CN116677343A - 一种大溶洞井漏的注水泥堵漏装置及堵漏方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大溶洞井漏的注水泥堵漏装置及堵漏方法，装置主要包括套筒、注浆套、中心管、剪销、分离套和浆袋，注浆套、中心管、分离套和浆袋均设置在套筒内，套筒与钻杆柱连接，通过套筒用钻杆柱将浆袋送入井内的溶洞顶部后，根据设计量通过钻杆柱注入水泥浆，当水泥浆下行至浆袋顶位置时，首先将浆袋送入溶洞部位，浆袋到位后立即打开浆袋的进液口，使水泥浆顺利进入浆袋内，水泥浆全部进入浆袋内后立即关闭浆袋进液口，同时将浆袋与钻杆柱和套筒分离，等待水泥浆凝固。本发明适用于不同洞径的溶洞，且具有施工程序简单，易于操作，施工风险低，成功率高，成本低等特点，既高效完成了对大溶洞的堵漏作业，又不影响后续继续钻探工作。

Description

一种大溶洞井漏的注水泥堵漏装置及堵漏方法

技术领域

本发明涉及油气钻探井漏封堵技术领域，尤其涉及一种大溶洞井漏的注水泥堵漏装置及堵漏方法。

背景技术

石油天然气钻探过程中由于地质情况复杂，井漏是常见现象。根据井漏性质，人们采取各种物理方法或化学方法进行堵漏，取得了良好效果。但是，对于溶洞性井漏至今还没有很好的处理办法，尤其针对大溶洞井漏的堵漏问题更是世界性难题。近年来，我国石油系统在云贵川渝地区大力开发页岩油页岩气的钻探过程中就经常遇到溶洞性井漏的情况，现场采取了大量措施也收效甚微，尤其是遇到大溶洞井漏，不得不放弃，被迫搬迁，造成巨大经济损失。目前一旦地质资料发现地下有可能存在较大溶洞的区域就只能放弃布置井位，迫使该区域的油气不能开采，依据井漏的性质如渗漏、裂缝性漏失、溶洞性漏失以及实际漏失速度选择不同的堵漏材料和方法，目前常用的钻井液堵漏材料如高滤失堵漏材料、柔弹性堵漏材料、聚合物凝胶堵漏材料、水泥浆堵漏材料等。然而针对溶洞性漏失而言，上述材料都无法形成有效的封堵，因此现场曾尝试向井内大量填石块、扔砖头，对于一些较小的溶洞也起到了一定作用，但是对于大溶洞，特别是溶洞内有高速流动的流体时，填石块、扔砖头也就无济于事了。

为此，我们设计出了一种大溶洞井漏的注水泥堵漏装置及堵漏方法来解决以上问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在油气钻探过程中大溶洞堵漏作业困难，堵漏效率低的缺点，而提出的一种可以采取注水泥并有效保护水泥浆不流失的堵漏装置及操作简单易行的工艺方法，以彻底解决好油气钻探过程中大溶洞的堵漏问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种大溶洞井漏的注水泥堵漏方法，所述堵漏方法包括以下步骤：

步骤一，在钻探遇溶洞漏失时，首先停止钻进工作，探明溶洞的位置和大小后，立即起钻；

步骤二，依据在步骤一所探明的溶洞的大小，选择相应规格的装置，根据所选装置计算确定需要的水泥浆量，并将装置、注水泥设备及水泥运送至现场；

步骤三，装置入井操作：将装置送上钻台后入井，用卡瓦卡住套筒的上部，将套筒连接钻杆柱后，提起并解除卡瓦，通过钻杆缓慢将装置下放入井，直至将装置的下端部送到溶洞的顶部为止；

