一种固井装置及固井方法与流程

1.本发明属于固井技术领域，具体涉及一种固井装置及固井方法。


背景技术：

2.固井是维持井壁稳定的重要手段。通过向井内下入固井装置，将水泥浆充满套管与井壁间的间隙，可有效解决不稳定地层的孔壁稳定性问题。在富油煤和油页岩等非常规能源开发过程中，通常需要在套管段设置与加热设备连接的管箍，管箍的内径小于套管内径。传统的固井方法要求套管内通径一致，这与非常规能源开发对套管的要求冲突。若采用传统固井方法，无法保证固井质量，且固井过程中会对与加热设备连接的管箍造成损伤，无法满足与加热设备连接的要求。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种固井装置及固井方法，克服了上述现有技术的不足。
4.为达上述目的，第一方面，本发明提供了一种固井装置，包括止回装置与注浆装置，所述止回装置上部设置有分隔装置，所述注浆装置设置于所述分隔装置上部，所述分隔装置包括工字形基座，所述工字形基座的轴向设置有液流通道，所述液流通道上端与所述注浆装置通过中心连接管连通，所述工字形基座的中部设有可膨胀的分隔组件。
5.进一步的，所述分隔组件包括胶套，所述胶套套设于所述工字形基座中部，所述工字形基座中部的侧壁设有配流孔，所述配流孔将所述胶套内部与所述液流通道连通。
6.进一步的，所述工字形基座包括中心支撑管，所述配流孔设置于所述中心支撑管的中部，所述中心支撑管上部套设有上支撑台，所述中心支撑管的下部设有下支撑台，所述胶套内壁的顶部与所述上支撑台顶部接触，所述胶套内壁的底部与所述下支撑台的底部接触，所述中心支撑管的上端螺纹连接有上锁紧头，所述上锁紧头与所述胶套之间设置有上压片，所述中心支撑管的下端螺纹连接有下锁紧头，所述下锁紧头与所述胶套之间设置有下压片，所述胶套通过上压片与下压片施加的压力进行密封固定。
7.进一步的，所述止回装置包括止回壳体，所述止回壳体下侧设有开口，所述止回壳体设有上支撑座与下支撑座，所述上支撑座开设有凹槽，所述凹槽的下方设置有球体，所述球体下侧与所述下支撑座之间设有弹簧，所述球体的上侧抵接于所述凹槽下部，所述下支撑座设有若干流通孔。
8.进一步的，所述注浆装置包括注浆壳体，所述注浆壳体下部侧壁设有水泥浆口，所述注浆壳体上部的侧壁设有高压空气注入口，所述注浆壳体中部的内壁设有上环形限位台，上环形限位台的下方设有胶塞，所述胶塞侧壁与所述注浆壳体内壁贴合，所述注浆壳体下端与所述中心连接管连接，所述液流通道内壁的下部设有下环形限位台。
9.进一步的，所述胶塞的侧壁设有多级裙边。
10.进一步的，所述上支撑台的上侧与所述下支撑台的下侧均设有多级密封台。
11.进一步的，所述止回壳体侧壁开设有若干泄流孔，所述泄流孔位于所述上支撑座
与下支撑座之间。
12.进一步的，所述中心连接管侧壁设有一级定位器与二级定位器，所述一级定位器包括定位环，所述定位环与中心连接管套接，所述定位环周侧连接有若干定位杆，所述定位杆另一端连接有定位轮。具体的，定位轮为金属材质，从而可以防止定位轮变形，确保定位效果。进一步的，定位杆与定位环通过螺纹连接，通过调整定位杆与定位环的螺纹连接长度，确保定位杆能适应不同的套管内径。
13.进一步的，一级定位器与二级定位器结构相同。进一步的，一级定位器与二级定位器中定位杆的数量均为四个，在平面上，一级定位器和二级定位器两相邻定位杆中线的夹角为45
°
，以提高定位效果。一级定位器与二级定位器可确保分隔装置在下入套管过程中不与加热设备连接的管箍接触，确保后续能正常下入加热器。
14.第二方面，本发明还提供了一种使用上述固井装置进行固井的方法，包括以下步骤：
15.s1：在地面将止回装置装配完成，再将止回装置、套管二、加热设备连接的管箍和套管一依次连接，并下入完成的钻井中；
16.s2：在地面将分隔装置与中心连接管完成装配，然后将分隔装置下入套管二中，使分隔装置下部与止回装置的上表面接触；
17.s3：将注浆装置装配完成，然后与中心连接管上端连接，连接完成下入指定位置后，从水泥浆口向中心连接管内注入固井水泥，固井水泥注入后分隔组件膨胀，分隔组件膨胀后侧壁与套管二内壁贴合，将套管二分隔成上下两部分，防止水泥浆进入套管二上部；
18.s4：待套管与井壁环空上返一定量的水泥浆后，停止注入固井水泥，从高压空气注入口向中心连接管内施压，将中心连接管内的水泥浆压入套管二外部；
19.s5：将中心连接管内的高压气体排出，再将分隔装置提至地面，完成固井作业。
20.本发明的优点是：本发明提供这种固井装置，该装置与套管和加热设备连接的管箍不会发生冲突，设置的分隔组件可以将套管二分隔成上下两部分，不仅提高了固井装置与套管之间的稳定性，而且避免了水泥浆对加热设备连接的管箍造成损伤，保障了后续加热设备的正常使用，而且适用于不同内径的套管，适用性强，注浆装置与分隔装置经清洗后可以重复使用，实用性强；本发明提供这种固井方法，可以避免在固井过程中，水泥浆对加热设备连接的管箍造成损伤，保障了后续加热设备的正常使用，降低了作业成本。
