域

本发明属于石油钻井领域，具体涉及一种水泥承托装置以及油气井水泥塞作业施工方法。

背景技术

在现今油气田井进行水泥塞(特别是悬空水泥塞)固井施工作业前，需要在水泥塞施工深度预先设置人工井底，在现有技术中，往往通过坐封桥塞，或将水泥塞底部至井底井段的原钻井液替换加重或增稠泥浆，以预防水泥浆在水泥塞固井施工结束后的候凝过程中与原钻井液发生沉降置换问题。

但是，由于油气井井下条件、环境的限制性，坐封桥塞设置人工井底的方式仅适用于井下存在套管的井段，并且套管尺寸对桥塞的选型有较大限制，特别是在造斜段或狗腿度较大的井段，送放桥塞过程中容易提前坐封，或送放不到位，桥塞无法到达预定井深完成施工要求，严重影响施工进度，更严重的是无法达到设计要求，产生更多的费用及工期。

而对于将水泥塞底部至井底井段的原钻井液替换成加重或增稠泥浆的人工井底设置方式，需要重新配置大量的加重或增稠泥浆，并且在施工结束后，形成人工井底的加重或增稠泥浆无法重复使用，造成资源、费用的浪费，另外由于形成人工井底的泥浆与水泥浆均为液态，在水泥浆候凝过程中，均会产生沉降置换的自然现象，特别是在造斜段及井斜角较大的井段，往往单次水泥塞作业后形成的水泥塞强度、有效长度无法达到设计要求，会重复多次进行水泥塞施工作业，以确保水泥塞的强度及有效长度满足设计要求，达到下步作业施工条件。

因此，如何适应多种井段以防止水泥塞在候凝过程中与原钻井液发生沉降置换问题是本领域亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明为了解决能上述技术问题，本申请提供了一种水泥承托装置

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种水泥承托装置，包括承托装置本体，其包括：

中心杆；以及

支撑骨架，其一端为固定端，另一端为自由端，所述固定端与所述中心杆连接，所述自由端可靠近或远离所述中心杆；以及

隔离机构，其设置于所述支撑骨架与所述中心杆之间，当所述自由端靠近所述中心杆时，所述隔离机构收拢，当所述自由端远离所述中心杆时，所述隔离机构展开，所述隔离机构用于隔离其两侧的流体；以及

释放机构，其用于驱使所述隔离机构展开。

上述水泥承托装置的有益效果是，通过释放机构驱使隔离机构展开，从而带动支撑骨架的自由端远离中心杆，通过支撑骨架的自由端与井眼内侧壁抵接，从而自适应各种井段和各种孔径的井眼。

进一步的是，所述中心杆上滑动配合有滑动组件，所述滑动组件位于所述固定端与所述自由端之间，所述隔离机构一端与所述滑动组件转动配合，另一端与所述支撑骨架连接，所述释放机构用于驱使所述滑动组件朝向所述隔离机构远离所述滑动组件的一端运动。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过释放机构移动滑动组件，进而使隔离机构展开或收拢。

进一步的是，滑动组件包括滑动套接于中心杆上的上滑套和下滑套，释放机构为弹性件，弹性件设置于上滑套和下滑套之间，隔离机构包括第一隔离件和第二隔离件，第一隔离件的两端分别与上滑套和支撑骨架连接，第二隔离件的两端分别与下滑套和支撑骨架连接，当第一隔离件和第二隔离件收拢时，弹性件处于压缩状态，当第一隔离件和第二隔离件展开时，弹性件处于自然状态。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过弹性件作为释放机构，弹性件带动第一隔离件和第二隔离件展开，从而带动支撑骨架的自由端远离中心杆。

进一步的是，所述第一隔离件包括第一隔离骨架和设置于所述第一隔离骨架上的第一隔离布，所述第一隔离骨架的两端分别与所述上滑套和所述支撑骨架连接，所述第二隔离件包括第二隔离骨架和设置于所述第二隔离骨架上的第二隔离布，所述第二隔离骨架的两端分别与所述下滑套和所述支撑骨架连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过第一隔离骨架和第二隔离骨架对第一隔离布和第二隔离布进行支撑，由第一隔离布和第二隔离布进行隔离。

进一步的是，所述中心杆上设置有定位件，所述定位件用于对所述滑动组件进行限位，使所述滑动组件不脱离所述中心杆，并使所述滑动组件至多运动到所述隔离机构展开至最大时所述滑动组件所到达的位置。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过定位件可以对滑动组件进行限位，防止滑动组件脱离中心杆。

