CN116988761A - 一种井下金属封堵实施方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种井下金属封堵实施方法，涉及石油完井领域中的油气井封堵技术领域。本方法采用井下金属熔融工具来实现金属封堵，井下金属熔融工具包括储存筒，储存筒为锥形中空结构，其内部中间同轴设置有一个套筒，在储存筒锥形结构的下端设置有一个闸板；在套筒和储存筒的外壳中间设置有低熔点金属；储存筒的上端设置有固定盖板，在盖板上端设置有悬挂环；井下金属熔融工具内部设置有温度传感器；储存筒内部的套筒内设置有电阻加热机构，与地面电源接通进行加热。本发明具有作业效率高、能量消耗少、智能可控的特性，能实现弃置井的永久、稳定及快速的金属封堵。

Description

一种井下金属封堵实施方法

技术领域

本发明属于石油完井领域中的油气井封堵技术领域，更具体地说，是涉及一种井下金属封堵实施方法。

背景技术

在油气资源开发后期，由于油气资源的开采结束，需要对油气井进行封堵，即弃置井的封堵。现有的技术中，一般采用在特定位置注入一定的水泥，通过水泥的凝固形成封堵层，进而实现隔离井下油气，避免井下的油气通过井筒流出至地面。由于水泥材料的特性，使得水泥在弃置井封堵中，容易出现气体泄露通道，造成封堵的失效。一旦出现了气体的泄露，弃置井的封堵就宣告失败，需要重新进行封堵。而此时，一般弃置井的地面设施都已经拆除，再进行封堵所需要的施工程序比较复杂，且成本很高。因此，建立一个能够长期稳定的封堵层是弃置井封堵的一个关键。

中国石油集团工程技术研究院有限公司提出了一种在井下通过融化低熔点金属的方式来封堵油气井的方法(申请号：202211655858.8，发明名称：一种低熔点金属封堵弃置井方法)。该方法中，需要在井下采用燃烧剂燃烧的方式来产生大量热量，该燃烧剂的燃烧是一种自蔓延燃烧的方式，这种获取热量的方式中，需要在地面上提前装入一定量的燃烧剂，通过在地面控制工具内的点火装置，实现在井下燃烧放热。该种通过燃烧剂燃烧实现井下加热的方式中，由于需要提前放置好燃烧剂的质量，因此在井下所能释放的热量是一定值，需要在井上提前计算好所需要的热量，一旦下入井底后，加热温度和加热速度均不能控制。

在井下进行融化金属时，由于井下的环境温度以及所需要封堵位置环境的复杂性，为了更好的实现金属封堵，需要对低熔点金属的融化过程进行控制，确保融化后的合金能够流入到所需要封堵的位置。当加热的温度过高，过高的温度可能会造成金属套管的回火，降低了套管的强度，从而产生安全问题。当加热温度过低时，可能会使得低熔点金属不能完全融化，从而影响金属封堵层的生成。

除了对加热速度进行控制，同时对凝固速度也需要控制。理想的状态是合金在流入到待封堵位置时，需要将气体、固体颗粒等可能影响封堵效果的杂质排出，从而形成一个纯粹的金属封堵层。而当凝固速度过快时，待封堵位置的气体可能不能及时排出，使得所生成的合金封堵层包含气孔等缺陷，进而影响合金封堵层的密封效果。

根据以上分析，在采用融化低熔点金属的方式来实现弃置井封堵的方法中，为了达到较佳的封堵效果，需要对低熔点金属的加热和凝固过程进行控制。为了解决金属熔融封堵中的加热方式难以控制的问题，提出一种井下金属封堵实施方法，以实现高效的控制金属融化过程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种井下金属封堵实施方法，解决现有技术中存在的井下金属加热过程不可控的问题，实现高效、节能、可控的金属融化封堵方式。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种井下金属封堵实施方法，采用井下金属熔融工具来实现金属封堵。井下金属熔融工具包括储存筒，所述储存筒为锥形中空结构，其内部中间同轴设置有一个套筒，在储存筒锥形结构的下端设置有一个闸板；在储存筒的套筒和外壳中间设置有低熔点金属；所述储存筒的上端设置有固定盖板，在盖板上端设置有悬挂环；所述井下金属熔融工具内部设置有温度传感器；所述储存筒内部的套筒内设置有电阻加热机构，与地面电源接通进行加热。

