一种用于修复破损井壁的装置与方法与流程

本发明涉及地下成井工程领域，尤其是涉及一种用于修复破损井壁的装置与方法。

背景技术：

在井下成井过程中，受岩石性质、地质条件、流体冲刷、管柱碰撞等影响，井壁坍塌井壁失稳现象频发。另外，对已成井井壁，受地层应力释放、岩石蠕变等原因，也可能导致井壁破损。井壁破损后形成不规则井眼，严重影响后期的工程作业和生产。

针对井壁破损问题，目前比较常用的修复方法有封固法、切削法等。如：专利文献号cn106677787b公开的竖井修复加固结构及修复加固施工方法，通过锚杆注浆的方法进行竖井的修复，锚杆施工时可能会引起井壁的二次坍塌；专利文献号cn110593810a公开了一种海上油田破损筛管修复方法，仅仅对筛管进行修复，解决不了破损井壁的修复问题；专利文献号cn210483536u公开的井壁修复工具和专利文献号cn206957619u井壁修复装置，是利用修复器对缩径井壁进行切削，不适用于扩径井壁与破损井壁修复；专利文献号cn202645485u公开了一种新型井壁修复管柱，通过打压波纹管段进行膨胀扩径封堵井壁，但波纹管扩径尺寸有限，受井径限制较大，不适用于大扩径井眼；专利文献号cn111577290a公开了一种利用冻土帷幕修复立井井壁的方法，冻结地层形成冻土帷幕封水，该方法只适用于封堵出水地层，适用范围有限。“热熔法井壁加固技术研究，《地质与勘探》，2012年，第5期，1034-1038页”，通过发热体将热熔材料挤入破损井壁处，要求发热体与井壁尺寸相等，对井壁尺寸要求比较高，适用性比较差。

综上，现有的井壁修复方法适用范围有限，且长期有效性无法保证，面临二次破损风险。因此，如何高效、可靠的修复破损井壁，是当前高质量建井、成井以及后期井壁维护的关键。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于修复破损井壁的装置与方法，以解决钻井过程中，破损井壁修复困难，修复时间长等问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提出了一种用于修复破损井壁的装置，其特征在于，包括：钻杆、热熔离心筒和反井钻头，钻杆、热熔离心筒和反井钻头同轴且由上至下依次连接；所述钻杆的上部与孔口钻机同轴连接；所述热熔离心筒由内筒和热熔筒构成，并且内筒和热熔筒为一体式结构，所述内筒呈两端开口的中空圆筒状，且内筒的两端具有螺纹，内筒的上端与钻杆螺纹连接，内筒的下端与反井钻头螺纹连接；所述热熔筒呈中空圆筒状，热熔筒同轴套设在内筒外部，热熔筒的顶端开口，热熔筒的底部具有供内筒穿出的通孔，热熔筒和内筒之间形成用于容纳井壁修复材料的空腔，热熔筒的侧壁上均匀开设有液体排出孔；热融筒的内壁面上焊接有与电缆连接的电热丝；所述反井钻头为一体成型式结构，反井钻头的切削刃面朝上布置。

进一步，所述液体排出孔的直径5mm～10mm。

进一步，所述电热丝选用铁铬铝合金电热丝。

进一步，所述反井钻头由钻头本体及套设在钻头本体外部的钻头切削盘组成，钻头本体为中空的圆柱形结构，钻头本体的顶部具有螺纹，反井钻头通过该螺纹与热熔离心筒螺纹连接，钻头切削盘上预留排屑口，钻头切削盘的切削刃面朝上布置。

本发明还提出了一种用于修复破损井壁的方法，其特征在于：该方法上述用于修复破损井壁的装置进行破损井壁修复，具体包括如下步骤：

步骤1、通过常规测井方式确定井壁破损的确切位置和破损体积；

步骤2、在地面对所述用于修复破损井壁的装置进行组装，并将井壁修复材料放置在热熔离心筒的热熔筒和内筒之间形成的空腔中，此时井壁修复材料呈固态；

步骤3、通过孔口钻机将用于修复破损井壁的装置下放到井壁破损的位置，其中热熔离心筒的位置与破损井壁位于同一水平位置；

步骤4、电阻丝通电加热，此时孔口钻机驱动整个用于修复破损井壁的装置旋转，井壁修复材料受热融化，由固态转化为液态，液态井壁修复材料通过热熔离心筒上的液体排出孔甩到破损井壁处，直至破损井壁被井壁修复材料完全填满，整个用于修复破损井壁的装置停止旋转；

步骤5、待井壁修复材料完全硬化，孔口钻机带动整个用于修复破损井壁的装置进行回转，并在回转时上提钻杆，通过反井钻头对修复完的井壁进行修整，完成井壁的修复。

进一步，所述井壁修复材料选用eva热熔胶。

通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：

1、本发明提出的用于修复破损井壁的装置与方法，采用的装置结构简单，零部件少，操作起来方便；

2、本发明提出的用于修复破损井壁的装置与方法，可根据井的直径的大小来调节孔口钻机的速度，实现对不同井径破损井壁的修复；

3、本发明提出的用于修复破损井壁的装置与方法，采用eva热熔胶作为井壁修复材料进行井壁修复，硬化时间短，可进行快速修复。

附图说明

此处的附图说明用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明申请的一部分，本发明示意性实施例及其说明用于理解本发明，并不构成本发明的不当限定，在附图中：