步骤四，当装置的下端部送到溶洞的顶部后，钻杆柱顶部连接循环头，用单泵低速循环钻井液一周后停泵，卸掉循环头；

步骤五，钻杆柱顶部安装双塞钻杆水泥头，注水泥浆管线连接于双塞钻杆水泥头侧面接口处，替钻井液管线连接于双塞钻杆水泥头顶部接口处，打开下挡销；

步骤六，开始注水泥浆作业，水泥浆推着下胶塞下行，当下胶塞下行至套筒时，坐落在中心管顶部，水泥浆不再下行，使钻杆内部形成密闭空间，钻杆内部压力迅速升高，当压力达到5MPa左右时，剪销一被剪断，水泥浆推动注浆套、中心管和相连接的浆袋以及引鞋整体下行，并被推出套筒，进入溶洞部位，当注浆套到达分离套时被阻挡，不再下行，套筒内部压力将继续升高，压力升高至8MPa左右时，剪销二被剪断，中心管相对注浆套下行，打开注浆套上关闭板，水泥浆通过注浆通道进入浆袋内；

步骤七，当注水泥浆量达到设计值时立即停止注水泥，打开上胶塞挡销，用单泵低速替钻井液，此时钻井液推动上胶塞下行；

步骤八，当上胶塞下行至注浆套顶部时，套筒内第二次形成密闭空间，压力迅速升高，当压力升高至15MPa左右时，剪销三被剪断，使注浆套和分离套与套筒的分离，停泵；

步骤九，起钻，起出钻杆柱和套筒，等候浆袋内水泥浆凝固。

进一步的，所述步骤二中，计算确定需要的水泥浆量时，需按照所述浆袋容量的50%-60%充盈率来计算水泥浆量。

进一步的，所述步骤三中，用卡瓦卡住套筒的上部的范围为距离套筒顶部60厘米至80厘米处。

进一步的，所述步骤五中，在钻杆柱顶部安装双塞钻杆水泥头之前，须确保所述双塞钻杆水泥头内部上、下胶塞已经安装到位，挡销均已关闭到位。

进一步的，所述步骤九中，等候浆袋内水泥浆凝固，至少等候水泥浆凝固24小时后才能下钻进行下步作业。

一种应用于大溶洞井漏的注水泥堵漏方法的装置，所述装置包括套筒、注浆套、中心管、分离套和浆袋，所述注浆套、中心管、分离套和浆袋均设置在所述套筒内，其中所述注浆套安装在所述套筒上部的内壁上，所述中心管套设插接在注浆套的内壁上，所述浆袋的上端口套设固定在注浆套的上部，浆袋的下端口套设固定在中心管的下端部，所述分离套插接安装在套筒的下端，在所述浆袋的上端口下侧的注浆套上设置有水泥浆流入所述浆袋内的注浆通道，所述注浆通道上设置有关闭板。

进一步的，所述浆袋用于存储水泥浆，为透水或不透水软质膜材料制作而成的容纳袋，浆袋的上端口通过固定环一套设固定在所述注浆套的上部，浆袋的下端口通过固定环二套设固定在所述中心管的下端部。

进一步的，所述其中所述注浆套通过剪销一插接安装在所述套筒上部的内壁上，所述中心管通过剪销二与注浆套的内壁插接固定，所述分离套通过剪销三插接安装在套筒的下端。

进一步的，所述套筒的底部设置有用于引导套筒下降的引鞋，所述引鞋下端为半圆形结构，上端为平面结构，且上端与所述中心管固定连接，所述套筒上端设置410扣与5英寸对焊钻杆柱连接。

进一步的，所述注浆套、中心管、引鞋和分离套采用铝合金材料制作；所述剪销三、剪销二和剪销一采用H62黄铜制作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提出的大溶洞堵漏方法，借助钻杆柱，能够将浆袋送至井下几十米、几百米甚至到一两千米的深度，且适用于各种不同洞径的溶洞，具有施工程序简单，易于操作，施工风险低；堵漏成功率高，堵漏成本低等特点；且该堵漏方法实施过程中，所有需留在井内的材料均为易钻（铝合金）材料，有利于钻井工程下步作业，既高效完成了对大溶洞的堵漏作业，又不影响后续继续钻探工作；本发明所提出的装置，通过注浆套与套筒，注浆套与中心管以及分离套与套筒之间巧妙配合，能够使得浆袋在溶洞处进行注浆作业，保障了水泥浆封堵溶洞的顺利实施，在浆袋下井过程中，通过套筒及引鞋的防护作用，保障了浆袋的完整性，为后续注浆凝固作业打下坚实基础，有效利用堵漏性能好的水泥浆，无需块状等固体材料堵漏，且适用于伴随高速流体的大溶洞的堵漏作业。

