井套多段注漿的方法及裝置的製作方法
2023-09-11 05:43:50 1
專利名稱:井套多段注漿的方法及裝置的製作方法
本發明涉及鑽孔中井套的多段注漿的方法和裝置。特別是，本發明所涉及的井套多段注漿方法和裝置使得上套管柱在注漿的第二階段中能夠而獨立於下套管柱轉動從而保證鑽孔中任何液體的充分位移。
在各種油井開採操作中，當鑽孔已達幾千英尺深時，一個鋼套管就被放置於井中以隔出一個生產所需的地質建造或層組。該套管粘結在那兒以防止鬆散的地質建造坍落以及防止不同的地質建造的流質互相混合。此外，套管還用於防止地質建造流質進入鑽孔。不管放置鋼管的原因是什麼，除非在套管外面的鑽屑流質完全由凝固的無孔的混合物(例如水泥)所置換，鑽孔就不能適當地隔離開來。在此注漿過程中，水泥注漿通過套管柱被壓下鑽孔，然後再從套管柱外面被壓上來，從而用水泥注漿置換套管柱外面的泥漿使得套管的外圍粘結到鑽孔壁上。一個成功的注漿工作應當是使所有的鑽孔泥漿都被水泥所取代並且使水泥在流質侵入其中之前就凝固成一個保護殼。由於鑽孔很深，所以用水泥沿井套的全長置換所有的泥土是所有油井開採工作中最為困難的工作之一。如果不能獲得充分的注漿，未被置換的鑽孔泥漿仍可能通過孔道垂直遷移。
此外，在套管柱比較長的情況下，很難將水泥注漿一次性置於套管四周，因為注漿的流體密度大於鑽孔泥漿的流體密度，從而很難通過套管把注漿壓下幾千英尺深然後再由壓上幾千英尺到鑽孔口。為了克服這一局限，已採用了兩段注漿閥。這種閥首先使水泥注漿能被壓下整個套管柱並壓上鑽孔到達恰低於該閥的一個中間位置。在打開閥以後，套管柱中低於該閥的注漿的流道就被關閉了，而注漿就在該閥所在位置以上流動。這時，注漿只需被壓下套管的大約一半的長度，然後通過閥孔進入鑽孔的環形縫隙再壓上鑽孔的上部直至地面。
雖然這種兩段注漿方法簡化了把注漿壓入比較長的套管柱的工程，如果沒有套管柱的轉動或上下移動，鑽屑泥漿仍不能被完全置換。而當鑽孔不是完全垂直的或是筆直的或是其幾何形狀是橢圓形的或是偏心圓時，情況尤其是這樣，在注漿過程中套管柱的轉動或是上下移動是為了藉助於井套柱和泥漿之間的摩擦而從鑽孔的底部將泥漿清除出去使得鑽孔中的泥漿能夠被水泥置換。在鑽孔比較淺從而只需一段注漿的情況下，整個套管柱將轉動直至沿整個套管柱的全部鑽屑泥漿都被置換。
整個套管柱轉動或是上下移動也用在了兩段注漿過程中。當第一段的注漿被壓入套管並進入鑽孔的下部時，套管柱轉動以確保在第一段中的全部泥漿都被置換。可是，一旦這第一段注漿凝固了，高於多段注漿閥的套管上部就不能夠在第二段注漿過程中轉動了。這就導致在水泥上部中的鑽屑泥漿的不能被完全置換。
本發明提供了一種多段注漿的方法和裝置，從而克服了已知的用於套管柱多段注漿裝置所存在的缺陷。依照本發明，第二段注漿時上套管柱能夠獨立於下套管柱轉動，從而保證了全部鑽屑泥漿的置換。
本發明中的裝置包括一個接管機構。該機構置於中間注漿閥附近連接在上、下套管柱之間，以使在第一段注漿時整個套管柱都能轉動而在第二段或最後一段注漿時高於多段注漿閥的套管的上部能夠轉動。該接管機構有一個上襯套部分和一個下襯套部分，他們伸縮式安裝在一起，使得上襯套部分可以相對於下襯套部分垂直移動。在推薦實施例中，兩個襯套部分都有可嚙合的花鍵，當他們互相嚙合時能使整個套管柱轉動，但因上套管柱相對於下套柱移動，也能使其脫開。當花鍵處於脫開狀態時，上襯套部分和上套管可獨立於下襯套部分和下套管自由轉動。並且，由於花鍵可以自由嚙合，整個套管可以向兩個方向轉動，而且花鍵脫開後甚至可以重新嚙合。