进一步的是，所述支撑骨架包括多个，多个所述支撑骨架环绕所述中心杆设置，所述第一隔离骨架包括多个，多个所述第一隔离骨架环绕所述中心杆设置，所述第二隔离骨架包括多个，多个所述第二隔离骨架环绕所述中心杆设置。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过多个支撑骨架，可以获得更多的支撑点，能够更好地在井眼内固定承托装置本体，多个第一隔骨架和第二隔骨架可以为隔离布提供好的支撑强度。

进一步的是，所述中心杆上还设置有尾翼稳定器，其设置于所述中心杆靠近所述支撑骨架自由端的一端。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置尾翼稳定器使承托装置本体在钻杆内部运移的时候保持稳定，大幅降低运移过程中产生的震动、抖动，进而平稳的通过钻杆从井口运移到井下。稳定器的稳定尾翼，可根据钻杆大小设置不同数量，通过设置耐磨顶珠，能减少支撑骨架的自由端与钻杆内壁的接触，进而减少支撑骨架的磨损。

进一步的是，还包括送放管，所述送放管的一端设置有卡盘，所述卡盘用于和钻具连接，所述送放管内设置有收纳通孔，当所述支撑骨架的所述自由端靠近所述中心杆时所述承托装置本体可收纳于所述收纳通孔内。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过送放管可以更容易的将承托装置本体送至钻杆内。

进一步的是，所述中心杆的至少一端设置有牵引件密封件，当所述承托装置本体位于钻杆内时，所述牵引件密封件与所述钻杆的内侧壁密封抵接。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置牵引件密封件可以更好的将承托装置本体送出钻杆。

本申请进一步的提供了一种油气井水泥塞作业施工方法，包括上述的水泥承托装置，承托装置本体收纳于送放管内，并包括以下步骤：

将钻具入井并下放至所设定的水泥塞底部深度；

然后将送放管插入钻杆，使送放管的卡盘与所述钻杆连接；

将承托装置本体由送放管推至钻杆内，取出所述送放管，然后开泵将承托装置本体泵出钻杆；

进行水泥塞固井作业，作业结束后上提钻具，直至水泥塞候凝结束。

上述的油气井水泥塞作业施工方法有益效果是：通过送放管与钻杆配合，可以将承托装置本体送至钻杆中，当承托装置本体从钻杆中泵出后展开，在造斜段及大井斜角井段，都能自适应井眼大小，展开后的隔离机构形成有效隔离屏障，无需额外的桥塞配合，无需置换井筒原有泥浆，现场操作便利，极大节省作业成本及时间；并且可实现一趟钻依次进行多个水泥塞施工作业，无需重复起钻下钻，极大节省作业时间和成本。

附图说明

图1为本申请实施例中承托装置的意图；

图2为本申请实施例中送放管的示意图；

附图标记如下：尾翼稳定器1、定位件2、第一隔离布3、耐磨顶珠4、第一隔离骨架5、滑动组件6、第二隔离布7、第二隔离骨架8、中心杆9、支撑骨架10、牵引件密封件11、卡盘12、送放管13、弹性件14。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或实施例。为简化公开内容，下面描述了各特征存在的一个或多个排列的具体实施例，但所举实施例不作为对本发明的限定,在说明书中随后记载的第一特征与第二特征连接，即可以包括直接联系的实施方式，也可以包括形成附加特征的实施方式，进一步的，也包括采用一个或多个其他介入特征使第一特征和第二特征彼此间接连接或结合，从而第一特征和第二特征可以不直接联系。

如图1所示，一种水泥承托装置的实施例，包括承托装置本体，该承托装置本体具体的包括：中心杆9、支撑骨架10、隔离机构和释放机构。

其中，支撑骨架10的一端为固定端，其另一端为自由端，支撑骨架10通过固定端与中心杆9连接，自由端可靠近或远离中心杆9，在一些实施例中，支撑骨架10具有一定韧性，通过挤压自由端则可以使支撑骨架10靠近中心杆9，另外，支撑骨架10的固定端还可以与中心杆9铰接，通过转动支撑骨架10从而改变自由端与中心杆9的距离，所应理解的是，上述支撑骨架10可以包括若干个，具体的，支撑骨架10可以周向环绕中心杆设置，构成类似伞骨的结构。

