探讨钻井工艺中的固井新方法

摘要目前油田上所用的下套管及防止水泥浆倒灌装置的原理,说明其存在的缺点。与其对比,为克服这些缺点,提出能满足油田工艺需要的新的自灌浆固井凡尔的设计思想。并探讨该装置的结构、功能,详细说明该装置各个部分的联接组成。设计该装置的模拟实验系统。

主题词水泥浆倒灌;套管串;碰压;完钻井;环形空间;模拟试验

中图分类号TE2文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)041-0129-01

在固井作业过程中,使套管顺利下放的装置,以及注完水泥浆后,防止水泥浆倒灌的装置是必不可少的,也是非常重要的。由于在下套管的时候,井眼里充满了钻井液,使套管除了受到地球的重力以外,还要受到钻井液对它的浮力,这两个力方向相反,制约着套管串的下放。套管能否顺利下放,直接关系到下套管所用的时间,完钻井所用的时间。注完水泥浆后,用钻井液通过胶塞把水泥浆推进套管串与井壁的环形空间,由于环空里水泥浆的比重大于套管串内钻井液的比重,所以在水泥浆凝固之前,当地面关闭泥浆泵的时候,水泥浆就要返流进套管,这时,如何防止水泥浆倒灌,直接关系到固井作业的质量,乃至固井作业的成败。

1现状及设计思想

如图1 目前石油行业下套管所用的回压凡尔,是一种单向阀。它安装在套管串的下部,这样套管串在井眼里,液体只能从井口进入套管串,经单向阀流出,经套管串与井壁的环形空间,返流回地面泥浆池,完成循环,不能反向流动。

套管在刚刚下放的时候,由于套管串自身的重量大于它所受到的浮力,所以套管串很容易下入,随着套管串下入深度的增加,套管里的空气体积加大,使套管所受浮力的增加量大于他所受重力的增加量,这样会使套管下放速度越来越慢最后停止;为了继续下入套管,在井口由钻井工人向管内灌入一定量的钻井液,以增加套管串的重量,使套管能够继续下入,灌入的钻井液一定要适量,不能过多,如果过多会使套管串下放过快;也不能过少,过少会使套管串下放过慢。一口油井,在下放套管串的过程中,往往要进行多次起停操作,多次灌入钻井液,才能下到预定的深度。

图1目前油田下套管原理图

1-井壁;2-套管串;3-单向凡尔套

这样,使用原来的单向阀就存在如下缺点:

1)延长了下套管的时间;

2)使下套管作业操作困难和复杂;

3)容易出现操作失误,造成井下复杂工况及事故;

4)增加了工人的劳动强度;

5)由于人工灌注钻井液,使套管串里的空气在压缩后上喷,造成了井场环境的污染。

2新装置的应用

针对这些缺点,能够满足完钻井工艺的需要,设计了自灌浆固井凡尔,如图2这个装置也是安装在套管串的下部,此装置中间有一个可以调整的通 通道,通道的下端是一个可以控制移动的单向阀。套管在下放过程中,单向阀固定不动。井眼里的钻井液可以通过这个通道进入该装置以上的套管内部空间,完成自灌,这样套管串在下放的过程中,内外液柱压力会接衡,不需要人工灌注钻井液。套管串的下放速度可以通过调 整通道的大小来控制,套管下放到中途也可以循环钻井 液,再继续下套管时,此装置仍然可以起到自灌的作用。

通道的大小,是通过先加工好的零件控制,而且当钻井液由井口 套管串内部空腔自灌浆固井凡尔套管串与井壁间的环形空间返回地面循环时,此装置的通道在钻井液的作用下,比自动向套管里 灌注钻井液而通过该装置的通道要大得多,这样在推进水泥浆的时候,通道变大,会缩短推进水泥浆的时间,简化固井工艺。

图2自灌浆固井凡尔原理图

1-井壁;2-套管串;3-自灌浆 固井凡尔;4-可移动单向阀

水泥浆的推进是通过钻井液推进胶塞,胶塞推进水泥浆来完成的,当胶塞被钻井液推进井底预定的深度,胶塞与该装置相碰,即碰压。这时该装置通过内部结构的变化,单向阀向上移动,关闭循环通道。紧接着套管试压,然后关闭泥浆泵时水泥浆有倒灌的趋势。如何关闭循环通道、防止水泥浆倒灌,并且能够提供可靠的反向回压密封,是该装置的技术关键。

3模拟试验系统

为了检验新型自灌浆固井凡尔的设计是否合理,性能是否符合固井工艺要求,可以进行模拟试验,试验原理如图3所示 。

图3模拟实验原理图

1-自灌浆固井凡尔;2、3-压力表;4、5、6、9-液压截止阀;7、10-溢流阀;8-试压泵

本装置与套管一起下入井里预定的深度。胶塞由钻井液推动下行与该装置相碰,即碰压。然后进行套管试压,并关闭泥浆泵。在这一系列操作过程中,胶塞以及本装置的两端压力都在发生变化。试验系统完全模拟现场工况进行试验。

4结论

该装置的应用解决了原固井工艺中存在的一些问题,大大节省了下套管的时间,降低了工人的劳动强度,使下套管的操作更加简单,对于固井工艺来说是一次重大突破。

参考文献

[1]姜仁.钻井工程[M].北京:石油工业出版社,1987.

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