[发明专利]一种地面机械控制式固井工具的施工工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种地面机械控制式固井工具的施工工艺。

背景技术

目前，全世界从事地层矿产资源的勘探开采，应用的科学技术和手段，一般采用的办法不外乎有两种：一种是钻井，一种是挖掘。钻井勘探开采具有成本低、深度孔可达近万米，根据地质学说，以海拔高度为基准，海拔高度每下降100米，地层温度上升3℃左右，适用于深层、高温、高压环境下液体和有毒气体的勘探开采。挖掘勘探开采具有成本高、常温下无压力，仅适用于深度在千米左右、浅表层固体的开采。但石油、天燃气、盐卤(矿)、地热等储藏都在千米以上，且具有高温、高压或超高压、有毒的的特性，因此，钻井广泛用于石油、天燃气、盐卤(矿)、地热等地层矿产资源的勘探开采。

钻井：通俗的说法，就是利用机械设备在地层内钻孔的过程。根据钻井深度，从经济性、技术性、工艺性综合考虑，井内的各段井径尺寸不相同，井越深，钻井的开孔尺寸越大；反之，钻井的开孔尺寸则越小。井口到井底的井径尺寸是逐段缩小的。在钻井过程中，由于井径尺寸的改变和岩层的变化，有时钻井尺寸过长或因其它需要，为防止井壁的跨塌，就要用钢管(在钻井上称套管)作衬套，用水泥浆与地层井壁凝固座封，这个过程就是固井。在固井过程中，当水泥浆灌满套管与井壁之间时，水泥浆凝固需要一定时间，并不允许其流动(倒流)。灌注水泥浆，防止水泥浆倒流，达到水泥浆凝固而使用的这种工具就叫固井工具。

固井工具的工作原理和必须具备的三大基本功能：一、灌注水泥浆时---通道须畅通；二、灌注水泥浆完毕后---通道要自动关闭；三、固井成功完成后，钻井深度未达到最终尺寸时，需将开关密封机构、引鞋头等部件钻掉。

固井工具是一次性使用产品。

固井质量，分为三个等级，不成功(不合格)，成功(合格)、优质，浮箍浮鞋是把固井质量第一道关，固井不成功，成功，优质，在关井时就可呈现。固井不成功，返工浪费费用，根据井深、井段，而定套管与地层井壁的水泥浆全部报废，井越深，井段越长，费用越高，反之越小。固井成功井与优井相比，在采输过程中，成功井套管内壁是受产层腐蚀，外壁是受地层间隙腐蚀，地层腐蚀高于内壁腐蚀数信至更多。固井优质井，内壁仅是产腐蚀，根据有关数据统计，优井的套管使用年限均为十二年以上，成功井套管使用年限最短是三年，就要捅井、修井。且今后修井频率之高。以一口井深3000米的为例，捅井，修井，铣掉五根套管，周期大概二十天以上，费用在120万元左右。

长期以来，我国从事地层矿产资源开采使用的固井工具一直都是从西方国家和美国哈里伯顿石油工具公司进口的圆球、压缩弹簧式固井工具。该工具在灌注水泥浆过程中，具有阻力较大，水泥浆等杂物在弹簧内不易冲洗清除，而关闭时，压缩弹簧的摆角幅度大，圆球定向回位的可靠性较差，圆球会产生一个负压力，减小密封回位压力。综上所述，其产品主要具有以下缺点：关闭时圆球定向回位的可靠性较差，关闭后，井况条件稍差则会密封不严，造成固井质量差或固井不成功，固井成功率仅达到百分之八十左右。固井优质井率在百分之四十左右。

浮箍、浮鞋密封机构装置：从美国哈里伯顿石油工具公司进口的浮箍、浮鞋密封装置，是用圆球，压缩弹簧组成，密封座都采用金属材料，H250铸铁，圆球有电工胶木，金属材料，尼龙(PVC系列)。它的工作原理是采用液压传动的限压溢流阀，限压是密封，溢流是灌浆。浮箍：是由一个金属外筒，与套管等径，同扣(注：套管扣是8牙/英寸，锥度1∶16)上部与套管连接，内装有一组密封机构单向阀(液压装置的限压溢流阀)，浮鞋：是由一个金属外筒，上部与套管等径，同扣(注：套管扣是8牙/英寸，锥度1∶16)内装有一组密封机构单向阀(液压装置的限压溢流阀)上部与套管连接，下部与引鞋连接，引鞋的外观几何尺寸，有球面，圆锥形，材料主要有金属材料，陶磁、水泥等。

现在，我国使用浮箍、浮鞋的固井技术工艺是：将浮鞋与套管连接，装1-2根套管后，再装上浮箍，浮箍与套管连接，下放到预定位置后，水泥浆的比重根据井深，地层压力，岩石的破碎率等来确定，向套管内灌浆，水泥浆通过套管内壁到工具(浮箍、浮鞋)，引鞋返出至套管井壁外沿与地层井壁之间，(尾管灌注法)，理论计算套管内水泥浆完毕后，将水泥浆将要返到地面时，向套管内灌注清水，当水泥浆返到地面时，停止灌水，关闭井口，待水泥浆初凝，这时，在地面观察套管内水平面的变化，基本能判断固井成功，固井质量。地质状况，钻井质量，工具工况等。当套管内水泥浆返出完毕，水泥浆返至地面，实际上准确率百分之八十就算不错了。待水泥浆初凝后，下钻磨鞋，磨鞋完毕后，提钻，再下钻打捞金属残留物，提钻。一次固井作业完毕。