[发明专利]用于确定在井筒中的可下放物体的位置的方法

说明书

可在注水泥操作期间实时确定在下套管井筒中的可下放物体(例如，注水泥塞或钻杆镖)的位置。将压力数据采集系统安装在井场处，并且将压力换能器安装在井口处。在所述可下放物体行进穿过套管时，所述可下放物体遇到内横截面尺寸有正向变化或负向变化的区域。所述可下放物体在其穿过所述区域时产生压力脉冲。由所述压力换能器检测所述压力脉冲和相关联反射，并且数学地处理信号以确定所述可下放物体的当前位置。

技术领域

本公开总体上涉及注水泥操作。特别地，本公开涉及使用压力脉冲来确定在套管柱内部的刮塞和钻杆镖的位置。

背景技术

在地下井的构造期间，通常是在钻井期间和之后放置管状主体(诸如衬管或套管)，该管状主体由泵入在该管状主体的外部周围的环空中的水泥固定。水泥用于支撑管状主体和提供井所通过的各种产液区的隔离。后一种功能防止来自不同层的流体的交叉污染。例如，水泥防止地层流体进入地下水面并污染饮用水，或者防止水而不是石油或天然气进入井。此外，水泥环有助于防止管状主体的腐蚀。

水泥充填过程在行业中被称为初次注水泥。大多数初次注水泥操作采用双塞水泥充填法。图1示出了用于初次注水泥操作的典型的井场配置100。注水泥头101位于地面上，并且套管柱103降入到钻孔102中。随着套管柱103降入到钻孔102中，套管柱内部填充有钻井液108。套管柱由附接到套管柱的外部的扶正器104在钻孔中扶正。扶正器放置在关键套管区段中以防止套管在降入到井中时卡住。另外，扶正器将套管柱保持在钻孔的中心以帮助确保将均匀的水泥环充填在套管与钻孔之间的环空中。套管柱的底端由导靴105和浮箍109保护。导靴是渐缩的通常呈子弹头状的装置，其将套管朝向孔的中心引导，以最低程度地减少在安装期间撞击粗糙边缘或冲刷。导靴与浮箍的不同在于其缺少止回阀。浮箍中的止回阀可防止流体从环空向套管中的逆流或U形管效应。在注水泥头101内部是底部注水泥塞106和顶部注水泥塞107。注水泥塞(也称为注水泥刮塞或刮塞)是弹性体装置，其在不同流体被泵送通过套管柱内部时在不同流体之间提供物理屏障。大多数注水泥塞由带有模制橡胶翅片的铸铝主体制成，这些翅片确保稳定地移动通过管件。

初次注水泥操作的目标是从套管内部和钻孔中移除钻井液，将水泥浆充填在环空中，并且使套管内部填充有顶替液(诸如盐水或水)。底部注水泥塞106将水泥浆与钻井液分离，并且顶部注水泥塞107将水泥浆与顶替液分离。

水泥浆和钻井液通常是化学不相容的。掺和可能导致在界面处出现增厚或胶凝的物质，该增厚或胶凝的物质将难以从井筒中移除，从而可能有碍将均匀的水泥环充填在整个环空中。因此，除了使用刮塞之外，工程员还采用两种化学手段来维持流体分离。可在水泥浆与钻井液之间泵送化学冲洗剂和封隔液。这些流体具有清洁套管和地层表面的附加益处，这有助于实现与水泥的良好结合。

图2示出了在钻井液103与底部注水泥塞106之间泵送化学冲洗剂201和封隔液202。水泥浆203跟随底部注水泥塞。底部注水泥塞具有膜片，该膜片在该底部注水泥塞着落在套管柱的底部时破裂，从而允许水泥浆通过底部注水泥塞并进入环空(图3)。

一旦泵送了足够体积的水泥浆来填充在套管柱与钻孔壁之间的环形区域，就释放顶部注水泥塞107，接着是顶替液301。顶部注水泥塞107没有膜片；因此，在该顶部注水泥塞着落时，就切断在套管内部与环空之间的水力连通(图4)。在注水泥操作之后，工程员等待水泥凝固并产生强度，这被称为“水泥候凝”(WOC)。在WOC时间之后，可开始另外的操作，诸如更深地钻井或对套管柱进行穿孔。

常规的注水泥塞直接地从地面进行泵送，因为其仅穿过具有连续内径(ID)的一根管道。另一方面，衬管不是从地面开始，而是，衬管顺着钻柱向井下延行到设定深度。衬管典型地具有比钻柱大得多的ID；因此，无法从地面泵送单个注水泥塞。因此，由两个塞执行顶替。一个塞(被称为钻杆镖)位于地面注水泥设备中。第二塞附接到衬管安放工具组件的底部或附接到衬管安放工具组件的顶部。第二塞被称为衬管刮塞。