附图说明

图1为本发明提出的大溶洞井漏的注水泥堵漏装置的整体结构示意图；

图2为本发明提出的一种大溶洞井漏的注水泥堵漏方法中中心管被推出套筒后的结构状态示意图；

图3为本发明提出的一种大溶洞井漏的注水泥堵漏方法中水泥浆液通过注浆通道进入浆袋时的结构状态示意图；

图4为本发明提出的一种大溶洞井漏的注水泥堵漏方法中分离套与套筒脱离后的结构状态示意图。

图中各标号：1、套筒；2、注浆套；3、固定环一；4、中心管；5、固定环二；6、剪销三；7、引鞋；8、分离套；9、浆袋；10、关闭板；11、剪销二；12、剪销一；13、注浆通道。

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。

实施例1

在油气钻探过程中，经常遇到井漏现场，依据井漏的性质如渗漏、裂缝性漏失、溶洞性漏失以及实际漏失速度选择不同的堵漏材料和方法。目前常用的钻井液堵漏材料如高滤失堵漏材料、柔弹性堵漏材料、聚合物凝胶堵漏材料、水泥浆堵漏材料等。然而针对溶洞性漏失而言，上述材料都无法形成有效的封堵，因此现场曾尝试向井内大量填石块、扔砖头，对于一些较小的溶洞也起到了一定作用，但是对于大溶洞，特别是溶洞内有高速流动的流体时，填石块、扔砖头也就无济于事了。基于这些认识，我们想到了一种限制水泥浆的“袋”技术，在溶洞内做一个“袋”，将堵漏材料装进“袋”内，限制其流失或被流体运移，再等待成形、硬化、固定，即可将溶洞完全封堵。有了这个“袋”，就有条件选择水泥浆作为封堵材料，水泥浆堵漏是业内公认的堵漏效果好、施工难度小的堵漏工艺和材料。

基于上述设计思路，本实施例提出一种大溶洞井漏的注水泥堵漏方法，堵漏方法包括以下步骤：

步骤一，在钻探遇溶洞漏失时，首先停止钻进工作，探明溶洞的位置和大小后，立即起钻；

步骤二，依据在步骤一所探明的溶洞的大小，选择相应规格的装置，根据所选装置计算确定需要的水泥浆量，计算确定需要的水泥浆量时，根据溶洞的实际情况，需按照浆袋9容量的50%-60%充盈率来计算水泥浆量，这是因为溶洞的形状复杂，可能限制了浆袋9的充分伸展，以防浆袋9的充盈度过量而撑破，将装置、注水泥设备及水泥运送至现场；

步骤三，装置入井操作：将装置送上钻台后入井，用卡瓦卡住套筒1的上部，具体为用卡瓦卡住套筒1的上部的范围为距离套筒1顶部60厘米至80厘米处，根据施工实践作业发现，该区域对套筒1的固定稳定性好，将套筒1连接钻杆柱后，提起并解除卡瓦，通过钻杆缓慢将装置下放入井，直至将装置的下端部送到溶洞的顶部为止；

步骤四，当装置的下端部送到溶洞的顶部后，钻杆柱顶部连接循环头，用单泵低速循环钻井液一周后停泵，卸掉循环头；

步骤五，在钻杆柱顶部安装双塞钻杆水泥头前，须确保双塞钻杆水泥头内部上、下胶塞已经安装到位，挡销均已关闭到位后，再进行安装双塞钻杆水泥头，注水泥浆管线连接于双塞钻杆水泥头侧面接口处，替钻井液管线连接于双塞钻杆水泥头顶部接口处，打开下挡销；