本發明除了能使上、下套管柱獨立轉動之外，本發明的裝置可以在標準套管柱中，置於沿該套管柱的任何一個位置。這樣，只要使用具有不同摩擦接合或長度的花鍵就可完成多段注漿。此外，由於本發明的機構只用於控制在不同階段時的轉動，該機構可根據不同的特徵要求而置於套管柱中。然而，為了降低設備的造價，該接管機構可與多段注漿閥聯接而合為一個部件。
依據本發明的方法使用了前述裝置以使得上、下套管柱可以獨立轉動從而確保了所有鑽屑泥漿都被置換。使用這種方法時，鑽孔處於正常的狀態，套管被置入鑽孔中，接管機構則被安裝在套管分段注漿處的緊上面。當注漿通過套管被壓入孔底時，整個套管柱轉動以獲得所需的置換。一旦預定量的注漿被壓入套管後，將一個閥塞塞入井套，並將它壓到套管底部。然後，將一個開閥彈放入套管以開啟恰置於接管機構之下的兩段注漿閥。一旦中間閥孔開啟了，就開始第一段注漿作業。當過了足夠的時間以後，上套管向下移動從而使接管機構中的花鍵脫離嚙合狀態。於是當上套管柱單獨轉動時，第二段的注漿經上套管進行置換。當第二段的注漿完成置換後，投入一個關閉栓塞，於是中間閥孔就被關閉。當注漿的置換完成後，可將在套管柱中的各個栓塞鑽出，使鑽孔暢通。
因此，本發明提供了一種簡便的整個套管注漿的裝置和方法，能夠保證鑽屑泥漿被完全置換。
本發明的其他目的，特徵和優點將參照附圖予以說明。
參照下述對於本發明的推薦實施例的詳細敘述並參照附圖，可以更好地理解本發明。所有附圖使用統一的零部件標號。
圖1是依據本發明的裝置的部件分解透視圖。
圖2是依據本發明的裝置在嚙合狀態下的部分剖面側視圖。
圖3是依據本發明的裝置在脫離嚙合狀態下的部分剖面側視圖。
圖4是沿圖2中4-4線的剖面圖。
圖5至圖9是地下鑽孔其剖面的示意圖，它們也表示了依據本發明的方法和裝置。
首先參看圖1至圖4，其中示出了體現本發明的接管裝置10，它與串式聯接的套管柱12相連。整個套管柱12包括由接管裝置10相互連接的上套管柱14和下套管柱16。接管裝置10包括用於有選擇地將轉動扭矩從上套管柱14傳遞到下套管柱16的裝置，上、下套管柱可脫開，使上套管柱14可以在保持各套管柱相連的情況下，獨立於下套管柱轉動。
接管裝置10一般包括管狀下襯套部分18和管狀上襯套部分20。下襯套部分18靠配合螺紋22可拆卸地固定在下套管柱16上。類似地，上襯套部分20靠螺紋24可拆卸地固定在上套管柱14上。當然，接管裝置10也可以任何已知的方式與套管柱12串聯，或與用於水泥注漿作業的其它工具組合。此外，上襯套部分20還包括上襯套心軸26和上襯套套筒28，以便組裝接管裝置10。心軸26和套筒28相互固定連接並包括密封裝置30，密封裝置30防止流體從上襯套部分20所包括這些部件之間流過。
如圖2和圖3所示，下襯套部分18可伸縮地裝入上襯套部分20(更具體地說，即上襯套套筒28)。這樣，上襯套部分20可相對於下襯套部分18移動，因此，上套管柱14可相對於下套管柱12從圖2中所示位置縱向移動到圖3中所示位置。而且，上襯套心軸26的32一端作為下襯套部分18的支撐面，限制上襯套部分20相對於下襯套部分18的向下移動。相反，下襯套部分18和上襯套套筒28分別包括支撐肩34和36，以限制上套管14相對於下套管12向上移動。因此，接管裝置10的部件的縱向相對移動距離是固定的，這防止了在沒有拆卸接管裝置10的情況下，上套管柱14同下套管柱12分離。
