CN214035591U - 用于深海无钻机永久弃井的井下作业工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及石油开采技术领域，公开了一种用于深海无钻机永久弃井的井下作业工具，其包括首位依次相连的注入组件、封隔组件、喷射组件、锚定组件Ⅰ、旋转切割组件、锚定组件Ⅱ以及连续油管；该实用新型解决了现有技术中施工工序较多，作业时间长，成本高、操作繁琐、作业费用高等的问题，通过喷射组件完成对生产油管的射孔作业，打开油套环空与生产油管内腔之间的孔道；通过旋转切割组件完成生产油管管壁的环形切割作业；通过外扩结构加强定位和分割区间，锚定爪牙也起到定位和加固的作用，使用该用于无钻机永久弃井的井下作业工具，总共需要三步水泥挤注操作就可以完成，作业时间大幅缩短，减少了作业时间和成本，且操作灵活，作业费用低。

Description

用于深海无钻机永久弃井的井下作业工具

技术领域

本发明涉及海洋工程技术领域，具体而言，涉及一种用于深海无钻机永久弃井的井下作业工具。

背景技术

根据弃井作业中是否用到钻井船或其他移动式钻井装置，可将海洋弃井作业分为钻井船弃井作业和无钻井船弃井作业。常规的海洋深水弃井作业往往采用钻井船进行作业，所动用的设施主要是钻井船，船上配有相应的钻架、绞车以及各种辅助设施，弃井作业中可以将井下设施，如油管、套管等取出。而无钻井船弃井作业则是采用专门设计的工程船以及各种专用的水上及水下设备来进行弃井作业，与钻井船作业相比，井内油管无需取出，工程船上没有大型的钻架，因此其船体尺寸要小得多，作业费用也更低。由于无钻井船作业无需动用资源稀缺的钻井船且经济效益明显，因此近年来该项技术在国外得到了快速的发展，在海洋深水弃井作业以及各种修井作业中都有着广泛应用。目前我国对该项技术的应用仍然处于空白，而随着我国海洋油气资源开发力度的加大，各种弃井、修井以及增产措施的作业数量将会不断增加，采用该项技术不仅可以节约我国稀缺的深水平台资源，而且具有巨大的经济效益。

常规无钻机海洋弃井作业通过钢丝作为媒介下入桥塞、射孔以及切割工具，每次作业都需要连接不同的工具起下钢丝绳一次，施工工序较多，对油管的切割采用物理切割，后续回收和处理比较麻烦；钢丝绳作为媒介，需要通过水下控制系统、采油树、配重块系统等建立循环通道。完成每个工序过程，都需要下一次不同得井下工具，完成整个弃井过程至少下放七次工具，作业时间长，成本高。本发明的无钻机弃井作业，通过连续油管作为媒介，操作更灵活，作业费用更低。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种用于深海无钻机永久弃井的井下作业工具，以解决现有技术中施工工序较多，作业时间长，成本高、操作繁琐、作业费用高等的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：

一种用于深海无钻机永久弃井的井下作业工具，该井下作业工具安装在连续油管末端使用，其包括首位依次相连的注入组件、封隔组件、喷射组件、锚定组件Ⅰ、旋转切割组件以及锚定组件Ⅱ；注入组件上方与连续油管连接，注入组件、封隔组件、喷射组件、锚定组件Ⅰ、旋转切割组件以及锚定组件Ⅱ内均带有相互连通的注射通道；连续油管与注射通道连通；

注入组件包括注入嘴本体，注入嘴本体一端开有注入口，注入嘴本体内带有球座Ⅰ；

封隔组件包括封隔器本体以及连接在分隔器本体上的外扩结构；

喷射组件包括喷射短接本体，喷射短接本体的侧壁上带有连通孔，连通孔内安装有喷嘴，喷射组件的注射通道内带有剪切销钉Ⅰ，喷射组件的注射通道内还带有滑套Ⅰ，滑套Ⅰ位于剪切销钉Ⅰ上方，滑套Ⅰ将喷射短接本体侧壁上的连通孔封堵；