优选地，所述电阻加热机构为一种大功率电阻加热器，通过高压电缆与地面的供电系统相连；储存筒上端悬挂环可以通过线缆将储存筒悬挂；所述线缆为钢丝线缆，其外部设置有高压电缆；所述线缆和电缆通过绞车连接到连续管下入系统中。所述储存筒可以通过连续管下放系统下入井筒内。

优选地，所述储存筒的下端闸板设置有电控开关，可以通过电控的方式实现闸板的开启。

优选地，所述套管和外壳中中间设置有低熔点金属，为直径4mm-10mm的低熔点金属小球。当低熔点金属装入储存筒内，在其上端放置一压套，避免金属小球的晃动。

优选地，采用井下金属熔融工具下入时，首先对待封堵位置的套管进行清理，确保套管内壁没有附着泥浆等杂质；在清理好待封堵位置套管内壁后，下入井下支撑机构，并通过坐封的方式将支撑机构固定在套管内壁。

在支撑机构坐封后，将井下金属熔融工具安装在井口位置，并通过线缆与连续管下入系统、供电系统相连。在井下金属熔融工具的外壁安装好电磁加热系统，并连通至地面电站。在固定好金属熔融工具后，对电磁加热系统通电，将储存筒内部的低熔点金属加热至设置好的温度，待内部低熔点金属完全融化后，停止加热，并拆卸电磁加热系统。

在卸下电磁加热系统后，将电阻加热系统固定安装在储存筒内部套筒内，并与电缆相连；在储存筒外部安装保温套，避免内部的热量散出。

在完成以上准备工作后，通过线缆下入井下金属熔融工具至井下支撑机构的上端1m-2m处，停止下入。在下入线缆的同时下入与井下金属熔融工具相连的电缆。待下入指定位置后，固定地面线缆。将地面线缆与供电系统连通，打开开关，通过电缆向下接入电流，对电阻加热系统供电，从而实现对井下金属熔融工具内低熔点金属的加热。

待井下金属熔融工具内的温度传感器检测到内部液体金属的温度为所需温度后，控制井下金属熔融工具下端闸板开关的开启，将储存在储存筒内的液态低熔点金属释放，由于液态低熔点金属的流动性，液态低熔点金属会流到支撑机构的上端。待所有的低熔点金属均流出井下金属熔融工具后，通过连续管下入系统向上提出井下金属熔融工具至金属液面以上，并停止对井下金属熔融工具供电加热。待液态低熔点金属完全凝固并固化后，通过线缆起出至地面。

待封堵的低熔点金属完全固化后，通过在地面进行打压作业，待测试的低熔点金属所形成的封堵层能完全满足油气井的要求后，完成井下金属封堵的作业工艺并关井。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

本发明所提供的一种井下金属封堵实施方法能通过电加热的方式实现弃置井的金属封堵。本发明所提供的方法中，能在地面上对低熔点金属进行快速加热，加热后的液体低熔点金属在储存筒内部，并在外部安装保温设备。采用连续管下入系统能够快速的将井下金属熔融工具下入到井筒内待修补位置，减少在下入过程中井下金属熔融工具内液体金属热量的散失。当井下金属熔融工具下入待封堵位置后，通电加热内部的金属，此时只需要比较少的能量就能够将工具中的液体金属加热至所需要的温度。最后，通过井下金属熔融工具下端闸板的开启，将液体金属流入到待封堵位置，通过自然冷却形成金属封堵塞，实现对弃置井的封堵。

本发明所提供的方法中，通过电加热实现对金属加热融化，在井下对熔融过程进行控制，能够满足不同地层的实际封堵需要，从而实现金属熔融封堵智能控制。同时，本发明所提供的方法中，通过在地面进行快速加热，避免了长电缆中电能的损耗，当井下金属熔融工具下入待封堵位置后，只需要较少的电能就能够实现对金属的加热，本方法的加热效率高，能够大幅降低电能的损耗。

