申请/专利权人：中国煤炭地质总局广东煤炭地质局勘查院

申请日：2019-03-04

公开（公告）日：2024-04-16

公开（公告）号：CN109723404B

主分类号：E21B33/13

分类号：E21B33/13;E21B33/126

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.16#授权;2019.05.31#实质审查的生效;2019.05.07#公开

摘要：煤系气探井裸眼堵漏装置，包括注浆泵、注水泵、空心钻杆和封隔器，煤系气探井的井口设置有表层套管，若干节空心钻杆由煤系气探井的井口伸入到煤系气探井内部，封隔器设置在其中一节空心钻杆的下端外部，注浆泵通过注浆管与最上一节空心钻杆上端连接，注水泵通过注水管与封隔器内壁的进气口连接，注水管沿空心钻杆内壁设置，注水管在煤系气探井的井口处穿出注浆管并与注浆管密封连接。本发明还公开了煤系气探井裸眼堵漏装置的堵漏方法。本发明有效解决了采用惰性材料、常规注水泥、下套管封隔等堵漏方法的局限性，为煤系气探井提供了一种新的堵漏装置及方法，优化泵注程序的方法，达到堵漏的目的，对煤系气资源勘查和开发具有重要现实意义。

主权项：1.煤系气探井裸眼堵漏装置，其特征在于：包括注浆泵、注水泵、空心钻杆和封隔器，注浆泵和注水泵均设置在地面上，空心钻杆串联设置有若干节，煤系气探井的井口设置有表层套管，若干节空心钻杆由煤系气探井的井口伸入到煤系气探井内部，封隔器设置在其中一节空心钻杆的下端外部，注浆泵通过注浆管与最上一节空心钻杆上端连接，注水泵通过注水管与封隔器内壁的进气口连接，注水管沿空心钻杆内壁设置，注水管在煤系气探井的井口处穿出注浆管并与注浆管密封连接；注浆管上设置有阀门和压力表，阀门临近注浆泵，压力表位于阀门和最上一节空心钻杆之间；封隔器包括垂直设置的连接套管，连接套管的上端部内壁设置有与空心钻杆的公接头对应连接在内螺纹，连接套管的下端部外壁设置有与空心钻杆的母接头对应连接在外螺纹，连接套管外圆周自上而下依次固定设置有上实心橡胶套、空心橡胶囊和下实心橡胶套，上实心橡胶套、空心橡胶囊和下实心橡胶套一体制成，连接套管上开设有与空心橡胶囊内部连通的管接头，注水管下端与管接头连接，空心橡胶囊的外壁设置有若干块钢片；上实心橡胶套的上端面与连接套管上端边沿齐平，下实心橡胶套的下端面与外螺纹上端部齐平，上实心橡胶套和下实心橡胶套的内壁与连接套管外壁螺纹连接。

