一種固井方法、固井組件及其潰縮式套管漂浮接箍與流程

2023-12-10 12:21:02 3

本發明涉及石油鑽探行業固井工具技術領域，特別涉及一種固井方法、固井組件及其潰縮式套管漂浮接箍。

背景技術：

在大位移水平井的固井施工過程中，將套管串在水平段順利下入存在較大困難，而採用套管漂浮技術是較為有效的技術手段；該技術的核心是採用套管漂浮接箍將水平段套管內掏空或注入低密度液體，然後利用井眼內液體浮力作用降低套管下入摩阻；目前的套管漂浮接箍主要有滑套型和盲板型兩種類型。

中國專利ZL201320293830.4、ZL201220567007.8、ZL201420767882.X、ZL200820124103.9、ZL201120358366.8等所公開的漂浮接箍結構雖有所不同，但均為滑套型，該類型的漂浮接箍不僅結構複雜，而且均需由固井膠塞將其內部結構推至井底；另外，由於其內部結構與套管內壁之間的間隙較小，一旦因套管變形或其它原因導致阻卡，將會造成嚴重的固井質量事故。

中國專利ZL201020284037.9、ZL201120119090.8所公開的均為盲板型漂浮接箍，該類型的漂浮接箍內部主要結構是由脆性材料製成的盲板，其主要不足在於其破通壓力不易準確調節；當破通壓力過低時會導致套管漂浮下套管作業失敗，而破通壓力過高時則會影響固井施工作業的順利進行，不利於安全施工。

因此，目前的套管漂浮接箍尚不能充分滿足套管漂浮技術的應用要求。

技術實現要素：

有鑑於此，本發明提供了一種潰縮式套管漂浮接箍，通過其可實現漂浮下套管作業，同時消除其內部結構在套管內發生阻卡的風險，並可準確調節其內部結構破通壓力，充分滿足套管漂浮技術的應用要求。

本發明還提供了一種應用上述潰縮式套管漂浮接箍的固井組件。

本發明還提供了一種應用上述潰縮式套管漂浮接箍的固井方法。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種潰縮式套管漂浮接箍，包括殼體以及設置在其中的分隔機構和限位機構；所述分隔機構能夠將所述殼體的內腔沿軸向分隔為兩部分；所述限位機構能夠為所述分隔機構提供朝向所述殼體高壓端的軸向支撐；

所述分隔機構由多個分隔單元組成，且為能夠在失去所述限位機構的軸向限位支撐後解體的可潰縮結構；

所述限位機構的強度小於所述分隔機構的強度。

優選的，所述分隔單元包括環形隔板和設置在所述環形隔板中心處的滑塞；

所述環形隔板由多個環形單元組成，多個所述環形單元之間的配合面具有沿徑向的分量；所述環形隔板的外側具有第一軸向限位面，所述殼體的內壁設有用於同所述第一軸向限位面配合的第二軸向限位面，能夠為所述環形隔板提供朝向所述殼體高壓端的支撐；所述環形隔板的內側為第一圓柱面；

所述滑塞的外側為用於同所述第一圓柱面配合的第二圓柱面；

所述限位機構包括剪切銷釘，所述剪切銷釘能夠穿過所述滑塞的第一限位孔和所述環形隔板的第二限位孔，且所述第一限位孔和所述第二限位孔的軸線垂直於所述殼體的軸線。

優選的，所述環形隔板外側的第一軸向限位面為錐面；所述殼體的內壁設置有錐形臺肩，所述錐形臺肩的內側錐面為所述第二軸向限位面。

優選的，所述環形單元包括第一環形單元和第二環形單元，所述第一環形單元的外側圓弧長度大於其內側圓弧長度，所述第二環形單元的外側圓弧長度小於其內側圓弧長度；所述環形隔板由所述第一環形單元和所述第二環形單元依次相間緊密排列組成。

優選的，所述環形隔板的數量為同心的多個；相鄰兩個所述環形隔板中，外層的所述環形隔板的內側，和內層的所述環形隔板的外側，分別設置有相應的軸向限位面，能夠為所述內層環形隔板提供朝向所述殼體高壓端的支撐； 最外層的所述環形隔板的外側具有所述第一軸向限位面，最內層的所述環形隔板的內側為所述第一圓柱面。

