一种用于固井的管柱和方法与流程

本发明属于固井工艺领域，具体涉及一种用于固井的管柱和方法。

背景技术：

1、随着钻完井技术的快速发展，超深井和分支井的数量逐渐增多。超深井和分支井具有的复杂开采环境已经成为了制约石油资源开采的瓶颈之一。随着井深增加，固井时若采用全井套管固井将增加对钻机抗拉能力的要求，并且对于裸眼段长，压力窗口窄或存在多级压力等级的超深井和分支井，即使采用尾管固井，仍然存在固井压力达到地层破裂压力，从而造成井漏风险。目前虽存在采用增加套管开次方式解决此问题的技术方案，但这样会大大增加建井周期和开发成本。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种用于固井的管柱和方法。

2、根据本发明的第一方面，提供了一种用于固井的管柱。

3、所述用于固井的管柱包括：水泥头，具有若干用于注入钻井液和水泥的循环孔；连接于所述水泥头下方的钻具；尾管悬挂器，连接在所述钻具的下端；尾管部，设置于所述尾管悬挂器的下方，包括若干段尾管；浮鞋，连接在所述尾管部的下端，并具有若干单流孔；水泥浇注器，设置在相邻两段所述尾管之间，包括能够响应于外界压力而呈现开启或闭合状态的浇注孔；以及多级胶塞系统，构造成能够响应于钻井液的冲击而完成逐级释放，其中，逐级释放的所述多级胶塞系统能够依次推动水泥通过所述单流孔以及所述浇注孔完成替浆作业，并对所述用于固井的管柱进行密封，从而实现井筒内的分级固井。

4、作为对上述技术方案的拓展，本发明还提供了以下实施例：

5、所述多级胶塞系统包括设置于所述水泥头之内的多级钻杆胶塞部，以及连接在所述钻具下方的与所述多级钻杆胶塞部逐级对应的多级套管胶塞部。

6、所述多级钻杆胶塞部包括第一钻杆胶塞，所述多级套管胶塞部包括第一套管胶塞，经释放的所述第一钻杆胶塞能够带动所述第一套管胶塞向下运动至所述浮鞋的位置以形成密封，在形成密封之前，所述第一钻杆胶塞在运动过程中能够推动水泥经过所述单流孔完成替浆作业，从而实现井筒内的一级固井。

7、所述第一钻杆胶塞包括第一导向头，所述第一套管胶塞构造为中空式的结构，且所述第一导向头的外径设置为大于所述第一套管胶塞的内径。

8、所述多级钻杆胶塞部包括处于所述第一钻杆胶塞上方的第二钻杆胶塞，所述多级套管胶塞部包括设置于所述第一套管胶塞上方的第二套管胶塞，经释放的所述第二钻杆胶塞能够带动所述第二套管胶塞向下运动至所述水泥浇注器的位置并关闭所述浇注孔，在关闭所述浇注孔之前，所述第二钻杆胶塞在运动的过程中能够推动水泥经过所述浇注孔完成替浆作业，从而实现井筒内的二级固井。

9、所述第二钻井胶塞包括第二导向头，所述第二套管胶塞构造为中空式的结构，且所述第二导向头的外径设置为大于所述第二套管胶塞的内径。

10、所述水泥浇注器包括设置于其内部的打开套和关闭套，所述打开套能够响应于外界压力而发生移动从而使所述浇注孔由被所述打开套所遮挡的关闭状态转换为开启转态，所述关闭套能够响应于外界压力而发生移动，从而将所述浇注孔遮挡，使得所述浇注孔由开启状态转换为关闭状态。

11、所述关闭套的内径设置为小于所述第二套管胶塞的外径，使得当所述第二套管胶塞随所述第二钻井胶塞运动到所述关闭套所在位置时，能够在憋压力的作用下推动所述关闭套发生移动，从而完成关闭所述浇注孔的动作。

12、所述尾管悬挂器位于外层套管内部，所述水泥浇注器位于裸眼段。

13、根据本发明的第二方面，提供了一种用于固井的方法，包括：

14、步骤一：将如上所述的用于固井的管柱下入井中；

15、步骤二：向所述用于固井的管柱内注入水泥，释放所述多级胶塞系统中用于一级固井的部分，完成一级固井；

16、步骤三：使所述用于固井的管柱憋压，从而使所述浇注孔开启；

17、步骤四：向所述用于固井的管柱内注入水泥，释放所述多级胶塞系统中用于二级固井的部分，完成二级固井；

18、步骤五：重复步骤三和步骤四的操作，逐级开启所述浇注孔以及所述多级胶塞系统，完成多级固井。

19、本发明相比于现有技术的优点是：通过浮鞋、水泥浇注器以及多级胶塞系统的组合使用，在不增加套管开次的情况下，实现了井筒内的多级固井，从而实现了减小水泥一次上返高度、减少井漏风险、提高固井质量和井筒寿命以及降低建井成本的技术效果，满足了在深井、超深井以及尾管封固段较长的井筒环境下的固井需求。另外，在分支井结构中，利用根据本发明的用于固井的管柱，能够实现仅封固分支井井段。总之，根据本发明的技术方案既可以满足增储上产要求，又可以减少原井段重复下套管封固，保证了大井眼要求，同时降低了建井成本。