全文数据：煤系气探井裸眼堵漏装置及方法技术领域本发明属于煤系气勘探技术领域，具体涉及一种煤系气探井裸眼堵漏装置及方法。背景技术复杂地层钻探中如何处理好钻孔漏失是最普遍的一个难题。由于钻孔漏失，造成钻进施工的困难，钻孔严重漏、涌水进而引起钻孔垮塌、卡埋钻具，被迫停钻处理等。钻孔漏失处理不当会引发其它孔内事故，影响钻孔质量及施工效率，甚至报废钻孔。传统处理方法主要包括惰性材料堵漏、注凝胶或水泥堵漏、下套管封隔堵漏等。具体实施过程中惰性材料堵漏效果有限；注水泥和凝胶等堵漏材料进入裂隙有限，容易出现重复性漏失，同时返高难以控制，增加钻扫塞时间；套管封隔费用高，且在井身结构已确定或井深较大时均难以实现.煤系气泛指以煤层作为烃源岩的非常规天然气，主要成分为甲烷，主要包括煤层气、煤系砂岩气及页岩气。煤系气探井较一般煤炭和煤层气探井深，为探测含气层段和指导取样工作，钻井施工过程中都会进行气测录井，要求井口钻井液返出量达到70%以上，因此煤系气探井堵漏工作显得尤为重要。煤系气探井多采用绳索取芯钻具，钻杆与井壁环空间隙小，大部分层段井径规则，扩径率低，特别是完整砂岩层段较多，适宜下封隔器封隔漏失段，通过加压的方法使凝固材料进入地层裂隙，有效封堵裂隙，同时又可以控制凝固材料返高，节省钻扫塞时间。与传统堵漏方法相比该工艺通过封隔漏失段，有效施加注浆压力，控制凝固材料进入裂隙，实现堵漏效果，不但工艺简单、成本低廉，而且有利于实现堵漏效果，应用前景广阔。发明内容本发明为了解决现有技术中常规煤系气探井堵漏时容易出现水泥塞长度难控制增加扫塞时间、出现重复性漏失和下套管封隔工序复杂、成本高的不足之处，提供一种煤系气探井裸眼堵漏装置及方法。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：煤系气探井裸眼堵漏装置，包括注浆泵、注水泵、空心钻杆和封隔器，注浆泵和注水泵均设置在地面上，空心钻杆串联设置有若干节，煤系气探井的井口设置有表层套管，若干节空心钻杆由煤系气探井的井口伸入到煤系气探井内部，封隔器设置在其中一节空心钻杆的下端外部，注浆泵通过注浆管与最上一节空心钻杆上端连接，注水泵通过注水管与封隔器内壁的进气口连接，注水管沿空心钻杆内壁设置，注水管在煤系气探井的井口处穿出注浆管并与注浆管密封连接。注浆管上设置有阀门和压力表，阀门临近注浆泵，压力表位于阀门和最上一节空心钻杆之间。封隔器包括垂直设置的连接套管，连接套管的上端部内壁设置有与空心钻杆的公接头对应连接在内螺纹，连接套管的下端部外壁设置有与空心钻杆的母接头对应连接在外螺纹，连接套管外圆周自上而下依次固定设置有上实心橡胶套、空心橡胶囊和下实心橡胶套，上实心橡胶套、空心橡胶囊和下实心橡胶套一体制成，连接套管上开设有与空心橡胶囊内部连通的管接头，注水管下端与管接头连接，空心橡胶囊的外壁设置有若干块钢片。上实心橡胶套的上端面与连接套管上端边沿齐平，下实心橡胶套的下端面与外螺纹上端部齐平，上实心橡胶套和下实心橡胶套的内壁与连接套管外壁螺纹连接。