固井管柱组合及固井方法
【专利摘要】本发明提供一种固井管柱组合及固井方法，固井管柱组合包括浮鞋、浮箍、套管关井滑套、液压扩张式封隔器和多根套管；浮鞋放置在固井管柱组合的最底端；浮箍放置在浮鞋的上端，浮箍与浮鞋之间由套管连接；套管关井滑套放置在浮箍的上端，套管关井滑套与浮箍之间由套管连接；液压扩张式封隔器放置于套管关井滑套的上端，与套管关井滑套之间由套管连接，液压扩张式封隔器至少为一组，每组中包含两个液压扩张式封隔器，其中一个放置于高压水层的下端，另一个放置于高压水层的上端，液压扩张式封隔器之间由套管连接；放置于高压水层的上端的液压扩张式封隔器上放置套管，套管连接至井口。
【专利说明】
固井管柱组合及固井方法
技术领域
[0001]本发明涉及油田固井技术，尤其涉及一种提高固井质量的固井管柱组合及固井方法。
【背景技术】
[0002]我国大部分油气田存在单井纵向上发育多层的特点，且随着勘探认识的重新扩大，在已开发油层下部发现新的油气层越来越多，例如“塔河之下找塔河”已成为地质共识。但由于我国大部分油田采用注水躯替方式开发，长期注水导致部分油层目的层高压富含水。
[0003]在开发下部地层时需要固井，固井是通过管路向井壁筒外侧与井帮之间的环形空间注入比重大于泥浆的胶凝状浆液，将泥浆自下而上地置换出来并固结井壁筒的作业。固井过程主要分为三步:1、下套管；2、注水泥；3、井口安装和套管试压。但是在开发下部地层且需要固井完井时，由于上部前期超前注水开发层系压力较高，水泥浆性能不能平衡超前注水地层的地层压力导致水侵入水泥浆内。水泥浆性能发生显著变化，导致固井质量差，后期压裂封隔性差，影响产气效果。
[0004]目前，国内外工程技术人员主要通过调节上部水泥浆的密度，从而实现近平衡地层压力，进而来实现压住地层压力，避免出水来提高固井质量。但是，这种方式存在以下不足:首先，如果上部地层存在漏失层，则水泥浆密度不能无限扩大，无法完成平衡地层压力的要求；其次，即使产生与地层的近平衡压力，也避免不了地层流体渗透进入水泥浆中，从而造成水泥浆性能变差，影响固井质量。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种固井管柱组合及固井方法，能够有效封隔高压水层，提高固井质量。
[0006]本发明一方面提供一种固井管柱组合，包括:浮鞋、浮箍、套管关井滑套、液压扩张式封隔器和多根套管；
[0007]浮鞋放置在固井管柱组合的最底端；
[0008]浮箍放置在浮鞋的上端，浮箍与浮鞋之间由套管连接；
[0009]套管关井滑套放置在浮箍的上端，套管关井滑套与浮箍之间由套管连接；
[0010]套管关井滑套包括胶塞，胶塞的直径小于套管关井滑套和液压扩张式封隔器的内径，用于顶替固井管柱组合内的液体及运行至套管关井滑套处关闭套管关井滑套；
[0011]液压扩张式封隔器放置于套管关井滑套的上端，与套管关井滑套之间由套管连接，液压扩张式封隔器至少为一组，每组中包含两个液压扩张式封隔器，其中一个放置于高压水层的下端，另一个放置于高压水层的上端，液压扩张式封隔器之间由套管连接；
[0012]放置于高压水层的上端的液压扩张式封隔器上放置套管，套管的一端与放置于高压水层的上端的液压扩张式封隔器连接，套管的另一端连接至井口。
[0013]在本发明的一实施例中，前述胶塞一端放置有碰压头。
[0014]在本发明的一实施例中，前述套管关井滑套还包括:滑套内壳、滑套外壳、销钉、滑套本体；
[0015]滑套本体的厚度大于任一根套管的厚度；