優選的，相鄰兩個所述環形隔板之間的軸向限位面為錐面。

優選的，所述環形隔板包括外環隔板和內環隔板；

所述外環隔板中的所述環形單元為扇形隔板和類梯形隔板，所述扇形隔板的外側圓弧長度大於其內側圓弧長度，所述類梯形隔板的外側圓弧長度小於其內側圓弧長度；所述外環隔板由所述扇形隔板和所述類梯形隔板依次相間緊密排列組成；

所述內環隔板的所述環形單元為第一扇形隔板、第二扇形隔板和類梯形隔板，所述第一扇形隔板和所述第二扇形隔板均為外側圓弧長度均大於內側圓弧長度，所述類梯形隔板的外側圓弧長度小於其內側圓弧長度；所述內環隔板由所述第一扇形隔板、所述第二扇形隔板和所述類梯形隔板依次相間緊密排列組成。

優選的，所述限位機構還包括輔助限位機構，能夠為所述分隔機構提供朝向所述殼體低壓端的限位作用力。

一種固井組件，包括漂浮接箍和分別連接在其兩端的兩個套管，所述漂浮接箍為上述的潰縮式套管漂浮接箍。

一種固井方法，包括步驟：

S1、用上述的潰縮式套管漂浮接箍連接套管；

S2、將低壓端套管掏空或注入低密度液體，向高壓端套管注入鑽井液；

S3、將連接好的整個套管柱在井眼內下放，到位後，從井口緩慢增壓，當達到設定的壓力時，所述限位機構被破壞，所述分隔機構以多個分隔單元散落的形式在被液流衝至井底，此時套管內液流通道完全打通，再進行後續固井作業。

從上述的技術方案可以看出，本發明提供的潰縮式套管漂浮接箍，其殼體內部的分隔機構為由多個分隔單元組成的可潰縮結構，在破通時是以碎塊散落的形式在被液流衝至井底，該過程是可預見和可控的，從而消除了在套管內發生阻卡的風險，避免產生重大固井質量事故；另一方面，能夠通過改 變限位機構的材質和直徑來精確調節破通壓力，保障固井施工的順利進行，確保充分滿足套管漂浮技術的應用要求；本方案廣泛適用於各類大位移水平的漂浮下套管作業及固井施工作業。本發明還提供了一種應用上述潰縮式套管漂浮接箍的固井組件和固井方法。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例提供的潰縮式套管漂浮接箍的內部結構示意圖；

圖2為本發明實施例提供的潰縮式套管漂浮接箍的工作原理圖。

其中：1-殼體；2-外環隔板，21-扇形隔板，22-類梯形隔板；3-內環隔板，31-第一扇形隔板，32-第二扇形隔板，33-類梯形隔板；4-滑塞；5-剪切銷釘。

具體實施方式

本發明的核心在於公開了一種潰縮式套管漂浮接箍，通過其可實現漂浮下套管作業，同時消除其內部結構在套管內發生阻卡的風險，並可準確調節其內部結構破通壓力，充分滿足套管漂浮技術的應用要求。

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

請參閱圖1和圖2，圖1為本發明實施例提供的潰縮式套管漂浮接箍的內部結構示意圖；圖2為本發明實施例提供的潰縮式套管漂浮接箍的工作原理圖。

本發明實施例提供的潰縮式套管漂浮接箍，其核心改進點在於，包括殼體1以及設置在其中的分隔機構和限位機構；分隔機構能夠將殼體1的內腔 沿軸向分隔為兩部分，分別用於同兩端連接套管配合，將一端套管內的高密度介質(如鑽井液)和另一端套管內的低密度介質(空氣或低密度液體)分隔開來；限位機構能夠為分隔機構提供朝向殼體1高壓端的軸向支撐，以承託來自一端套管內高密度介質(如鑽井液)液柱的壓力；可以理解的是，殼體1的高壓端即其與注入鑽井液套管連接的一端，低壓端即其與挖空或注入低密度液體套管連接的一端，下同；

