CN104088601A - 一种水泥浆填充管外封隔器封窜工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水泥浆填充管外封隔器封窜工具，它主要由中心管、上接头、下接头和液压填充膨胀机构构成，其中，上接头和下接头分别设在中心管的两端，水泥浆压填充机构套装在中心管外，所述液压填充膨胀机构主要由上固定套、液压档杆、环状活塞、缸套、水泥浆单向流入阀、中固定套、填充胶筒单向阀、可膨胀胶筒、滑动密封套和下固定套构成。本发明采用从套管内外交替给环状活塞打压的方式用水泥浆充填膨胀可膨胀胶筒，可同时满足注水泥固井和用水泥浆充填液压膨胀式管外封隔器的双重工艺的实施，而且施工简单、可操作性好，浅井、深井、大斜度井均能顺利膨胀桥堵，同时还不影响其它施工工序。

Description

一种水泥浆填充管外封隔器封窜工具

技术领域

本发明涉及海上油田工程技术领域，具体是一种水泥浆填充管外封隔器封窜工具。

背景技术

在石油工业的钻井工程中，完井固井技术是在已钻好的裸眼井中下入套管，将配置好的水泥浆注入到井眼与套管的环形空间，候凝，形成一坚固的水泥环。其主要作用是：封隔油、气、水层，阻止地层间流体相互窜流，保护生产层；封隔严重漏失层、高压层或其它易坍塌等复杂地层；支撑套管和防止地下流体对套管的腐蚀。固井质量的好坏直接影响到后续采油工程以及原油采收率。而对于一口井中油气水层夹层比较薄，进行常规注水泥工艺施工，如何保证夹层固井质量，避免开采过程中油气水层的相互水窜槽，是降低生产成本，提高该井开采效率的重要途径。

国内外固井实践证明，应用膨胀式管外封隔器技术可使套管与井筒之间的环空形成桥堵，是避免异常地层压力或水泥浆凝固时失重所导致的高压油气水串通，防止固井后发生套管外油气喷冒的有效手段，同时可提高套管居中程度及稳定性，对提升固井质量有明显效果。

目前，国内用于桥堵的膨胀式管外封隔器，包括有遇油遇水自膨胀式管外封隔器和液压膨胀式管外封隔器，但与本发明有关，且国内普遍采用的是液压膨胀式结构，即用水、泥浆等流体填充封隔器达到密封效果。

初步统计，目前用于桥堵的绝大多数液压膨胀式管外封隔器填充的流体都是水或泥浆，由于水和泥浆一直是流体状态，一旦封隔器座封阀系因橡胶件老化密封失效，封隔器里面充填的水或泥浆就会流失，封隔器会因此而失去密封作用；仅有少部分液压膨胀式管外封隔器是用水泥浆充填的，水泥浆凝固后，可以实现相当长的密封作用，并且，封隔器在膨胀过程中，可以挤压围岩，使地层变得密实，进一步提高密封效果。虽然上述目前所用的水泥浆充填液压膨胀式管外封隔器具有桥堵效果好的优点，但由于下述原因，用水泥浆充填液压膨胀式管外封隔器进行桥堵使用者很少，难于推广应用：

1）目前常规的水泥浆充填液压膨胀式管外封隔器，其施工方法有两种，即内管法和全井注水泥法，但由于施工工艺的限制，这两种方法都不能同时满足注水泥固井和用水泥浆充填液压膨胀式管外封隔器的双重工艺的实施，只能进行其中一种施工工艺。

2）内管法用连续油管比较好实现，但工艺也比较复杂，操作起来比较困难，不易于推广应用。

3）全井注水泥法虽然操作起来较容易，但浪费大量水泥，且污染环境，也不易于推广应用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种施工简单、可操作性好，对浅井、深井、大斜度井均能顺利膨胀桥堵的水泥浆填充管外封隔器封窜工具。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种水泥浆填充管外封隔器封窜工具，它主要由中心管、上接头、下接头和液压填充膨胀机构构成，其中，上接头和下接头分别设在中心管的两端，所述液压填充膨胀机构主要由上固定套、液压档杆、环状活塞、缸套、水泥浆单向流入阀、中固定套、填充胶筒单向阀、可膨胀胶筒、滑动密封套和下固定套构成，所述上固定套、环状活塞、缸套、中固定套、可膨胀胶筒、滑动密封套和下固定套套装在中心管外,所述上固定套和中固定套将缸套固定，中固定套和滑动密封套将可膨胀胶筒固定，下固定套设在中心管的下端将滑动密封套挡住，所述中心管、缸套、上固定套和中固定套围成一个活塞腔，所述环状活塞位于活塞腔中，靠近活塞腔的上端且位于中心管的管壁上设有上传压孔，所述上传压孔与环状活塞之上的活塞腔连通，所述液压档杆横向设在中心管内，液压档杆的一端部将上传压孔封堵住，所述中固定套上设有下传压孔，所述下传压孔与活塞腔的下端连通，所述水泥浆单向流入阀设在下传压孔处，所述中固定套与中心管管壁之间的间隙为水泥浆通道，水泥浆通道将环状活塞之下的活塞腔与可膨胀胶筒连通，所述填充胶筒单向阀设在水泥浆通道中。