锚定组件Ⅰ和锚定组件Ⅱ均包括锚定本体，锚定本体侧壁上带有连通孔，连通孔内安装有锚定爪牙，锚定爪牙的爪牙方向朝外，锚定组件Ⅰ的注射通道内带有球座Ⅱ；

旋转切割组件包括上接头、外筒、内筒、下接头以及切割喷嘴，上接头和下接头通过内筒连接，外筒两端分别可转动连接在上接头和下接头上，外筒和内筒之间带有空腔，内筒和外筒上带有连通孔，外筒上的连通孔偏斜一定角度，切割喷嘴安装在外筒的连通孔内；旋转切割组件的注射通道内带有剪切销钉Ⅱ，滑套Ⅱ安装在旋转切割组件的注射通道内，滑套Ⅱ的底部抵在剪切销定Ⅱ上，滑套Ⅱ封堵内筒侧壁上的连通孔。

进一步的，外筒与上接头、外筒与下接头之间均带有轴承。

进一步的，注入口为喇叭形。

进一步的，球座Ⅱ和球座Ⅰ之间的注射通道的直径小于球座Ⅱ以上的注射通道。

进一步的，球座Ⅱ的内径小于滑套Ⅱ的内径，球座Ⅰ的内径小于滑套Ⅰ的内径。

进一步的，外扩结构为胶皮结构。

进一步的，注入组件一端带有连接内螺纹，连续油管一端带有连接外螺纹，封隔组件、喷射组件、锚定组件Ⅰ、旋转切割组件以及锚定组件Ⅱ均一端带有连接内螺纹，另一端带有连接外螺纹，从下到上，注入组件、封隔组件、喷射组件、锚定组件Ⅰ、旋转切割组件、锚定组件Ⅱ以及连续油管依次螺纹连接。

一种使用上述井下作业工具的作业方法，包括以下步骤：

S1：将井下作业工具通过连续油管下放到生产油管中，通过连续油管向注射通道内泵入高压水泥浆，在压力作用下，外扩结构实现扩张，锚定爪牙在管内压力的作用下处于锚定状态；

S2：水泥浆在高压作用下通过底部注入口挤入地层；当挤入的水泥塞长度满足要求后，停泵，上提作业工具候凝，候凝结束后，地面注入液体试压，并通过连续油管注入头施加压力，探侧顶面强度，强度合格后，完成第一段水泥塞的封固；

S3：将作业工具上提到第二段水泥塞的位置，投入钢球Ⅰ，提高泵注压力憋压，滑套Ⅰ在注射通道内压力的作用下，突破剪切销钉Ⅰ，落入到球座Ⅰ位置，此时喷射组件侧壁的连通孔被打开；向注射通道内泵入高压喷砂液，高压喷砂液从喷嘴喷出，击穿生产油管的管壁，在生产油管的管壁上形成击穿孔，在这个过程中外扩结构和锚定爪牙在压力的作用下也是处于工作状态；

S4：向注射通道内泵入水泥浆前置液，通过前置液将第一段水泥塞和第二段水泥塞隔离，注入第二段水泥塞，水泥塞除了注入到生产油管内腔之外，还从击穿孔内进入到生产油管和套管之间的油套环空中，注入完成之后，上提连续油管候凝，候凝结束后，试压并探水泥塞顶面，合格后完成第二段水泥塞的封固；

S5：将作业工具上提至第三段水泥塞位置，投入钢球Ⅱ，提高泵注压力憋压，滑套Ⅱ在注射通道内压力的作用下，冲破剪切销钉Ⅱ，落入锚定组件Ⅰ的球座Ⅱ位置，内筒侧壁的连通孔被打开，向注射通道中泵入高压喷砂液，高压喷砂液从切割喷嘴喷出，依靠射流冲击力将待切割管柱割开，同时射流冲击力的反作用力，对外筒形成一定的扭矩，由于外筒与内筒为轴承连接，外筒相对内筒进行旋转，实现生产油管的切割，在生产油管上形成环形切口，在这个过程中外扩结构和锚定爪牙在压力的作用下也是处于工作状态；切割完成后，将切割后的上部生产油管起出。

