CN112343540A - 封隔式分级注水泥器、固井管柱和固井方法 - Google Patents

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冯丽莹
张冠林
段风海
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Abstract

本发明提出了一种封隔式分级注水泥器、固井管柱和固井方法，封隔式分级注水泥器包括壁上设置有内外连通的循环孔的外筒；设置在外筒的内腔中的关闭套，关闭套构造为在替浆后能移动以封堵循环孔；位于关闭套的内侧并设置在外筒的内壁上的打开套，打开套构造为在需要注浆时由封堵循环孔的位置移动到打开循环孔的位置，以及设置在打开套的内壁上的球座，其中，球座的内壁上设置径向向内延伸的打捞齿，该封隔式分级注水泥器无盲板，具有自动灌浆功能，节省大量的下套管时间，在注入水泥操作后，通过打捞胶塞可将球座等一同提出管柱的内腔，并不需要进行钻除等操作。

Description

封隔式分级注水泥器、固井管柱和固井方法
技术领域
本发明涉及油气井井下施工技术领域，具体涉及一种封隔式分级注水泥器、固井管柱和固井方法。
背景技术
在油气井完钻后，需要下入套管进行固井作业。
现有技术中，常常采用封隔器-盲板-分级注水泥器，用于实现筛管以上套管的注水泥作业。但是，采用上述管柱施工，在下套管过程中，由于盲板的作用，固井后需要下钻扫塞，增加了施工环节和建井周期，成本相应上升。
发明内容
针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了一种封隔式分级注水泥器、固井管柱和固井方法。该封隔式分级注水泥器无盲板，具有自动灌浆功能，节省大量的下套管时间；在下套管过程中，如果遇阻，可以开泵循环进行解阻等操作；未形成密闭腔体，能避免压力激荡和分级注水泥器提前开孔风险；在注入水泥操作后，通过打捞胶塞可将球座等一同提出管柱的内腔，并不需要进行钻除等操作。
根据本发明的第一方面，提出了一种封隔式分级注水泥器，包括：
壁上设置有内外连通的循环孔的外筒，
设置在外筒的内腔中的关闭套，关闭套构造为在替浆后能移动以封堵循环孔，
位于关闭套的内侧并设置在外筒的内壁上的打开套，打开套构造为在需要注浆时由封堵循环孔的位置移动到打开循环孔的位置，以及
设置在打开套的内壁上的球座，
其中，球座的内壁上设置径向向内延伸的打捞齿。
在一个实施例中，由外向内方向上，打捞齿的下端面构造为向下倾斜的棘齿状，并且打捞齿的上端面与球座的上端面位于同一向下倾斜的斜面上。
在一个实施例中，在外筒的下端设置封隔组件，封隔组件具有：
能设置在外筒下端的并与外筒固定连接的中心筒，
套设在中心筒的外壁上的胶筒，
其中，胶筒构造为在打开循环孔前径向膨胀以进行封隔。
在一个实施例中，胶筒与中心筒之间形成液腔，在中心筒的壁上设置能与液腔连通的第一传压孔，第一传压孔构造为在打开循环孔前与外筒的内腔连通以向液腔内进液。
在一个实施例中，球座与打开套通过第一剪切销连接，在球座的外壁上和打开套的内壁上分别设置能互相配合的第一台阶面和第二台阶面，且在打开套的壁上设置有能与第一传压孔连通的第二传压孔。
在一个实施例中，在关闭套的内壁上设置卡接槽，并在关闭套的外壁上设置棘齿，棘齿构造为能与设置在外筒的内壁上的棘齿座配合。
根据本发明的第二方面，提供一种固井管柱，包括从上到下依次设置的套管串、上述的封隔式分级注水泥器、筛管和洗井阀，其中，在封隔式分级注水泥器的上下两端和洗井阀的上端分别设置有扶正器。
根据本发明的第三方面，提供一种固井方法，包括：
步骤一，下入上述的固井管柱，
步骤二，洗井循环至少一个迟到时间，
步骤三，投球坐在球座上并进行憋压，使得封隔器胀封，
步骤四，继续憋压，使得循环孔打开，进行注水泥作业，
步骤五，下入打捞式胶塞进行替浆，胶塞促动关闭套运动并关闭循环孔，碰压后胶塞与球座卡接，