上述隔离机构位于支撑骨架10与中心杆9之间，当支撑骨架10的自由端靠近中心杆9时，隔离机构收拢，当自由端远离中心杆9时，隔离机构展开，上述释放机构用于驱使自由端远离中心杆9。

在一种实施例中，中心杆9上滑动配合有滑动组件6，隔离机构一端与滑动组件6转动配合，另一端与支撑骨架10连接，由于隔离机构同时与支撑骨架10和滑动组件6连接，因此，当支撑骨架10的自由端靠近中心杆9时，滑动组件6沿中心杆9滑动，使隔离机构转动并逐渐远离其与支撑骨架10连接的一端，隔离机构整体进而靠近中心杆9实现收拢，当支撑骨架10的自由端远离中心杆9时，滑动组件6朝向隔离机构与支撑骨架10连接的一端滑动，此时，隔离机构进而转动以远离中心杆9展开。在该实施例中，上述释放机构用于驱使滑动组件6朝向隔离机构与支撑骨架10连接的一端滑动。

在一些实施例中，滑动组件6包括滑动套接于中心杆9上的上滑套和下滑套，下滑套位于上滑套靠近支撑骨架10固定端的一侧，释放机构为弹性件14，例如弹性件14等，该弹性件14位于上滑套和下滑套之间，在一种实施例中，弹性件14为弹簧，其一端与上滑套连接，下滑套朝向上滑套的一端设置有凸台，弹性件14的另一端可以插入套设在该凸台外侧，凸台的底面可与弹性件14的端部抵接，当上滑套带动弹性件14下行时，则由凸台底面抵住弹性件14，进而使弹性件14压缩，在另外的实施例中，弹性件14也可与下滑套固定连接，通过上滑套对弹簧的另一端抵接，或者，弹性件14的两端均能够被上滑套和下滑套抵接，而不采用固定连接的的方式，通过上滑套相对下滑套运动，进而压缩位于二者之间的弹性件14，隔离机构包括第一隔离件和第二隔离件，第一隔离件的两端分别与上滑套和支撑骨架10连接，第二隔离件的两端分别与下滑套和支撑骨架10连接。在滑动组件6朝向支撑骨架10的固定端滑动工程中，同时下压下滑动组件6，从而使与滑动组件6连接的第一隔离机构和第二隔离机构朝向中心杆9收拢，其中，在第一隔离件和第二隔离件向中心杆9收拢时，弹性件14被压缩，在不施加外力时，弹性件14得到释放进行复位，弹性件14驱使上滑套远离下滑套，从而使第一隔离件与第二隔离件展开，第一隔离件和第二隔离件在展开过程中转动，从而带动自由端展开，在具体的实施例中，第一隔离件的长度大于第二隔离件，在第一隔离件和第二隔离件展开时，弹簧处于自然状态，由于第一隔离件和第二隔离件的长度不同，因此，在向中心杆9收拢时，第一隔离件和第二隔离件朝向中心杆9转动的角度不同，这个过程中，长度更大的第一隔离件转动角度更大，因此会带动上滑套靠近下滑套压缩弹性件14，在失去外力作用时，弹性件14为了复位，从而会驱使第一隔离件和第二隔离件复位至展开的状态，因此弹性件14驱动第一隔离件和第二隔离转动并带动滑动组件6整体上升，进而带动固定支架的自由端远离中心杆9，上述弹性件14可以是但不限于弹簧。

在本申请的实施例中，上述第一隔离件包括第一隔离骨架5和固定于第一隔离骨架5上的第一隔离布3，第一隔离骨架5的两端分别与上滑套和支撑骨架10连接，第二隔离件包括第二隔离骨架8和固定于第二隔离骨架8上的第二隔离布7，第二隔离骨架8的两端分别与下滑套和支撑骨架10连接。

所应理解的是，在本申请中第一隔离骨架5和第二隔离骨架8可以包括多个，多个第一隔离骨架5和第二隔离骨架8沿周向环绕中心杆9设置，第一隔离布或第二隔离布可以是一整张，以第一隔离布为例，当第一隔离布为一整张时，其可以整张铺设在所有第一隔离骨架8上，第一隔离和第二隔离布也可以包括多个拼接而成，凡是能够起到阻隔隔离机构两侧流体的拼接方式，均可适用于本申请。