S6：向注射通道内泵入水泥浆前置液，通过前置液将第二段水泥塞和第三段水泥塞隔离，向内注入第三段水泥塞，此时水泥塞将目标井段的整个井筒内腔灌满，挤注水泥塞长度满足要求后，挤注结束，上提作业工具候凝，候凝结束后，试压并探水泥塞顶面，试压合格后，完成第三段水泥塞的封固；

S7：最后回收井口装置，完成整个弃井过程。

本发明具有以下有益效果：

(1)该井下作业工具，设置有喷射组件，通过滑套Ⅰ将喷嘴处封堵，钢球Ⅰ带动滑套Ⅰ下落，控制喷嘴的打开，进而通过喷嘴将油管管壁击穿，从击穿孔的位置将水泥塞挤注到生产油管和套管之间的环空空间中，可控性较强，可以根据实际需求，在任意合适的高度击穿油管管壁进行注射水泥塞，可控性更强；

(2)该井下作业工具，设置有旋转切割组件，通过钢球Ⅱ可以控制滑套Ⅱ，将旋转切割组件的内筒连通孔打开，外筒上的连通孔偏斜一定角度，向注射通道中泵入高压喷砂液，高压喷砂液从喷嘴喷出，依靠射流冲击力将待切割管柱割开，同时射流冲击力的反作用力，使得外筒相对内筒进行旋转，实现生产油管的切割，在生产油管管壁上形成环形切口；

(3)使用该用于深海无钻机永久弃井的井下作业工具，总共需要三部水泥注射操作就可以完成，作业时间大幅缩短，减少了作业时间和成本，且操作灵活，作业费用低。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是注入组件结构示意图；

图3是封隔组件结构示意图；

图4是喷射组件结构示意图；

图5是喷嘴位置示意图；

图6是锚定组件Ⅰ结构示意图；

图7是旋转切割组件结构示意图；

图8是切割喷嘴分布示意图；

图9是锚定组件Ⅱ结构示意图；

图10是初始位置滑套Ⅰ和滑套Ⅱ位置以及挤注状态示意图；

图11是钢球Ⅰ投入后滑套Ⅰ和滑套Ⅱ位置及挤注状态示意图；

图12是钢球Ⅱ投入后滑套Ⅰ和滑套Ⅱ位置及挤注状态示意图；

图中：1、注入组件；11、注入嘴本体；12、球座Ⅰ；13、注入口；2、封隔组件；21、封隔器本体；22、外扩结构；3、喷射组件；31、喷射短接本体；32、喷嘴；33、剪切销钉Ⅰ； 4、锚定组件Ⅰ；41、锚定本体；42、锚定爪牙；43、球座Ⅱ；5、旋转切割组件；51、上接头；52、外筒；53、内筒；54、下接头；55、切割喷嘴；56、剪切销钉Ⅱ；6、锚定组件Ⅱ； 7、连续油管；8、滑套Ⅱ；9、滑套Ⅰ；10、钢球Ⅰ；101、钢球Ⅱ；102、生产油管；103、套管；104、油套环空封隔器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1-9所示，本发明所述的一种用于深海无钻机永久弃井的井下作业工具，其包括首位依次相连的注入组件1、封隔组件2、喷射组件3、锚定组件Ⅰ4、旋转切割组件5、锚定组件Ⅱ6以及连续油管7；注入组件1、封隔组件2、喷射组件3、锚定组件Ⅰ4、旋转切割组件 5、锚定组件Ⅱ6以及连续油管7内均带有相互连通的注射通道。

