CN117108239A - 用于井下的封隔器装置及用于井下的封堵方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于钻完井技术领域，具体公开一种用于井下的封隔器装置。其包括内筒，其中形成有供流体通过的中心通道；以及封堵机构，封堵机构包括封堵件、设置在封堵件的下游的第一封头，以及设置在封堵件的上游的第二封头。其中，第一封头和第二封头均与内筒和井壁密封式贴合。其中，封堵件构造成能够在受热后形成液态，以填充到井壁内，并且在冷却后膨胀而与井壁形成固定连接。本发明采用以低熔点的金属材质替换橡胶材质的方式，使得密封件在油、气或酸性的环境下仍具有稳定的结构，从而保证用于井下的封隔器装置能够在井下具有长期的密封效果。此外，还提出一种用于井下的封堵方法。

Description

用于井下的封隔器装置及用于井下的封堵方法

技术领域

本发明涉及钻完井技术领域，具体地涉及一种用于井下的封隔器装置，以及一种用于井下的封堵方法。

背景技术

在气井固井中最重要的技术难题之一就是如何防止气窜现象。气窜现象会给井下工作带来很多影响，例如造成油气井环空带压、套管腐蚀、降低产量和采收率等问题。此外，气窜现象还会对后续酸化压裂作业和分层开采作业造成极大的影响，甚至会导致整口井的报废。然而，引发气窜现象的原因主要是因固井水泥在长期受到井下温度、压力的影响产生变形或老化，从而失去了密封的作用，进而导致气窜的发生。

近年来提出了在套管串上集成封隔器的方式来进行固井。由于封隔器带有橡胶密封件，因此在固井的过程中通过橡胶材质变形形成弹性密封，从而达到避免气窜现象的效果。这种方式在密封的初期阶段能够具有良好的封隔效果，但是，由于橡胶材质长期受到井下油气水、酸性环形的影响后会迅速老化变质，封隔效果大打折扣，从而导致气窜加剧。即便采用常规的补救方法例如挤水泥、凝胶、锻铣或管套补贴等，也难以治理气窜现象。

然而，目前仍没有一种装置能够解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种用于井下的封隔器装置，其采用以低熔点的金属材质替换橡胶材质的方式，使得密封件在油、气或酸性的环境下仍具有稳定的结构，从而保证用于井下的封隔器装置能够在井下具有长期的密封效果。此外，由于金属材质具有可重复融化的特点，因此当密封作用失效后，通过重新对密封件进行加热融化与重新凝固即可恢复井下的封隔器装置的密封作用。此外，还提出了一种用于井下的封堵方法。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于井下的封隔器装置，包括内筒，其中形成有供流体通过的中心通道；以及套接在所述内筒外的封堵机构，所述封堵机构包括封堵件、设置在所述封堵件的下游的第一封头，以及设置在所述封堵件的上游的第二封头，其中，所述第一封头和所述第二封头均与所述内筒和井壁密封式贴合；其中，所述封堵件构造成能够在受热后形成液态，以填充到井壁内，并且在冷却后膨胀而与井壁形成固定连接。

在一个实施例中，所述封堵件构造成中空的柱状结构，并且设置有若干个用于引导所述流体的第一通孔。

在一个实施例中，所述封堵件由金属材质制成，所述金属材质的熔点比所述第一封头、所述第二封头和所述内筒的熔点低。

在一个实施例中，所述金属材质的液态密度比井内液体的密度大。

在一个实施例中，所述第一封头与所述第二封头均构造成中空的碗状结构。

在一个实施例中，在所述第一封头上设置有若干个用于接收来自所述内筒中的所述水泥浆的第二通孔，在所述第二封头上设置有若干个第三通孔，所述第一通孔、所述第二通孔，以及所述第三通孔在轴向上均对齐且相互连通。

在一个实施例中，所述封隔器装置还包括能够插入到所述中心通道中的加热机构，所述加热机构构造成能够对所述封堵件进行加热，使得所述封堵件在所述加热机构的作用下形成液态。