[0016]滑套外壳放置于滑套本体内，滑套外壳与滑套本体连接，滑套外壳内放置有循环通道，滑套外壳侧壁上放置有循环孔，循环孔与循环通道连接，滑套外壳放置有密封环，用于将滑套外壳与滑套内壳密封连接；
[0017]销钉放置于滑套外壳与滑套内壳之间，用于连接滑套内壳与滑套外壳，使滑套内壳高于循环孔。
[0018]在本发明的一实施例中，前述循环孔为2个。
[0019]在本发明的一实施例中，前述多根套管的直径相同。
[0020]在本发明的一实施例中，前述滑套本体的厚度至少为套管厚度的2倍。
[0021]在本发明的一实施例中，前述滑套本体靠近固井管柱组合底端的一端放置有螺纹，滑套本体与滑套外壳之间采用螺纹连接。
[0022]在本发明的一实施例中，前述浮箍与浮鞋之间套管上放置扶正器，用于扶正浮鞋与浮箍，使浮鞋和浮箍引导固井管柱组合位于井筒中间。
[0023]在本发明的一实施例中，前述扶正器为弹簧扶正器。
[0024]本发明另一方面提供一种固井方法，采用如前述任一实施例的固井管柱组合进行固井，固井方法包括:
[0025]将固井管柱组合下至井底；
[0026]向固井管柱组合内注水泥浆；
[0027]将胶塞从井口投入到固井管柱组合内，开始顶替施工；
[0028]胶塞顶替运行至套管关井滑套处，关闭套管关井滑套；
[0029]套管关井滑套下端套管封闭憋压，从固井管柱组合加液压，液压扩张式封隔器承压，固井管柱组合上下产生压差，坐封液压扩张式封隔器，液压扩张式封隔器膨胀扩张至井壁，液压扩张式封隔器每组中放置于高压水层下端的液压扩张式封隔器扩张贴住高压水层下端的井壁，放置于高压水层上端的液压扩张式封隔器扩张贴住高压水层上端的井壁，使高压水层上端与高压水层下端之间密封，封隔高压水层，候凝。
[0030]在本发明一实施例中，前述关闭套管关井滑套具体包括:
[0031]胶塞顶替运行至套管关井滑套处，胶塞的碰压头与滑套内壳碰压，剪断连接滑套内壳和滑套外壳的销钉，滑套内壳下行至循环通道，封闭循环通道上的循环孔，关闭套管关井滑套。
[0032]在本发明一实施例中，前述向固井管柱组合内注水泥浆之前还包括:向固井管柱组合内注隔离液。
[0033]在本发明一实施例中，前述固井管柱组合下至井底具体包括:将固井管柱组合居中井筒。
[0034]本发明提供的固井管柱组合及固井方法，通过浮鞋和浮箍引导固井管柱组合下至井底指定位置，顶替施工时，胶塞顶替运行至套管关井滑套处关闭套管关井滑套，套管关井滑套下端套管封闭憋压，液压扩张式封隔器承压，坐封液压扩张式封隔器，封隔高压水层，提高固井质量。
【附图说明】
[0035]图1为本发明一实施例提供的固井管柱组合结构示意图；
[0036]图2为本发明一实施例提供的液压扩张式封隔器坐封的固井管柱组合结构示意图；
[0037]图3为本发明另一实施例提供的固井管柱组合结构示意图；
[0038]图4A、图4B为本发明提供的套管关井滑套关井过程示意图；
[0039]图5为本发明提供的套管关井滑套的结构示意图；
[0040]图6为本发明提供的套管关井滑套关井的结构示意图；
[0041]图7为本发明另一实施例提供的液压扩张式封隔器坐封的固井管柱组合结构示意图；
[0042]图8为本发明一实施例提供的固井方法流程图。
[0043]附图标记说明:
[0044]1-浮鞋；2-扶正器；3-浮箍；
[0045]4-套管关井滑套； 5-套管；6-液压扩张式封隔器；
[0046]7-胶塞；8-滑套内壳；9-滑套外壳；
[0047]10-销钉；11-循环孔；12-滑套本体；
[0048]71-碰压头。
【具体实施方式】