所述下固定套的内壁上设有内螺纹，所述下固定套的一端与中心管的下端螺纹连接，另一端与下接头螺纹连接。

所述上接头是由管状短节和连接套构成，所述连接套的内壁上设有内螺纹，管状短节的一端与连接套螺纹连接。

所述上固定套的内壁上设有内螺纹，所述上固定套的一端与中心管的上端螺纹连接，另一端与管状短节的另一端螺纹连接。

所述上固定套、缸套、中固定套、可膨胀胶筒和滑动密封套的外径相同。

本发明的有益效果：

1）在常规的固井技术基础上，只需通过固井泵从地面往套管内循环加压与放压的方式，即可用水泥浆往可膨胀胶筒内不断充填，直到可膨胀胶筒完全膨胀为止，不仅可同时满足注水泥固井和用水泥浆充填液压膨胀式管外封隔器的双重工艺的实施，而且施工简单、可操作性好，浅井、深井、大斜度井均能顺利膨胀桥堵，同时还不影响其它施工工序。

2）套管外封隔器膨胀后，充填压力一般在10MPa～15MPa。该压力通过胶筒作用在围岩上，对围岩有较好的压实作用，可极大提高围岩处地层对压力的隔离作用。

3）套管外封隔器在膨胀过程中，对封隔器上下的套管有直接的扶正作用，封隔器上下部位的套管外环空可以形成完整的水泥环，可提高固井质量。

4）对于油气水矛盾突出、夹层薄的地层以及固井质量难于保证的层段，该工具可以较好的提高压力隔离功能，提高开发效果。

5）对于需要压力改造，对固井质量要求高的层段，也可以安装该封隔器，提高分段改造的隔离效果。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

图1为本发明的结构示意图。

图中：1、中心管； 2、下接头； 3、上固定套；4、液压档杆；5、环状活塞；6、缸套；7、水泥浆单向流入阀；8、中固定套；9、填充胶筒单向阀；10、可膨胀胶筒；11、滑动密封套；12、下固定套；13、活塞腔；14、上传压孔；15、下传压孔；16、水泥浆通道；17、管状短节；18、连接套。

具体实施方式

如图1所示，一种水泥浆填充管外封隔器封窜工具，它主要由中心管1、上接头、下接头2和液压填充膨胀机构构成，其中，上接头和下接头2分别设在中心管1的两端，所述液压填充膨胀机构主要由上固定套3、液压档杆4、环状活塞5、缸套6、水泥浆单向流入阀7、中固定套8、填充胶筒单向阀9、可膨胀胶筒10、滑动密封套11和下固定套12构成，所述上固定套3、环状活塞5、缸套6、中固定套8、可膨胀胶筒10、滑动密封套11和下固定套12套装在中心管1外。所述上固定套3和中固定套8将缸套6固定，中固定套8和滑动密封套11将可膨胀胶筒10固定，下固定套12设在中心管1的下端将滑动密封套11挡住，具体安装方式为：下固定套12的内壁上设有内螺纹，所述下固定套12的一端与中心管1的下端螺纹连接，另一端与下接头2螺纹连接。所述中心管1、缸套6、上固定套3和中固定套8围成一个活塞腔13，所述环状活塞5位于活塞腔13中，靠近活塞腔13的上端且位于中心管1的管壁上设有上传压孔14，所述上传压孔14与环状活塞5之上的活塞腔13连通，所述液压档杆4横向设在中心管1内，液压档杆4的一端部将上传压孔14封堵住，所述中固定套8上设有下传压孔15，所述下传压孔15与活塞腔13的下端连通，所述水泥浆单向流入阀7设在下传压孔15处，所述中固定套8与中心管1管壁之间的间隙为水泥浆通道16，水泥浆通道16将环状活塞5之下的活塞腔13与可膨胀胶筒10连通，所述填充胶筒单向阀9设在水泥浆通道16中。

所述上接头是由管状短节17和连接套18构成，所述连接套18的内壁上设有内螺纹，管状短节17的一端与连接套18螺纹连接。所述上固定套3的内壁上设有内螺纹，所述上固定套3的一端与中心管1的上端螺纹连接，另一端与管状短节17的另一端螺纹连接。