在一个实施例中，所述封隔器装置还包括能够投入到所述内筒的所述中心通道中的固井胶塞。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于井下的封堵方法，所述方法通过如上所述的用于井下的封隔器装置来进行，包括如下步骤：S1、将装配有所述封堵机构的所述内筒下入到井下预定位置处，向所述内筒中泵注入水泥浆，所述水泥浆依次经过所述中心通道、第二通孔、所述第一通孔和所述第三通孔而到达所述第二封头的上游；S2、待停止注入水泥浆后向所述内筒内放置所述固井胶塞，并向所述内筒中泵注顶替液以进行顶替操作；S3、等待所述水泥浆凝固；S4、将加热机构下放到所述内筒中进行加热，使得所述封堵件受热后形成液态以填充到井壁内，并且在冷却后膨胀而与井壁形成固定连接。

在一个实施例中，所述方法还包括步骤在步骤S4所形成的固定连接失效后，重复步骤S4。

附图说明

下面将结合附图来对本发明进行详细地描述，在图中：

图1示意性显示了根据本发明的用于井下的封隔器装置的结构；

图2为根据本发明的用于井下的封隔器装置的剖视图；

图3为根据本发明的用于井下的封隔器装置的第一状态的示意图；

图4为根据本发明的用于井下的封隔器装置的第二状态的示意图；

图5为根据本发明的用于井下的封隔器装置中的封堵件的结构示意图。

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。方向性用语“上游”或类似用语指的是靠近井口的方向，即图1中顶端的方向；方向性用语“下游”或类似用语指的是远离井口的方向，即图1中底端的方向。

图1示意性显示了根据本发明的用于井下的封隔器装置100的结构。如图1所示，根据本发明的第一方面，公开一种用于井下的封隔器装置100主要包括内筒10和封堵机构20。其中，封堵机构20套接在内筒10外，并且封堵机构20的内壁与内筒10的外壁密封式贴合。此外，封堵机构20与内筒10装配后一同投放到井下，从而在井内实现密封的效果。其内容在下文中介绍。

根据本发明，如图1所示，在内筒10中形成有中心通道11。中心通道11能够为流体提供向井下输送的通道，从而有利于后续对用于井下的封隔器装置100的初步固定。在本发明的一个实施例中，流体包括水泥浆2和顶替液。

根据本发明，如图1所示，封堵机构20包括封堵件30、第一封头40以及第二封头50。其中，第一封头40与第二封头50均构造成中空的碗状结构，由此，第一封头40与第二封头50就能够更容易的安装在内筒10的外周上。此外，第一封头40设置在封堵件30的下游，并且第一封头40的上游端与封堵件30的第一端密封式贴合，从而避免在注入流体的过程中发生泄漏。第二封头50设置在封堵件30的上游，并且第二封头50的下游端与封堵件30的第二端密封式贴合，从而避免在注入流体的过程中发生泄漏。在本发明的一个实施例中，第一封头40与第二封头50均由弹性材质制成，例如橡胶等。这样，能够更容易地与内筒10和井壁1形成密封式贴合，从而有效地防止水泥浆2泄漏。

图5为根据本发明的用于井下的封隔器装置100中的封堵件30的结构示意图。根据本发明，如图5所示，封堵件30构造成内部中空的柱体结构，由此，封堵件30就能够更容易的设置在内筒10的外周上。

根据本发明的一个实施例，封堵件30由金属材质制成，并且构造成能够在受热后形成液态，从而填充到不规则的井壁1内，并且在冷却后发生膨胀，进一步地与加强与井壁1的固定连接的作用，使得用于井下的封隔器装置100在井下能够实现良好的密封效果。在本发明的一个实施例中，封堵件30所采用的金属材质具有较低的熔点，并且该金属材质在融化后流动性好、性质稳定、不与油气酸发生反应。

根据本发明的一个实施例，封堵件30所采用的金属材质的熔点比第一封头40、第二封头50以及内筒10的熔点低。这样，在封堵件30受热后形成液态的过程中，第一封头40、第二封头50以及内筒10均不会受到温度的影响而发生变形，从而有效地提高用于井下的封隔器装置100在井下的密封作用。

