[发明专利]一种大直径工程井下套管方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大直径工程井下套管方法。

背景技术

常规小直径煤层气井、水文井、瓦斯抽排井、输氮灭火井、送冰降温井、排水通风井等虽然能起到一定程度的抽排、通风、送料等功能，但是由于直径小，工作能力有限，难以满足实际生产和工程需要，因而，大直径工程井（Ф500-1200mm）逐渐在煤矿等领域得到广泛应用。但是，大直径工程井由于井眼尺寸大、入井套管重、成井质量要求高，因而在钻井、完井过程中施工技术难度较大，尤其易发生套管折断、下套管遇阻、套管挤毁、套管下不到位、套管发生粘卡等事故。

根据以往施工经验，常规小直径工程井由于套管重量较小，设备机具能力能满足下套管提升力的要求，可以采用提吊下套管方法，即在套管底部安装浮箍，依靠钻机提升能力进行下套管作业。但大直径工程井由于直径大，所需入井套管的直径、重量大，超过钻机大钩和钻塔的最大承受能力，采用常规提吊下套管方法存在如下问题：钻机、钻塔提升能力不足，不能承受大直径工程井入井套管重量。综上所述，采用常规浮箍提吊下套管方法，不能实现大直径工程井下套管的技术要求。

发明内容

本发明的目的在于解决大直径工程井套管下管过程中钻机设备提升能力不足的难题，提供一种新型的下套管方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种大直径工程井下套管方法，采用钻机提吊和套管内灌注水泥浮力塞相结合在大直径工程井中下入套管。

首先利用钻机提吊下入套管，在下入套管的重量接近钻机安全提升能力时，在套管中相应位置安装水泥浮力塞，依靠水泥浮力塞以上空管段产生的浮力减轻套管柱的重量；下套管作业完成后，用钻头钻穿水泥浮力塞。

采用向空管段注入泥浆液体的方法来控制空管段长度，制备水泥浮力塞。

根据钻机提吊能力和入井套管重量，计算浮力塞应承受浮力；然后根据浮力塞应承受浮力计算浮力塞位置和浮力塞厚度；然后将泥浆液体注入相应套管内候凝至强度达到设计要求。

水泥浮力塞位置确定方法如下式I、Ⅱ，取两式最大值：

            Ⅰ

                        Ⅱ

式I中，钻机提吊能力——T_钻，入井套管总重——T_套管，水泥塞重量——M_水泥塞，泥浆密度——ρ_泥浆，水泥浮力塞受力面积——S_水泥塞，下入套管长度——H,水泥浮力塞上表面距井口高度即空管段长度——H_水泥塞，套管密度——ρ_套管，套管端面积——S_套管。

水泥浮力塞厚度的确定如下式Ⅲ：

            Ⅲ

式III中，水泥塞与井壁摩擦阻力——f，水泥塞密度——ρ_水泥，水泥塞水平横截面积——S，水泥塞厚度——H_厚，重力加速度——G，水泥塞周长——C。

常用的浮力塞（板）有木制浮板、钢制浮板和水泥浮塞三种类型，大直径工程井由于入井套管重量大，因而采用水泥浮力塞；且下套管作业完成后，采用略小于套管内径的钻头钻穿水泥浮力塞，不需要专门打捞浮力塞，安全隐患小。

具体的，水泥浮力塞的制作方法：首先根据水泥浮力塞在钻孔内的最大深度的抗压、抗剪强度及安全系数选择一根入井套管；其次根据计算出的水泥浮力塞位置和厚度，沿套管内壁螺旋状焊接钢筋圈，起到增加水泥塞与套管壁的摩擦力，防止浮塞整体滑动的作用；最后用地勘水泥，注入套管内候凝，等待凝固强度达到设计要求备用即可。

钻机提吊下入套管时，在套管上割孔，在孔中穿入穿杠，用钢丝绳连接钻机大钩与穿杠起吊套管，同时配合使用防套管口变形支撑板。

套管对接后，抽出穿杠，将割孔割下的圆板填入孔内，焊牢，在孔外补焊方挡板。

具体的，所述的大直径工程井下套管方法，步骤如下：

1）将套管割孔，然后从割孔中穿入穿杠，用钢丝绳连接钻机大钩与穿杠起吊入井套管；

2）套管对接前进行找正，保证管口合缝、同心；

3）确保套管连接垂直后进行焊接，确保焊缝密实、牢固，加焊4-6块加强筋；

4）套管焊接成功后，抽出穿杠，将割孔切下的圆板填入割孔内，焊牢，在割孔外补焊方挡板；

5）按（1）-（4）工序根据入井顺序依次将套管下入井内，当下入套管的重量接近钻机安全提升能力时，安装水泥浮力塞；