所述上固定套3、缸套6、中固定套8、可膨胀胶筒10和滑动密封套11的外径相同，组装后，上固定套3、缸套6、中固定套8、可膨胀胶筒10和滑动密封套11的外圆周面是平齐的，故有一种整体感。

本发明的实施方式包括以下步骤：

1)将本发明连接到套管上，并随套管下入到井下设计被封隔位置，进行固井。

2）当固井顶替胶塞在套管内下移，并到达本发明工具的液压档杆4位置时，液压档杆4被撞断并打开上传压孔14，使套管内与环状活塞5之上的活塞腔13相通。

3）固井顶替胶塞碰压后，环状活塞5在套管内的液压作用下下行，水泥浆单向流入阀7关闭，环状活塞5之下的活塞腔13内的水泥浆被环状活塞5推入水泥浆通道16，经填充胶筒单向阀9充填到可膨胀胶筒10内，使可膨胀胶筒10膨胀。

4）井口放压后，环状活塞5之上的活塞腔13中的压力小于环状活塞5之下的活塞腔13中的压力，环状活塞5上行，填充胶筒单向阀9关闭，水泥浆单向流入阀7开启，水泥浆通过下传压孔14及与之相通的水泥浆单向流入阀7，进入到环状活塞5之下的活塞腔13，当环状活塞5达到活塞腔13的顶端时，完成一个充填动作周期。

5）然后再通过固井泵从地面往套管内加压，再使环状活塞5下行，水泥浆单向流入阀7关闭，环状活塞5之下的活塞腔13内的水泥浆被环状活塞5推入水泥浆液通道16，经填充胶筒单向阀9充填到可膨胀胶筒10内，使可膨胀胶筒10膨胀；接着井口再放压，环状活塞5上行，填充胶筒单向阀9关闭，水泥浆单向流入阀7开启，水泥浆通过下传压孔14及与之相通的水泥浆单向流入阀7，进入到环状活塞5之下的活塞腔13，当环状活塞5达到活塞腔13的顶端时，完成另一个充填动作周期。

6）重复步骤5），即可实现用水泥浆往可膨胀胶筒10内不断充填，直到可膨胀胶筒10完全膨胀为此，待水泥浆凝固后，即完成对设计被封隔位置的成功桥堵。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种水泥浆填充管外封隔器封窜工具，其特征在于：它主要由中心管、上接头、下接头和液压填充膨胀机构构成，其中，上接头和下接头分别设在中心管的两端，所述液压填充膨胀机构主要由上固定套、液压档杆、环状活塞、缸套、水泥浆单向流入阀、中固定套、填充胶筒单向阀、可膨胀胶筒、滑动密封套和下固定套构成，所述上固定套、环状活塞、缸套、中固定套、可膨胀胶筒、滑动密封套和下固定套套装在中心管外,所述上固定套和中固定套将缸套固定，中固定套和滑动密封套将可膨胀胶筒固定，下固定套设在中心管的下端将滑动密封套挡住，所述中心管、缸套、上固定套和中固定套围成一个活塞腔，所述环状活塞位于活塞腔中，靠近活塞腔的上端且位于中心管的管壁上设有上传压孔，所述上传压孔与环状活塞之上的活塞腔连通，所述液压档杆横向设在中心管内，液压档杆的一端部将上传压孔封堵住，所述中固定套上设有下传压孔，所述下传压孔与活塞腔的下端连通，所述水泥浆单向流入阀设在下传压孔处，所述中固定套与中心管管壁之间的间隙为水泥浆通道，水泥浆通道将环状活塞之下的活塞腔与可膨胀胶筒连通，所述填充胶筒单向阀设在水泥浆通道中。

2.根据权利要求1所述的水泥浆填充管外封隔器封窜工具，其特征在于：所述下固定套的内壁上设有内螺纹，所述下固定套的一端与中心管的下端螺纹连接，另一端与下接头螺纹连接。

3.根据权利要求2所述的水泥浆填充管外封隔器封窜工具，其特征在于：所述上接头是由管状短节和连接套构成，所述连接套的内壁上设有内螺纹，管状短节的一端与连接套螺纹连接。

4.根据权利要求3所述的水泥浆填充管外封隔器封窜工具，其特征在于：所述上固定套的内壁上设有内螺纹，所述上固定套的一端与中心管的上端螺纹连接，另一端与管状短节的另一端螺纹连接。

5.根据权利要求4所述的水泥浆填充管外封隔器封窜工具，其特征在于：所述上固定套、缸套、中固定套、可膨胀胶筒和滑动密封套的外径相同。