21.下面结合附图和实施例对本发明做详细说明。
附图说明
22.图1是本发明的整体结构示意图。
23.图2是本发明分隔装置的结构示意图。
24.图3是本发明止回装置的结构示意图。
25.图4是本发明注浆装置的结构示意图。
26.图5是止回装置、套管一、套管二与管箍组装后的示意图。
27.图6是本发明使用时在注浆状态下的示意图。
28.图7是本发明使用时在对胶塞施压状态下的示意图。
29.图8是固井完成后取出分隔装置时的示意图。
30.图9是一级定位器的结构示意图。
31.图10是一级定位器与二级定位器的结构示意图。
32.附图标记说明：1、止回装置；101、止回壳体；102、上支撑座；103、下支撑座；105、球体；106、弹簧；104、流通孔；2、注浆装置；201、注浆壳体；202、水泥浆口；203、高压空气注入口；204、上环形限位台；205、胶塞；206、下环形限位台；3、分隔装置；301、工字形基座；3011、中心支撑管；3012、上支撑台；3013、下支撑台；3014、上锁紧头；3015、上压片；3016、下锁紧头；3017、下压片；302、液流通道；303、分隔组件；3031、胶套；3032、配流孔；4、泄流孔；5、套管二；6、管箍；7、套管一；8、中心连接管；9、一级定位器；901、定位环；902、定位杆；903、定位轮；10、二级定位器。
具体实施方式
33.为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。
34.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
35.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“对齐”、“重叠”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
36.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
37.实施例1
38.本实施例提供了一种如图1～图10所示的固井装置，该固井装置包括止回装置1与注浆装置2，止回装置1上部设置有分隔装置3，注浆装置2设置于分隔装置3上部，分隔装置3包括工字形基座301，工字形基座301的轴向设置有液流通道302，该液流通道302用于流通水泥浆，液流通道302上端与注浆装置2通过中心连接管8连通，具体的说，中心连接管8上端设有内螺纹、下端设有外螺纹，用于和液流通道302、注浆装置2连接；工字形基座301的中部设有可膨胀的分隔组件303，在施工过程中，设置的分隔组件303可以对套管二5起到分隔的作用，从而可以避免水泥浆对加热设备连接的管箍6造成损伤，保障了后续加热设备的正常使用，降低了作业成本。而且在使用时，分隔组件303的侧壁与套管二5内壁紧密贴合，避免了在使用时固井装置出现晃动，提高了固井装置的稳定性。
39.进一步的，如图2和图6所示，分隔组件303包括胶套3031，胶套3031套设于工字形基座301中部，工字形基座301中部的侧壁设有配流孔3032，配流孔3032将胶套3031内部与液流通道302连通，在水泥浆注入到液流通道302后会从配流孔3032进入胶套3031，胶套
3031在水泥浆压力的作用下会撑开，使得胶套3031的外壁与套管二5内壁紧密贴合，从而可以起到分隔的作用。
40.进一步的，如图2所示，工字形基座301包括中心支撑管3011，配流孔3032设置于中心支撑管3011的中部，中心支撑管3011上部套设有上支撑台3012，具体的，中心支撑管3011与上支撑台3012可以是固定连接也可以是转动连接，更为具体的，中心支撑管3011与上支撑台3012采用焊接的方式进行固定，中心支撑管3011的下部设有下支撑台3013，具体的，中心支撑管3011与下支撑台3013可以是固定连接也可以是转动连接，更为具体的，中心支撑管3011与下支撑台3013采用焊接的方式进行固定，胶套3031内壁的顶部与上支撑台3012顶部接触，胶套3031内壁的底部与下支撑台3013的底部接触，中心支撑管3011的上端螺纹连接有上锁紧头3014，具体的，上锁紧头3014上部的内壁设有内螺纹，用于和中心连接管8连接，上锁紧头3014与胶套3031之间设置有上压片3015，中心支撑管3011的下端螺纹连接有下锁紧头3016，下锁紧头3016与胶套3031之间设置有下压片3017，在上锁紧头3014、下锁紧头3016拧紧后会对上压片3015、下压片3017产生压力，胶套3031通过上压片3015与下压片3017施加的压力进行密封固定。