分隔機構由多個分隔單元組成，且為能夠在失去限位機構的軸向限位支撐後解體的可潰縮結構；在限位機構提供軸向支撐時分隔機構為一個整體；

限位機構的強度小於分隔機構的強度；這樣一來，在增壓過程中，限位機構就會先於分隔機構被破壞，失去限位支撐的分隔機構就會解體潰縮。

從上述的技術方案可以看出，本發明實施例提供的潰縮式套管漂浮接箍，其殼體1內部的分隔機構為由多個分隔單元組成的可潰縮結構，在破通時是以碎塊散落的形式在被液流衝至井底，該過程是可預見和可控的，從而消除了在套管內發生阻卡的風險，避免產生重大固井質量事故；另一方面，能夠通過改變限位機構的材質和直徑來精確調節破通壓力，保障固井施工的順利進行，確保充分滿足套管漂浮技術的應用要求；本方案廣泛適用於各類大位移水平的漂浮下套管作業及固井施工作業。

分隔機構和限位機構的具體結構可以根據實際需要確定。最簡單的，分隔機構可以為由兩個分隔單元(優選均為半圓隔板)組成，這兩個分隔單元拼成一個完整的圓形，與殼體1內腔的橫截面相同，從而實現分隔效果；限位機構可以採用設置在殼體1內壁的環形支撐，對上述分隔機構起到軸向限位作用。進一步的，可以在相鄰分隔單元之間，或者分隔單元與殼體1內壁之間設置密封結構。本領域技術人員能夠進行相應的變化，將分隔機構劃分為更多數量和其他形式的分隔單元，比如採用三個、四個甚至更多的扇形隔板，其解體潰縮方式也不盡相同；對於限位機構設計為沿徑向的支撐方式或者網狀等等，在此不再贅述。

為了進一步優化上述的技術方案，本實施例中的分隔機構由儘量多的分隔單元組成，每個分隔單元的體積都儘量小，在解體後能夠有效避免阻卡。 在本方案提供的優選實施例中，分隔單元包括環形隔板和設置在環形隔板中心處的滑塞4，其結構可以參照圖1和圖2所示；

環形隔板由多個環形單元組成，多個環形單元之間的配合面具有沿徑向的分量，以便於其沿各自配合面徑向朝內移動，實現解體潰縮；環形隔板的外側具有第一軸向限位面，殼體1的內壁設有用於同第一軸向限位面配合的第二軸向限位面，能夠為環形隔板提供朝向殼體1高壓端的支撐；環形隔板的內側為第一圓柱面；

滑塞4的外側為用於同第一圓柱面配合的第二圓柱面，能夠為上述環形隔板內側提供沿徑向朝外的限位支撐；如圖所示，滑塞4為圓柱狀結構；

限位機構包括剪切銷釘5，該剪切銷釘5能夠穿過滑塞4的第一限位孔和環形隔板的第二限位孔，且第一限位孔和第二限位孔的軸線垂直於殼體1的軸線；上述結構可使殼體1內壁、環形隔板和滑塞4之間構成密閉的整體，以此可承託來自高壓端套管液柱的壓力。

可以看到，本設計中的分隔機構由多個分隔單元組成，且通過各自形狀的配合能夠裝配為整體式的結構，再通過限位機構提供支撐和維持。

在本方案提供的具體實施例中，環形隔板外側的第一軸向限位面為錐面；殼體1的內壁設置有錐形臺肩，該錐形臺肩的內側錐面即為上述的第二軸向限位面。殼體1為管狀結構，兩端均設有連接螺紋，錐形臺肩設置在其內壁的中部，該錐面可以為與殼體1同軸。當然，軸向限位面還可以採用其他方式，比如位於同一球面的圓弧形狀。

作為優選，環形單元包括第一環形單元和第二環形單元，其中第一環形單元的外側圓弧長度大於其內側圓弧長度，第二環形單元的外側圓弧長度小於其內側圓弧長度；環形隔板由數個第一環形單元和第二環形單元依次相間緊密排列組成，其結可以參照圖1和圖2所示；該結構特質可使其沿各自接觸面徑向收縮時互不約束。多個第一環形單元之間具有互換性，多個第二環形單元之間具有互換性，便於生產製造和裝配維護。

