专利名称：克服注水泥过程中u形管效应的工艺及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及石油、地矿等系统钻井固井注水泥浆过程中克服U形管效应的工艺及装置。
在固井注水泥过程中，由于注入所下套管内的水泥浆密度超过套管外环形空间的钻井液密度，从而形成液柱静压差，随着注入水泥浆量的增加，该静压差越来越大，当该压差在初期小于井内液体循环所需压耗时，它仅起降低地面泵压的作用，而当它大于该所需压耗时，将迫使环空液体上返速度增加，这就造成环空液体对井壁冲刷量过大，引起井壁不稳定，导致固井质量变差;另一方面，由于套管内外静压差大于正常所需动压差，这就迫使管外液体上返流量大于地面泵入套管内的量，造成套管内形成空段。在替泥浆过程中，泵入到套管内的液体需首先用于充满该空间，充满后才逐渐使环空水泥浆以正常速度上返，在这期间由于环空水泥浆上返速度过低，导致顶替效果低，从而也使固井质量变差。
本发明的目的是提供一种克服注水泥过程中U形管效应的工艺及装置。
本发明的目的是这样实现的克服注水泥过程中U形管效应的工艺如下下套管时把降压限流装置串接在所下套管下部结构的上端，下完套管及联顶节后，把予先装好大小两坐封球的投球短节总结串接在联顶节与水泥头之间，然后打开地面泵进行循环，在地面泵压降低过程中，套管中的水泥浆与环形空间的泥浆静压差≤正常循环压耗时，小球坐封在降压限流装置的限流阀(7)上，投球前置时间可由套管的长度、小球在套管内的滑落速度及套管内流体的下行速度计算出，在地面泵压升高过程中，当从注水泥浆开始至水泥浆从套管底返出到环形空间并上升到一定高度引起套管内外静压差降低到正常循环压耗所需值时，将大球坐封到降压限流装置的内管上部，坐封内管中心孔，憋断悬挂销钉，使内管连同其以下部分一起脱落，投大球前置时间可由套管的长度、大球在套管内的滑落速度以及套管内流体的速度算出。
克服注水泥过程中U形管效应工艺所用的装置包括有投球短节总成及降压限流装置两部分，投球短节总成设于所下套管的顶端，降压限流装置设在所下套管下部结构的上端，所述的降压限流装置其外管由套管接箍(1)和外管(2)组成，在接箍上端母扣底处旋入环形悬挂头(3)，内管(5)由悬挂销钉(4)与悬挂头(3)连接，内管(5)上设有泄流孔(6)，泄流孔(6)与限流阀(7)相配合，内管中心孔内设限流阀(7)、压缩弹簧(8)和弹簧座(9)，限流阀(7)的中心是空的，弹簧座(9)与内管(5)连接，弹簧座下端沿轴向开1-100个液流通道(11)，所述的投球短节总成包括结构形态完全一样的左右两个旁通装、送球机构，其中一个旁通机构内装小直径球，另一个旁通机构内装大直径球，短节(13)中间有与短节贯通的旁通短节(14)、压紧螺帽(15)，两者相连接，旁通端面处开密封槽，内设密封垫圈(16)，以压紧螺帽中心线为中心线开孔，内设推球杆(18)，推球杆(18)的左边伸入旁通短节(14)内与其中水平放置的环形垫圈(20)相连，推球杆(18)与压紧螺帽之间设1-5个密封圈(19)，推球杆(18)的伸出端端头沿径向开孔，内插入定位销(22)，在旁通短节(14)内的环形圈(20)中放置球(21)。
使用本发明所述的工艺及装置，可根据需要人为的确定、调节套管内外液柱压差，降低固井过程中因注水泥而引起的环空液柱压力变化(先期增加、后期降低)以及由此造成的环空液体上返速度先过大、后过小的状况，避免在注水泥初期返速过高引起井壁冲涮严重的现象和注水泥后期及替泥浆初期返速过低导致顶替效率降低的现象，并可按人工予定的速度控制环形空间的流体，实现予定的返速，避免了因U形管效应引起的返速波动，有利于提高固井质量。
下面结合附图详细叙述本发明的技术解决方案。
图1为降压限流装置结构示意图。
图2为投球短节总成结构示意图。