步骤六，打捞胶塞、球座和球。
在一个实施例中，在步骤五中，泵送泥浆的排量控制在26-33L/s直至最后的3-5m3以16-20L/s泵送。
在一个实施例中，在步骤五中，碰压后压力附加8-10MPa。
与现有技术相比，本发明的优点在于，该封隔式分级注水泥器无盲板，使得在下入套管时具有自动灌浆功能，节省大量的下套管时间；在下套管过程中，如果遇阻，可以开泵循环进行解阻等操作；未形成密闭腔体，能避免压力激荡和分级注水泥器提前开孔风险；在注入水泥操作后，通过打捞胶塞可将球座等一同提出管柱的内腔，并不需要进行钻除等操作。也由此，降低了施工周期和生产成本。
附图说明
下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：
图1显示了根据本发明的一个实施例的封隔式分级注水泥器初始状态；
图2显示了根据本发明的一个实施例的封隔式分级注水泥器封隔器胀封状态；
图3显示了根据本发明的一个实施例的封隔式分级注水泥器循环孔打开状态；
图4显示了根据本发明的一个实施例的封隔式分级注水泥器胶塞下入状态；
图5显示了根据本发明的一个实施例的封隔式分级注水泥器打捞胶塞状态；
图6显示了根据本发明的一个实施例的固井管柱；
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做进一步说明。
图1-5显示了根据本发明的封隔式分级注水泥器100的不同状态。如图1-5所示，该封隔式分级注水泥器100包括外筒1、关闭套2、打开套3和球座4。其中，在外筒1的壁上设置有内外连通的循环孔11。该循环孔11用于向固井管柱900与井筒环空内注入固井水泥。关闭套2设置在外筒1的内腔中，并选择性固定在外筒1的内壁上，用于在替浆完成后移动并封堵循环孔11。打开套3选择性固定设置在外筒1的内壁，并且位于关闭套2的内腔中。在需要注浆时，打开套3由封堵循环孔11的位置移动到打开循环孔11的位置。球座4设置在打开套3的内壁上，用于在投球后封堵封隔式分级注水泥器100的内腔而进行后续憋压。并且，在球座4的内壁上设置径向向内延伸的打捞齿42，以用于将球座4等打捞出注水泥器100的内腔。
该封隔式分级注水泥器100采用无盲板结构形式，使得下套管时具有自动灌浆功能，不需要人工持续灌浆，则能降低工人的劳动强度，并能节省大量下套管的时间。并且，在下套管过程中，如果遇阻，上述设置可以实现开泵循环，有助于方便解阻操作。还有，上述结构使得封隔式分级注水泥器100的腔体未密闭，能避免压力激荡和分级注水泥器100提前开孔风险。更有，该球座4构造为可打捞式，不需要进行后期钻除也能实现通径。由此，该封隔器100使得操作简单，在利用该封隔式分级注水泥器100时，每口井至少节省48小时建井周期。
由外向内方向上，打捞齿42的下端面构造为向下倾斜的棘齿状。同时，下入替浆的胶塞200的外壁上部分嵌入式设置有第一卡簧201。第一卡簧201的外壁构造为斜面状，以使得在从上到下的方向上，外壁的径向尺寸逐渐减小。这种设置方式能保证胶塞200顺利下井，并与打捞齿42实现卡接配合。第一卡簧201的上端面构造为能与打捞齿42配合的棘齿状，以使得在第一卡簧201与打捞齿42配合过程中，能形成棘齿配合以增加配合牢固度。另外，打捞齿42的上端面与球座4的上端面位于同一由外向内方向上向下倾斜的斜面上，以保证更好地承接胶塞200。
在一个实施例中，在外筒1的下端设置封隔组件5。封隔组件5具有中心筒51和胶筒52。中心筒51设置在外筒1下端，并与外筒1固定连接。胶筒52套设在中心筒51的外壁上。胶筒52与中心筒51之间形成液腔53。在中心筒51的壁上设置能与液腔53连通的第一传压孔54。第一传压孔54还能与外筒1的内腔通过关闭套2的位置选择性连通。进而，在打开循环孔11前，通过第一传压孔54向液腔53内进液，促动胶筒52径向向外膨胀，以进行封隔固井管柱900和井筒之间的环空，用于保证在利用循环孔11泵送固井水泥时，水泥浆不漏到储层内。该封隔式分级注水泥器100将注水泥和封隔功能一体化，简化了固井管柱的结构和生产安装。
优选地，为了便于加工等，第一传压孔54具有径向延伸的能与液腔53连通的第一段55，以及与第一段55连通的轴向延伸的第二段56，且第二段56的开口设置在中心筒51的上端面上。这种设置方式简单，加工容易。在中心筒51的上端套接到外筒1的内壁上后，中心筒51的上端面与设置在外筒1的内壁上的第三台阶面12间隔，以形成能连通第二段的液室57。这种设置方式在液室57处能集聚一定量的压力液，从而更好地供给第一传压孔54。
优选地，球座4与打开套3通过第一剪切销6连接。同时，在球座4的外壁上和打开套3的内壁上分别设置能互相配合的第一台阶面41和第二台阶面31。在打开套3的壁上设置有第二传压孔32。在初始状态下，该第一传压孔54与第二传压孔32连通。在向固井管柱900的内腔中投球后，球能坐在球座4上，以封堵固井管柱900的内腔。然后继续泵液进行憋压，在液压力作用下，第一剪切销6被剪断，使得球座4相对于打开套3下移，直至第一台阶面41和第二台阶面31卡接配合。此时，露出第二传压孔32，以使得液压力能通过第二传压孔32进入到第一传压孔54并进入到液腔53中。
打开套3通过第二剪切销7设置在所述外筒1的内壁上。在胶筒52胀封后，继续憋压，压力使得第二剪切销7被剪断，从而打开套3下移，以使得循环孔11被打开。在打开套3下移过程中，使得第二传压孔32与第一传压孔54错位，并使得第一传压孔54被封堵。从而隔断了液腔53与外界的连通，进而保证了胶筒52的胀封稳定性。
关闭套2通过第三剪切销8设置在外筒1的内壁上。同时，在关闭套2的内壁上设置卡接槽21，用于与胶塞200上的第二卡簧202配合。在下入胶塞200替浆过程中，第二卡簧202会进入到卡接槽21内并形成配合。在压力作用下，第三剪切销8被剪断，以使得关闭套2能随着胶塞200下移从而关闭循环孔11。另外，在关闭套2的外壁上设置棘齿(图中未示出)，同时，在外筒1的内壁上的棘齿座(图中未示出)。在关闭套2下移过程中，棘齿与棘齿座配合，以锁定关闭套2的位置，防止在上提胶塞200过程中，关闭套2跟随上移。
本申请还涉及固井管柱900，如图6所示。固井管柱900包括从上到下依次设置的套管串300、上述的封隔式分级注水泥器100、筛管400和洗井阀500。其中，在封隔式分级注水泥器100的上下两端和洗井阀500的上端分别设置有扶正器(图中未示出)。
下面根据图1-6详细描述利用固井管柱900进行固井的方法。
首先，向井筒内下入洗井阀500、筛管400、封隔式分级注水泥器100和套管串300。在下入过程中，由于封隔式分级注水泥器100无盲板，具有自动灌浆功能，能节省大量的下套管时间。
然后，大排量循环一个迟到时间以上，进行洗井。在此处所述的大排量可以指例如排量不小于33L/s。
再然后，向固井管柱900内投球。球在下落过程中，坐落在球座4上，用于封堵内腔。再通过泵送压力液的方式进行憋压。当压力达到能够剪断第一剪切销6时，第一剪切销6被剪断，则球座4相对于打开套3下移。此时，设置在打开套3上的第二传压孔32露出，压力液能通过第二传压孔32进入到第一传压孔54后进入到液腔53中，并促动胶筒52向外膨胀进行胀封，如图2所示。
接着，如图3所示，继续进行憋压，当压力达到能够剪断第二剪切销7时，第二剪切销7被剪断。则打开套3下移，使得循环孔11打开。在打开套3下移过程中，第二传压孔32下移并与第一传压孔54错开，且打开套3的上端外壁封堵了第一传压孔54，用于保证胶筒52的胀封稳定性。此时，可以开始进行注水泥作业。注入的水泥浆从循环孔11流入到井筒环空内。
再接着，经过一段时间注水泥操作后，如图4所示，下入打捞式胶塞200进行替浆。在胶塞200下行过程中，其上的第二卡簧202能延伸的卡接槽21中，以带动关闭套2下移从而关闭循环孔11。直至胶塞200的下端碰压后与球座4复合。此时，设置在胶塞200上的第一卡簧201与球座4上的打捞齿42卡接配合完成。需要说明的是，在替浆过程中，泵送泥浆的排量控制在26-33L/s。而为了保证打开套3等内部件，防止其被胶塞200损伤，在最后的3-5m3的泥浆以16-20L/s泵送。另外，碰压后压力附加8-10MPa，以保证胶塞200与球座4卡接完成。
最后，如图5所示，待水泥浆凝固后，下入打捞装置800打捞胶塞200。例如，可以通过卡接配合的方式使得打捞装置卡接胶塞200。由于胶塞200和球座4卡接，则球和球座4一起被提出固井管柱900，从而实现通径。
本申请中，方位用语“上”、“下”与封隔式分级注水泥器100的实际工作方位为参照。
以上仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化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以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种封隔式分级注水泥器，其特征在于，包括：
壁上设置有内外连通的循环孔的外筒，
设置在所述外筒的内腔中的关闭套，所述关闭套构造为在替浆后能移动以封堵所述循环孔，
位于所述关闭套的内侧并设置在所述外筒的内壁上的打开套，所述打开套构造为在需要注浆时由封堵所述循环孔的位置移动到打开所述循环孔的位置，以及
设置在所述打开套的内壁上的球座，
其中，所述球座的内壁上设置径向向内延伸的打捞齿。
2.根据权利要求1所述的封隔式分级注水泥器，其特征在于，由外向内方向上，所述打捞齿的下端面构造为向下倾斜的棘齿状，并且所述打捞齿的上端面与所述球座的上端面位于同一向下倾斜的斜面上。
3.根据权利要求1或2所述的封隔式分级注水泥器，其特征在于，在所述外筒的下端设置封隔组件，所述封隔组件具有：
能设置在所述外筒下端的并与所述外筒固定连接的中心筒，
套设在所述中心筒的外壁上的胶筒，
其中，所述胶筒构造为在打开所述循环孔前径向膨胀以进行封隔。
4.根据权利要求3所述的封隔式分级注水泥器，其特征在于，所述胶筒与所述中心筒之间形成液腔，在所述中心筒的壁上设置能与所述液腔连通的第一传压孔，所述第一传压孔构造为在打开所述循环孔前与所述外筒的内腔连通以向所述液腔内进液。
5.根据权利要求4所述的封隔式分级注水泥器，其特征在于，所述球座与所述打开套通过第一剪切销连接，在所述球座的外壁上和所述打开套的内壁上分别设置能互相配合的第一台阶面和第二台阶面，且在所述打开套的壁上设置有能与所述第一传压孔连通的第二传压孔。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的封隔式分级注水泥器，其特征在于，在所述关闭套的内壁上设置卡接槽，并在所述关闭套的外壁上设置棘齿，所述棘齿构造为能与设置在所述外筒的内壁上的棘齿座配合。
7.一种固井管柱，其特征在于，包括从上到下依次设置的套管串、根据权利要求1到6中任一项所述的封隔式分级注水泥器、筛管和洗井阀，其中，在所述封隔式分级注水泥器的上下两端和洗井阀的上端分别设置有扶正器。
8.一种固井方法，其特征在于，包括：
步骤一，下入根据权利要求7所述的固井管柱，
步骤二，洗井循环至少一个迟到时间，
步骤三，投球坐在所述球座上并进行憋压，使得封隔器胀封，
步骤四，继续憋压，使得循环孔打开，进行注水泥作业，
步骤五，下入打捞式胶塞进行替浆，所述胶塞促动关闭套运动并关闭循环孔，碰压后胶塞与所述球座卡接，
步骤六，打捞胶塞、球座和球。
9.根据权利要求8所述的固井方法，其特征在于，在步骤五中，泵送泥浆的排量控制在26-33L/s至最后的3-5m3以16-20L/s泵送。
10.根据权利要求8或9所述的固井方法，其特征在于，在步骤五中，碰压后压力附加8-10MPa。
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