繞煤層固井方法及裝置的製作方法

2023-05-04 05:36:51 3

專利名稱：繞煤層固井方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明是關於一種固井方法及裝置，尤其是一種用於開採煤層氣或含有異常高/ 低壓層系油氣井的繞煤層固井方法及裝置。
背景技術：
煤層氣(煤層甲烷CoalbedMethane，俗稱瓦斯)是在煤層中自生自儲的一種非 常規天然氣，以吸附或儲集方式存在於煤層孔隙與裂縫中。它作為一種新能源，不僅熱值 高，而且沒有環境汙染，具有廣闊的應用前景。我國的煤層氣資源十分豐富，預測全國有 39個含煤盆地、67個聚煤單元，在埋深小於2000m的淺層範圍內，我國煤層氣資源量約為 32 X 1012m3，與常規天然氣資源相當。煤儲層屬於低壓儲層，滲透性較差，在鑽井和完井過程中煤儲層極易受到傷害鑽 井過程中鑽井液中的自由水和固相顆粒容易滲透進煤層、堵塞煤層孔隙；固井過程中水泥 漿密度相對較大，更容易引起煤層汙染，降低後續煤層氣開發效率。因此，固井首先應考慮 如何減少水泥漿對煤層的傷害，其關鍵是降低液柱壓力和失水量。具體來說，煤層氣固井主要技術難點有(1)煤層屬強壓力敏感低壓低滲儲層，現有技術固井水泥漿液柱壓力與煤層靜壓 差達到3 7MPa，導致煤層產生不可逆的塑性變形而降低滲透率，對煤層的傷害大。(2)固井時水泥漿易漏失、對煤層造成傷害。正常固井用的水泥漿密度較大 (1. 85g/cm3左右)，失水量大(大於1500mL/min)，因此和鑽井液相比對煤層的傷害更大。(3)井徑不規則，頂替效率低，影響固井質量。在保證固井質量的前提下，儘量控制水泥漿液柱壓力，應該是煤層氣固井技術措 施的正確選擇，目前常用的措施有(1)低密度水泥漿。採用加入漂珠或粉煤灰的低密度水泥漿固井，可以降低環空的 液柱壓力，防止固井過程中水泥漿漏失，也可以減輕對煤層的傷害。(2)控制水泥返高。以往煤層氣固井設計中，水泥返高設計往往要求返到地面，實 際這是一種錯誤的選擇，煤層氣固井一定要控制水泥返高，這樣可在一定程度上降低水泥 漿液柱壓力，達到防止固井時井漏和降低固井對煤層的傷害。煤層氣固井水泥返高返到煤 層頂板以上200m左右為宜。(3)雙級固井技術。在井深約IOOOm左右的煤層氣井固井中，有的井採用了雙級固 井技術，分級箍位於煤層的頂部。一級水泥凝固以後，再注二級水泥。(4)塞流頂替技術。煤層氣井套管下入淺，替漿量少，頂替時很難達到紊流頂替的 排量，採用紊流頂替對設備和水泥漿性能要求也比較高。上述技術雖然能在一定程度上降低水泥漿對煤層的汙染，但目前公知的固井技術 並沒有針對煤儲層低壓、低滲、易傷害、膠結性差等特點，設計適合於煤層固井的工藝技術 和水泥漿體系，沒有從根本上解決水泥漿和煤層的接觸的問題，最終造成對煤層不同程度 的傷害。
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從美國已完成的煤層氣井固井工藝來看，其核心是「低壓固井」，即針對不同煤層 特性、不同井型和鑽井方式採用高強度低密度水泥漿、分級固井、泡沫水泥漿固井等工藝技 術來降低固井過程中對煤層的損害，同時採用計算機模擬技術進行施工參數優化設計，確 保固井質量，提高煤層的層間封隔能力。提出的主要技術有①高強度低密度低失水水泥 漿；②常規密度水泥控制返高；③分級注水泥。綜上所述，採用上述任一種公知的固井技術，在固井過程水泥漿都會不可避免的 汙染煤層，對煤層造成傷害。有鑑於上述公知技術存在的缺陷，本發明人根據多年從事本領域和相關領域的生 產設計經驗，研製出本發明的繞煤層固井方法和實現該方法的固井井下裝置，以避免固井 水泥漿對煤層的傷害。

