CN2214518Y - 固井过程中“u”形管效应控制器 - Google Patents

Abstract

固井过程中“U”形管效应控制器，可控制油田完 井在固井过程中“U”形管效应的发生，有利于固井质 量的提高。是在下入的下部套管串上接入一短接1， 腔里装有流道的活塞(3，4)和支承弹簧9，活塞杆3 穿过活塞套4并沿其滑动，活塞杆上部伸出端形如葫 芦头2，对应的内壁上又形成弧形凸体环15，与葫芦 头的颈柄部形成可变的环形腔通道。在固井进入中、 后阶段，套管串里水泥浆柱较长与下部液体产生压 差，此压差逐渐加大，将使弹簧9压缩，葫芦头2下 行，改变环形腔过流通道的截面积使其变小，过流量 也减小，在这个过程中可有效的控制“U”形管效应的 发生。

Description

本适用新型涉及在中深井、深井固井过程中出现真空段的现象，即“U”型管效应，消除“U”型管效应的一种控制器。

油田井完井后向地下套管注水泥浆，来封固套管外环空段，这一过程叫做固井过程。在中深井和深井固井过程中，由于所封井段较长固井过程也相应较长；再由于注水的水泥浆的密度大于井筒中的钻井液的密度，在井下产生静压差。随着水泥浆注入量的增加，出现井口注入压力逐渐下降现象；当静压差和整个系统阻力相等时，井口压力为零；若继续注入水泥浆，套管内液柱将自由下落，井口压力出现负压，说明在井口里出现真空段，即“U”型管效应。“U”型管效应可能在几处发生，产生此效应使注入量和从环空中排出量发生变化，使注入量小于排出量，其危害如下：1）环空压力升高，易压漏地层，如压漏地层而部分排出液进入地层，又使排出量小于井口注入量，环空返速降低，使注入水泥浆在顶替井筒钻井液过程中不产生紊流现象，则达不到顶替效果，影响固井质量。2）在“U”型管效应发生过程中，由于排量的变化会发生水击现象，给地层、套管和地面设备带来损害。3）由于真空段的出现，使该段套管内的压力低于外部压力，对套管产生挤压力和变形，影响水泥浆的胶结和后期抽油设备的安装。为消除“U”型管效应，一般在地面泵车上控制注入量，采取双级注水泥或低密度水泥浆的措施。这些措施中，有时极不宜控制，工艺复杂和影响固井质量；其中双级注水泥，能解决一些问题，但工艺复杂。

本实用新型的目的在于避免上述现有技术中不足，而提供一种在正常固井施工过程中可有效的控制“U”型管效应发生的控制器。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来达到：在套管串的下部连接限流短接，短接腔里置有通道的活塞和可伸缩的弹簧，弹簧坐立在有通道的支座架上，弹簧支承活塞。活塞杆沿活塞套滑动，而活塞杆上端伸出活塞套，使伸出端为葫芦头体，与葫芦头对应的短接内壁上形成弧形凸体环，二者之间形成可变的通道环腔。在套管串里水泥浆柱压力作用下，作用在葫芦头上，通过活塞杆压缩下部弹簧，葫芦头下移；随水泥浆柱的增高，压力增大，葫芦头下移距离则较长，此时葫芦头下移在上述弧形凸环体最小直径处，该出过流截面积最小，可限制过流体的流速，即限制了上部流柱的下流速度，也就限制断流段的出现，使上下流体不能出现真空段，从而实现本目的。

本实用新型与上述现有技术相比可具有如下效果：在按常规程序进行固井作业下，套管串的下部安装本限流控制器，控制器的限流速度与上部的流柱（水泥浆）高度成正比，即流柱愈高，则限速愈大，使流速降成低速。而流柱愈高，流柱的压力（重力）愈大，是形成“U”型管效应的主要原因，在此情况下把液柱的流速限下来，则限制了“U”型管效应的发生，在固井过程中可避免水泥浆柱出现真空段使水泥浆始终形成不中断连续的长蛇流体柱，顶替效果好，保证固井质量。

图1是本实用新型全剖示图；

图2、3是图1上A－A、B－B剖面图；

图4是图1上C－C剖面图。

下面结合附图将对本实用新型作进一步说明：

由图1结合2、3所示，油田钻井完井后下入套管串以便进行固井作业，套管串与尾部套管之间装有起单流作用的浮箍。本实用新型是在下部套管串上连接短接1，短接1上有上、下连接的接箍。短接1腔里置有活塞（3、4）和可伸缩的弹簧9。其中弹簧9坐立在固定的下支座架10上，支座架10上有中心通道13和侧翼孔道20；弹簧9的上端有可沿短接1的内壁滑动的上支座环板7；环板7与短接1的内壁之间有轴向侧翼通道14。活塞（3、4）上的活塞杆3穿过活塞套4坐立在环板7上，活塞杆3的上端伸出活塞套4形成似葫芦头2，与葫芦头2相对应的短接1腔壁上形成弧形凸体环15，凸体环15与葫芦头2的凹形柄之间形成相对应的环形腔16，而且此环形腔的截面积随葫芦头2上下移动发生改变。活塞套4与短接1腔壁之间有轴向侧翼通道17，活塞套4的径向上有穿过短接的通孔12。