[0049]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中的附图，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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。
[0050]图1为本发明一实施例提供的固井管柱组合结构示意图，图2为本发明一实施例提供的液压扩张式封隔器坐封的固井管柱组合结构示意图。如图1和图2所示，本发明提供一种固井管柱组合，包括:浮鞋1、浮箍3、套管关井滑套4、液压扩张式封隔器6和多根套管5。
[0051]浮鞋I放置在固井管柱组合的最底端；浮箍3放置在浮鞋I的上端，浮箍3与浮鞋I之间由套管连接。
[0052]具体的，浮箍3和浮鞋I相匹配放置，可以引导固井管柱组合沿井筒顺利下至井底。浮箍3和浮鞋I之间采用套管连接，浮鞋I和浮箍3之间留一段距离有利于液体的块状物通过。多根套管5的直径相同，本实施例对套管的个数和长度不进行限制，具体个数和长度可根据钻井的实际情况而定。需要说明的是，本实施例提供的浮鞋I和浮箍3的具体结构和基本原理与现有技术浮鞋和浮箍的结构和基本原理中相同，在此不再赘述。
[0053]可选的，浮箍3与浮鞋I之间套管上放置有扶正器2，扶正器2用于扶正浮鞋I与浮箍3，使浮鞋I和浮箍3引导固井管柱组合位于井筒中间。具体的，扶正器2为弹簧扶正器。
[0054]套管关井滑套4放置在浮箍3的上端，套管关井滑套4与浮箍3之间由套管连接。
[0055]套管关井滑套4包括胶塞7，胶塞7的直径小于套管关井滑套4和液压扩张式封隔器6的内径，用于顶替固井管柱组合内的液体及运行至套管关井滑套4处关闭套管关井滑套4。
[0056]具体的，将水泥浆注入固井管柱组合内后，胶塞7从井口投入到固井管柱组合内，胶塞7将固井管柱组合内的水泥浆挤压到固井管柱组合外，水泥浆流到固井管柱组合与井壁的空间内，胶塞7顶替固井管柱组合内的水泥浆及运行至套管关井滑套4处关闭套管关井滑套4。胶塞7的直径小于套管关井滑套4和液压扩张式封隔器6的内径，确保胶塞7可以运行至套管关井滑套4处。需要说明的是，本实施例中管柱组合内的液体并不仅限于水泥浆，也可以为隔离液。
[0057]液压扩张式封隔器6放置于套管关井滑套4的上端，与套管关井滑套4之间由套管连接，液压扩张式封隔器6至少为一组，每组中包含两个液压扩张式封隔器6，其中一个放置于高压水层的下端，另一个放置于高压水层的上端，液压扩张式封隔器6之间由套管连接。
[0058]具体的，液压扩张式封隔器6至少为一组，每组中包含两个液压扩张式封隔器6，其中一个放置于高压水层的下端，另一个放置于高压水层的上端，确保了液压扩张式封隔器6坐封时，放置于高压水层下端的液压扩张式封隔器6扩张贴至高压水层下端的井壁，放置于高压水层上端的液压扩张式封隔器6扩张贴至高压水层上端的井壁，使高压水层上端与高压水层下端之间密封，进而达到封隔高压水层。可以通过调节液压扩张式封隔器6之间套管和液压扩张式封隔器6与套管关井滑套4之间套管的个数和长度来确保每组中两个液压扩张式封隔器6其中一个放置于高压水层的下端，另一个放置于高压水层的上端。需要说明的是，本实施例中液压扩张式封隔器6的具体结构和实现原理与现有技术中液压扩张式封隔器相同，在此不再赘述。
[0059]放置于高压水层的上端的液压扩张式封隔器6上放置套管，套管的一端与放置于高压水层的上端的液压扩张式封隔器6连接，套管的另一端连接至井口。
[0060]需要说明的是，本实施例提供的固井管柱组合内的浮鞋1、浮箍3、套管关井滑套
4、若干套管5、液压扩张式封隔器6都是独立的，在具体使用的时候，只需按照固井管柱组合要求连接浮鞋1、浮箍3、套管关井滑套4、若干套管5、液压扩张式封隔器6即可。