41.进一步的，如图3和图6所示，止回装置1包括止回壳体101，止回壳体101下侧设有开口，此开口用于水泥浆的流通，止回壳体101设有上支撑座102与下支撑座103，具体的，止回壳体101与上支撑座102、下支撑座103固定连接，上支撑座102开设有凹槽，凹槽的下方设置有球体105，球体105下侧与下支撑座103之间设有弹簧106，弹簧106对球体105提供向上的弹力，使得球体105的上侧抵接于凹槽下部，下支撑座103设有若干流通孔104，在进行注浆时，球体105受到水泥浆向下的压力从而向下运动，使得水泥浆从上支撑座102的凹槽进入，并从流通孔104、止回壳体101下侧的开口流至止回装置1外部，在未注浆时，球体105通过弹簧106的弹力使得，球体105的上部与凹槽下部贴合，从而可以防止止回装置1外部的水泥浆进入套管内，起到止回的作用。
42.进一步的，如图1和图4，注浆装置2包括注浆壳体201，注浆壳体201下部侧壁设有水泥浆口202，注浆壳体201上部的侧壁设有高压空气注入口203，注浆壳体201中部的内壁设有上环形限位台204，上环形限位台204的下方设有胶塞205，胶塞205侧壁与注浆壳体201内壁贴合，具体的，胶塞205的侧壁设有多级裙边，用于分隔水泥浆和高压空气，注浆壳体201下端与中心连接管8连接，具体的，注浆壳体201下端设有与中心连接管8端部内螺纹适配的外螺纹，使得注浆壳体201与中心连接管8螺纹连接便于装配，液流通道302内壁的下部设有下环形限位台206，具体的，下环形限位台206设置在下锁紧头3016下部的内壁，下环形限位台206用于限制胶塞205的轴向位移。
43.如图6所示，在注浆时，胶塞205位于水泥浆口202的上方，待套管与井壁环空上返一定量的水泥浆后，停止注入固井水泥。如图7所示，然后从高压空气注入口203注入高压空气，将胶塞205压至下锁头下环形限位台206，使中心连接管8内的水泥浆压入套管二5外。在胶塞205与下锁头下环形限位台206接触后，排出中心连接管8内空气，将分隔装置3提至地面，清洗分隔装置3，然后可重复使用。
44.进一步的，如图2所示，上支撑台3012的上侧与下支撑台3013的下侧均设有多级密封台，在上压片3015与下压片3017压紧胶套3031时，胶套3031会压入上多级密封台内，对胶套3031与上支撑台3012、下支撑台3013的连接处形成密封。
45.进一步的，如图3所示，止回壳体101侧壁开设有若干泄流孔4，泄流孔4位于上支撑座102与下支撑座103之间，设置的泄流孔4可以快速的将上支撑座102与下支撑座103之间的水泥浆流出。
46.进一步的，如图9和图10所示，中心连接管8侧壁设有一级定位器9与二级定位器10，一级定位器9包括定位环901，定位环901与中心连接管8套接，定位环901周侧连接有若干定位杆902，定位杆902另一端连接有定位轮903，定位轮903可绕着自身轴线转动，使用时，定位轮903与套管内壁贴合对中心连接管8进行定心，防止晃动。具体的，定位轮903为金属材质，从而可以防止定位轮903变形，确保定位效果。进一步的，定位杆902与定位环901通过螺纹连接，通过调整定位杆902与定位环901的螺纹连接长度，确保定位杆902能适应不同的套管内径。
47.进一步的，如图9和图10所示，一级定位器9与二级定位器10结构相同。进一步的，一级定位器9与二级定位器10中定位杆902的数量均为四个且均匀分布，在平面上，一级定位器9和二级定位器10两相邻定位杆902中线的夹角为45
°
，以提高定位效果。一级定位器9与二级定位器10可确保分隔装置3在下入套管过程中不与加热设备连接的管箍6接触，确保后续能正常下入加热器。
48.实施例2
49.使用上述固井装置进行固井的方法，包括以下步骤：
50.s1：如图5所示，在地面将止回装置1装配完成，再将止回装置1、套管二5、加热设备连接的管箍6和套管一7依次连接，并下入完成的钻井中；
51.s2：如图1所示，在地面将分隔装置3与中心连接管8完成装配，然后将分隔装置3下入套管二5中，使分隔装置3下部与止回装置1的上表面接触，使得液流通道302位于凹槽的正上方；
52.s3：如图6所示，将注浆装置2装配完成，然后与中心连接管8上端连接，连接完成下入指定位置后，从水泥浆口202向中心连接管8内注入固井水泥，固井水泥注入后，通过配流孔3032进入分隔组件303内，使得分隔组件303膨胀，分隔组件303膨胀后侧壁与套管二5内壁贴合，将套管二5分隔成上下两部分，防止水泥浆进入套管二5上部；
53.s4：如图7所示，待套管与井壁环空上返一定量的水泥浆后，停止注入固井水泥，通过从高压空气注入口203注入高压空气(其压力可以推动胶塞205下移即可)，将胶塞205压至下锁头下环形限位台206(即向中心连接管8内施压)，使中心连接管8内的水泥浆压入套管二5外部；
54.s5：如图7和图8所示，将中心连接管8内的高压气体排出，再将分隔装置3提至地面，完成固井作业。
55.综上所述，通过上述固井方法可以避免在固井过程中，水泥浆对加热设备连接的管箍6造成损伤，保障了后续加热设备的正常使用，降低了作业成本。
56.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。