發明內容
本發明的目的在於提供一種固井方法及裝置，尤其是一種能效解決煤層氣井固井 時水泥漿汙染煤層的問題。為此，本發明提出一種繞煤層固井裝置，包括套管；至少一個固井裝置，與所述 套管相連接；所述每個固井裝置具有兩個間隔設置的、能向外漲開的封隔器，漲開後的所述 封隔器能阻隔水泥漿進入該兩個封隔器之間的環空；且所述固井裝置內具有與所述套管相 連通的注液通道，以及能將水泥漿輸送到所述兩封隔器外部井筒環空的流體通道；防反流 單向閥，設置在所述套管的底部，能使所述套管內的鑽井液或水泥漿進入所述井筒內，而所 述井筒內的鑽井液或水泥漿不能反向從所述套管的底部進入所述套管內；壓力控制單向 閥，設置在所述防反流單向閥的底部，當所述套管內鑽井液的壓力達到規定值時，所述壓力 控制單向閥能與所述防反流單向閥脫開。如上所述的繞煤層固井裝置，其中，每個所述固井裝置具有雙層中心管，所述雙層 中心管的兩端分別通過一中空的連接件與所述套管相連接；所述封隔器具有套設在所述雙 層中心管外部的膠筒，所述膠筒的一端與所述雙層中心管的外管壁密封連接，另一端與所 述連接件密封連接，且所述膠筒與所述雙層中心管外管壁間形成一儲液室，該儲液室與所 述套管和連接件相連通。如上所述的繞煤層固井裝置，其中，所述連接件上至少設有微流通道，所述微流通 道的一端與所述儲液室相連通，另一端通過所述連接件的內側壁與所述套管相連通，且所 述微流通道內設有能向所述儲液室方向導通的單向閥。如上所述的繞煤層固井裝置，其中，所述雙層中心管的內管和外管之間構成所述 流體通道；連接在所述雙層中心管兩端的所述連接件外側壁上分別設有進液孔或出液孔， 所述進液孔和出液孔均設置在所述封隔器的外側，並與所述流體通道相連通，且靠近所述 套管底部一側的連接件上設置有進液孔，該進液孔位於該連接件上設置的所述微流通道的 通道口的上部；另一所述連接件上設置有出液孔，且該出液孔位於該連接件內側壁上設置 的所述微流通道的通道口的下部。如上所述的繞煤層固井裝置，其中，所述雙層中心管的內管延伸至外管的外部，所 述內管與所述連接件密封連接，所述外管與所述連接件通過螺紋密封相連接。如上所述的繞煤層固井裝置，其中，所述連接件上設有HSF-7型套管外封隔器閥系，所述閥系中具有連通所述套管和所述儲液室的微流通道，以及能向所述儲液室方向導 通的單向閥。如上所述的繞煤層固井裝置，其中，所述防反流單向閥的底部設有過渡連接件，所 述渡連接件上設有通孔；所述壓力控制單向閥通過銷釘與所述過渡連接件相連接，當所述套 管內鑽井液的壓力大於所述銷釘的剪斷力時，所述壓力控制單向閥與所述過渡連接件脫開。本發明還提出一種繞煤層固井方法，包括將帶有至少一個固井裝置的套管下入 到井筒內，使固井裝置的封隔器位於煤層頂部的上界和底部的底界處；向底部呈封閉狀態 的套管內注入鑽井液，當所述套管內的鑽井液壓力達到第一規定壓力值時，所述鑽井液將 所有的封隔器漲開，從而封閉煤層頂部和底部之間的井筒環空；繼續向所述套管內灌注泵 注鑽井液，當所述套管內的鑽井液壓力達到第二規定壓力值時，所述套管的底部被打開，然 後進行泵注水泥漿固井步驟，將水泥漿注入除所述煤層厚度以外的井筒環空內。