如图2所示，注入组件1包括注入嘴本体，注入嘴本体一端开有注入口13，注入口为喇叭形，注入嘴本体内带有球座Ⅰ12；注入嘴本体通过螺纹与封隔组件连接。

如图3所示，封隔组件包括封隔器本体21以及连接在分隔器本体上的外扩结构22；外扩结构为胶皮结构，外扩结构能够在较小的水压作用下向外扩张，实现作业工具与生产油管之间空腔的封隔。

如图4、图5所示，喷射组件包括喷射短接本体31，喷射短接本体的侧壁上带有连通孔，连通孔内可拆卸安装有喷嘴32，喷射组件的注射通道内带有剪切销钉Ⅰ33，喷射组件的注射通道内还带有滑套Ⅰ9，滑套Ⅰ位于剪切销钉Ⅰ上方，滑套Ⅰ将喷射短接本体侧壁上的连通孔封堵；喷射组件通过螺纹与封隔组件连接，通过向注射管道中泵入喷砂液，利用喷嘴喷出的高速射流，击穿生产油管管壁，打开生产油管内腔与油套环空之间的通道，完成水力射孔过程。

如图6、图9所示，锚定组件Ⅰ4和锚定组件Ⅱ6均包括锚定本体41，锚定本体侧壁上带有连通孔，连通孔内安装有锚定爪牙42，锚定爪牙的爪牙方向朝外，锚定组件Ⅰ4的注射通道内带有球座Ⅱ43；注射通道内压力提升之后，锚定器爪牙张开锚定在生产油管内壁，一方面，起到旋转切割组件的居中作用，另一方面可以阻止旋转切割组件的扭矩上传，损伤连续管，并且可以起到对旋转切割组件的定位作用。

球座Ⅱ和球座Ⅰ之间的注射通道的直径小于球座Ⅱ以上的注射通道，球座Ⅱ的内径小于滑套Ⅱ的内径，球座Ⅰ的内径小于滑套Ⅰ的内径，钢球Ⅰ的直径小于钢球Ⅱ的直径，钢球Ⅰ下落的时候，可以顺畅的通过滑套Ⅱ以及球座Ⅱ，直接带动滑套Ⅰ下落到球座Ⅰ的位置。

如图7、图8所示，旋转切割组件5包括上接头51、外筒52、内筒53、下接头54以及切割喷嘴55，上接头和下接头通过内筒连接，外筒两端分别可转动连接在上接头和下接头上，外筒和上接头以及下接头之间带有轴承，便于转动顺畅；外筒和内筒之间带有空腔，内筒和外筒上带有连通孔，外筒上的连通孔偏斜一定角度，切割喷嘴安装在外筒的连通孔内；旋转切割组件的注射通道内带有剪切销钉Ⅱ56，滑套Ⅱ8安装在旋转切割组件的注射通道内，滑套Ⅱ的底部抵在剪切销定Ⅱ上，滑套Ⅱ封堵内筒侧壁上的连通孔。

注入组件一端带有连接内螺纹，连续油管一端带有连接外螺纹，封隔组件、喷射组件、锚定组件Ⅰ、旋转切割组件以及锚定组件Ⅱ均一端带有连接内螺纹，另一端带有连接外螺纹，从下到上，注入组件、封隔组件、喷射组件、锚定组件Ⅰ、旋转切割组件、锚定组件Ⅱ以及连续油管依次螺纹连接，当然，上述各个部分的连接组成也不局限于螺纹连接，任何可以方便操作的可拆卸连接形式均可。

一种作业方法，使用上述用于深海无钻机永久弃井的井下作业工具，如图10-12所示，其包括以下步骤：

将井下作业工具通过连续油管下放到生产油管102中，通过连续油管向注射通道内泵入高压水泥浆，在压力作用下，外扩结构实现扩张，锚定爪牙在管内压力的作用下处于锚定状态；