煤系气探井裸眼堵漏装置的堵漏方法，包括以下步骤，（1）对出现钻井液漏失的煤系气探井进行测井作业，获取井筒井径参数，结合钻井过程中钻井液漏失情况，确定主要漏失段的长度及距离井口的距离；（2）在煤系气探井的进口处布置注浆泵、注水泵、注浆管和注水管，根据井径参数选择合适直径的封隔器；（3）对煤系气探井内主要漏失段底部10米以下充填稠泥浆或填砂；（4）将封隔器连接到其中一节空心钻杆上，将若干节空心钻杆下入煤系气探井内，使封隔器位于漏失段顶界以上10-30米范围内井径稳定的粉砂岩或细砂岩井段处，在封隔器下方的连接套管外部还连接有1-2根空心钻杆；（5）启动注水泵，通过注水管向封隔器的空心橡胶囊内注水，使空心橡胶囊膨胀，空心橡胶囊外壁上设置的钢片与煤系气探井的井壁顶压接触，从而将漏失段封隔；（6）启动注浆泵，注浆泵将清洗液通过注浆管、空心钻孔内孔注入到漏失段，清洗液对冲洗漏失段的井壁、裂缝处附着的泥浆材料及杂物；（7）清洗漏失段完成后，启动注浆泵，泵入工业碱的稀水泥浆做前置液，前置液涂覆在漏失段的井壁上；（8）启动注浆泵，向漏失段泵入掺有加速凝剂的稠水泥浆，观察压力表的示数，待注浆泵的泵压上升至8MPa以上停止注浆泵；（9）启动注浆泵，向漏失段泵入常规泥浆替浆，采用不完全替浆的方式，在空心钻杆内留30-50米水泥浆，防止将稠水泥浆替空；（10）保持关井状态，通过压力表观察漏失段内的压力待正常泄压，水泥浆初凝后启动注水泵将封隔器内的水抽出，开始提升空心钻杆回收封隔器，侯凝；（11）水泥浆终凝后在漏失段形成水泥塞，再下钻将封堵漏失段凝固的水泥塞向下钻透；（12）效果检验：钻开水泥塞后，对比钻井液消耗情况，确定堵漏效果。步骤（6）中的清洗液主要包括清水、活性水或清洁泡沫。步骤（7）中的稀水泥浆密度为1.24-1.28gmL。步骤（8）掺有加速凝剂的稠水泥浆的密度为大于1.32gmL，水泥标号不低于42.5R，初凝时间控制在2小时内。采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明主要针对出现钻井液漏失的煤系气探井的堵漏，也可以用于钻井液漏失的煤层气探井的堵漏。在漏失段底部10米以下进行稠泥浆充填以及在漏失段上方10-30米处设置封隔器进行封隔，目的是使漏失段范围形成封闭空间，实现高压注浆目的。先泵入清洗液，使清洗液在压力作用下，以一定流速对漏失段井壁及井筒周围裂隙进行清洗，增加所注浆液与井壁（裂隙壁）胶结效果。泵入稀水泥浆做前置液，稀水泥浆密度为1.24-1.28gmL，低密度浆液起到导浆的作用，扩散范围大。待泵压上升至8MPa停止注浆，实现高压注浆，将更多水泥浆压入地层，实现范围线封堵，达到堵漏目的。步骤（10）的目的是防止突然泄压，裂缝内所注浆液返排至井筒内。综上所述，通过对漏失段下部注稠泥浆、上部采用封隔器封隔，形成封闭空间后加压注浆，实现增加注入漏失段浆量，达到堵漏效果。同时可以有效控制堵漏过程中井筒内水泥塞高度，缩短钻扫塞时间，节省工期、适用范围广。本发明有效解决了采用惰性材料、常规注水泥、下套管封隔等堵漏方法的局限性，为煤系气探井提供了一种新的堵漏装置及方法，优化泵注程序的方法，达到堵漏的目的，对煤系气资源勘查和开发具有重要现实意义。附图说明图1是本发明的结构示意图；图2是封隔器的轴向剖视图。具体实施方式如图1和图2所示，本发明的煤系气探井裸眼堵漏装置，包括注浆泵1、注水泵2、空心钻杆3和封隔器4，注浆泵1和注水泵2均设置在地面上，空心钻杆3串联设置有若干节，煤系气探井16的井口设置有表层套管5，若干节空心钻杆3由煤系气探井16的井口伸入到煤系气探井16内部，封隔器4设置在其中一节空心钻杆3的下端外部，注浆泵1通过注浆管6与最上一节空心钻杆3上端连接，注水泵2通过注水管7与封隔器4内壁的进气口连接，注水管7沿空心钻杆3内壁设置，注水管7在煤系气探井16的井口处穿出注浆管6并与注浆管6密封连接。