專利名稱：固井過程中“u”形管效應(yīng)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本適用新型涉及在中深井、深井固井過程中出現(xiàn)真空段的現(xiàn)象，即“U”型管效應(yīng)，消除“U”型管效應(yīng)的一種控制器。
油田井完井后向地下套管注水泥漿，來封固套管外環(huán)空段，這一過程叫做固井過程。在中深井和深井固井過程中，由于所封井段較長固井過程也相應(yīng)較長；再由于注水的水泥漿的密度大于井筒中的鉆井液的密度，在井下產(chǎn)生靜壓差。隨著水泥漿注入量的增加，出現(xiàn)井口注入壓力逐漸下降現(xiàn)象；當(dāng)靜壓差和整個(gè)系統(tǒng)阻力相等時(shí)，井口壓力為零；若繼續(xù)注入水泥漿，套管內(nèi)液柱將自由下落，井口壓力出現(xiàn)負(fù)壓，說明在井口里出現(xiàn)真空段，即“U”型管效應(yīng)?！癠”型管效應(yīng)可能在幾處發(fā)生，產(chǎn)生此效應(yīng)使注入量和從環(huán)空中排出量發(fā)生變化，使注入量小于排出量，其危害如下1)環(huán)空壓力升高，易壓漏地層，如壓漏地層而部分排出液進(jìn)入地層，又使排出量小于井口注入量，環(huán)空返速降低，使注入水泥漿在頂替井筒鉆井液過程中不產(chǎn)生紊流現(xiàn)象，則達(dá)不到頂替效果，影響固井質(zhì)量。2)在“U”型管效應(yīng)發(fā)生過程中，由于排量的變化會(huì)發(fā)生水擊現(xiàn)象，給地層、套管和地面設(shè)備帶來損害。3)由于真空段的出現(xiàn)，使該段套管內(nèi)的壓力低于外部壓力，對(duì)套管產(chǎn)生擠壓力和變形，影響水泥漿的膠結(jié)和后期抽油設(shè)備的安裝。為消除“U”型管效應(yīng)，一般在地面泵車上控制注入量，采取雙級(jí)注水泥或低密度水泥漿的措施。這些措施中，有時(shí)極不宜控制，工藝復(fù)雜和影響固井質(zhì)量；其中雙級(jí)注水泥，能解決一些問題，但工藝復(fù)雜。
本實(shí)用新型的目的在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)中不足，而提供一種在正常固井施工過程中可有效的控制“U”型管效應(yīng)發(fā)生的控制器。
本實(shí)用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來達(dá)到在套管串的下部連接限流短接，短接腔里置有通道的活塞和可伸縮的彈簧，彈簧坐立在有通道的支座架上，彈簧支承活塞?；钊麠U沿活塞套滑動(dòng)，而活塞桿上端伸出活塞套，使伸出端為葫蘆頭體，與葫蘆頭對(duì)應(yīng)的短接內(nèi)壁上形成弧形凸體環(huán)，二者之間形成可變的通道環(huán)腔。在套管串里水泥漿柱壓力作用下，作用在葫蘆頭上，通過活塞桿壓縮下部彈簧，葫蘆頭下移；隨水泥漿柱的增高，壓力增大，葫蘆頭下移距離則較長，此時(shí)葫蘆頭下移在上述弧形凸環(huán)體最小直徑處，該出過流截面積最小，可限制過流體的流速，即限制了上部流柱的下流速度，也就限制斷流段的出現(xiàn)，使上下流體不能出現(xiàn)真空段，從而實(shí)現(xiàn)本目的。
本實(shí)用新型與上述現(xiàn)有技術(shù)相比可具有如下效果在按常規(guī)程序進(jìn)行固井作業(yè)下，套管串的下部安裝本限流控制器，控制器的限流速度與上部的流柱(水泥漿)高度成正比，即流柱愈高，則限速愈大，使流速降成低速。而流柱愈高，流柱的壓力(重力)愈大，是形成“U”型管效應(yīng)的主要原因，在此情況下把液柱的流速限下來，則限制了“U”型管效應(yīng)的發(fā)生，在固井過程中可避免水泥漿柱出現(xiàn)真空段使水泥漿始終形成不中斷連續(xù)的長蛇流體柱，頂替效果好，保證固井質(zhì)量。