生产油管以及套管之间预先带有油套环空封隔器，在向注射通道内压力升高的时候，油套环空封隔器在内压力的作用下外扩，将生产油管与套管之间的空间分割开，便于后续向地层注入水泥浆。油套环空分割器为预先在生产油管上安装的部件，并不是本申请的主要创造内容，因此，在此稍作解释，不再展开。

水泥浆在高压作用下通过底部注入口挤入地层；当挤入的水泥塞长度满足要求后，停泵，上提作业工具候凝，候凝结束后，地面注入液体试压，并通过连续油管注入头施加压力，探侧顶面强度，强度合格后，完成第一段水泥塞的封固；

将作业工具上提到第二段水泥塞的位置，投入钢球Ⅰ，提高泵注压力憋压，滑套Ⅰ在注射通道内压力的作用下，突破剪切销钉Ⅰ，落入到球座Ⅰ位置，此时喷射组件侧壁的连通孔被打开；向注射通道内泵入高压喷砂液，高压喷砂液从喷嘴喷出，击穿生产油管的管壁，在生产油管的管壁上形成击穿孔，在这个过程中外扩结构和锚定爪牙在压力的作用下也是处于工作状态；

向注射通道内泵入水泥浆前置液，通过前置液将第一段水泥塞和第二段水泥塞隔离，注入第二段水泥塞，水泥塞除了注入到生产油管内腔之外，还从击穿孔内进入到生产油管和套管103之间的油套环空中，注入完成之后，上提连续油管候凝，候凝结束后，试压并探水泥塞顶面，合格后完成第二段水泥塞的封固；

将作业工具上提至第三段水泥塞位置，投入钢球Ⅱ101，提高泵注压力憋压，滑套Ⅱ在注射通道内压力的作用下，冲破剪切销钉Ⅱ，落入锚定组件Ⅰ的球座Ⅱ位置，内筒侧壁的连通孔被打开，向注射通道中泵入高压喷砂液，高压喷砂液从切割喷嘴喷出，依靠射流冲击力将待切割管柱割开，同时射流冲击力的反作用力，对外筒形成一定的扭矩，由于外筒与内筒为轴承连接，外筒相对内筒进行旋转，实现生产油管的切割，在生产油管上形成环形切口，在这个过程中外扩结构和锚定爪牙在压力的作用下也是处于工作状态；切割完成后，将切割后的上部生产油管起出。

向注射通道内泵入水泥浆前置液，通过前置液将第二段水泥塞和第三段水泥塞隔离，向内注入第三段水泥塞，此时水泥塞将目标井段的整个井筒内腔灌满，挤注水泥塞长度满足要求后，挤注结束，上提作业工具候凝，候凝结束后，试压并探水泥塞顶面，试压合格后，完成第三段水泥塞的封固；

最后回收井口装置，包括套管管头、管泥线悬挂器、回收水下采油树等装置，完成整个弃井过程。

本发明公开了一种用于深海无钻机永久弃井的井下作业工具及方法，通过喷射组件完成对生产油管的射孔作业，打开地层与注射通道之间的孔道；通过喷射组件完成生产油管壁的环形切割作业；通过外扩结构加强定位和分割区间，锚定爪牙也起到定位和加固的作用，在一趟管柱内依次完成射孔和切割的联作作业；滑套Ⅰ、滑套Ⅱ以及钢球Ⅰ、钢球Ⅱ的配合，可以有序的开启内筒侧壁的连通孔以及喷射组件侧壁的连通孔，便于击穿以及切割生产油管；整个弃井作业通过连续油管下放一趟管柱完成，无需钻机井架及绞车辅助，操作灵活，作业费用更低。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“前端”、“后端”、“左右”“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“连通”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。

当然，上述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定对本发明的实施例范围。本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的均等变化与改进等，均应归属于本发明的专利涵盖范围内。

Claims (7)