注浆管6上设置有阀门8和压力表9，阀门8临近注浆泵1，压力表9位于阀门8和最上一节空心钻杆3之间。封隔器4包括垂直设置的连接套管10，连接套管10的上端部内壁设置有与空心钻杆3的公接头对应连接在内螺纹，连接套管10的下端部外壁设置有与空心钻杆3的母接头对应连接在外螺纹，连接套管10外圆周自上而下依次固定设置有上实心橡胶套11、空心橡胶囊12和下实心橡胶套13，上实心橡胶套11、空心橡胶囊12和下实心橡胶套13一体制成，连接套管10上开设有与空心橡胶囊12内部连通的管接头14，注水管7下端与管接头14连接，空心橡胶囊12的外壁设置有若干块钢片15。钢片15起到避免空心橡胶囊12直接与井壁顶压接触而磨损，延长空心橡胶囊12的使用寿命。上实心橡胶套11的上端面与连接套管10上端边沿齐平，下实心橡胶套13的下端面与外螺纹上端部齐平，上实心橡胶套11和下实心橡胶套13的内壁与连接套管10外壁螺纹连接。煤系气探井16裸眼堵漏装置的堵漏方法，包括以下步骤，（1）对出现钻井液漏失的煤系气探井16进行测井作业，获取井筒井径参数，结合钻井过程中钻井液漏失情况，确定主要漏失段17的长度及距离井口的距离；（2）在煤系气探井16的进口处布置注浆泵1、注水泵2、注浆管6和注水管7，根据井径参数选择合适直径的封隔器4；（3）对煤系气探井16内主要漏失段17底部10米以下充填稠泥浆或填砂18；（4）将封隔器4连接到其中一节空心钻杆3上，将若干节空心钻杆3下入煤系气探井16内，使封隔器4位于漏失段17顶界以上10-30米范围内井径稳定的粉砂岩或细砂岩井段处，在封隔器4下方的连接套管10外部还连接有1-2根空心钻杆3；（5）启动注水泵2，通过注水管7向封隔器4的空心橡胶囊12内注水，使空心橡胶囊12膨胀，空心橡胶囊12外壁上设置的钢片15与煤系气探井16的井壁顶压接触，从而将漏失段17封隔；（6）启动注浆泵1，注浆泵1将清洗液通过注浆管6、空心钻孔内孔注入到漏失段17，清洗液对冲洗漏失段17的井壁、裂缝处附着的泥浆材料及杂物；（7）清洗漏失段17完成后，启动注浆泵1，泵入工业碱的稀水泥浆做前置液，前置液涂覆在漏失段17的井壁上；（8）启动注浆泵1，向漏失段17泵入掺有加速凝剂的稠水泥浆，观察压力表9的示数，待注浆泵1的泵压上升至8MPa以上停止注浆泵1；（9）启动注浆泵1，向漏失段17泵入常规泥浆替浆，采用不完全替浆的方式，在空心钻杆3内留30-50米水泥浆，防止将稠水泥浆替空；（10）保持关井状态，通过压力表9观察漏失段17内的压力待正常泄压，水泥浆初凝后启动注水泵2将封隔器4内的水抽出，开始提升空心钻杆3回收封隔器4，侯凝；（11）水泥浆终凝后在漏失段17形成水泥塞，再下钻将封堵漏失段17凝固的水泥塞向下钻透；（12）效果检验：钻开水泥塞后，对比钻井液消耗情况，确定堵漏效果。步骤（6）中的清洗液主要包括清水、活性水或清洁泡沫。步骤（7）中的稀水泥浆密度为1.24-1.28gmL。步骤（8）掺有加速凝剂的稠水泥浆的密度为大于1.32gmL，水泥标号不低于42.5R，初凝时间控制在2小时内。本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