參見圖1和圖4，其中示出了用於有選擇地將轉動扭矩從上襯套部分20傳遞到下襯套部分18，以使上套管柱14可獨立於下套管12轉動的裝置。在本發明的一個優選實施例中，這一裝置包括上襯套部分和下襯套部分上的嚙合花鍵40。這些花鍵40最好包括下襯套部分18上的一對花鍵42和上襯套部分20上的一對花鍵44。這些花鍵形成對應的縱向槽46，槽46容納接管裝置10的配合部件的花鍵。如圖所示，這些花鍵的寬度是任意的，只要對應的槽46精密地與配合花鍵的寬度相符，以使旋轉運動的損失減至最小。但在優選實施例中，花鍵42的寬度實際上小於上襯套部分20的花鍵44的寬度，這是為了降低生產成本。為得到類似結果，可採用任何數目的花鍵，或改變沿套管柱12的各段設置的各組接管部件的摩擦嚙合。此外，可改變花鍵的長度，以便在花鍵脫開之前有更大的縱向移動。
接管裝置10的裝配容許上襯套部分20相對於下襯套部分18縱向移動。在把密封件30和38放入其固定槽48中之後，將下襯套部分18裝入上襯套套筒28中，以使花鍵42嵌入槽46。此時，可將心軸26放入套筒28的端部，並旋轉心軸26，使各部件的螺紋接合，從而裝配好上襯套部分20。此時，下襯套部分18的加大了直徑的部分50位於心軸26的端部32和套筒28的支撐肩30之間。接管裝置10此時可與套管柱12相連，以進行套管柱12的多段注漿工作。
參見圖5至圖9，其中示出了設置在整個套管柱12中的接管裝置10。圖中套管柱12裝在通入地下探查可能的油氣儲量的鑽孔52中。套管柱12大致延伸到鑽孔52的底54。套管柱12包括許多在鑽井作業中起特殊作用的相連的部件。但在此僅結合使用本發明的方法所必需的部件說明本發明的方法。套管柱12包括中間閥56，它帶有可有選擇地開、閉的橫向孔58。閥56最好設置在緊靠接管裝置10下面。閥56與接管裝置10(具體地說，即與下襯套部分18)為一體。這樣，閥56將隨下襯套部分18一道旋轉，同時還大大減少了這種裝置的生產成本。
如圖5所示，包括接管裝置10和閥56的整個套管柱12一旦下到鑽孔52中，即可開始多段注漿工序。隨著整個套管柱12的旋轉，第一段水泥60通過套管柱12的內部62移動，並在鑽孔52底部54從套管柱12端部出來。套管柱12端部開有底流孔64，可使水泥注漿60進入鑽孔52。在連續的表面壓力下，水泥注漿60將在套管柱12的外部沿鑽孔52向上回流，如圖6所示。緊隨水泥注漿60，放入第一個栓塞60，以保證恆定流動，它起刮刀的作用，迫使全部水泥注漿60沿套管柱12的內部62向下。反壓力連續作用在栓塞66上，直至栓塞66到達浮箍68。浮箍68包括收縮隔板70，隔板70容納栓塞66，以封閉通過套管柱12的液體流。由於可預先確定第一段注漿所需的水泥60的體積，因此當栓塞66到達浮箍68的隔板70時，套管柱12外部的水泥柱60的高度將恰好到達閥56的橫向孔58下面，如圖7所示。這樣，隨著整個套管柱12的旋轉，第一段水泥注漿60合適地被壓出，保證鑽探泥漿的合適壓出和膠結。
仍參見圖7，第二個栓塞即「炸彈」72落入套管柱12中，以開啟中間閥56的橫向孔58。栓塞72的力使覆蓋孔58的密封環74向下移動，從而使液體可通過該孔流過。在第一段水泥注漿60合適地壓出且孔58開啟的情況下，水泥注漿60在開始第二段注漿工作之前至少可初步凝固。