如上所述的繞煤層固井方法，其中，所述方法進一步包括所述鑽井液經連接固井 裝置的雙層中心管和套管的連接件上設置的微流通道進入封隔器與所述雙層中心管之間 形成的儲液室，將所述封隔器漲開頂抵於井筒筒壁，使煤層頂部、底部的環空形成一密封的 空間。如上所述的繞煤層固井方法，其中，所述固井裝置具有雙層中心管，雙層中心管的 兩端分別通過一中空的連接件與所述套管相連接，當套管底部被打開後，進入井筒環空內 的所述水泥漿由靠近套管底部一側的連接件上設置的進液孔進入所述雙層中心管的內管 和外管之間的流體通道，並由雙層中心管另一端的連接件上設置的出液孔進入煤層頂部以 上的井筒環空。如上所述的繞煤層固井方法，其中，所述固井裝置的雙層中心管的長度大於對應 煤層的厚度。如上所述的繞煤層固井方法，其中，所述第一規定壓力值大於設置在所述微流通 道內的單向閥的設定壓力值，且該單向閥的設定壓力值小於所述第二規定壓力值。如上所述的繞煤層固井方法，其中，在所述套管的底部依次設有防反流單向閥和 壓力控制單向閥，將所述防反流單向閥與所述壓力控制單向閥相向設置，其中，所述第二規 定壓力值大於所述壓力控制單向閥和防反流單向閥之間的結合件的剪斷力。本發明作業時根據煤層數量、每個煤層厚度及其對應的頂、底部位置確定下入繞 煤層固井工具的數量、雙層中心管的長度和下入深度，以便把該固井裝置連接在套管柱中， 下入到煤層氣井時，能確保該雙層中心管兩端的兩組封隔器分別位於該煤層頂部的上界和 底部的底界。套管內注入鑽井液一次憋壓(達到第一規定壓力值)即可漲開所有封隔器的 膠筒，套管內洩壓後膠筒繼續保持漲開狀態，隨後繼續升高套管內壓力，剪斷連接防反流單 向閥和壓力控制單向閥之間的連接件，確保下端的壓力控制單向閥脫落。然後按照常規的 注水泥固井工藝施工，水泥漿在環空內上返時，到達每個煤層底界後，將通過雙層中心管的 內外管之間的環空流動，不再接觸煤層，達到避免水泥漿汙染煤層的目的，避免了固井水泥 漿對煤層的傷害。


以下附圖僅旨在於對本發明做示意性說明和解釋，並不限定本發明的範圍。其中，
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圖1是本發明的固井裝置結構示意圖2是本發明的固井裝置設置進入井筒內的狀態示意圖3是本發明的固井裝置在井筒內的工作狀態示意圖4是連接件與雙層中心管相連接的結構示意圖5是本發明的固井方法流程圖。
附圖標號說明
1、套管2、固井裝置21、22連接件210、微流通道
211、單向閥212、出液孔213、通道口222、進液孔
23、24封隔器25、雙層中心管251、內管252、外管
26、注液通道27、流體通道28、膠筒29、儲液室
3、防反流單向閥31、過渡連接件4、壓力控制單向閥
5、井筒51、環空52、井筒環空6、煤層
具體實施例方式本發明提供一種繞煤層固井裝置，包括套管；至少一個固井裝置，與所述套管相 連接；所述每個固井裝置具有兩個間隔設置的、能向外漲開的封隔器，漲開後的所述封隔器 能阻隔水泥漿進入該兩個封隔器之間的環空；且所述固井裝置內具有與所述套管相連通的 注液通道，以及能將水泥漿輸送到所述兩封隔器外部井筒的流體通道；防反流單向閥，設置 在所述套管的底部，能使所述套管內的鑽井液或水泥漿進入所述井筒內，而所述井筒內的 鑽井液或水泥漿不能反向從所述套管的底部進入所述套管內；壓力控制單向閥，設置在所 述防反流單向閥的底部，當所述套管內鑽井液的壓力達到規定值時，所述壓力控制單向閥 能與所述防反流單向閥脫開。