权利要求：1.煤系气探井裸眼堵漏装置，其特征在于：包括注浆泵、注水泵、空心钻杆和封隔器，注浆泵和注水泵均设置在地面上，空心钻杆串联设置有若干节，煤系气探井的井口设置有表层套管，若干节空心钻杆由煤系气探井的井口伸入到煤系气探井内部，封隔器设置在其中一节空心钻杆的下端外部，注浆泵通过注浆管与最上一节空心钻杆上端连接，注水泵通过注水管与封隔器内壁的进气口连接，注水管沿空心钻杆内壁设置，注水管在煤系气探井的井口处穿出注浆管并与注浆管密封连接。2.根据权利要求1所述的煤系气探井裸眼堵漏装置，其特征在于：注浆管上设置有阀门和压力表，阀门临近注浆泵，压力表位于阀门和最上一节空心钻杆之间。3.根据权利要求2所述的煤系气探井裸眼堵漏装置，其特征在于：封隔器包括垂直设置的连接套管，连接套管的上端部内壁设置有与空心钻杆的公接头对应连接在内螺纹，连接套管的下端部外壁设置有与空心钻杆的母接头对应连接在外螺纹，连接套管外圆周自上而下依次固定设置有上实心橡胶套、空心橡胶囊和下实心橡胶套，上实心橡胶套、空心橡胶囊和下实心橡胶套一体制成，连接套管上开设有与空心橡胶囊内部连通的管接头，注水管下端与管接头连接，空心橡胶囊的外壁设置有若干块钢片。4.根据权利要求3所述的煤系气探井裸眼堵漏装置，其特征在于：上实心橡胶套的上端面与连接套管上端边沿齐平，下实心橡胶套的下端面与外螺纹上端部齐平，上实心橡胶套和下实心橡胶套的内壁与连接套管外壁螺纹连接。5.采用如权利要求4所述的煤系气探井裸眼堵漏装置的堵漏方法，其特征在于：包括以下步骤，（1）对出现钻井液漏失的煤系气探井进行测井作业，获取井筒井径参数，结合钻井过程中钻井液漏失情况，确定主要漏失段的长度及距离井口的距离；（2）在煤系气探井的进口处布置注浆泵、注水泵、注浆管和注水管，根据井径参数选择合适直径的封隔器；（3）对煤系气探井内主要漏失段底部10米以下充填稠泥浆或填砂；（4）将封隔器连接到其中一节空心钻杆上，将若干节空心钻杆下入煤系气探井内，使封隔器位于漏失段顶界以上10-30米范围内井径稳定的粉砂岩或细砂岩井段处，在封隔器下方的连接套管外部还连接有1-2根空心钻杆；（5）启动注水泵，通过注水管向封隔器的空心橡胶囊内注水，使空心橡胶囊膨胀，空心橡胶囊外壁上设置的钢片与煤系气探井的井壁顶压接触，从而将漏失段封隔；（6）启动注浆泵，注浆泵将清洗液通过注浆管、空心钻孔内孔注入到漏失段，清洗液对冲洗漏失段的井壁、裂缝处附着的泥浆材料及杂物；（7）清洗漏失段完成后，启动注浆泵，泵入工业碱的稀水泥浆做前置液，前置液涂覆在漏失段的井壁上；（8）启动注浆泵，向漏失段泵入掺有加速凝剂的稠水泥浆，观察压力表的示数，待注浆泵的泵压上升至8MPa以上停止注浆泵；（9）启动注浆泵，向漏失段泵入常规泥浆替浆，采用不完全替浆的方式，在空心钻杆内留30-50米水泥浆，防止将稠水泥浆替空；（10）保持关井状态，通过压力表观察漏失段内的压力待正常泄压，水泥浆初凝后启动注水泵将封隔器内的水抽出，开始提升空心钻杆回收封隔器，侯凝；（11）水泥浆终凝后在漏失段形成水泥塞，再下钻将封堵漏失段凝固的水泥塞向下钻透；（12）效果检验：钻开水泥塞后，对比钻井液消耗情况，确定堵漏效果。6.根据权利要求5所述的煤系气探井裸眼堵漏装置的堵漏方法，其特征在于：步骤（6）中的清洗液主要包括清水、活性水或清洁泡沫。7.根据权利要求5所述的煤系气探井裸眼堵漏装置的堵漏方法，其特征在于：步骤（7）中的稀水泥浆密度为1.24-1.28gmL。8.根据权利要求5所述的煤系气探井裸眼堵漏装置的堵漏方法，其特征在于：步骤（8）掺有加速凝剂的稠水泥浆的密度为大于1.32gmL，水泥标号不低于42.5R，初凝时间控制在2小时内。

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