CN116427860A - 一种浅表复杂地层套管辅助下入装置及方法 - Google Patents

一种浅表复杂地层套管辅助下入装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种浅表复杂地层套管辅助下入装置，包括：支撑架，其包括侧支撑梁和顶部支撑梁；钻井工作台；与所述顶部支撑梁连接的吊装机构，其能够为套管提供下压力；水平调整机构，其能够为套管下入提供水平偏移力；其中，通过所述吊装机构能够吊装套管，并将套管下入井筒中，通过所述水平调整机构能够在套管下入遇阻时水平调整套管，并在所述吊装机构提供的下压力作用下，使得套管能够绕过遇阻点而顺利下入。本发明还提供了一种浅表复杂地层套管辅助下入方法。

Description

一种浅表复杂地层套管辅助下入装置及方法
技术领域
本发明属于石油钻探技术领域，具体涉及一种浅表复杂地层套管辅助下入装置及方法。
背景技术
在石油钻井作业中，普遍采用下套管固井的方式进行中完作业。而钻井施工中常见的浅表复杂地层套管下入遇阻的难题，浅表地层往往存在胶结差，疏松易漏、含砾石及含水易蠕变等特性，钻井过程中往往出现不规则井眼，导致导管或套管下入困难，特别是前几根套管自重小克服下入阻力能力差，而硬压会损坏套管，而目前普遍采用的扩划眼、水泥封固井壁等手段处理效果差。
对于浅部疏松易漏、含砾石及含水易蠕变等复杂地层，往往采用下导管或表层套管的方式，封隔上部不稳定地层。但是，由于地层稳定性差、蠕变及井眼不规则等往往导致导管或套管下入困难，业界普遍采用常规扩划眼、水泥封固井壁等手段处理该钻井复杂。并且，由于处理时间长及水泥留存率低等导致处理效果差，无法从根本上解决该技术难题。而对于浅部套管，由于其自重小，靠自重亦无法克服上述下入阻力，利用井口硬压方式往往会带来套管扣变形或套管损坏等问题，对钻井作业效率影响较大，严重的还会造成油井报废。
现有的套管辅助下入工具或只针对下部井眼，或工艺复杂无法适于浅部疏松地层。例如中国专利文献CN107386980A公开了一种辅助套管下入的装置，其主要解决井眼轨迹不规则的水平井内因摩阻大导致的套管下入难题，其工艺复杂，作业效率低，且技术可靠性低。中国专利文献CN112814570A公开了一种自驱动旋转套管下入工具，其通过在螺杆下端配合设置滚动体以及配合连接钻磨引鞋可辅助套管下入，然而其作业工艺复杂，可靠性低，且不适用于浅部疏松不稳定地层，易造成钻井复杂，影响作业效率。
因此，亟需一种针对以上浅部复杂地层导管或套管下入，且简易、现场操作性强的浅部复杂地层套管辅助下入新方法及装置，以满足安全钻井的需要和提高套管下入成功率和下入效率。
发明内容
针对如上所述的技术问题，本发明旨在提出一种浅表复杂地层套管辅助下入装置，该浅表复杂地层套管辅助下入装置能够为套管下入提供水平偏移力和下入动力，从而使套管能够避开遇阻点，顺利下入，非常有利提高套管下入效率，提高作业效率。
为此，根据本发明的第一方面，提供了一种浅表复杂地层套管辅助下入装置，包括：支撑架，其包括侧支撑梁和顶部支撑梁；钻井工作台；与所述顶部支撑梁连接的吊装机构，其能够为套管提供下压力；水平调整机构，其能够为套管下入提供水平偏移力；其中，通过所述吊装机构能够吊装套管，并将套管下入井筒中，通过所述水平调整机构能够在套管下入遇阻时水平调整套管，并在所述吊装机构提供的下压力作用下，使得套管能够绕过遇阻点而顺利下入。
在一个实施例中，所述吊装机构包括：安装在所述顶部支撑梁上的天车滑轮组；通过第一钢丝绳连接在所述天车滑轮组的下方的顶驱机构，其能够为套管提高下压力而下压套管；用于连接套管的套管头，所述套管头连接在所述顶驱机构的下端。
在一个实施例中，所述水平调整机构包括：安装在所述钻井工作台上的气动绞车，其用于提供驱动力；安装在所述顶部支撑梁上的定滑轮；与所述侧支撑梁连接的动滑轮；用于套在套管上的双耳环形吊带；以及第二钢丝绳；其中，所述第二钢丝绳的一端与所述气动绞车连接，另一端依次绕过所述定滑轮和所述动滑轮后与所述双耳环形吊带连接，通过所述气动绞车卷绕所述第二钢丝绳能够使其对所述双耳环形吊带提供水平拉力，从而对套管进行水平方向的调整。