步骤六，开始注水泥浆作业，水泥浆推着下胶塞下行，当下胶塞下行至套筒1时，坐落在中心管4顶部，水泥浆不再下行，使钻杆内部形成密闭空间，钻杆内部压力迅速升高，当压力达到5MPa左右时剪销一12被剪断，水泥浆推动注浆套2、中心管4、引鞋7以及与注浆套2相连接的浆袋9整体下行，并被推出套筒1，如图2所示，进入溶洞部位，当注浆套2到达分离套8时，被阻挡不再下行，套筒1内部压力将继续升高，压力升高至8MPa左右时，剪销二11被剪断，中心管4相对注浆套2下行，打开注浆套2上注浆通道13，水泥浆通过注浆通道13，打开注浆套2上关闭板10，进入浆袋9内，如图3所示；

步骤七，当注水泥浆量达到设计值时立即停止注水泥，打开上胶塞挡销，用单泵低速替钻井液，此时钻井液推动上胶塞下行；

步骤八，当上胶塞下行至注浆套2顶部时，套筒1内第二次形成密闭空间，压力会迅速升高，当压力升高至15MPa左右时，剪销三6被剪断，使注浆套2和分离套8与套筒1的分离，如图4所示，停泵；

步骤九，起钻，起出钻杆柱和套筒1，等候浆袋9内水泥浆凝固，在等候浆袋9内水泥浆凝固的时间上，为了确保水泥浆彻底凝固，需至少等候水泥浆凝固24小时后才能下钻进行下步作业。

本实施例所提出的方法总体思路为：通过套筒1用钻杆柱安全无损地将浆袋9送入井内的溶洞顶部，在水泥浆进入浆袋9之前，浆袋9必须始终处于受保护状态，确保浆袋9免受任何摩擦刮碰而导致损坏，浆袋9到达溶洞顶部后即停止，再以小排量循环钻井液（或清水），但此时乃至水泥浆到达浆袋9之前，浆袋9应该处于封闭状态，不允许钻井液(或清水)进入浆袋9内，根据设计量通过钻杆柱注入水泥浆，当水泥浆下行至浆袋9顶位置时，首先将浆袋9送入溶洞部位，浆袋9到位后立即打开浆袋9的进液口，使水泥浆顺利进入浆袋9内，水泥浆全部进入浆袋9内后立即关闭浆袋9进液口。同时将浆袋9与钻杆柱以及套筒1分离。起出钻杆柱及套筒1，等待浆袋9内的水泥浆凝固。

本实施例提出的大溶洞堵漏方法，借助钻杆柱，能够将浆袋9送至井下几十米、几百米甚至到一两千米的深度，且适用于各种不同洞径的溶洞，具有施工程序简单，易于操作，施工风险低；堵漏成功率高，堵漏成本低等特点；且该堵漏方法实施过程中，所有需留在井内的材料均为易钻（铝合金）材料，有利于钻井工程下步作业。

实施例2

如图1所示，本实施例为应用于实施例一中大溶洞井漏的注水泥堵漏方法的装置，该装置包括套筒1、注浆套2、固定环一3、中心管4、固定环二5、剪销三6、引鞋7、分离套8、浆袋9、关闭板10、剪销二11、剪销一12和注浆通道13。

套筒1的内部为圆筒形的腔体结构，主要用于浆袋9下井过程中的防护以及实施注浆作业，为了便于与钻杆柱连接，其上端设置有410扣，并且与5英寸对焊钻杆柱连接（也可根据现场实际使用的钻杆丝扣情况确定套筒1上端的丝扣）。

本实施例中的注浆套2、中心管4、引鞋7和分离套8可采用易钻的铝合金材料制作，即所有需留在井内的材料均为易钻材料，有利于钻井工程下步作业。

本实施例中的剪销三6、剪销二11和剪销一12可采用H62黄铜制作，H62黄铜是一种表示平均含铜量为62%的普通黄铜，普通黄铜具有良好的力学性能，热态下塑性好，切削性好，易钎焊和焊接，耐蚀等特点。

