一种上仰角煤层底板穿层井生产套管固井方法及装置与流程

1.本发明涉及一种在煤矿底抽巷道内进行固井的方法，尤其涉及煤矿底抽巷道内对上仰角煤层底板穿层井生产套管固井方法及装置。


背景技术：

2.在煤矿瓦斯综合治理过程中，在煤岩底板打上仰角煤层底板穿层井进行大型压裂，以期增加煤层渗透性，快速抽放瓦斯，提高煤矿煤炭采掘进度和煤炭产量。由于上仰角煤层底板穿层井井口低，井底高，导致按常规固井方法，即从生产套管内注水泥浆，水泥浆由低处向高处走，只有低处充填紧实之后，水泥浆才会继续向上走。在水泥浆完全充满生产套管，到了生产套管鞋后，水泥浆折转沿井壁与生产套管之间的环形空间向下流淌，在向下走的状态，水泥浆会迅速流向环形空间的底部，在底部沉积扎实，环形空间中的空气会被挤压上行，在环形空间的底部沉积扎实的水泥浆，形成气密封口，充满水泥浆的生产套管形成另一端的气密封口，这样在生产套管鞋与环形空间底部之间，就会有空气不能排除，由于有空气的留存，无法保证水泥浆完全充满环形空间，水泥浆不能完全充满环形空间会导致水泥空洞，固井中的水泥空洞影响了固井质量。一旦固井质量不合格，会对后期的压裂作业施工带来极大的风险，很容易导致压裂过程中压力从固井质量不合格的环空泄露，甚至将套管推出井筒，导致工程施工的发生，会对煤矿巷道及人员造成极大的伤害。
3.另外，在固井填充水泥浆时，需要将表层套管和生产套管之间的环形空间密封，以不使水泥浆从中流出。常规的环空密封都是用环形钢板焊接在表层套管顶端和生产套管外壁上加以密封的。由于在煤矿巷道内施工，巷道内的特殊性不允许有电焊等有明火施工，所以需要一种适合煤矿井下施工要求的环空密封头。