[0061]本实施例提供的固井管柱组合在具体使用过程中，浮鞋I和浮箍3引导固井管柱组合下至井底指定位置；向固井管柱组合内注水泥浆，将胶塞7从井口投入固井管柱组合内，开始顶替施工，使水泥浆从固井管柱组合自下而上地置换出来；胶塞7顶替运行至套管关井滑套4处，关闭套管关井滑套4 ;套管关井滑套4下端套管封闭憋压，液压扩张式封隔器6承压，坐封液压扩张式封隔器6，放置于高压水层下端的液压扩张式封隔器6扩张贴至高压水层下端的井壁，放置于高压水层上端的液压扩张式封隔器6扩张贴至高压水层上端的井壁，使高压水层上端与高压水层下端之间密封，封隔高压水层。
[0062]本实施例提供的固井管柱组合，通过浮鞋I和浮箍3引导固井管柱组合下至井底指定位置，顶替施工时，胶塞7顶替运行至套管关井滑套4处关闭套管关井滑套4，套管关井滑套4下端套管封闭憋压，液压扩张式封隔器6承压，坐封液压扩张式封隔器6，封隔高压水层，提高固井质量。
[0063]图3为本发明另一实施例提供的固井管柱组合结构示意图，图4A、图4B为本发明提供的套管关井滑套关井过程示意图，图5为本发明提供的套管关井滑套的结构示意图，图6为本发明提供的套管关井滑套关井的结构示意图，图7为本发明另一实施例提供的液压扩张式封隔器坐封的固井管柱组合结构示意图。如图3、图4A、图4B、图5-7所示，本发明提供的固井管柱组合套管关井滑套4还包括:滑套内壳8、滑套外壳9、销钉10、滑套本体
12ο
[0064]滑套本体12的厚度大于任一根套管的厚度；滑套外壳9放置于滑套本体12内，滑套外壳9与滑套本体12连接，滑套外壳9内放置有循环通道，滑套外壳9侧壁上放置有循环孔11，循环孔11与循环通道连接，滑套外壳9放置有密封环，用于将滑套外壳9与滑套内壳8密封连接；销钉10放置于滑套外壳9与滑套内壳8之间，用于连接滑套内壳8与滑套外壳9，使滑套内壳8高于循环孔11。
[0065]可选的，胶塞7 —端放置有碰压头71 ;循环孔11为2个，滑套本体12的厚度至少为套管厚度的2倍；滑套本体12靠近固井管柱组合底端的一端放置有螺纹，滑套本体12与滑套外壳9之间采用螺纹连接。
[0066]具体的，滑套本体12的厚度大于任一根套管的厚度，确保滑套本体12具有足够的承压能力。胶塞7 —端放置有碰压头71，使得胶塞7运行到套管关井滑套4处时，胶塞7前端的碰压头71与滑套内壳8配套实现碰压，剪断连接滑套内壳8和滑套外壳9的销钉10，滑套内壳8下行至循环通道，堵塞循环通道上的循环孔11，关闭套管关井滑套4。
[0067]本实施例提供的固井管柱组合在具体使用过程中，浮鞋I和浮箍3引导固井管柱组合下至井底指定位置；向固井管柱组合内注水泥浆，将胶塞7从井口投入固井管柱组合内，开始顶替施工，使水泥浆从固井管柱组合自下而上地置换出来；胶塞7顶替运行至套管关井滑套4处，胶塞7前端的碰压头71与滑套内壳8配套实现碰压，剪断连接滑套内壳8和滑套外壳9的销钉10，滑套内壳8下行至循环通道，堵塞循环通道上的循环孔11，关闭套管关井滑套4 ;套管关井滑套4下端套管封闭憋压，液压扩张式封隔器6承压，坐封液压扩张式封隔器6，放置于高压水层下端的液压扩张式封隔器6扩张贴至高压水层下端的井壁，放置于高压水层上端的液压扩张式封隔器6扩张贴至高压水层上端的井壁，使高压水层上端与高压水层下端之间密封，封隔高压水层。
