[发明专利]油井分段水泥灌浆用的金属板

说明书

技术领域

本发明涉及完成油井中的步骤，其中从地面延伸的外套管和较小直径内套管之间的环形空间填充水泥。 

背景技术

在通过地面钻井的最初阶段，遇到土壤、砂、砾石、疏松岩石和其他疏松物质的区域。为了在这个不稳定的地下物质区域中使环绕产油管柱的套管柱稳定，外套管随推进钻头降下。当达到更加稳定的地层时，外套管终止然后降下内套管以完成钻井。 

外套管可延伸到1,000英尺/330米的深度，或更多，并且要求其向钻井作业提供屏障并且在地面的较上层(其中地下为疏松物质)保护和稳定内套管。一旦钻井到达地层更加坚实的部分时，只有内套管被降到最终的钻井深度，其可以是4,000英尺/1300米，或更多。通过在两个套管之间的环形空间浇注水泥使内套管稳定并且牢牢地固定在适当位置。 

当在外套管底部下存在循环漏失区时，分段水泥灌浆(stage-cementing)工具的目的是使操作者能够用水泥浆填充内和外表面套管柱之间的环形空间。循环漏失区是其中水泥浆、钻井泥浆或其他流体不能容纳在井孔中并且消散和流失在周围的地层中的区域。这是不期望的状况并且必须纠正。 

一个常规的分段水泥灌浆工具由膨胀式封隔器元件和在封隔器上的分流工具(DV工具)组成。这个工具连接到内套管并且在井中移动到在外套管的底部上方50到100ft的深度。 

重金属物体，在本领域内称为“金属炸弹”，投入套管中。该炸 弹在套管中的钻井流体(drilling fluid)中自由下落并且坐落在分段水泥灌浆工具中。从表面施加液压以移动套筒并且打开分段水泥灌浆工具上的端口。钻井流体抽入该端口中以使分段工具的封隔器膨胀并且与外套管形成密封。然后施加更高的压力以打开封隔器上方的分流工具中的端口。已知体积的水泥浆沿内套管向下抽运。关闭塞投入套管并且抽运钻井流体以移走塞子和水泥。水泥通过在封隔器上方的DV工具中的开口进入套管环形空间。当关闭塞到达分段工具时它移动套筒以关闭在DV工具中的端口。在这时，从分段工具到表面的套管环形空间填充水泥。膨胀的封隔器与外套管形成密封以防止水泥浆落入封隔器下面的循环漏失区。 

当使用常规的分段水泥灌浆工具时下述问题会产生： 

1.用于膨胀封隔器元件的端口未能打开。当这发生时，封隔器不能膨胀以与外套管形成密封并且任何抽运到封隔器上的水泥将落入在分段工具下面的循环漏失区。套管环形空间将仍然填充钻井流体或水。 

2.在分流工具中的端口未能打开。当这发生时，水泥浆不能被抽运进入环形空间。 

3.膨胀式封隔器未能承载位于它上方的水泥柱的重量。失去了膨胀式封隔器和外套管间的密封并且全部水泥浆落下到封隔器下面的循环漏失区中。环形空间将再次仍然填充钻井流体或水。 

4.关闭塞在全部水泥抽运进入环形空间后未能关闭DV工具中的端口。在这个情况下，在恢复工作前施工方不得不等待大约七小时直到水泥硬化。这个等待时间可花费施工方以目前的价格是从7000美元到10000美元。 

水泥伞有时代替分段水泥灌浆工具使用以将水泥置入套管环形空间中。水泥伞不能承受大负荷的水泥并且，因此，它们通常移动到在离表面大约300到400英尺的浅的深处。水泥伞与外套管不形成密 封并且水泥浆可以穿过伞臂。由于这个原因，水泥灌浆的工作通过抽运水泥浆进入在三到四级中的环形空间以填充到表面的环形空间来执行。在每级后在抽运下一级前允许水泥硬化3到4个小时。这个程序消耗过量钻机时间并且因此是高代价的。 

因此本发明的目的是提供可靠地密封处于期望深度的环形空间的改进的分段水泥灌浆设备和方法。 

本发明的另一目的是提供可以相对快地安装并且是足够牢固的以支撑1000英尺或更大高度的水泥浆柱的分段水泥灌浆工具。 

发明内容

根据本发明，圈形或环形的基本厚度的钢板(具有小于外套管内径的外径)被放置在一段内套管上并且作为套管柱的组成部分降入外套管。这个装置将被称为分段水泥灌浆金属板。套管和板降到预定距离以内，例如离外套管的下向钻孔端(down-hole end)50英尺。 

在钻井过程中的这点上，环形空间填充钻井流体并且在外套管的末端下面的区域被称作“循环漏失区”。因此有必要在板的外缘和外套管的内壁之间提供空间以便当板降低穿过流体时给予流体通道以逸出。