下套管时，把降压限流装置串接在所下套管下部结构的上端，下完套管及联顶节后，下完套管及联顶节后，把予先装好大小两球的投球短节总成串接在联顶节与水泥头之间，然后按正常程序开泵循环，泥浆此时由于降压限流装置中间通道未投球，泥浆等流体可顺利由中心孔通过，由此产生的流动阻力极小，在泥浆循环过程结束前到正式注水泥浆期间，在地面泵压降低过程中，套管中的水泥浆与环形空间的泥浆静压差≤正常循环压耗时，小球坐封在降压限流装置的限流阀7上，投球前置时间可由套管的长度、小球在套管内的滑落速度及套管内流体的下行速度计算出，小球的送入过程是拨出定位销22，旋掉保护罩17，往里压推球杆18，在压入过程中不要发生旋转，使环形圈20尽可能保持水平状态，当推球杆18、环形圈20及球21往投球短节中心移动到一定位置后，球21进入投球短节的垂直通道部位，由于球自身的重力作用及泥浆的冲力作用，从环形圈20脱出下落，然后再把推球杆18向外拉到原来位置，截止保护罩17，插好定位销22，第一次投球过程结束，球靠自身重量及泥浆推力，在予定时间到达降压限流装置内的限流阀7坐封处，坐封限流阀7中心孔，此时限流阀7由于弹簧8的上推力的作用，只有当上部套管柱内液体压力大于弹簧8的上推力时，限流阀7才开始下移，泄流孔6开通，套管内液体经泄流孔6向内管5与外管2之间的环形空间及由此向下流动，在此过程中由于限流阀7的作用，使U形管效应引起的套管内压力增高被限流阀7抵消，保证套管内液体呈连续状态，故套管外环空液体上返速度始终取决于地面泵入速度。
在地面泵压升高过程中，当从注水泥浆开始至水泥浆从套管底返出到环形空间并上升到一定高度引起套管内外静压差降低到正常循环压耗所需值时，按上述第一次送入小球的程序再送入大球，投球前置时间可由套管的长度、大球在套管内的滑落速度及套管内流体的下行速度计算出，当大球坐封到降压流装置的内管上端后，坐封其上，使内管5中心孔封死，套管内压力升高到一定量时，悬挂销钉4被切断，内管5连同其以下部分自悬挂头3处向下脱开掉下，此时套管内流体经悬挂头3中心孔、内管5与外管2之间的环形空间向下流动，内管即失去降压限流作用，避免了替泥浆后期由于限流阀7的作用而引起的泵压升高。
权利要求
1.一种克服注水泥过程中U形管效应的工艺，其特征在于下套管时，把降压限流装置串接在所下套管下部结构的上端，下完套管及联顶节后，把予先装好大小两坐封球的投球短节总结串接在联顶节与水泥头之间，然后打开地面泵进行循环，在地面泵压降低过程中，套管中的水泥浆与环形空间的泥浆静压差≤正常循环压耗时，小球坐封在降压限流装置的限流阀(7)上，投球前置时间可由套管的长度、小球在套管内的滑落速度及套管内流体的下行速度计算出，在地面泵压升高过程中，当从注水泥浆开始至水泥浆从套管底返出到环形空间并上升到一定高度引起套管内外静压差降低到正常循环压耗所需值时，将大球坐封到降压限流装置的内管上部，坐封内管中心孔，憋断悬挂销钉，使内管连同其以下部分一起脱落，投大球前置时间可由套管的长度、大球在套管内的滑落速度以及套管内流体的速度算出。
2.一种使用权利要求1所述工艺的装置，其特征在于该装置包括有投球短节总成及降压限流装置两部分，投球短节总成设于所下套管的顶端，降压限流装置设在所下套管下部结构的上端，所述的降压限流装置其外管由套管接箍(1)和外管(2)组成，在接箍上端母扣底处旋入环形悬挂头(3)，内管(5)由悬挂销钉(4)与悬挂头(3)连接，内管(5)上设有泄流孔(6)，泄流孔(6)与限流阀(7)相配合，内管中心孔内设限流阀(7)、压缩弹簧(8)和弹簧座(9)，限流阀(7)的中心是空的，弹簧座(9)与内管(5)连接，弹簧座下端沿轴向开1-100个液流通道(11)，所述的投球短节总成包括结构形态完全一样的左右两个旁通装、送球机构，其中一个旁通机构内装小直径球，另一个旁通机构内装大直径球，短节(13)中间有与短节贯通的旁通短节(14)、压紧螺帽(15)，两者相连接，旁通端面处开密封槽，内设密封垫圈(16)，以压紧螺帽中心线为中心线开孔，内设推球杆(18)，推球杆(18)的左边伸入旁通短节(14)内与其中水平放置的环形垫圈(20)相连，推球杆(18)与压紧螺帽之间设1-5个密封圈(19)，推球杆(18)的伸出端端头沿径向开孔，内插入定位销(22)，在旁通短节(14)内的环形圈(20)中放置球(21)。
全文摘要
一种克服注水泥过程中U形管效应的工艺是在下套管时将降压限流装置串接在套管下部结构的上端，下完套管及联顶节后，把预先装好大小两坐封球的投球短节总成串接在联顶节与水泥头之间，根据需要通过先后投入两坐封球调节套管内外液柱压差，降低固井过程中因注水泥而引起的环空液柱压力先期增加、后期降低以及由此造成的环空液体上返速度先过大后过小的状况，避免在注水泥初期返速过高引起井壁冲涮严重的现象和注水泥后期及替泥浆初期返速过低导致顶替效率降低的现象，提高固井质量。
文档编号E21B33/13GK1108731SQ94110119
公开日1995年9月20日 申请日期1994年3月17日 优先权日1994年3月17日
发明者李学军, 张向炜 申请人:李学军