在本发明的一个实施例中，封堵件30所采用的金属材质的液态密度比井壁1内的积液的密度大。这样，液态的封堵件30就具有更好的流动性，从而能够将井壁1上的孔、洞或缝隙内的积液置换出来，进而完全地填充到井壁1内。由此，在封堵件30冷却并发生膨胀后，能够进一步地加强与井壁1内的接合效果，使得用于井下的封隔器装置100在井下能够实现良好的密封效果。

图2为根据本发明的用于井下的封隔器装置100的剖视图。根据本发明，如图2所示，在封堵件30上设置有若干个第一通孔31。封堵件30能够通过第一通孔31能够引导水泥浆2向上游运动。

根据本发明，如图2所示，在第一封头40上设置有若干个第二通孔41。第一封头40能够通过第二通孔41接收由中心通道11输送至井下的水泥浆2。

根据本发明，如图2所示，在第二封头50上设置有若干个第三通孔51。第二封头50能够通过第三通孔51能够引导水泥浆2向上游运动。

根据本发明的一个实施例，第一通孔31、第二通孔41以及第三通孔51在轴向上均对齐且相互连通。具体地说，来自中心通道11的水泥浆2能够依次流经第二通孔41、第一通孔31以及第三通孔51，并且最终通过第三通孔51流向第二封头50的上游。此外，由于第一封头40和第二封头50均与内筒10和井壁1密封式贴合。这样，当水泥浆2通过第二通孔41流入第一封头40时与水泥浆2通过第三通孔51流向第二封头50的上游时，能够有效地避免水泥浆2渗透至封堵件30与井壁1之间。由于第一封头40的上游端与封堵件30的第一端密封式贴合和第二封头50的下游端与封堵件30的第二端密封式贴合。这样，能够有效地避免水泥浆2在向上运动的过程中渗透至封堵件30与井壁1之间。

图3为根据本发明的用于井下的封隔器装置100的第一状态的示意图。在本发明的一个实施例中，如图3所示，井下的封隔器装置100还包括固井胶塞60。固井胶塞60能够投入到中心通道11内，并由此对水泥浆2与顶替液进行分隔，从而保证水泥浆2能够完全流入到井内。

图4为根据本发明的用于井下的封隔器装置100的第二状态的示意图。在本发明的一个实施例中，如图4所示，井下的封隔器装置100还包括加热机构71。加热机构71构造成柱体结构，并且能够在井下通过电能、化学能或核能在短时间内释放出大量的热量。这样，当加热机构71投入到中心通道11内时，加热机构71能够对封堵件30进行充分地加热，从而使封堵件30融化为液态，进一步地填充到不规则的井壁1内。

在本发明的一个实施例中，内筒10的上游端与下游端均设置有螺纹，多段内筒10能够通过螺纹连接形成套管串，从而能够更容易地将用于井下的封隔器装置100送到指定位置处。

在本发明的第二方面，公开了一种用于井下的封堵方法，此方法通过如上所述的井下的封隔器装置100来进行，包括如下步骤：

首先，将封堵件30、第一封头40以及第二封头50安装在内筒10外，并且将装配好的井下的封隔器装置100下入到井下的预定位置处，

然后，向内筒10中泵注水泥浆2。此时水泥浆2依次经过第二通孔41、第一通孔31和第三通孔51，并且最终通过第三通孔51流向第二封头50的上游。

之后，待停止注入水泥浆2后，向内筒10中投入固井胶塞60，并向内筒10中泵注顶替液以进行顶替操作，从而将内筒10中的水泥浆2完全排出。

最后，待水泥浆2凝固后，向内筒10中投入加热机构71并对封堵件30进行加热，封堵件30受热后形成液态，从而将不规则的井壁1内的积液替换出，并且在封堵件30冷却后发生膨胀，进一步地使封堵件30与井壁1形成固定连接，以达到密封的效果。