本發明的固井裝置通過套管內的鑽井液能將兩個間隔設置在每個煤層頂部和底 部的封隔器漲開，將該煤層與套管之間的環空密封，使水泥漿只能在除煤層以外的井筒環 空流動，不再接觸煤層，從而克服了公知技術存在的缺陷，避免了水泥漿進入煤層對其造成 汙染，從而避免該段煤層滲透率的降低、有利於煤層氣的下一步開採。為了對本發明的技術特徵、目的和效果有更加清楚的理解，以下結合附圖及較佳 實施例，對本發明提出的固井裝置的具體實施方式
、結構、特徵及功效，詳細說明如後。另 外，通過具體實施方式
的說明，當可對本發明為達成預定目的所採取的技術手段及功效得 以更加深入具體的了解，然而所附圖僅是提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制。圖1是本發明的固井裝置結構示意圖；圖2是本發明的固井裝置設置進入井筒內 的狀態示意圖；圖3是本發明的固井裝置在井筒內的工作狀態示意圖。如圖所示，本發明的繞煤層固井裝置，包括套管1，通過所述套管1將一個以上的 固井裝置2串聯連接，固井裝置2的串接數量根據煤層的數量而定，在此僅以設置一個固井 裝置為例進行說明。其中，每個所述固井裝置2具有兩個間隔設置的、能向外漲開的封隔器 23、24，漲開後的所述封隔器23、24能阻隔水泥漿進入該兩個封隔器之間的環空51。所述固 井裝置2內呈中空狀，形成有與所述套管1相連通的注液通道26，以及能將水泥漿輸送到所 述兩封隔器23、24外部井筒環空52的流體通道27。在所述套管1的底部設置有防反流單 向閥3，一壓力控制單向閥4設置在所述防反流單向閥3的底部。該防反流單向閥3能使所述套管1內的鑽井液自套管1內流出，而反向不能從套管1的底部流入套管1內。當所述 套管ι內鑽井液的壓力達到規定值時，所述壓力控制單向閥4能與所述防反流單向閥3脫 開。當壓力控制單向閥4脫離防反流單向閥3後，套管1內的鑽井液或水泥漿能進入到井 筒5內，而所述井筒5內的液體不能反向從所述套管1的底部進入所述套管內。圖4是連接件與雙層中心管相連接的結構示意圖，請配合參見圖4。可選擇的方案 是，每個所述固井裝置2具有一雙層中心管25，所述雙層中心管25的兩端分別通過一中空 的連接件21、22與所述套管1相連接。所述封隔器23、24具有套設在所述雙層中心管25 外部的膠筒28，所述膠筒28的一端與所述雙層中心管25的外管壁密封連接，另一端與所 述連接件21、22密封連接，且所述膠筒28與所述雙層中心管25的外管壁間形成一儲液室 29，該儲液室29與所述套管1和連接件21、22相連通。一個優選的實施例是，在連接件21、22上至少設有微流通道210，所述微流通道 210的一端與所述儲液室29相連通，另一端通過所述連接件的內側壁與所述套管1相連通， 並且，為了使進入儲液室29內的鑽井液不能再流回套管1內，在所述微流通道210內設有 單向閥211，從而使微流通道210隻能向所述儲液室方向單向導通。進一步，所述雙層中心管25的內管251和外管252之間構成所述流體通道27。連 接在所述雙層中心管25兩端的所述連接件21、22的外側壁上分別設有進液孔222或出液 孔212，所述進液孔222和出液孔212均設置在所述封隔器23、24的外側，並與所述流體通 道27相連通。進液孔222設置在靠近所述套管1底部一側的連接件22上；而設置在套管 1上部的另一所述連接件21上設置有出液孔212。