上述短接1身长较长，为了便于安装内部构件可分为节（1、8）连接体，中间用接箍连接；此短接（1、8）可接于浮箍之上的套管连接处。为了保证本短接里有足够流道，活塞套4侧翼可有3个轴向均布辐射板，形如轮毂上轮辐，轮毂较长作活塞套，相同长度的轮辐可作辐射板；辐射板之间构成轴向通道17，辐射板上有内外连通的径向通孔12。活塞杆3的身部为二径柱杆，细杆部分与活塞套4之间形成环腔段18，下端有封堵丝堵5，细杆下端可穿过环板7用上、下螺母6固定。凸体环15与活塞套4之间有使活塞杆3让葫芦头2上、下移动的空腔段19。环板7的截面形状如活塞套4，侧翼有三个均匀辐射柱，辐射柱之间形成轴向通道14；环板7与短接的内壁为滑动装配，而活板10是螺纹连接由下面垫环承托。上述丝堵与螺母6之间可加垫环件，短接（1、8）的下端有接头11。

用泵车从井口向套管注入水泥浆，把井筒里钻井液由井底从套管外环形腔顶出地面。在初始阶段，注入的水泥浆柱较短，重力小，与井筒里的钻井液还没形成压差，随着注水泥浆的进行，形成上下压差较小之前，本控制器只起通道作用，控制器的弹簧也没有什么变化。随着注入的进行，当注入中、后阶段，已注入的已形成较长的水泥浆柱，由于液体密度差的存在，上部水泥浆柱与下部钻井液柱存在压差外加流体动能的作用，共同作用到控制器的葫芦头2上，使下部支承的弹簧9发生收缩，葫芦头2下移；当下移到凸体环15最小直径处，此时控制器里的流通面积最小，可控制流量的变化，使整个固井过程注入量与排出量一致，实现控制“U”型管效应发生的目的，从而有利于提高顶替效果和固井质量。水泥浆注入结束后，紧接着进入顶替阶段，把套管里的水泥浆顶入套管外环空封固段。顶替阶段，弹簧继续变化，葫芦头继续下降过凸环体最小直径处之下，控制器的过流面恢复正常，顶替阶段结束，弹簧也恢复正常。

Claims (6)

1、一种固井过程中“U”型管效应控制器，完井后下入套管串，套管串与尾部套管之间装有浮箍，其特征在于：

(1)在下部套管串上连接短接(1)，短接(1)腔里置有活塞(3、4)和可伸缩的弹簧(9)；

(2)弹簧(9)坐立在固定的下支座架(10)上，支座架(10)上有中心通道(13)和侧翼孔道(20)；弹簧(9)的上端有可沿壁滑动的上支座环板(7)，环板(7)与腔壁间有轴向侧翼通道(14)；

(3)活塞(3、4)上的活塞杆(3)坐立在环板(7)上，活塞杆(3)上端伸出活塞套(4)形如葫芦头(2)，与葫芦头(2)相对应的腔壁上有弧形凸体环(15)，二者(2、15)形成可变的环腔(16)；

活塞套(4)可受环板(7)支承，活塞套(4)与腔壁间有轴向侧翼通道(17)，径向有穿过短接的通孔(12)。

2、根据权利要求1所述的控制器，其特征在于：为便于安装可使短接为分节（1、8）连接体，短接（1、8）可接于浮箍之上的套管连接处。

3、根据权利要求1所述的控制器，其特征在于：活塞套（4）侧翼可有三个轴向均布辐射板，辐射板之间构成轴向通道（17），辐射板上有内外连通的径向通孔（12）。

4、根据权利要求1所述的控制器，其特征在于：活塞杆与活塞套（3、4）之间形成环腔段（18），下端有封堵丝堵（5）；其中活塞杆（3）下端可穿过环板（7）用螺母固定。

5、根据权利要求1所述的控制器，其特征在于：凸体环（15）与活塞套（4）之间有使葫芦头（2）上下移动的空腔段（19）。

6、根据权利要求1所述的控制器，其特征在于：环板（7）侧翼可有3个均布辐射柱，辐射柱之间形成轴向通道（14）。