圖1是本實(shí)用新型全剖示圖；圖2、3是
圖1上A－A、B－B剖面圖；圖4是
圖1上C－C剖面圖。
以下結(jié)合附圖將對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明由
圖1結(jié)合2、3所示，油田鉆井完井后下入套管串以便進(jìn)行固井作業(yè)，套管串與尾部套管之間裝有起單流作用的浮箍。本實(shí)用新型是在下部套管串上連接短接1，短接1上有上、下連接的接箍。短接1腔里置有活塞(3、4)和可伸縮的彈簧9。其中彈簧9坐立在固定的下支座架10上，支座架10上有中心通道13和側(cè)翼孔道20；彈簧9的上端有可沿短接1的內(nèi)壁滑動(dòng)的上支座環(huán)板7；環(huán)板7與短接1的內(nèi)壁之間有軸向側(cè)翼通道14。活塞(3、4)上的活塞桿3穿過活塞套4坐立在環(huán)板7上，活塞桿3的上端伸出活塞套4形成似葫蘆頭2，與葫蘆頭2相對(duì)應(yīng)的短接1腔壁上形成弧形凸體環(huán)15，凸體環(huán)15與葫蘆頭2的凹形柄之間形成相對(duì)應(yīng)的環(huán)形腔16，而且此環(huán)形腔的截面積隨葫蘆頭2上下移動(dòng)發(fā)生改變?；钊?與短接1腔壁之間有軸向側(cè)翼通道17，活塞套4的徑向上有穿過短接的通孔12。
上述短接1身長較長，為了便于安裝內(nèi)部構(gòu)件可分為節(jié)(1、8)連接體，中間用接箍連接；此短接(1、8)可接于浮箍之上的套管連接處。為了保證本短接里有足夠流道，活塞套4側(cè)翼可有3個(gè)軸向均布輻射板，形如輪轂上輪輻，輪轂較長作活塞套，相同長度的輪輻可作輻射板；輻射板之間構(gòu)成軸向通道17，輻射板上有內(nèi)外連通的徑向通孔12。活塞桿3的身部為二徑柱桿，細(xì)桿部分與活塞套4之間形成環(huán)腔段18，下端有封堵絲堵5，細(xì)桿下端可穿過環(huán)板7用上、下螺母6固定。凸體環(huán)15與活塞套4之間有使活塞桿3讓葫蘆頭2上、下移動(dòng)的空腔段19。環(huán)板7的截面形狀如活塞套4，側(cè)翼有三個(gè)均勻輻射柱，輻射柱之間形成軸向通道14；環(huán)板7與短接的內(nèi)壁為滑動(dòng)裝配，而活板10是螺紋連接由下面墊環(huán)承托。上述絲堵與螺母6之間可加墊環(huán)件，短接(1、8)的下端有接頭11。
用泵車從井口向套管注入水泥漿，把井筒里鉆井液由井底從套管外環(huán)形腔頂出地面。在初始階段，注入的水泥漿柱較短，重力小，與井筒里的鉆井液還沒形成壓差，隨著注水泥漿的進(jìn)行，形成上下壓差較小之前，本控制器只起通道作用，控制器的彈簧也沒有什么變化。隨著注入的進(jìn)行，當(dāng)注入中、后階段，已注入的已形成較長的水泥漿柱，由于液體密度差的存在，上部水泥漿柱與下部鉆井液柱存在壓差外加流體動(dòng)能的作用，共同作用到控制器的葫蘆頭2上，使下部支承的彈簧9發(fā)生收縮，葫蘆頭2下移；當(dāng)下移到凸體環(huán)15最小直徑處，此時(shí)控制器里的流通面積最小，可控制流量的變化，使整個(gè)固井過程注入量與排出量一致，實(shí)現(xiàn)控制“U”型管效應(yīng)發(fā)生的目的，從而有利于提高頂替效果和固井質(zhì)量。水泥漿注入結(jié)束后，緊接著進(jìn)入頂替階段，把套管里的水泥漿頂入套管外環(huán)空封固段。頂替階段，彈簧繼續(xù)變化，葫蘆頭繼續(xù)下降過凸環(huán)體最小直徑處之下，控制器的過流面恢復(fù)正常，頂替階段結(jié)束，彈簧也恢復(fù)正常。