[0068]本实施例提供的固井管柱组合，在上述实施例的基础上，通过放置套管关井滑套包括滑套内壳8、滑套外壳9、销钉10、滑套本体12，以及胶塞7 —端放置有碰压头71，使得顶替作业时，胶塞7顶替运行至套管关井滑套4处，胶塞7前端的碰压头71与滑套内壳8配套实现碰压，剪断连接滑套内壳8和滑套外壳9的销钉10，滑套内壳8下行至循环通道，堵塞循环通道上的循环孔11，关闭套管关井滑套4，套管关井滑套4下端套管封闭憋压，液压扩张式封隔器6承压，坐封液压扩张式封隔器6，能够有效封隔高压水层，提高固井质量。
[0069]图8为本发明一实施例提供的固井方法流程图，如图8所示，本发明提供的固井方法，采用如上述任一实施例的固井管柱组合进行固井，包括:
[0070]S801:将固井管柱组合下至井底；
[0071]具体的，固井管柱组合中浮鞋I和浮箍3配套放置，引导固井管柱组合沿井筒顺利下至井底指定位置。
[0072]可选的，将固井管柱组合下至井底具体包括:将固井管柱组合居中井筒。
[0073]具体的，浮鞋3与浮箍I之间套管上放置的扶正器2用于扶正浮鞋I与浮箍3，使浮鞋I和浮箍3引导固井管柱组合位于井筒中间。
[0074]S802:向固井管柱组合内注水泥浆；
[0075]具体的，井口上的水泥栗车向固井管柱组合内注水泥浆。需要说明的是，本实施例中的水泥栗车向固井管柱组合内注水泥浆的具体过程和现有技术中相同，在此不再赘述。
[0076]可选的，向固井管柱组合内注水泥浆之前还包括:向固井管柱组合内注隔离液。确保向固井管柱组合内注水泥浆之前固井管组组合的清洁，能够更有效的注水泥浆和顶替水泥浆。
[0077]S803:将胶塞7从井口投入到固井管柱组合内，开始顶替施工，使水泥浆从固井管柱组合自下而上地置换出来；
[0078]S804:胶塞7顶替运行至套管关井滑套4处，关闭套管关井滑套4 ；
[0079]具体的，关闭套管关井滑套4具体包括:胶塞7顶替运行至套管关井滑套4处，胶塞7前端的碰压头71与滑套内壳8碰压，剪断连接滑套内壳8和滑套外壳9的销钉10，滑套内壳8下行至循环通道，堵塞循环通道上的循环孔11，关闭套管关井滑套4。
[0080]S805:套管关井滑套4下端套管封闭憋压，从固井管柱组合加液压，液压扩张式封隔器6承压，固井管柱组合上下产生压差，坐封液压扩张式封隔器6，液压扩张式封隔器6膨胀扩张至井壁，液压扩张式封隔器6每组中放置于高压水层下端的液压扩张式封隔器6扩张贴住高压水层下端的井壁，放置于高压水层上端的液压扩张式封隔器6扩张贴住高压水层上端的井壁，使高压水层上端与高压水层下端之间密封，封隔高压水层，候凝。
[0081]本实施例提供的固井方法，采用如上述任一实施例的固井管柱组合进行固井，通过浮鞋I和浮箍3引导固井管柱组合下至井底指定位置，顶替施工时，胶塞7顶替运行至套管关井滑套4处关闭套管关井滑套4，套管关井滑套4下端套管封闭憋压，液压扩张式封隔器6承压，坐封液压扩张式封隔器6，封隔高压水层，提高固井质量。
[0082]最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。
【主权项】
1.一种固井管柱组合，其特征在于，包括:浮鞋、浮箍、套管关井滑套、液压扩张式封隔器和多根套管； 所述浮鞋放置在所述固井管柱组合的最底端； 所述浮箍放置在所述浮鞋的上端，所述浮箍与所述浮鞋之间由套管连接； 所述套管关井滑套放置在所述浮箍的上端，所述套管关井滑套与所述浮箍之间由套管连接； 所述套管关井滑套包括胶塞，所述胶塞的直径小于所述套管关井滑套和所述液压扩张式封隔器的内径，用于顶替所述固井管柱组合内的液体及运行至所述套管关井滑套处关闭所述套管关井滑套； 所述液压扩张式封隔器放置于所述套管关井滑套的上端，与所述套管关井滑套之间由套管连接，所述液压扩张式封隔器至少为一组，每组中包含两个所述液压扩张式封隔器，其中一个放置于高压水层的下端，另一个放置于高压水层的上端，所述液压扩张式封隔器之间由套管连接； 所述放置于高压水层的上端的液压扩张式封隔器上放置套管，所述套管的一端与所述放置于高压水层的上端的液压扩张式封隔器连接，所述套管的另一端连接至井口。