且該出液孔212位於該連接件21內側 壁上設置的所述微流通道210的通道口 213的下部。一個可行的實施例是，所述雙層中心管25的內管251延伸至外管252的外部，所 述內管251與所述連接件21、22通過三道0型密封圈密封連接。所述外管252與所述連接 件21、22通過螺紋密封相連接。本發明的固井裝置結構中，所述進出液孔222、212是和雙層中心管25之間形成的 小環空(即，流體通道27)連通，而微流通道210及其單向閥211是在連接件21、22上。雙 層中心管25的內管251的端部是靠三道密封圈和連接件21、22密封連接，如圖4所示，出 液孔212必須設在上部的連接件21的微流通道210的通道口 213的下部，而進液孔222則 必須設置在下部的連接22的微流通道210的通道口的上部。具體講，所述進、出液孔222、 212設置在雙層中心管25的內管251與連接件21、22密封連接處的內側，而連接件21、22 上設置的微流通道的通道口 213則設置在雙層中心管25的內管251與連接件21、22密封 連接處的外側。一個可選的方案是，在連接件21、22上分別設有一組HSF-7型套管外封隔器閥系， 所述閥系中具有連通所述套管1和所述儲液室29的微流通道210，以及能向所述儲液室29 方向單向導通的單向閥211。另外，為了使防反流單向閥3的閥球能保持在套管1的底部，一個可選擇的方案 是，在所述防反流單向閥3的底部設有防止閥球脫落的過渡連接件31，且該過渡連接件31 可以通過螺紋連接固定在所述防反流單向閥3的底部，其上設有通孔，從而可以使鑽井液 或水泥漿能夠從該防反流單向閥3內流出。此外，另一可行的方案是，所述壓力控制單向閥4可以通過銷釘與所述防反流單
8向閥3固定連接，如，該銷釘可與所述過渡連接件31相連接，當所述套管1內的鑽井液的壓 力大於所述銷釘的剪斷力時，能夠將銷釘剪斷，使所述壓力控制單向閥4與所述防反流單 向閥3脫開，即脫離過渡連接件31，打開套管1、固井裝置2的整個通道，使水泥漿能夠從套 管1的底部流，以便進行後續的常規固井工藝。需要說明的是，上述繞煤層固井裝置僅為方便理解而給出的一具體實施例，不能 因此理解為對本發明的限制。圖5是本發明的固井方法流程圖。如圖5所示，本發明的繞煤層固井方法是，將帶 有至少一個固井裝置2的套管1下入到井筒5內，使固井裝置2的封隔器23、24位於煤層6 頂部的上界和底部的底界處，此時，套管1的底部通過壓力控制單向閥4被封閉，鑽井液不 能從套管1、固井裝置2內流入到井筒5中。將固井裝置2下入到規定位置後，向底部呈封 閉狀態的套管1內注入鑽井液，當所述套管1內的鑽井液壓力達到第一規定壓力值時，所述 鑽井液將所有的封隔器23、24漲開，從而封閉煤層6頂部和底部之間的環空51，繼續向所述 套管1內泵注鑽井液，當所述套管1內的鑽井液壓力達到第二規定壓力值時，所述套管1的 底部被打開，後續注水泥漿固井時所述水泥漿注入除所述煤層厚度以外的井筒環空52內。 由於套管的底部被打開後，進行的泵注水泥漿固井步驟為常規技術，在此不再贅述。做可選擇的方案，所述鑽井液是經過連接固井裝置2的雙層中心管25和套管1的 連接件21、22上設置的微流通道210進入到封隔器23、24與所述雙層中心管25之間形成 的儲液室29內，將所述封隔器23、24漲開頂抵於井筒筒壁，使煤層6頂部、底部的環空形成 一密封的空間。