图1为用于修复破损井壁的装置的工作状态示意图；

图2为用于修复破损井壁的装置的上提过程状态示意图；

图3为热熔离心筒的主视图；

图4为图3的a-a线剖视图；

图5为图3的b-b线剖视图；

图6为热熔离心筒的俯视图；

图7为反井钻头的主视图；

图8为反井钻头的俯视图。

图中各标记如下：1-孔口钻机；2-钻杆；3-电缆；4-破损井壁；5-热熔离心筒；6-反井钻头；501-内筒；502-热熔筒；503-液体排出孔；504-电热丝；601-钻头本体；602-钻头切削盘；603-排屑口。

具体实施方式

为了对本发明的技术方案、目的和效果有更清楚的理解，现结合附图说明对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有进行详尽的说明。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7及图8所示，本发明提出了一种用于修复破损井壁的装置，包括：钻杆2、热熔离心筒5和反井钻头6，钻杆2、热熔离心筒5和反井钻头6同轴且由上至下依次连接。

所述钻杆2的上部与孔口钻机1同轴连接，孔口钻机1采用回转电机，孔口钻机1能够带动钻杆2上升、下降以及旋转，由于此处属于现有技术，不再详细赘述；

所述热熔离心筒5由内筒501和热熔筒502构成，并且内筒501和热熔筒502为一体式结构，所述内筒501呈两端开口的中空圆筒状，且内筒501的两端具有螺纹，内筒501的上端与钻杆2螺纹连接，内筒501的下端与反井钻头6螺纹连接；所述热熔筒502呈中空圆筒状，热熔筒502同轴套设在内筒501外部，热熔筒502的顶端开口，热熔筒502的底部具有供内筒501穿出的通孔，热熔筒502和内筒501之间形成用于容纳井壁修复材料的空腔，热熔筒502的侧壁上均匀开设有液体排出孔503，液体排出孔503的直径5mm～10mm，保证融化后的井壁修复材料可以顺利从热融筒502中高速甩出。液体排出孔503直径小于此范围可能会导致融化后井壁修复材料由于粘度高而无法甩出；液体排出孔503直径大于此范围可能会导致融化后井壁修复材料甩出速度低，无法甩到破损井壁4处；热融筒502的内壁面上焊接有与电缆3连接的电热丝504，外部电源通过电缆3为电热丝504供电，从而加热电阻丝504。

所述反井钻头6为一体成型式结构，反井钻头6由钻头本体601及套设在钻头本体601外部的钻头切削盘602组成，钻头本体601为中空的圆柱形结构，钻头本体601的顶部具有螺纹，反井钻头6通过该螺纹与热熔离心筒5螺纹连接，钻头切削盘602上预留排屑口603，钻头切削盘602的切削刃面朝上布置。

进一步，电热丝504选用铁铬铝合金电热丝，铁铬铝合金电热丝的使用寿命长、电阻率高、表面复合高，并有较好的抗氧化性，最高运行温度可到1400℃。

本发明中所述井壁修复材料选用eva热熔胶，现有已知的eva热熔胶是一种不需溶剂、不含水份、100％的固体可熔性的聚合物，在常温下为固体，加热熔融到一定程度变为能流动且有一定粘性的液体粘合剂，eva热熔胶主要成分，即基本树脂是乙烯与醋酸乙烯在高压下共聚而成的，再配以增粘剂、粘度调节剂、抗氧剂等制成热熔胶。熔融时表面张力小，对岩石与金属材料都有热粘接性，固化速度快。

利用上述用于修复破损井壁的装置修复破损井壁的方法，该方法包括如下步骤：

步骤1、通过常规测井方式确定井壁破损的确切位置和破损体积；

步骤2、在地面对所述的用于修复破损井壁的装置进行组装，并将井壁修复材料放置在热熔离心筒5的热熔筒502和内筒501之间形成的空腔中，此时井壁修复材料呈固态；

步骤3、通过孔口钻机1将用于修复破损井壁的装置下放到井壁破损的位置，其中热熔离心筒5的位置与破损井壁4位于同一水平位置，保证可以进行完整的井壁修复；

步骤4、电缆3与电热丝504连接，对电阻丝504进行通电加热，此时孔口钻机1通过卡盘带动钻杆2回转，钻杆2带动整个用于修复破损井壁的装置进行旋转，固态的井壁修复材料受热融化，变成液态，在高速转动下产生离心力，通过热熔离心筒5上的液体排出孔503，甩到破损井壁4处，根据井壁破损体积与甩液的速度来确定工作时间，达到工作时间，对破损处进行二次测井，若破损井壁4未完全填满，继续旋转工作，直到破损井壁4被井壁修复材料完全填满，井壁其他未破损处附着的井壁修复材料会被后续的反井钻头6磨削掉；

步骤5、待井壁修复材料完全硬化，孔口钻机1带动整个用于修复破损井壁的装置进行回转，并在回转时上提钻杆2，通过反井钻头6对修复完的井壁进行修整，保证井的贯通性。

本发明能够高效、可靠的修复破损井壁。