一种简易地质钻探孔用压力封闭止水器的设计

2012-10-08张吉亮王士磊金亮

地质装备 2012年5期

张吉亮，王士磊，金亮

（山东省煤田地质钻探工具厂，山东 272400）

随着新的钻井技术的不断出现，天然气、煤层气、地热井等资源越来越被重视，要求不断开发深部能源和难开采储量，对固井的质量也有了更高的要求。现有技术中尚无地质钻探孔水泥固井封闭专用设备，不能对固井作业水泥返高的情况进行有效控制，造成施工工程质量无法得到保障，给后续作业带来质量隐患，易发生渗漏事故。作者设计了一种简易的地质钻探孔用压力封闭止水器，经过实践证实，该设备特别适用于地质钻探工程孔水泥固井压力封闭止水。

1 概述

固井就是将水泥浆注入井壁与套管之间的环空中的过程，其目的是为了层间封隔和支撑及保护套管，固井质量的好坏直接关系到油气井的寿命和资源的保护，因此必须充分考虑固井作业的各个环节。固井作业不仅关系到油气井能否顺利完成，影响投产后油气井质量的好坏、油气井寿命的长短及油气井产量的高低，而且其成本在整个钻井工程中也占有很大的密度（占20～30%）。固井又是一个系统工程，影响因素复杂多样，具有其特殊性，主要表现在以下几个方面：

（1）固井作业是一个一次性工程，如质量不合格，即使采用挤水泥等补救方法也难以取得良好的效果。

（2）固井作业是一项系统工程、隐蔽性作业，涉及到材料、流体、化学、机械、力学等多种学科，施工时未知因素多，风险大。

（3）固井作业施工时间短，工作量大，技术性强，费用高。

固井技术发展的目标一直围绕如何进一步提高固井质量及减少固井事故等。现有技术中没有地质钻探孔水泥固井封闭专用设备，不能对固井作业水泥返高的情况进行有效控制，造成施工工程质量无法得到保障，给后续作业带来质量隐患，造成渗漏事故的发生。

2 简易止水器的设计

简易地质钻探孔用压力封闭孔止水器（图1），采取以下技术方案来实现的，由钻杆柱变径接头1、内管2、连接板3、钢球4、弹簧5、封隔器6、挡板7、外管8、大通料孔9和小通料孔10构成。连接板3焊接在外管8的内壁上，内管2一端焊接在连接板3上，内管2另一端以反丝螺纹的形式与钻杆柱变径接头1连接，封隔器6一端焊接在连接板3上，封隔器6另一端与挡板7焊接在一起，封隔器6的两侧设有小通料孔10，挡板7上中央设有大通料孔9，弹簧5一端装置钢球4，弹簧5另一端连接在挡板7上，外管8内两侧小通料孔10与大通料孔9连通。

固井作业时，将外管8插入钻探施工孔内，向钻杆柱内注入固井水泥，水泥到达封隔器6的两侧小通料孔10进入外管8内，水泥返高达到预定位置，水泥通过挡板7上大通料孔9进入封隔器6，驱使弹簧5推动钢球4，堵塞封隔器6的小通料孔10，有效控制固井作业时水泥返高的效果。

图1 地质钻探孔用压力封闭止水器结构图

3 简易止水器的应用

固井作业时，地面施工人员根据钻探施工孔的孔径，首先选择适宜口径的地质钻探孔用压力封闭孔止水器，将其连接在有效钻杆柱的最下端，并且下降到水泥返高预定位置，然后向钻杆柱内注入固井水泥，水泥到达地质钻探孔用压力封闭孔止水器后，通过封隔器上的小通料孔进入施工孔内，水泥返高达到预定位置，水泥通过挡板上的大通料孔进入封隔器，驱使弹簧推动钢球移动，堵塞封隔器上的小通料孔，水泥便不能持续进入施工孔内，实现有效控制固井作业时水泥返高的目的。