技术实现要素：

4.为了解决上述现有技术问题，本发明提供了一种在上仰角煤层底板穿层井生产套管固井施工中，不产生水泥空洞的固井方法。
5.本发明还提供了一种上仰角煤层底板穿层井生产套管固井装置。
6.本发明的固井方法是在所述上仰角煤层底板穿层井生产套管固井时，打开注水泥浆控制阀，回水控制阀处于半开放状态，将前置液和水泥浆通过泵注入环形空间，水泥浆通过注水泥浆管线进入环形空间内，水泥浆到达套管鞋时，关闭回水控制阀，继续泵注水泥浆，当泵注压力升高至3mpa时，关闭注水泥浆控制阀，憋压侯凝48小时，固井结束。
7.由于泵注水泥浆的入口是在表层套管和生产套管之间的环形空间，这个点是上仰角井的最低点，当水泥浆由环形空间泵注进井筒内时，水泥浆是从下向上推进的，直至水泥浆到达生产套管鞋处。水泥浆从下向上推进，会自动填满环空下部后再向上走，环空中的空气会被推着向上行，直至通过生产套管鞋和生产套管被排除，从而可以保证不会有空气留存。如果采用常规的固井方法，在生产套管内泵注水泥浆，水泥浆完全充满生产套管，越过生产套管鞋后，水泥浆的流动方向改为从上向下沿井壁与生产套管环形空间迅速流淌，水
泥浆迅速下流会在环形空间的底部，形成一个气密封口，充满水泥浆的生产套管形成另一端的气密封口，这样在生产套管鞋与环形空间底部之间的空气不能排除，由于有空气的留存，无法保证水泥浆完全充满环形空间，水泥浆不能完全充满环形空间会导致水泥空洞，固井中的水泥空洞影响了固井质量。所以对上仰角井，只有返注水泥浆才能保证有效的固井。
8.本发明适用于煤矿巷道上仰角煤层底板穿层井生产套管的固井作业施工的固井装置包括：注水泥浆控制阀、注水泥浆管线、回水控制阀、回水管线、表层套管与生产套管之间的环空密封头、生产套管密封头等装置。
9.环空密封头在固井时起到密封表层套管与生产套管之间的环空的作用，在固井操作中，环空密封头连接泵注设备和固井水泥浆的入口，同时根据施工需要，环空密封头还起到控制、调节水泥浆注入的开关量的作用。
10.生产套管密封头是安装在生产套管口上的一个装置，在固井操作中既要密封生产套管口，又要根据施工需要进行开关和开关量的控制和调节。
11.由于上仰角固井的特殊性，在对表面套管与生产套管之间的环形空间进行泵注水泥浆，进行固井作业时，不仅环形空间的开口需要封堵，生产套管开口也不能是敞口的，需要一个密封头进行封堵。同时依据施工要求的需要，本发明能够依据施工要求，通过调节阀门装置的开关或开关度对固井泵压进行控制。这两个密封装置主要是用于对生产套管进行固井。
12.常规的环空密封头和生产套管密封头都是用环形钢板焊接在表层套管顶端和生产套管外壁上加以密封的。由于在煤矿巷道内施工，巷道内的特殊性不允许有电焊等有明火施工，所以本发明发明了依靠表面套管顶端的丝扣进行螺纹连接和密封的环空密封头和靠生产套管外壁压紧压盘使橡胶垫膨胀后对生产套管外壁进行密封的套管密封头。
13.套管密封头则是指生产套管密封装置，由于上仰角固井的特殊性决定，由表面套管与生产套管的环形空间进行泵注水泥浆进行固井作业，生产套管开口处不能是敞口的，需要一个密封头进行封堵。同时依据施工要求的需要，本发明的环空密封头和生产套管密封头也可以设置阀门，来调节阀门开关度控制水泥浆注入, 从而可以对固井泵压进行控制。
14.本发明的上述工艺技术方案具有如下优点：本技术提供的上仰角煤层底板穿层井生产套管固井方法及装置能够有效提高上仰角煤层底板穿层井生产套管固井质量，避免水泥浆因倾角问题无法充满环形空间问题，经济效益显著。
附图说明
15.图1是本发明一种上仰角煤层底板穿层井生产套管固井方法及装置的示意图。
具体实施方式
16.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
17.如图1所示，本发明实施例提供了一种上仰角煤层底板穿层井生产套管固井方法
及装置，用于煤矿底抽巷道内上仰角煤层底板穿层井的生产套管固井作业施工，施工步骤包括打开注水泥浆控制阀(1)和注水泥浆管线(2)，将回水控制阀(3)设置在半关闭状态，当水泥浆通过泵注向环形空间内时，水泥浆通过注水泥浆控制阀(1)和注水泥浆管线(2)进入环形空间内，水泥浆前端到达套管鞋后，则关闭回水控制阀(3)，继续泵注水泥浆至泵压升高至3mpa时，关闭注水泥浆控制阀(1)，憋压侯凝48小时，固井结束。
18.在实际操作中，需要对环形空间体积进行核实，具体方法是通过泵注示踪剂，根据回水控制阀(3)返出示踪剂计算泵注总液量，减去套管内体积，即为环形空间体积，该体积即为固井时的实际泵注水泥浆量，配浆量则需按照1.5倍的液量准备。
19.如图1所示，在本发明的一个实施例中，上仰角煤层底板穿层井生产套管固井的装置包括注水泥浆控制阀(1)、注水泥浆管线(2)、回水控制阀(3)、回水管线(4)、表层套管/生产套管环空密封头(5)、生产套管密封头(6)。其中，注水泥浆控制阀(1)与注水泥浆管线(2)的水泥浆入口连接，注水泥浆管线(2)出口与环形空间(9)连接，环形空间(9)的底部与表层套管/生产套管环空密封头(5)连接，密封环形空间(9)，生产套管(8)的底部与生产套管密封头(6)连接，密封生产套管(8)的底端。
20.在本发明的另一个实施例中，上仰角煤层底板穿层井生产套管固井的装置还可以包括表层套管(7)、生产套管(8)、环形空间(9)、井筒(10)。其中，生产套管(8)的内侧为井筒(10)，在井筒(10)和表层套管(7)的外侧之间有一定的空隙，形成表层套管/生产套管环形空间(9)。
21.在本发明的另一个实施例中，上仰角煤层底板穿层井生产套管固井的装置还可以包括设置在生产套管(8)前端的生产套管鞋(12)。
22.在本发明的另一个实施例中，上仰角煤层底板穿层井生产套管固井的装置还可以包括二开井底(11)。
23.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
24.附图编号
25.1、注水泥浆控制阀
26.2、注水泥浆管线
27.3、回水控制阀
28.4、回水管线
29.5、表套产套环空密封头
30.6、生产套管密封头
31.7、表层套管
32.8、生产套管
33.9、环形空间
34.10、井筒
35.11、二开井底
36.12、生产套管鞋。