為了進一步優化上述的技術方案，環形隔板的數量為同心的多個；相鄰兩個環形隔板中，外層的環形隔板的內側，和內層的環形隔板的外側，分別 設置有相應的軸向限位面，能夠為內層環形隔板提供朝向殼體1高壓端的支撐；最外層的環形隔板的外側具有上述的第一軸向限位面，最內層的環形隔板的內側為上述的第一圓柱面。這樣一來，分隔機構就能夠由更多的分隔單元組成，每個分隔單元的體積都更小，進一步避免在解體後套管內阻卡。

作為優選，相鄰兩個環形隔板之間的軸向限位面為錐面。該錐面可以為與殼體1同軸。當然，上述軸向限位面還可以採用其他方式，比如位於同一球面的圓弧形狀，在此不再贅述。

在本方案提供的具體實施例中，環形隔板包括外環隔板2和內環隔板3；

外環隔板2中的環形單元為扇形隔板21和類梯形隔板22，其中扇形隔板21的外側圓弧長度大於其內側圓弧長度，類梯形隔板22的外側圓弧長度小於其內側圓弧長度，該結構特質可使其沿各自接觸面徑向收縮時互不約束；外環隔板2由數個扇形隔板21和類梯形隔板22依次相間緊密排列組成；優選的，組成外環隔板2的扇形隔板21和類梯形隔板22數量相同且均不少於8個；外環隔板2的環形結構內側設內錐面，外側設外錐面，位於殼體1內壁中部的錐形臺肩處；外環隔板2外側外錐面與殼體1內壁中部錐形臺肩的錐度相同，該結構特徵可使二者之間緊密接觸；

內環隔板3的環形單元為第一扇形隔板31、第二扇形隔板32和類梯形隔板33，其中第一扇形隔板31和第二扇形隔板32均為外側圓弧長度均大於內側圓弧長度，類梯形隔板33的外側圓弧長度小於其內側圓弧長度；內環隔板3由第一扇形隔板31、第二扇形隔板32和類梯形隔板33依次相間緊密排列組成；優選的，組成內環隔板3的第一扇形隔板31、第二扇形隔板32和類梯形隔板33數量相同且均不少於6個；內環隔板3的環形結構內側為圓柱面，外側設外錐面，其位於外環隔板2內側的內錐面處；外環隔板2內側內錐面與內環隔板3外側外錐面的錐度相同，該結構特徵可使二者之間緊密接觸。滑塞4為圓柱狀結構，位於內環隔板3中心，二者之間通過剪切銷釘5在類梯形隔板33處相連。上述結構可使殼體1內壁、外環隔板2、內環隔板3、滑塞4之間構成密閉的整體，以此可承託上部壓力。

進一步的，第一扇形隔板31和第二扇形隔板32之間的配合面為沿徑向。滑塞4的第一限位孔為沿徑向設置，環形隔板的第二限位孔沿徑向開設在類梯形隔板33的內側，圓柱狀結構的剪切銷釘5依次穿過第一限位孔和第二限位孔，沿殼體1的徑向裝配。作為優選，剪切銷釘5的數量與類梯形隔板33的數量相同，在殼體1的徑面上是沿周向均布的，受力結構更合理。

上述的限位機構都是為分隔機構提供朝向殼體1高壓端軸向支撐的。在正常使用時來自高壓端套管液柱的壓力能夠為分隔機構提供朝向殼體1低壓端的限位作用力，使其在軸向上被固定住。為了進一步優化上述的技術方案，限位機構還包括輔助限位機構，能夠為分隔機構提供朝向殼體1低壓端的限位作用力，以避免其在裝配等過程中不必要的軸向移動。具體的，輔助限位機構可以為設置在殼體1內壁的環形限位凸臺，環形隔板靠近殼體1高壓端一側端面的外緣設置有環形限位凹槽，其與環形限位凸臺配合實現對環形隔板朝向殼體1低壓端的限位作用力。環形隔板的內側靠近殼體1高壓端處設置有環形限位凸臺，滑塞4靠近殼體1高壓端一側端面的外緣設置有環形限位凹槽，其與環形限位凸臺配合實現對滑塞4朝向殼體1低壓端的限位作用力。其結構可以參照圖1和圖2所示。當環形隔板的數量為同心的多個時，相鄰兩個環形隔板之間具有上述的環形限位凹槽和環形限位凸臺。