其中，注浆套2、中心管4、分离套8和浆袋9均设置在套筒1内，注浆套2安装在套筒1上部的内壁上，中心管4套设插接在注浆套2的内壁上，浆袋9的上端口套设固定在注浆套2的上部，浆袋9的下端口套设固定在中心管4的下端部，分离套8插接安装在套筒1的下端，分离套8在注水泥浆结束后实现注浆套2与套筒1分离，确保注水泥结束后，即可顺利起出钻杆和套筒1，在浆袋9的上端口下侧的注浆套2上设置有控制水泥浆流入浆袋9内注浆通道13，注浆通道13上设置有关闭板10，水泥浆进入浆袋9内的过程中，关闭板10能够缓冲水泥浆射流，保护浆袋9的内壁不被水泥浆冲坏，注水泥浆结束后关闭注浆通道13，限制水泥浆倒流。

浆袋9用于存储水泥浆，是实现大溶洞注水泥堵漏的关键，确保水泥浆在溶洞内不流失、不移位，浆袋9为采用透水或不透水软质膜材料制作而成的容纳袋，浆袋9的上端口通过固定环一3套设固定在注浆套2的上部，浆袋9的下端口通过固定环二5套设固定在中心管4的下端部。

具体的，其中注浆套2通过剪销一12插接安装在套筒1上部的内壁上，剪销一12剪断后，注浆套2与套筒1脱离，中心管4通过剪销二11与注浆套2的内壁插接固定，剪销二11剪断后，中心管4沿注浆套2内壁下滑，通过注浆通道13使得浆袋9与注浆套2内腔连通，分离套8通过剪销三6插接安装在套筒1的下端，剪销三6剪断后，分离套8与套筒1脱离。

为了便于套筒1下井时的顺畅，套筒1的底部设置有用于引导套筒1下降的引鞋7，引鞋7下端为半圆形结构，上端为平面结构，且上端与中心管4固定连接。

本实施例提出的应用于大溶洞井漏的注水泥堵漏方法中的装置，结构设计巧妙，可根据溶洞大小以及洞深，灵活改变装置配件的尺寸就能满足使用要求，用于存储水泥浆的浆袋9被套筒1所防护，通过钻杆柱向井下运送水泥浆，套筒1内的注浆套2及分离套8通过剪销与套筒1的连接方式，以及注浆套2与中心管4通过剪销连接，并利用压强，方便控制对浆袋9进行注浆，能够使得注浆完成后，注浆套2与套筒1的脱离，既高效完成了对大溶洞的堵漏作业，又不影响后续继续钻探工作。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大溶洞井漏的注水泥堵漏方法，其特征在于，所述堵漏方法包括以下步骤：

步骤一，在钻探遇溶洞漏失时，首先停止钻进工作，探明溶洞的位置和大小后，立即起钻；

步骤二，依据在步骤一所探明的溶洞的大小，选择相应规格的装置，根据所选装置，计算确定需要的水泥浆量，并将装置及水泥运送至现场；

步骤三，装置入井操作：将装置送上钻台入井后，用卡瓦卡住套筒（1）的上部，将套筒（1）连接钻杆柱后，提起并解除卡瓦，通过钻杆缓慢将装置下放入井，直至将装置的下端部送到溶洞的顶部为止；

步骤四，当装置的下端部送到溶洞的顶部后，钻杆柱顶部连接循环头，用单泵低速循环钻井液一周后停泵，卸掉循环头；

步骤五，钻杆柱顶部安装双塞钻杆水泥头，注水泥浆管线连接于双塞钻杆水泥头侧面接口处，替钻井液管线连接于双塞钻杆水泥头顶部接口处，打开下挡销；

步骤六，开始注水泥浆作业，水泥浆推着下胶塞下行，当下胶塞下行至套筒（1）时，坐落在中心管（4）顶部，水泥浆不再下行，使钻杆内部形成密闭空间，钻杆内部压力迅速升高，当压力达到5MPa时，剪销一（12）被剪断，水泥浆推动注浆套（2）、中心管（4）、浆袋（9）以及引鞋（7）整体下行，并被推出套筒（1），进入溶洞部位，当注浆套（2）到达分离套（8）时被阻挡不再下行，套筒（1）内部压力将继续升高，压力升高至8MPa时，剪销二（11）被剪断，中心管（4）相对注浆套（2）下行，打开注浆套（2）上注浆通道（13），水泥浆通过注浆通道（13），推开关闭板（10），进入浆袋（9）内；