综上，本发明所提供的一种井下金属封堵实施方法具有作业效率高、能量消耗少、智能可控的特性，能实现弃置井的永久、稳定及快速的金属封堵。

附图说明

图1为本发明的井下金属熔融工具的结构示意图；

图2为下入井下支撑机构的结构示意图；

图3为地面电磁加热系统工作示意图；

图4为低熔点金属保温下入过程示意图；

图5为井底加热低熔点金属并打开阀门过程示意图；

图6为井下低熔点金属熔融形成液体封堵层的示意图；

图中：1、地面；2、套管；3、支撑结构；4、井下金属熔融工具；5、缆线；6、连续管下入系统；7、低熔点金属；8、地面供电系统；9、绞车；10、电缆；11、保温套；12、电控开关；41、悬挂环；42、压套；43、电阻加热系统；44、温度传感器；45、电磁加热系统；46、储存筒；47、闸板；48、外壳；49、套筒。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1至图6所示，一种井下金属封堵实施方法，包括井下熔融工具4、井下支撑机构3、加热系统43以及连续管下入系统6。该井下低熔点金属封堵实施方法，具有作业效率高、能量消耗少、智能可控的特性，能实现弃置井的永久、稳定及快速的金属封堵。

井下熔融工具4包括储存筒46。储存筒46为锥形中空结构，其内部中间同轴设置有一个套筒49，在储存筒46锥形结构的下端设置有一个闸板47；在套筒49和储存筒46的外壳48中间设置有低熔点金属7；储存筒46的上端设置有固定盖板，在盖板上端设置有悬挂环41；井下金属熔融工具4内部设置有温度传感器44。

储存筒46内部的套筒49内设置有电阻加热系统43，能与地面供电系统8接通进行加热；的电阻加热系统43为一种大功率电阻加热器，通过高压电缆10与地面的供电系统8相连。

储存筒46上端的悬挂环41通过线缆5将储存筒46悬挂；线缆5为钢丝线缆，其外部设置有高压电缆10。线缆5和电缆10通过绞车9连接到连续管下入系统6中。储存筒46可以通过连续管下入系统6下入井筒内。

储存筒46的下端闸板47设置有电控开关12，可以通过电控的方式实现闸板47的开启。

井下金属熔融工具4中间设置有低熔点金属7，为直径4mm-10mm的低熔点金属7小球。当低熔点金属7装入储存筒46内，在其上端放置一压套42，避免金属小球的晃动。

采用井下金属熔融工具4下入时，首先对待封堵位置的套管2进行清理，确保套管2内壁没有附着泥浆等杂质。在清理好待封堵位置套管2内壁后，下入井下支撑机构3，并通过坐封的方式将支撑机构3固定在套管2内壁。

在支撑机构3坐封后，将井下金属熔融工具4安装在井口位置，并通过线缆5与连续管下入系统6、供电系统8相连。在井下金属熔融工具4的外壁安装好电磁加热系统45，并连通至地面电站8。在固定好井下金属熔融工具4后，对电磁加热系统45通电，将储存筒46内部的低熔点金属7加热至设置好的温度，待内部低熔点金属7完全融化后，停止加热，并拆卸电磁加热系统45。

在卸下电磁加热系统45后，将电阻加热系统43固定安装在储存筒46内部套筒内，并与电缆10相连。在储存筒46外部安装保温套11，避免内部的热量散出。

在完成以上准备工作后，通过线缆5下入井下金属熔融工具4至井下支撑机构3的上端1m-2m处，停止下入。在下入线缆5的同时下入与井下金属熔融工具4相连的电缆10。待下入指定位置后，固定地面线缆5。将地面线缆5与供电系统8连通，打开开关，通过电缆10向下接入电流，对电阻加热系统43供电，从而实现对井下金属熔融工具4内低熔点金属7的加热。