在一些实施例中，为了防止在惯性作用下滑动组件6过渡位移，中心杆9上设置有定位件2，定位件2用于对滑动组件6进行限位，使滑动组件6不脱离中心杆9，并使滑动组件6至多运动到隔离机构展开至最大时滑动组件6所到达的位置，在具体的例子中，定位件2固定在中心杆9上并位于释放机构驱使滑动组件6运动时的运动轨迹上，当隔离机构完全展开时，该定位件2刚好与滑动组件接触，通过定位件2对滑动组件6进行阻挡限位。

此外，在一些实施例中，中心杆9上还安装尾翼稳定器，该尾翼稳定器1用于使在承托装置本体被泵出钻孔时提高承托装置稳定性的作用，其中，支撑骨架10的自由端上安装有耐磨顶珠4，在自由端远离中心杆9时，通过耐磨顶珠4与钻杆内壁接触，从而能避免支撑骨架10的损耗。

另外，本申请为了在运输过程中以及将承托装置本体投入钻杆内，本申请的实施例中还包括送放管13，送放管13的一端固定有卡盘12，送放管13通过该卡盘12与钻杆的接箍母扣抵接，即，当送防管13插入钻具后，卡盘12能够坐落在钻杆的接箍母扣上，送放管13内设置有收纳通孔，当支撑骨架10的自由端靠近中心杆9时承托装置本体可收纳于收纳通孔内。

其中，为了便于泵出承托装置本体，中心杆9的至少一端设置有牵引件密封件11，当承托装置本体位于钻杆内时，牵引件密封件11与钻杆的内侧壁密封抵接，当开泵循环时，由于牵引件密封件11的存在，压力推动牵引件密封件11朝向钻杆外移动，从而带动承托装置本体运动，上述牵引件密封件11可以是但不限于密封胶塞，该密封胶塞由几个大小不一的皮碗依次排列组成，具体的，皮碗大小，及大小排列可根据钻杆内通径大小调整。

本申请还提供了一种油气井水泥塞作业施工方法，包括上述的水泥承托装置，承托装置本体收纳于送放管13内，并包括以下步骤：

S1、对入井钻具进行通径作业，确保钻具内部通畅无阻碍，然后将钻具入井并下放至所设定的水泥塞底部深度，充分循环泥浆使井内泥浆均匀，并对水泥塞胶结井段进行充分冲刷，清除井壁多余泥皮泥饼；

S2、循环清洗完成后，在钻台面卸开钻杆，然后送放管13插入钻具，使送放管13的卡盘12坐落于钻杆接箍母扣上；

S3、利用一根长杆将承托装置本体由送放管13推至钻杆内，然后取出送放管13，连接钻杆，做开泵前检查，然后再开泵缓慢提升至恒定泵速，将承托装置本体泵出钻杆，到达设计井深；

S4、上提钻具2-5m，开泵充分循环，然后进行水泥塞固井作业，作业结束后上提钻具至水泥塞设计顶部深度，循环泥浆清除多余水泥浆，再上提钻具至安全深度，直至水泥塞候凝结束。

所应理解的是，可根据实际施工需求，在不改变钻具组合一趟钻的情况下，在不同井深进行多次重复上述步骤S1-S4中水泥塞施工作业。

本申请的工作原理如下：当承托装置本体收纳在钻杆或送放管13内时，由于空间有限，支撑骨架10朝向中心杆9贴靠，隔离机构处于收拢状态，在步骤S3中，当承托装置本体被泵出钻杆后，没有外力压缩支撑骨架10，此时，在释放机构的带动下，隔离机构展开，从而带动支撑骨架10的自由端远离中心杆9，使得支撑骨架10的自由端与井口内壁接触，进而固定，此时进行水泥塞固井作业，通过展开的隔离机构在预设井深形成屏障，隔离机构隔离上部与下部的液体，避免水泥浆在候凝过程中与泥浆的沉降置换，确保悬空水泥塞有效高度，在造斜段及水平段同样能形成有效屏障，该承托器撑开后屏障的外径可根据井下实际井眼大小自适应调整，并且在承托装置本体撑开后可立即进行悬空水泥塞泵注施工作业，无需额外等待时间。

本申请无需额外的桥塞配合，无需使用任何第三方工具，无需置换井筒原有泥浆，现场操作便利，极大节省作业成本及时间；并且可实现一趟钻依次进行多个水泥塞施工作业，无需重复起钻下钻，极大节省作业时间和成本，后期若需要钻开悬空水泥塞，可通过牙轮钻头进行钻磨，不会产生作业风险，本申请公开的水泥承托装置使用简单，可靠性高，操作简单，极大降低操作风险。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水泥承托装置，其特征在于，包括承托装置本体，其包括：