其中，在所述套管1的底部依次設有防反流單向閥3和壓力控制單向閥4，將所述 防反流單向閥3與所述壓力控制單向閥4相向設置，在套管1的底部被壓力控制單向閥4 封閉的狀態下，不斷向套管內注入鑽井液，使套管內的壓力上升，當套管內的壓力值(第一 規定壓力值)大於設置在所述微流通道210內的單向閥211的設定壓力值時，則將該單向 閥211打開，鑽井液進入到儲液室29內，隨著繼續加入鑽井液，使封隔器23、24的膠筒28 漲開，達到密封煤層處環空的目的。由於該單向閥211的存在，進入到儲液室29內的鑽井 液不能流出，因此，能夠保持煤層處環空的密封狀態。由於鑽井液被不斷的注入，使套管1內的壓力繼續上升，當套管1內的壓力值(第 二規定壓力值)大於所述壓力控制單向閥4和防反流單向閥3之間的結合件的剪斷力時， 該壓力控制單向閥4由固井裝置2上脫落，後續注入的固井水泥漿能夠由套管1、固井裝置 2流入到井筒環空52內。另一個可選的方案，固井裝置2具有雙層中心管25，雙層中心管25的兩端分別通 過一中空的連接件21、22與所述套管1相連接，當套管1底部被打開後，進入該煤層底部下 部的井筒環空52內的鑽井液或水泥漿由靠近套管1底部一側的連接件22上設置的進液孔 222進入所述雙層中心管25的內管251和外管252之間的流體通道27，並由雙層中心管25 另一端的連接件21上設置的出液孔212流入到煤層6頂部以上的井筒環空52。其中，所述固井裝置2的雙層中心管25的長度大於該固井裝置所對應的煤層6的 厚度，以保證套設在雙層中心管25外部的封隔器23、24的膠筒28能設置於煤層6的頂部 和底部，能夠有效的將煤層封閉，使煤層不受水泥漿的汙染。為了保證首先將煤層處的環空51封閉，然後才能使泵注水泥漿時，水泥漿由套管內流入到煤層以外的井筒環空52中，單向閥211的設定壓力值應小於所述第二規定壓力 值，即小於所述壓力控制單向閥4和防反流單向閥3之間的結合件的剪斷力。本發明的繞煤層固井裝置的一個具體實例是，連接件21、22的一端和雙層中心管 25的內管251靜密封連接、和雙層中心管25的外管252為螺絲(絲扣)連接，連接件21、 22的另一端為5 1/2〃套管絲扣，該連接件21、22的材質為常規的35CrM或40Cr。連接件 21、22上沿圓周均勻分布各有六個進、出液孔222、212，該進、出液孔222、212和雙層中心管 25的內、外管251、252之間的流體通道27連通。同時，連接件21、22上安裝有HSF-7型套 管外封隔器閥系，該閥系上設有微流通道210，該微流通道210分別連通套管1和雙層中心 管25與膠筒28之間的儲液室29。而所述微流通道210與連接件21、22上均勻分布的六個 進、出液孔222、212互不連通，該微流通道210僅連通套管1和儲液室29，在套管內壓力達 到第一規定壓力值時，膠筒28可以漲開；膠筒28 —旦漲開，由於在微流通道210內設有單 向閥211，因此套管1內的壓力變化和儲液室29內的液體壓力不再有任何聯繫，即使套管1 內洩壓，膠筒28也不再收縮。其中，雙層中心管25例如可由相同長度的5 1/2"套管穿入7"的管內組成，二者 之間的小環空形成為水泥漿提供一個流動通道。當採用上述尺寸的雙層中心管時，所述封 隔器23、24的膠筒28的內徑大於7〃管外徑，並留出一定的環形空間。把該膠筒套在7〃 管兩端，並用接箍固定、密封在套管外壁上，確保膠筒膨脹後，膠筒28內的液體不洩漏、且 膠筒28不脫離開接箍。膠筒28與7"管外壁之間的環空形成所述的儲液室29。