2.根据权利要求1所述的固井管柱组合，其特征在于，所述胶塞一端放置有碰压头。3.根据权利要求2所述的固井管柱组合，其特征在于，所述套管关井滑套还包括:滑套内壳、滑套外壳、销钉、滑套本体； 所述滑套本体的厚度大于任一根所述套管的厚度； 所述滑套外壳放置于所述滑套本体内，所述滑套外壳与所述滑套本体连接，所述滑套外壳内放置有循环通道，所述滑套外壳侧壁上放置有循环孔，所述循环孔与所述循环通道连接，所述滑套外壳放置有密封环，用于将所述滑套外壳与所述滑套内壳密封连接； 所述销钉放置于所述滑套外壳与所述滑套内壳之间，用于连接所述滑套内壳与所述滑套外壳，使所述滑套内壳高于所述循环孔。4.根据权利要求3所述的固井管柱组合，其特征在于，所述循环孔为2个。5.根据权利要求4所述的固井管柱组合，其特征在于，所述多根套管的直径相同。6.根据权利要求5所述的固井管柱组合，其特征在于，所述滑套本体的厚度至少为套管厚度的2倍。7.根据权利要求6所述的固井管柱组合，其特征在于，所述滑套本体靠近所述固井管柱组合底端的一端放置有螺纹，所述滑套本体与所述滑套外壳之间采用螺纹连接。8.根据权利要求1所述的固井管柱组合，其特征在于，所述浮箍与所述浮鞋之间套管上放置扶正器，用于扶正所述浮鞋与所述浮箍，使所述浮鞋和所述浮箍引导所述固井管柱组合位于井筒中间。9.根据权利要求8所述的固井管柱组合，其特征在于，所述扶正器为弹簧扶正器。10.一种固井方法，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的固井管柱组合进行固井，所述固井方法包括: 将所述固井管柱组合下至井底； 向所述固井管柱组合内注水泥浆； 将胶塞从井口投入到所述固井管柱组合内，开始顶替施工； 所述胶塞顶替运行至套管关井滑套处，关闭所述套管关井滑套； 所述套管关井滑套下端套管封闭憋压，从所述固井管柱组合加液压，液压扩张式封隔器承压，所述固井管柱组合上下产生压差，坐封所述液压扩张式封隔器，所述液压扩张式封隔器膨胀扩张至井壁，所述液压扩张式封隔器每组中放置于高压水层下端的液压扩张式封隔器扩张贴住所述高压水层下端的井壁，放置于高压水层上端的液压扩张式封隔器扩张贴住所述高压水层上端的井壁，使所述高压水层上端与所述高压水层下端之间密封，封隔高压水层，候凝。11.根据权利要求10所述的固井方法，其特征在于，所述关闭所述套管关井滑套具体包括: 所述胶塞顶替运行至套管关井滑套处，所述胶塞的碰压头与滑套内壳碰压，剪断连接所述滑套内壳和滑套外壳的销钉，所述滑套内壳下行至循环通道，封闭所述循环通道上的循环孔，关闭所述套管关井滑套。12.根据权利要求10所述的固井方法，其特征在于，向所述固井管柱组合内注水泥浆之前还包括: 向所述固井管柱组合内注隔离液。13.根据权利要求10所述的固井方法，其特征在于，将所述固井管柱组合下至井底具体包括: 将所述固井管柱组合居中井筒。
【文档编号】E21B34/06GK105822252SQ201510002304
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年1月4日
【发明人】段志锋, 黄占盈, 周文军, 吴学升, 高云文, 欧阳勇, 王勇茗, 赵巍, 王彦博, 张燕娜, 余世福, 蒙华军, 陈春宇
【申请人】中国石油天然气股份有限公司