在本发明的一个实施例中，当上述过程中的封堵件30与井壁1所形成的固定连接失效时，可以通过再次向内筒10中投入加热机构71并对封堵件30进行重新加热，使得封堵件30再次受热后形成液态，从而重新将不规则的井壁1内的积液替换出，并且在封堵件30冷却膨胀，使封堵件30与井壁1再次形成固定连接，进一步地实现密封的效果。

根据本发明的用于井下的封隔器装置100，其采用以低熔点的金属材质替换橡胶材质的方式，使得密封件30在油、气或酸性的环境下仍具有稳定的结构，从而保证用于井下的封隔器装置100能够在井下具有长期的密封效果。此外，由于金属材质具有可重复融化的特点，因此当密封作用失效后，通过重新对密封件30进行加热融化与重新凝固即可恢复井下的封隔器装置100的密封作用。

以上仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。本领域的技术人员在本发明的公开范围内，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)

1.一种用于井下的封隔器装置(100)，包括：

内筒(10)，其中形成有供流体通过的中心通道(11)；以及

套接在所述内筒(10)外的封堵机构(20)，所述封堵机构(20)包括封堵件(30)、设置在所述封堵件(30)的下游的第一封头(40)，以及设置在所述封堵件(30)的上游的第二封头(50)，其中，所述第一封头(40)和所述第二封头(50)均与所述内筒(10)和井壁密封式贴合；

其中，所述封堵件(30)构造成能够在受热后形成液态，以填充到井壁内，并且在冷却后膨胀而与井壁形成固定连接。

2.根据权利要求1所述的用于井下的封隔器装置，其特征在于，所述封堵件(30)构造成中空的柱状结构，并且设置有若干个用于引导所述流体的第一通孔(31)。

3.根据权利要求2所述的用于井下的封隔器装置，其特征在于，所述封堵件(30)由金属材质制成，所述金属材质的熔点比所述第一封头(40)、所述第二封头(50)和所述内筒(10)的熔点低。

4.根据权利要求3所述的用于井下的封隔器装置，其特征在于，所述金属材质的液态密度比井内液体的密度大。

5.根据权利要求4所述的用于井下的封隔器装置，其特征在于，所述第一封头(40)与所述第二封头(50)均构造成中空的碗状结构。

6.根据权利要求5所述的用于井下的封隔器装置，其特征在于，在所述第一封头(40)上设置有若干个用于接收来自所述内筒(10)中的所述水泥浆的第二通孔(41)，在所述第二封头(50)上设置有若干个第三通孔(51)，所述第一通孔(31)、所述第二通孔(41)，以及所述第三通孔(51)在轴向上均对齐且相互连通。

7.根据权利要求6所述的用于井下的封隔器装置，其特征在于，所述封隔器装置(100)还包括能够插入到所述中心通道(11)中的加热机构(71)，所述加热机构(71)构造成能够对所述封堵件(30)进行加热，使得所述封堵件(30)在所述加热机构(71)的作用下形成液态。

8.根据权利要求7所述的用于井下的封隔器装置，其特征在于，所述封隔器装置(100)还包括能够投入到所述内筒(10)的所述中心通道(11)中的固井胶塞(60)。

9.一种用于井下的封堵方法，其特征在于，所述方法通过根据权利要求1到8中任一项所述的用于井下的封隔器装置(100)来进行，包括如下步骤：

S1、将装配有所述封堵机构(20)的所述内筒(10)下入到井下预定位置处，向所述内筒(10)中泵注入水泥浆，所述水泥浆依次经过所述中心通道(11)、第二通孔(41)、所述第一通孔(31)和所述第三通孔(51)而到达所述第二封头(50)的上游；

S2、待停止注入水泥浆后向所述内筒(10)内放置所述固井胶塞(60)，并向所述内筒(10)中泵注顶替液以进行顶替操作；

S3、等待所述水泥浆凝固；

S4、将加热机构(71)下放到所述内筒(10)中进行加热，使得所述封堵件(30)受热后形成液态以填充到井壁内，并且在冷却后膨胀而与井壁形成固定连接。

10.根据权利要求9所述的用于井下的封堵方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：

在步骤S4所形成的固定连接失效后，重复步骤S4。