待井下金属熔融工具4内的温度传感器44检测到内部液体金属的温度为所需温度后，控制井下金属熔融工具4下端闸板47开关的开启，将储存在储存筒46内的液态低熔点金属7释放，由于液态低熔点金属7的流动性，液态低熔点金属7会流到井下支撑机构3的上端。待所有的低熔点金属7均流出井下金属熔融工具4后，通过连续管下入系统6向上提出井下金属熔融工具4至金属液面以上，并停止对井下金属熔融工具4供电加热。待液态低熔点金属7完全凝固并固化后，通过线缆5起出至地面。

待封堵的低熔点金属7完全固化后，通过在地面进行打压作业，待测试的低熔点金属7所形成的封堵层能完全满足油气井的要求后，完成井下金属封堵的作业工艺并关井。

本发明所提供的方法中，通过电加热实现对金属加热融化，在井下对熔融过程进行控制，能够满足不同地层的实际封堵需要，从而实现金属熔融封堵智能控制。同时，本发明所提供的方法中，通过在地面1进行快速加热，避免了长电缆中电能的损耗，当井下金属熔融工具下入待封堵位置后，只需要较少的电能就能够实现对金属的加热，本方法的加热效率高，能够大幅降低电能的损耗。

以上，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 (7)

1.一种井下金属封堵实施方法，其特征在于，采用井下金属熔融工具来实现金属封堵，所述井下金属熔融工具包括储存筒，所述储存筒为锥形中空结构，其内部中间同轴设置有一个套筒，在储存筒锥形结构的下端设置有一个闸板；在套筒和储存筒的外壳中间设置有低熔点金属；所述储存筒的上端设置有固定盖板，在盖板上端设置有悬挂环；所述井下金属熔融工具内部设置有温度传感器；所述储存筒内部的套筒内设置有电阻加热机构，与地面电源接通进行加热。

2.根据权利要求1所述的一种井下金属封堵实施方法，其特征在于，所述电阻加热机构为一种大功率电阻加热器，通过高压电缆与地面的供电系统相连；所述储存筒上端设置有悬挂环，悬挂环可以通过线缆将储存筒悬挂；所述线缆为钢丝线缆，其外部设置有高压电缆；所述线缆和电缆通过绞车连接到连续管下入系统中；所述储存筒可以通过连续管下放机构下入井筒内。

3.根据权利要求1所述的一种井下金属封堵实施方法，其特征在于，所述储存筒下端闸板设置有电控开关，可以通过电控的方式实现闸板的开启。

4.根据权利要求1所述的一种井下金属封堵实施方法，其特征在于，所述套管和外壳中间设置的低熔点金属，为直径4mm-10mm的低熔点金属小球；当低熔点金属装入储存筒内，在其上端放置一压套。

5.根据权利要求1所述的一种井下金属封堵实施方法，其特征在于，所述井下金属熔融工具安装在井口位置，通过线缆与连续管下入系统、供电系统相连；所述井下金属熔融工具的外壁安装好电磁加热系统，连通至地面供电系统；在固定好井下金属熔融工具后，对电磁加热系统通电，将所述储存筒内部的低熔点金属加热至设置好的温度，待内部金属完全融化后，停止加热，并拆卸电磁加热系统。

6.根据权利要求1所述的一种井下金属封堵实施方法，其特征在于，采用井下金属熔融工具下入时，首先对待封堵位置的套管进行清理，确保套管内壁没有附着泥浆等杂质；在清理好待封堵位置套管内壁后，下入井下支撑机构，通过坐封的方式将支撑机构固定在套管内壁。

7.根据权利要求1所述的一种井下金属封堵实施方法，其特征在于，所述井下金属熔融工具内的温度传感器检测到内部液体合金的温度为所需的温度后，控制熔融工具下端闸板开关的开启，将储存在储存筒内的液体金属释放，液态金属流到支撑机构的上端；待所有的金属流出井下金属熔融工具后，通过连续管下入系统向上提出井下金属熔融工具至金属液面以上，并停止对井下金属熔融工具供电加热。