本發明的工作原理是如圖2、3所示，根據鑽井過程中鑽遇的煤層位置和厚度，確 定套管1 (套管管柱)中串聯連接的固井裝置2的數量、安裝位置和長度，以確保每級固井 裝置2的上下封隔器23、24的膠筒28位於對應煤層6的頂部和底部(俗稱煤層的上下蓋 板)。在套管柱的最下端安裝帶有剪斷銷釘的壓力控制單向閥4和常規注水泥固井裝置(圖 中未示出)，把套管1、固井裝置2下入到井筒5的預定深度後，安裝水泥頭、往套管1內泵 注鑽井液、憋壓到預定壓力值(第一規定壓力值)，同時打開每級繞煤層固井裝置2的上下 膠筒28。套管內繼續升壓，直到剪斷套管1底端的壓力控制單向閥4和防反流單向閥3之 間的結合件，壓力控制單向閥4脫落。隨後按照常規注水泥固井程序作業，向井筒5內注入 水泥漿。水泥漿在環空中上行到達煤層底部位置時，由於漲開的膠筒28封隔了煤層6處的 環空通道，水泥漿只能通過固井工具2下端的進液孔222進入雙層中心管25，再由上端的出 液孔212流出，重新進入煤層頂部的井筒環空向上流動，從而達到水泥漿不和煤層接觸的 目的。以上所述僅為本發明示意性的具體實施方式
，並非用以限定本發明的範圍。任何 本領域的技術人員，在不脫離本發明的構思和原則的前提下所作的等同變化與修改，均應 屬於本發明保護的範圍。
權利要求
一種繞煤層固井裝置，其特徵在於，所述繞煤層固井裝置包括套管；至少一個固井裝置，與所述套管相連接；所述每個固井裝置具有兩個間隔設置的、能向外漲開的封隔器，漲開後的所述封隔器能阻隔水泥漿進入該兩個封隔器之間的環空；且所述固井裝置內具有與所述套管相連通的注液通道，以及能將水泥漿輸送到所述兩封隔器外部井筒環空的流體通道；防反流單向閥，設置在所述套管的底部，能使所述套管內的鑽井液或水泥漿進入所述井筒內，而所述井筒內的鑽井液或水泥漿不能反向從所述套管的底部進入所述套管內；壓力控制單向閥，設置在所述防反流單向閥的底部，當所述套管內鑽井液的壓力達到規定值時，所述壓力控制單向閥能與所述防反流單向閥脫開。
2.如權利要求1所述的繞煤層固井裝置，其特徵在於，每個所述固井裝置具有雙層中 心管，所述雙層中心管的兩端分別通過一中空的連接件與所述套管相連接；所述封隔器具 有套設在所述雙層中心管外部的膠筒，所述膠筒的一端與所述雙層中心管的外管壁密封連 接，另一端與所述連接件密封連接，且所述膠筒與所述雙層中心管外管壁間形成一儲液室， 該儲液室與所述套管和連接件相連通。
3.如權利要求2所述的繞煤層固井裝置，其特徵在於，所述連接件上至少設有微流通 道，所述微流通道的一端與所述儲液室相連通，另一端通過所述連接件的內側壁與所述套 管相連通，且所述微流通道內設有能向所述儲液室方向導通的單向閥。
4.如權利要求3所述的繞煤層固井裝置，其特徵在於，所述雙層中心管的內管和外管 之間構成所述流體通道；連接在所述雙層中心管兩端的所述連接件外側壁上分別設有進液 孔或出液孔，所述進液孔和出液孔均設置在所述封隔器的外側，並與所述流體通道相連通， 且靠近所述套管底部一側的連接件上設置有進液孔，該進液孔位於該連接件上設置的所述 微流通道的通道口的上部；另一所述連接件上設置有出液孔，且該出液孔位於該連接件內 側壁上設置的所述微流通道的通道口的下部。
5.如權利要求2至4任一項所述的繞煤層固井裝置，其特徵在於，所述雙層中心管的內 管延伸至外管的外部，所述內管與所述連接件密封連接，所述外管與所述連接件通過螺紋 密封相連接。
6.如權利要求3所述的繞煤層固井裝置，其特徵在於，所述連接件上設有HSF-7型套管 外封隔器閥系，所述閥系中具有連通所述套管和所述儲液室的微流通道，以及能向所述儲 液室方向導通的單向閥。
7.如權利要求1所述的繞煤層固井裝置，其特徵在於，所述防反流單向閥的底部設有 過渡連接件，所述渡連接件上設有通孔；所述壓力控制單向閥通過銷釘與所述過渡連接件 相連接，當所述套管內鑽井液的壓力大於所述銷釘的剪斷力時，所述壓力控制單向閥與所 述過渡連接件脫開。
8.一種繞煤層固井方法，其特徵在於，所述繞煤層固井方法利用如權利要求1至8所述 繞煤層固井裝置，包括將帶有至少一個固井裝置的套管下入到井筒內，使固井裝置的封隔器位於煤層頂部的 上界和底部的底界處；向底部呈封閉狀態的套管內注入鑽井液，當所述套管內的鑽井液壓 力達到第一規定壓力值時，所述鑽井液將所有的封隔器漲開，從而封閉煤層頂部和底部之間的井筒環空；繼續向所述套管內泵注鑽井液，當所述套管內的鑽井液壓力達到第二規定 壓力值時，所述套管的底部被打開，然後進行泵注水泥漿固井步驟。
9.如權利要求8所述的繞煤層固井方法，其特徵在於，所述方法進一步包括所述鑽井 液經連接固井裝置的雙層中心管和套管的連接件上設置的微流通道進入封隔器與所述雙 層中心管之間形成的儲液室，將所述封隔器漲開頂抵於井筒筒壁，使煤層頂部、底部的環空 形成一密封的空間。
10.如權利要求8所述的繞煤層固井方法，其特徵在於，所述固井裝置具有雙層中心 管，雙層中心管的兩端分別通過一中空的連接件與所述套管相連接，當套管底部被打開後， 進入井筒環空內的所述水泥漿由靠近套管底部一側的連接件上設置的進液孔進入所述雙 層中心管的內管和外管之間的流體通道，並由雙層中心管另一端的連接件上設置的出液孔 進入煤層頂部以上的井筒環空。
11.如權利要求8所述的繞煤層固井方法，其特徵在於，所述固井裝置的雙層中心管的 長度大於對應煤層的厚度。
12.如權利要求10所述的繞煤層固井方法，其特徵在於，所述第一規定壓力值大於設 置在所述微流通道內的單向閥的設定壓力值，且該單向閥的設定壓力值小於所述第二規定 壓力值。
13.如權利要求8所述的繞煤層固井方法，其特徵在於，在所述套管的底部依次設有 防反流單向閥和壓力控制單向閥，將所述防反流單向閥與所述壓力控制單向閥相向設置， 其中，所述第二規定壓力值大於所述壓力控制單向閥和防反流單向閥之間的結合件的剪斷 力。
全文摘要
本發明提出一種繞煤層固井方法及裝置，其中，該繞煤層固井裝置包括套管；至少一個固井裝置，防反流單向閥及壓力控制單向閥。繞煤層固井方法是將帶有至少一個固井裝置的套管下入到井筒內，使固井裝置的封隔器位於煤層頂部的上界和底部的底界處；向底部呈封閉狀態的套管內注入鑽井液，當套管內的鑽井液壓力達到第一規定壓力值時，鑽井液將所有的封隔器漲開，封閉煤層頂部和底部之間的井筒環空；繼續向所述套管內泵注鑽井液，當套管內的鑽井液壓力達到第二規定壓力值時，套管的底部被打開，然後按常規固井工藝泵注水泥漿，此時水泥漿將注入到除煤層厚度以外的井筒環空內。本發明能使煤層不與固井水泥漿接觸，避免了固井水泥漿對煤層的傷害。
文檔編號E21B33/13GK101975041SQ201010505740
公開日2011年2月16日 申請日期2010年10月13日 優先權日2010年10月13日
發明者何愛國, 史懷忠, 李根生, 王開龍, 田中蘭, 申瑞臣, 董建輝, 黃中偉 申請人:中國石油集團鑽井工程技術研究院;中國石油大學(北京)