權(quán)利要求1.一種固井過程中“U”型管效應(yīng)控制器，完井后下入套管串，套管串與尾部套管之間裝有浮箍，其特征在于(1)在下部套管串上連接短接(1)，短接(1)腔里置有活塞(3、4)和可伸縮的彈簧(9)；(2)彈簧(9)坐立在固定的下支座架(10)上，支座架(10)上有中心通道(13)和側(cè)翼孔道(20)；彈簧(9)的上端有可沿壁滑動(dòng)的上支座環(huán)板(7)，環(huán)板(7)與腔壁間有軸向側(cè)翼通道(14)；(3)活塞(3、4)上的活塞桿(3)坐立在環(huán)板(7)上，活塞桿(3)上端伸出活塞套(4)形如葫蘆頭(2)，與葫蘆頭(2)相對(duì)應(yīng)的腔壁上有弧形凸體環(huán)(15)，二者(2、15)形成可變的環(huán)腔(16)；活塞套(4)可受環(huán)板(7)支承，活塞套(4)與腔壁間有軸向側(cè)翼通道(17)，徑向有穿過短接的通孔(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于為便于安裝可使短接為分節(jié)(1、8)連接體，短接(1、8)可接于浮箍之上的套管連接處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于活塞套(4)側(cè)翼可有三個(gè)軸向均布輻射板，輻射板之間構(gòu)成軸向通道(17)，輻射板上有內(nèi)外連通的徑向通孔(12)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于活塞桿與活塞套(3、4)之間形成環(huán)腔段(18)，下端有封堵絲堵(5)；其中活塞桿(3)下端可穿過環(huán)板(7)用螺母固定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于凸體環(huán)(15)與活塞套(4)之間有使葫蘆頭(2)上下移動(dòng)的空腔段(19)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于環(huán)板(7)側(cè)翼可有3個(gè)均布輻射柱，輻射柱之間形成軸向通道(14)。
專利摘要固井過程中“U”形管效應(yīng)控制器，可控制油田完井在固井過程中“U”形管效應(yīng)的發(fā)生，有利于固井質(zhì)量的提高。是在下入的下部套管串上接入一短接1，腔里裝有流道的活塞(3，4)和支承彈簧9，活塞桿3穿過活塞套4并沿其滑動(dòng)，活塞桿上部伸出端形如葫蘆頭2，對(duì)應(yīng)的內(nèi)壁上又形成弧形凸體環(huán)15，與葫蘆頭的頸柄部形成可變的環(huán)形腔通道。在固井進(jìn)入中、后階段，套管串里水泥漿柱較長與下部液體產(chǎn)生壓差，此壓差逐漸加大，將使彈簧9壓縮，葫蘆頭2下行，改變環(huán)形腔過流通道的截面積使其變小，過流量也減小，在這個(gè)過程中可有效的控制“U”形管效應(yīng)的發(fā)生。
文檔編號(hào)E21B33/13GK2214518SQ94247778
公開日1995年12月6日 申請(qǐng)日期1994年12月14日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月14日
發(fā)明者楊智光, 吳廣興, 徐永輝, 武永波 申請(qǐng)人:大慶石油管理局鉆井研究所