步骤七，当注水泥浆量达到设计值时立即停止注水泥，打开上胶塞挡销，用单泵低速替钻井液，此时钻井液推动上胶塞下行；

步骤八，当上胶塞下行至注浆套（2）顶部时，套筒（1）内第二次形成密闭空间，压力迅速升高，当压力升高至15MPa时，剪销三（6）被剪断，使注浆套（2）和分离套（8）与套筒（1）的分离，停泵；

步骤九，起钻，起出钻杆柱和套筒（1），等候浆袋（9）内水泥浆凝固。

2.根据权利要求1所述的一种大溶洞井漏的注水泥堵漏方法，其特征在于，所述步骤二中，计算确定需要的水泥浆量时，按照所述浆袋（9）容量的50%-60%充盈率来计算水泥浆量。

3.根据权利要求1所述的一种大溶洞井漏的注水泥堵漏方法，其特征在于，所述步骤三中，用卡瓦卡住套筒（1）的上部的范围为距离套筒（1）顶部60厘米至80厘米处。

4.根据权利要求1所述的一种大溶洞井漏的注水泥堵漏方法，其特征在于，所述步骤五中，在钻杆柱顶部安装双塞钻杆水泥头之前，须确保所述双塞钻杆水泥头内部上、下胶塞已经安装到位，挡销均已关闭到位。

5.根据权利要求1所述的一种大溶洞井漏的注水泥堵漏方法，其特征在于，所述步骤九中，等候浆袋（9）内水泥浆凝固，至少等候水泥浆凝固24小时后才能下钻进行下步作业。

6.一种应用于权利要求1-5任意一项所述的大溶洞井漏的注水泥堵漏方法的装置，其特征在于，所述装置包括套筒（1）、注浆套（2）、中心管（4）、分离套（8）和浆袋（9），所述注浆套（2）、中心管（4）、分离套（8）和浆袋（9）均设置在所述套筒（1）内，其中所述注浆套（2）安装在所述套筒（1）上部的内壁上，所述中心管（4）套设插接在注浆套（2）的内壁上，所述浆袋（9）的上端口套设固定在注浆套（2）的上部，浆袋（9）的下端口套设固定在中心管（4）的下端部，所述分离套（8）插接安装在套筒（1）的下端，在所述浆袋（9）的上端口下侧的注浆套（2）上设置有控制水泥浆流入所述浆袋（9）内注浆通道（13），所述注浆通道（13）上设置有关闭板（10）。

7.根据权利要求6所述的一种应用于大溶洞井漏的注水泥堵漏方法的装置，其特征在于，所述浆袋（9）用于存储水泥浆，为软质膜材料制作而成的容纳袋，浆袋（9）的上端口通过固定环一（3）套设固定在所述注浆套（2）的上部，浆袋（9）的下端口通过固定环二（5）套设固定在所述中心管（4）的下端部。

8.根据权利要求6所述的一种应用于大溶洞井漏的注水泥堵漏方法的装置，其特征在于，所述其中所述注浆套（2）通过剪销一（12）插接安装在所述套筒（1）上部的内壁上，所述中心管（4）通过剪销二（11）与注浆套（2）的内壁插接固定，所述分离套（8）通过剪销三（6）插接安装在套筒（1）的下端。

9.根据权利要求6所述的一种应用于大溶洞井漏的注水泥堵漏方法的装置，其特征在于，所述套筒（1）的底部设置有用于引导套筒（1）下降的引鞋（7），所述引鞋（7）下端为半圆形结构，上端为平面结构，且上端与所述中心管（4）固定连接，所述套筒（1）上端设置410扣与5英寸对焊钻杆柱连接。

10.根据权利要求8所述的一种应用于大溶洞井漏的注水泥堵漏方法的装置，其特征在于，所述注浆套（2）、中心管（4）、引鞋（7）和分离套（8）采用铝合金材料制作；所述剪销三（6）、剪销二（11）和剪销一（12）采用H62黄铜制作。