1.一种用于深海无钻机永久弃井的井下作业工具，该井下作业工具安装在连续油管(7)末端使用，其特征在于，包括首位依次相连的注入组件(1)、封隔组件(2)、喷射组件(3)、锚定组件Ⅰ(4)、旋转切割组件(5)以及锚定组件Ⅱ(6)；注入组件上方与连续油管(7)连接，注入组件(1)、封隔组件(2)、喷射组件(3)、锚定组件Ⅰ(4)、旋转切割组件(5)以及锚定组件Ⅱ(6)内均带有相互连通的注射通道；连续油管(7)与注射通道连通；

注入组件(1)包括注入嘴本体(11)，注入嘴本体(11)一端开有注入口(13)，注入嘴本体(11)内带有球座Ⅰ(12)；

封隔组件(2)包括封隔器本体(21)以及连接在分隔器本体上的外扩结构(22)；

喷射组件(3)包括喷射短接本体(31)，喷射短接本体(31)的侧壁上带有连通孔，连通孔内安装有喷嘴(32)，喷射组件(3)的注射通道内带有剪切销钉Ⅰ(33)，喷射组件(3)的注射通道内还带有滑套Ⅰ(9)，滑套Ⅰ(9)位于剪切销钉Ⅰ(33)上方，滑套Ⅰ(9)将喷射短接本体(31)侧壁上的连通孔封堵；

锚定组件Ⅰ(4)和锚定组件Ⅱ(6)均包括锚定本体(41)，锚定本体(41)侧壁上带有连通孔，连通孔内安装有锚定爪牙(42)，锚定爪牙(42)的爪牙方向朝外，锚定组件Ⅰ(4)的注射通道内带有球座Ⅱ(43)；

旋转切割组件(5)包括上接头(51)、外筒(52)、内筒(53)、下接头(54)以及切割喷嘴(55)，上接头(51)和下接头(54)通过内筒(53)连接，外筒(52)两端分别可转动连接在上接头(51)和下接头(54)上，外筒(52)和内筒(53)之间带有空腔，内筒(53)和外筒(52)上带有连通孔，外筒(52)上的连通孔偏斜一定角度，切割喷嘴(55)安装在外筒(52)的连通孔内；旋转切割组件(5)的注射通道内带有剪切销钉Ⅱ(56)，滑套Ⅱ(8)安装在旋转切割组件(5)的注射通道内，滑套Ⅱ的底部抵在剪切销定Ⅱ上，滑套Ⅱ封堵内筒(53)侧壁上的连通孔。

2.根据权利要求1所述的用于深海无钻机永久弃井的井下作业工具，其特征在于，外筒(52)与上接头(51)、外筒(52)与下接头(54)之间均带有轴承。

3.根据权利要求1所述的用于深海无钻机永久弃井的井下作业工具，其特征在于，注入口(13)为喇叭形。

4.根据权利要求1所述的用于深海无钻机永久弃井的井下作业工具，其特征在于，球座Ⅱ(43)和球座Ⅰ(12)之间的注射通道的直径小于球座Ⅱ(43)以上的注射通道。

5.根据权利要求1所述的用于深海无钻机永久弃井的井下作业工具，其特征在于，球座Ⅱ(43)的内径小于滑套Ⅱ的内径，球座Ⅰ(12)的内径小于滑套Ⅰ(9)的内径。

6.根据权利要求1所述的用于深海无钻机永久弃井的井下作业工具，其特征在于，外扩结构(22)为胶皮结构。

7.根据权利要求1所述的用于深海无钻机永久弃井的井下作业工具，其特征在于，注入组件(1)一端带有连接内螺纹，连续油管(7)一端带有连接外螺纹，封隔组件(2)、喷射组件(3)、锚定组件Ⅰ(4)、旋转切割组件(5)以及锚定组件Ⅱ(6)均一端带有连接内螺纹，另一端带有连接外螺纹，从下到上，注入组件(1)、封隔组件(2)、喷射组件(3)、锚定组件Ⅰ(4)、旋转切割组件(5)、锚定组件Ⅱ(6)以及连续油管(7)依次螺纹连接。

Images