技术特征：

1.一种用于固井的管柱(100)，包括：

2.根据权利要求1所述的用于固井的管柱(100)，其特征在于：所述多级胶塞系统(7)包括设置于所述水泥头(1)之内的多级钻杆胶塞部(71)，以及连接在所述钻具(2)下方的与所述多级钻杆胶塞部(71)逐级对应的多级套管胶塞部(72)。

3.根据权利要求2所述的用于固井的管柱(100)，其特征在于：所述多级钻杆胶塞部(71)包括第一钻杆胶塞(711)，所述多级套管胶塞部(72)包括第一套管胶塞(721)，经释放的所述第一钻杆胶塞(711)能够带动所述第一套管胶塞(721)向下运动至所述浮鞋(5)的位置以形成密封，在形成密封之前，所述第一钻杆胶塞(711)在运动过程中能够推动水泥经过所述单流孔(51)完成替浆作业，从而实现井筒内的一级固井。

4.根据权利要求3所述的用于固井的管柱(100)，其特征在于：所述第一钻杆胶塞(711)包括第一导向头(7111)，所述第一套管胶塞(721)构造为中空式的结构，且所述第一导向头(7111)的外径设置为大于所述第一套管胶塞(721)的内径。

5.根据权利要求4所述的用于固井的管柱(100)，其特征在于：所述多级钻杆胶塞部(71)包括处于所述第一钻杆胶塞(711)上方的第二钻杆胶塞(712)，所述多级套管胶塞部(72)包括设置于所述第一套管胶塞(721)上方的第二套管胶塞(722)，经释放的所述第二钻杆胶塞(712)能够带动所述第二套管胶塞(722)向下运动至所述水泥浇注器(6)的位置并关闭所述浇注孔(61)，在关闭所述浇注孔(61)之前，所述第二钻杆胶塞(712)在运动的过程中能够推动水泥经过所述浇注孔(61)完成替浆作业，从而实现井筒内的二级固井。

6.根据权利要求5所述的用于固井的管柱(100)，其特征在于：所述第二钻井胶塞(712)包括第二导向头(7121)，所述第二套管胶塞(722)构造为中空式的结构，且所述第二导向头(7121)的外径设置为大于所述第二套管胶塞(722)的内径。

7.根据权利要求5或6所述的用于固井的管柱(100)，其特征在于：所述水泥浇注器(6)包括设置于其内部的打开套(62)和关闭套(63)，所述打开套(62)能够响应于外界压力而发生移动从而使所述浇注孔(61)由被所述打开套(62)所遮挡的关闭状态转换为开启转态，所述关闭套(63)能够响应于外界压力而发生移动，从而将所述浇注孔(61)遮挡，使得所述浇注孔(61)由开启状态转换为关闭状态。

8.根据权利要求7所述的用于固井的管柱(100)，其特征在于：所述关闭套(63)的内径设置为小于所述第二套管胶塞(722)的外径，使得当所述第二套管胶塞(722)随所述第二钻井胶塞(712)运动到所述关闭套(63)所在位置时，能够在憋压力的作用下推动所述关闭套(63)发生移动，从而完成关闭所述浇注孔(61)的动作。

9.根据权利要求8所述的用于固井的管柱(100)，其特征在于：所述尾管悬挂器(3)位于外层套管(8)内部，所述水泥浇注器(6)位于裸眼段(9)。

10.一种用于固井的方法，包括：

技术总结本发明属于固井工艺领域，具体涉及一种用于固井的管柱和方法。该用于固井的管柱包括水泥头、钻具、尾管悬挂器、尾管部、浮鞋、水泥浇注器以及多级胶塞系统等部件。得益于浮鞋、水泥浇注器以及多级胶塞系统的设置及协同作业，根据本发明的技术方案能够在不增加套管开次的情况下实现多级固井，从而达到了在超深井和分支井的固井作业中，降低井漏风险和建井成本，以及提高固井质量和井筒使用寿命的目的。技术研发人员：姚辉前,梁晓阳,王信鹏,王超,郭连超,苏东涛受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/18