下面結合具體工作方式對本方案做進一步介紹：

使用該裝置時，將殼體1連接於需要漂浮的套管段上部，其下部的套管段掏空，其上部的套管段注入鑽井液，然後將整個套管柱在井眼內下放；由於外環隔板2由殼體1內壁中部的錐形臺肩承託，內環隔板3由外環隔板2內側的內錐面承託，滑塞4通過剪切銷釘5與內環隔板3相連；因此，外環隔板2、內環隔板3和滑塞4可形成一個整體，共同承託其上部液柱壓力，始終使其下部的套管處於掏空狀態，從而使下部套管在浮力作用下順利在水平段井眼內下放；當套管下放到位後，從井口緩慢增壓，當達到設定的壓力時，如圖2所示，固定滑塞4的剪切銷釘5被剪斷，滑塞4下行並脫離內環隔板3內部，消除了對內環隔板3內側的限位，組成內環隔板3的第一扇形隔板31、第二扇形隔板32和類梯形隔板33沿外環隔板2內側內錐面下滑，同時沿各 自的接觸面徑向收縮，直到完全離開外環隔板2的內錐面後散落；隨後，組成外環隔板2的扇形隔板21和類梯形隔板22也沿著殼體1內壁中部的錐形臺肩面下滑，同時沿著各自的接觸面徑向收縮，直到離開殼體1內壁中部的錐形臺肩後散落；此時套管內液流通道完全打通，可正常進行後續固井作業。由於本方案內部結構破通時是以碎塊散落的形式在被液流衝至井底，因此不會在套管內發生阻卡；由於剪切銷釘5的直徑和材質均可根據需要精確調節，因此本方案的破通壓力可以精確控制，不會出現破通壓力不準確的情況，由此確保充分滿足套管漂浮技術的應用要求。

本發明實施例還提供了一種固井組件，包括漂浮接箍和分別連接在其兩端的兩個套管，其核心改進點在於，漂浮接箍為上述的潰縮式套管漂浮接箍。

本發明實施例還提供了一種固井方法，其核心改進點在於，包括步驟：

S1、用上述的潰縮式套管漂浮接箍連接套管；

S2、將下部(即低壓端)的套管掏空或注入低密度液體，向上部(即高壓端)的套管注入鑽井液；

S3、將連接好的整個套管柱在井眼內下放，到位後，從井口緩慢增壓，當達到設定的壓力時，限位機構被破壞，分隔機構以多個分隔單元散落的形式在被液流衝至井底，此時套管內液流通道完全打通，再進行後續固井作業。

綜上所述，本發明實施例提供的潰縮式套管漂浮接箍，包括殼體、外環隔板、內環隔板、滑塞和剪切銷釘；殼體為管狀結構，兩端均設有連接螺紋，其內壁中部設有錐形臺肩；外環隔板為環形結構，由數個扇形隔板和類梯形隔板依次相間緊密排列組成，其位於殼體內壁中部的錐形臺肩處；內環隔板為環形結構，由數個扇形隔板和類梯形隔板依次相間緊密排列組成，其位於外環隔板內側的內錐面處；滑塞為圓柱狀結構，位於內環隔板中心通過剪切銷釘相連；與現有技術相比，本方案能夠通過潰縮式內部結構消除在套管內發生阻卡的風險，避免產生重大固井質量事故；能夠通過改變剪切銷釘的材質和直徑來調節破通壓力，保障固井施工的順利進行，確保充分滿足套管漂浮技術的應用要求；廣泛適用於各類大位移水平的漂浮下套管作業及固井施 工作業。本發明實施例還提供了一種應用上述潰縮式套管漂浮接箍的固井組件和固井方法。

本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。

對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。