中心杆(9)；以及

支撑骨架(10)，其一端为固定端，另一端为自由端，所述固定端与所述中心杆(9)连接，所述自由端可靠近或远离所述中心杆(9)；以及

隔离机构，其设置于所述支撑骨架(10)与所述中心杆(9)之间，当所述自由端靠近所述中心杆(9)时，所述隔离机构收拢，当所述自由端远离所述中心杆(9)时，所述隔离机构展开，所述隔离机构用于隔离其两侧的流体；以及

释放机构，其用于驱使所述隔离机构展开。

2.如权利要求1所述的水泥承托装置，其特征在于，所述中心杆(9)上滑动配合有滑动组件(6)，所述隔离机构一端与所述滑动组件(6)转动配合，另一端与所述支撑骨架(10)连接，所述释放机构用于驱使所述滑动组件(6)朝向所述隔离机构远离所述滑动组件(6)的一端运动。

3.如权利要求2所述的水泥承托装置，其特征在于，所述滑动组件(6)包括滑动套接于所述中心杆(9)上的上滑套和下滑套，所述释放机构为弹性件(14)，所述弹性件(14)设置于所述上滑套和所述下滑套之间，所述隔离机构包括第一隔离件和第二隔离件，所述第一隔离件的两端分别与所述上滑套和所述支撑骨架(10)连接，所述第二隔离件的两端分别与所述下滑套和所述支撑骨架(10)连接，当所述第一隔离件和所述第二隔离件收拢时，所述弹性件(14)处于压缩状态，当所述第一隔离件和所述第二隔离件展开时，所述弹性件(14)处于自然状态。

4.如权利要求3所述的水泥承托装置，其特征在于，所述第一隔离件包括第一隔离骨架(5)和设置于所述第一隔离骨架(5)上的第一隔离布(3)，所述第一隔离骨架(5)的两端分别与所述上滑套和所述支撑骨架(10)连接，所述第二隔离件包括第二隔离骨架(8)和设置于所述第二隔离骨架(8)上的第二隔离布(7)，所述第二隔离骨架(8)的两端分别与所述下滑套和所述支撑骨架(10)连接。

5.如权利要求2至4中任一项所述的水泥承托装置，其特征在于，所述中心杆(9)上设置有定位件(2)，所述定位件(2)用于对所述滑动组件(6)进行限位，使所述滑动组件(6)不脱离所述中心杆(9)，并使所述滑动组件(6)至多运动到所述隔离机构展开至最大时所述滑动组件(6)所到达的位置。

6.如权利要求4所述的水泥承托装置，其特征在于，所述支撑骨架(10)包括多个，多个所述支撑骨架(10)环绕所述中心杆(9)设置，所述第一隔离骨架(5)包括多个，多个所述第一隔离件环绕所述中心杆(9)设置，所述第二隔离骨架(8)包括多个，多个所述第二隔离件环绕所述中心杆(9)设置。

7.如权利要求1所述的水泥承托装置，其特征在于，所述支撑骨架(10)的所述自由端上设置有耐磨顶珠(4),所述中心杆(9)上还设置有尾翼稳定器(1)，其设置于所述中心杆(9)靠近所述支撑骨架(10)自由端的一端。

8.如权利要求1所述的水泥承托装置，其特征在于，还包括送放管(13)，所述送放管(13)的一端设置有卡盘(12)，所述卡盘(12)用于和钻具连接，所述送放管(13)内设置有收纳通孔，当所述支撑骨架(10)的所述自由端靠近所述中心杆(9)时所述承托装置本体可收纳于所述收纳通孔内。

9.如权利要求8所述的水泥承托装置，其特征在于，所述中心杆(9)的至少一端设置有牵引件密封件(11)，当所述承托装置本体位于钻杆内时，所述牵引件密封件(11)与所钻杆的内侧壁密封抵接。

10.一种油气井水泥塞作业施工方法，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的水泥承托装置，所述承托装置本体收纳于所述送放管(13)内，并包括以下步骤：

将钻具入井并下放至所设定的水泥塞底部深度；

然后将所述送放管(13)插入钻杆，使所述送放管(13)的卡盘(12)与所述钻杆连接；

将所述承托装置本体由所述送放管(13)推至所述钻杆内，取出所述送放管(13)，然后开泵将所述承托装置本体泵出所述钻杆；

进行水泥塞固井作业，作业结束后上提钻具，直至水泥塞候凝结束。

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