在使水泥注漿60部分凝固之後，向下移動上套管柱14，以使接管裝置10的花鍵40脫開。在優選實施例中，需縱向移動上套管柱14約18英寸，以使接管裝置10的配合花鍵40脫開。但所需的移動量將取決於花鍵40的長度。花鍵脫開時，上套管柱14可獨立於下套管柱16轉動和/或往復移動。在旋轉和/或往復移動上套管柱16的同時，第二段水泥注漿80通過上套管柱16的內部62移動，如圖7所示。
參見圖8和圖9，第二段水泥注漿80沿套管柱內部62向下時，它會通過橫向孔58流入鑽孔52。由於第一段水泥注漿60已在緊靠閥56下面凝固，所以當水泥注漿80流出孔58時，它被迫在上套管柱14外部沿鑽孔52向上回流，如圖8所示。與第一段同樣，第二段水泥注漿80後跟有第三個栓塞，即封閉栓塞82，栓塞82保證水泥的充分置換。封閉栓塞到達閥56時，它與內套筒84配合併使其向下，再次封閉橫向孔58，如圖9所示。由於可預先確定所需要的水泥注漿80的體積，在第二段注漿完成後，套管柱外的水泥柱的高度將延伸至地面。在此第二段作業期間，上套管柱14連續旋轉和/或往復移動，以保證水泥注漿80的充分置換。
因此，本發明的方法和裝置可進行套管柱的多段注漿工作，同時可使上套管柱在第二段注漿期間獨立地旋轉和/或往復移動。雖對本發明的方法的說明僅是結合使用一個接管裝置的兩段注漿工作做出的，但可以採用任何數目的接管裝置進行多段注漿工作。此外，因為大部分水泥已被壓入套管柱之外的鑽孔內，所以本說明書所述的方法有效地簡化了其後的從孔中鑽出水泥的工作。因此，本發明降低了套管柱注漿工作的成本，同時為套管柱提供了很好的隔離。有效地隔離了探井中的地質層系。
以上詳細說明僅用於清楚地理解本發明，而沒有任何不必要的限制，因為熟悉本領域技術的人顯然可在不脫離權利要求
書的範圍和實質的情況下做出某些改型。
權利要求
1.送入鑽孔中並通過套管的多段水泥注漿固定在鑽孔中的套管柱串式聯接的接管裝置，該接管裝置具有一個可裝卸地固定在下套管柱上的管狀下襯套部分；一個可裝卸地固定在上套管柱上的管狀上襯套部分，該上襯套部分伸縮式地與該下襯套部分接合，因此該上套管柱可以相對於該下套管柱做縱向位移；以及有選擇地把轉動扭矩從該上襯套部分傳遞到該下襯套部分的裝置，其中該上套管柱可有選擇地獨立於該下套管柱轉動。
2.權利要求
1所限定的裝置，其特徵在於該有選擇地傳遞轉動扭矩的裝置具有嚙合花鍵裝置。
3.權利要求
2所限定的裝置，其特徵在於該花鍵裝置包括至少一個在該上襯套部分形成的花鍵和至少一個在該下襯套部分形成的花鍵，該花鍵可有選擇地嚙合，以便把轉動扭矩從該上襯套部分傳遞到該下襯套部分。
4.權利要求
1所限定的裝置，其特徵在於該上襯套部分包括一個可裝卸地固定在一個上襯套心軸上的上襯套套筒;該心軸可裝卸地固定在該上套管柱上。
5.權利要求
4所限定的裝置，其特徵在於該下襯套部分伸縮式地安裝在該上襯套部分的該上襯套套筒內。
6.送入鑽孔中並通過套管的多段水泥注漿固定在鑽孔中的套管柱串式聯接的接管裝置，該裝置具有一個可裝卸地固定在一個下套管柱上的管狀下襯套部分;一個可裝卸地固定在一個上套管柱上的管狀上襯套部分;該上襯套部分包括一個可裝卸地固定在一個上襯套心軸上的上襯套套筒;該下襯套部分伸縮式地安裝在該上襯套套筒中，因此該上套管柱可以相對於該下套管柱做縱向位移，該心軸限制該縱向位移;以及有選擇地把轉動扭矩從該上襯套部分傳遞到該下襯套部分的花鍵裝置，其中該上套管柱可以有選擇地獨立於該下套管柱轉動。
7.權利要求