在一个实施例中，所述动滑轮设置在所述钻井工作台的下端且靠近井口，所述第二钢丝绳穿过所述钻井工作台后绕过所述动滑轮。
在一个实施例中，所述双耳环形吊带的周向长度比所述套管外径大至少10cm。
在一个实施例中，所述双耳环形吊带的承重大于5t。
在一个实施例中，所述动滑轮的垂向位移小于5cm。
在一个实施例中，所述动滑轮通过双耳钢索与所述侧支撑梁形成连接，且所述双耳钢索的长度小于10cm。
根据本发明的第二方面，提供一种浅表复杂地层套管辅助下入方法，包括以下步骤：
在复杂浅表地层钻至中完井深，并在井口下入导管；
提供如上所述的浅表复杂地层套管辅助下入装置，并将其安放到井口处；
通过所述吊装机构吊装套管，并将套管穿过所述水平调整机构的双耳环形吊带后下入井筒，在下入过程中遇阻时，启动所述水平调整机构对套管进行水平方向的调整，并在所述吊装机构提供的下压力作用下，使得套管能够绕过遇阻点而顺利下入。
在一个实施例中，在下入套管前，对所述水平调整机构进行调整，使所述水平调整机构中的双耳钢索、动滑轮和双耳环形吊带处于同一高度。
与现有技术相比，本申请的优点之处在于：
根据本发明的浅表复杂地层套管辅助下入方法，其使用浅表复杂地层套管辅助下入装置，能够通过水平调整机构对套管提供水平偏移力，并通过顶驱机构提供下压动力。由此，使套管在获得足够水平偏移力而能够进行水平调整的同时，获得了克服下入摩阻的动力，从而通过边拉边压的方式，使得套管的末端能够绕过遇阻点，通过适当下压解决了套管自重克服阻力差的问题，最终实现套管顺利下入，封隔上部复杂层位，切实解决因此造成钻井安全问题。使用浅表复杂地层套管辅助下入装置能够大大提高套管下入成功率，非常有利于提高套管下入作业效率，且工艺简单，可靠性强，成本低。
附图说明
下面将参照附图对本发明进行说明。
图1示意性地显示了根据本发明的浅表复杂地层套管辅助下入装置的结构。
在本申请中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本发明的原理，并且未按实际比例绘制。
具体实施方式
下面通过附图来对本发明进行介绍。
在本申请中，需要说明的是，本申请中使用的方向性用语或限定词“上”、“下”、等均是针对所参照的附图1而言。它们并不用于限定所涉及零部件的绝对位置，而是可以根据具体情况而变化。
图1示意性地显示了根据本发明的浅表复杂地层套管辅助下入装置100的结构。如图1所示，浅表复杂地层套管辅助下入装置100包括支撑架1、钻井工作台2、吊装机构3，以及水平调整机构5。支撑架1作为支撑结构，用于安放到井口位置，支撑架1包括侧支撑梁11和顶部支撑梁12。钻井工作台2与支撑架1固定连接。优选地，钻井工作台2固定安装在支撑架1的中部偏下位置处。吊装机构3与顶部支撑梁12连接，吊装机构3能够为套管4提供下压力。水平调整机构5能够为套管4下入提供水平偏移力。在套管下入作业过程中，通过吊装机构3能够吊装套管4，并将套管4下入井筒中，通过水平调整机构5能够在套管下入遇阻时水平调整套管4，并在吊装机构3提供的下压力作用下，通过边拉边压的方式，使得套管4的下端能够绕过遇阻点8，从而实现套管4顺利下入。
在一个实施例中，为了保证钻井工作台2的稳定性，可以在钻井工作台2的下端设有多个交叉分布的连杆，从而在钻井工作台2的下端形成稳定结构。
根据本发明，如图1所示，吊装机构3包括天车滑轮组31、第一钢丝绳32、顶驱机构33，以及套管头34。天车滑轮组31安装在顶部支撑梁12上，天车滑轮组31能够运动，以将套管4运动至对准井口的位置。顶驱机构33通过第一钢丝绳32连接在天车滑轮组31的下方，顶驱机构33能够为套管4提高下压力动力，以下压套管4。套管头34连接在顶驱机构33的下端，套管头34用于连接套管4。
根据本发明，如图1所示，水平调整机构5包括气动绞车51、定滑轮52、动滑轮54、双耳环形吊带55以及第二钢丝绳56。气动绞车51固定安装在钻井工作台2上，气动绞车51用于提供驱动力。定滑轮52安装在顶部支撑梁12上。优选地，为了避免影响天车滑轮组31运动，将定滑轮52设置在天车滑轮组31的一侧。动滑轮54与侧支撑梁11连接。双耳环形吊带55用于套在套管4上。第二钢丝绳56的一端与气动绞车51连接，另一端依次绕过定滑轮52和动滑轮54后与双耳环形吊带55连接。由此，第二钢丝绳56呈S形绕过定滑轮52和动滑轮54。通过气动绞车51卷绕第二钢丝绳56能够使第二钢丝绳56对双耳环形吊带55产生水平拉力(接近于水平)，从而对套管4进行水平方向的调整。
优选地，动滑轮54设置在钻井工作台2的下端且靠近井口处，第二钢丝绳56穿过钻井工作台2后绕过动滑轮54，进而连接双耳环形吊带55。这样能够保证水平调整机构5产生的横向偏移力能有效向下传递。
根据本发明，双耳环形吊带55的周向长度比套管4的外径大至少10cm。这样使得套管4能够穿过双耳环形吊带55下入井筒，避免影响套管4下入。优选地，双耳环形吊带55的双耳与第二钢丝绳56可以通过大钩(未示出)连接。
另外，双耳环形吊带55的承重大于5t，以保证水平调整机构5产生的横向偏移力能够有效调整套管4。
根据本发明，动滑轮54的垂向位移小于5cm，以保证水平调整机构5产生的横向偏移力能有效向下传递。
在一个实施例中，动滑轮54可以通过双耳钢索53与支撑架1的侧支撑梁11形成连接，并且双耳钢索53的长度小于10cm。由此，保证动滑轮54的垂向位移小于5cm。
作为替代，动滑轮54可以直接通过大钩(未示出)连接到支撑架1的侧支撑梁11上，从而保证动滑轮54的垂向位移小于5cm。
为了保证水平调整机构5产生的横向偏移力能有效向下传递，在下入套管4前，对水平调整机构5进行调整，使双耳钢索53、动滑轮54和双耳环形吊带55处于同一高度。
在实际作业时，根据本发明的浅表复杂地层套管辅助下入装置100通过水平调整机构5产生水平拉力，并作用到套管4上，为套管4的下入提供水平偏移力，同时，利用吊装机构3中顶驱机构33下压套管4。在使套管4下入的过程中，顶驱机构33的下压力在套管抗压强度范围内适当调节，且保证顶驱机构33的下压力处于套管4的承压力范围内。由此，使用浅表复杂地层套管辅助下入装置100下入套管4，使得套管4在获得足够水平偏移力而能够进行水平调整的同时，通过顶驱机构44获得了克服下入摩阻的动力，从而可以采用边拉边压的方式，使得套管4的末端可绕过遇阻点8，实现套管顺利下入。
下面介绍根据本发明的浅表复杂地层套管辅助下入方法，该方法使用浅表复杂地层套管辅助下入装置100，包括以下步骤。
首先，在复杂浅表地层7钻至中完井深，并在井口下入导管6。
在一个实施例中，例如，在套管4下入前，使用直径为406.4mm的钻头钻进至970m中完深度，并下入直径为609.6mm的导管至20m深位置处。下面以下入直径为339.7mm的套管4为例，具体介绍套管4下入浅表复杂地层套管辅助下入方法。
提供浅表复杂地层套管辅助下入装置100，并将浅表复杂地层套管辅助下入装置100安放到井口处。在下入套管4前，对水平调整机构5进行调整，使双耳钢索53、动滑轮54和双耳环形吊带55处于同一高度。
然后，先通过吊装机构3吊装套管4。将套管4与吊装机构3的套管头34连接好，保证套管4下入时可实现循环和下压，避免井下复杂。进而通过天车滑轮组31将套管4吊装至对准井口位置。然后，通过吊装机构3的顶驱机构33下压套管4，并使套管4先穿过水平调整机构5中的双耳环形吊带55后下入井筒，从而将套管4下入井筒中。
套管4在下入过程中，由于浅表地层不稳定，会导致套管4的底端与地层7形成卡点(遇阻点8)而无法通过。此时，套管4遇阻。启动水平调整机构5对套管进行水平方向的调整，启动气动绞车51，气动绞车51通过卷绕第二钢丝绳56使第二钢丝绳56对双耳环形吊带55产生接近于水平的拉力，从而将垂向拉力转化为水力拉力，以对套管4进行水平方向的调整。同时，在顶驱机构33提供的下压力作用下，使套管4获得了克服下入摩阻的动力。由此，采用边拉边压的方式，使得套管4的末端能够绕过遇阻点8，实现套管4顺利下入。
根据本发明的浅表复杂地层套管辅助下入方法，其使用浅表复杂地层套管辅助下入装置100，能够通过水平调整机构5对套管4提供水平偏移力，并通过顶驱机构44提供下压动力。由此，使套管4在获得足够水平偏移力而能够进行水平调整的同时，获得了克服下入摩阻的动力，从而通过边拉边压的方式，使得套管4的末端能够绕过遇阻点8，通过适当下压解决了套管4自重克服阻力差的问题，最终实现套管4顺利下入，封隔上部复杂层位，切实解决因此造成钻井安全问题。使用浅表复杂地层套管辅助下入装置100能够大大提高套管4下入成功率，非常有利于提高套管4下入作业效率，且工艺简单，可靠性强，成本低。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施方案而已，并不构成对本发明的任何限制。尽管参照前述实施方案对本发明进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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)

1.一种浅表复杂地层套管辅助下入装置，包括：
支撑架(1)，其包括侧支撑梁(11)和顶部支撑梁(12)；
钻井工作台(2)；
与所述顶部支撑梁连接的吊装机构(3)，其能够为套管(4)提供下压力；
水平调整机构(5)，其能够为套管下入提供水平偏移力；
其中，通过所述吊装机构能够吊装套管，并将套管下入井筒中，通过所述水平调整机构能够在套管下入遇阻时水平调整套管，并在所述吊装机构提供的下压力作用下，使得套管能够绕过遇阻点而顺利下入。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述吊装机构包括：
安装在所述顶部支撑梁上的天车滑轮组(31)；
通过第一钢丝绳(32)连接在所述天车滑轮组的下方的顶驱机构(33)，其能够为套管提高下压力而下压套管；
用于连接套管的套管头(34)，所述套管头连接在所述顶驱机构的下端。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述水平调整机构包括：
安装在所述钻井工作台上的气动绞车(51)，其用于提供驱动力；
安装在所述顶部支撑梁上的定滑轮(52)；
与所述侧支撑梁连接的动滑轮(54)；
用于套在套管上的双耳环形吊带(55)；以及
第二钢丝绳(56)；
其中，所述第二钢丝绳的一端与所述气动绞车连接，另一端依次绕过所述定滑轮和所述动滑轮后与所述双耳环形吊带连接，通过所述气动绞车卷绕所述第二钢丝绳能够使其对所述双耳环形吊带提供水平拉力，从而对套管进行水平方向的调整。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述动滑轮设置在所述钻井工作台的下端且靠近井口，所述第二钢丝绳穿过所述钻井工作台后绕过所述动滑轮。
5.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于，所述双耳环形吊带的周向长度比所述套管外径大至少10cm。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述双耳环形吊带的承重大于5t。
7.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于，所述动滑轮的垂向位移小于5cm。
8.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于，所述动滑轮通过双耳钢索(53)与所述侧支撑梁形成连接，且所述双耳钢索的长度小于10cm。
9.一种浅表复杂地层套管辅助下入方法，包括以下步骤：
在复杂浅表地层钻至中完井深，并在井口下入导管(6)；
提供根据权利要求1到8中任一项所述的浅表复杂地层套管辅助下入装置，并将其安放到井口处；
通过所述吊装机构吊装套管，并将套管穿过所述水平调整机构的双耳环形吊带后下入井筒，在下入过程中遇阻时，启动所述水平调整机构对套管进行水平方向的调整，并在所述吊装机构提供的下压力作用下，使得套管能够绕过遇阻点而顺利下入。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在下入套管前，对所述水平调整机构进行调整，使所述水平调整机构中的双耳钢索、动滑轮和双耳环形吊带处于同一高度。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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