6所限定的裝置，其特徵在於該花鍵裝置具有分別在該下襯套部分和該上襯套部分上形成的至少一個可嚙合的花鍵。
8.權利要求
7所限定的裝置，其特徵在於該下襯套部分包括具有至少一個在該下襯套部分的壁上形成的橫向孔的閥裝置，該閥裝置可有選擇地使該孔貫通。
9.套管柱在鑽孔內多段水泥注漿的方法，該方法包括以下步驟把一個完整的套管柱送入鑽孔，該套管柱有中間閥裝置，該中間閥裝置帶有能夠有選擇地被打開和閉合的橫向孔，該完整的套管柱包括一個上套管柱和一個下套管柱，這兩個套管柱由可有選擇地把轉動扭矩從該上套管柱傳遞到該下套管柱的裝置連接起來;轉動該完整的套管柱，此時水泥注漿通過完整的套管柱內部，通過套管柱的底流孔，並且在完整的套管柱外沿鑽孔向上回到緊靠該中間閥裝置之下的高度;把第一個栓塞裝置放入該完整的套管柱中，直到該第一個栓塞裝置封閉住該底流孔;把第二個栓塞裝置放入該完整的套管柱中，以便切斷在該閥裝置之下的循環，並打開該橫向孔，以及脫開該轉動扭矩傳遞裝置，從而使該上套管柱獨立於該下套管柱轉動，此時水泥注漿通過該上套管柱的內部，通過該橫向孔，並在該上套管柱外沿鑽孔向上回到地面。
10.權利要求
9所限定的方法，其特徵在於還包括一個在該上套管柱中放入第三個栓塞裝置的步驟，以便封閉住該閥裝置的該橫向孔。
11.權利要求
9所限定的方法，其特徵在於該轉動扭矩傳遞裝置具有一個接管裝置，該接管裝置包括一個可裝卸地固定在該上套管柱上的上襯套部分和一個可裝卸地固定在該下套管柱上的下襯套部分，該上、下襯套部分具有可嚙合的花鍵，以便有選擇地把轉動扭矩從該上襯套部分傳遞到該下襯套部分。
12.套管柱在鑽孔內多段水泥注漿的方法，該方法包括以下步驟把一個完整的套管柱送入鑽孔，該套管柱具有中間閥裝置，該中間閥裝置具有能夠被有選擇地打開和閉合的橫向孔，該完整的套管柱包括被一個接管裝置連接起來的一個上套管柱和一個下套管柱，該接管裝置具有一個可裝卸地固定在該上套管柱上的上襯套管部分和一個可裝卸地固定在該下套管部分的下襯套部分，該上、下襯套部分具有可嚙合的花鍵，以便有選擇地把轉動扭矩從該上套管柱傳遞到該下套管柱。使該接管裝置的該花鍵接合，轉動該完整的套管柱，此時使水泥注漿通過該完整的套管柱的內部，通過該套管柱的底流孔，並且在該套管柱之外沿鑽孔向上回到緊靠該中間閥裝置之下的高度;把栓塞裝置放入該完整的套管柱以封閉住該底流孔，切斷在該閥裝置之下的循環，並且打開該橫向孔;以及脫開該上襯套部分和該下襯套部分的嚙合花鍵，從而使該上套管柱獨立於該下套管柱轉動，此時使水泥注漿通過該上套管柱的內部，通過該橫向孔，並且在該套管柱之外沿鑽孔向上回到地面。
專利摘要
本發明涉及為保證鑽孔注漿的充分置換在第二階段注漿中可以使上套管柱獨立於下套管柱轉動的一種鑽孔多段注漿方法和裝置。這種裝置可方便地裝到普通的套管柱上，再把上、下套管柱連接起來。該裝置包括分別固定在上、下套管柱上的上、下襯套部分，兩襯套部分伸縮式連接，因此上襯套部分可相對於下襯套管部分位移。兩襯套部分均有花鍵，嚙合時可使完整的套管柱轉動，而脫開時則使上套管柱獨立於下套管柱轉動。
文檔編號E21B33/13GK87105805SQ87105805
公開日1988年8月31日 申請日期1987年8月25日
發明者傑裡·P·阿拉蒙, H·愛德華·林德瑟 申請人:馬斯科工業公司, 科諾科公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan