[发明专利]井套多段注浆的方法及装置

说明书

本发明涉及钻孔中井套的多段注浆的方法和装置。特别是，本发明所涉及的井套多段注浆方法和装置使得上套管柱在注浆的第二阶段中能够而独立于下套管柱转动从而保证钻孔中任何液体的充分位移。

在各种油井开采操作中，当钻孔已达几千英尺深时，一个钢套管就被放置于井中以隔出一个生产所需的地质建造或层组。该套管粘结在那那儿以防止松散的地质建造坍落以及防止不同的地质建造的流质互相混合。此外，套管还用于防止地质建造流质进入钻孔。不管放置钢管的原因是什么，除非在套管外面的钻屑流质完全由凝固的无孔的混合物（例如水泥）所置换，钻孔就不能适当地隔离开来。在此注浆过程中，水泥注浆通过套管柱被压下钻孔，然后再从套管柱外面被压上来，从而用水泥注浆置换套管柱外面的泥浆使得套管的外围粘结到钻孔壁上。一个成功的注浆工作应当是使所有的钻孔泥浆都被水泥所取代并且使水泥在流质侵入其中之前就凝固成一个保护壳。由于钻孔很深，所以用水泥沿井套的全长置换所有的泥土是所有油井开采工作中最为困难的工作之一。如果不能获得充分的注浆，未被置换的钻孔泥浆仍可能通过孔道垂直迁移。

此外，在套管柱比较长的情况下，很难将水泥注浆一次性置于套管四周，因为注浆的流体密度大于钻孔泥浆的流体密度，从而很难通过套管把注浆压下几千英尺深然后再由压上几千英尺到钻孔口。为了克服这一局限，已采用了两段注浆阀。这种阀首失使水泥注浆能被压下整个套管柱并压上钻孔到达恰低于该阀的一个中间位置。在打开阀以后，套管柱中低于该阀的注浆的流道就被关闭了，而注浆就在该阀所在位置以上流动。这时，注浆只需被压下套管的大约一半的长度，然后通过阀孔进入钻孔的环形缝隙再压上钻孔的上部直至地面。

虽然这种两段注浆方法简化了把注浆压入比较长的套管柱的工程，如果没有套管柱的转动或上下移动，钻屑泥浆仍不能被完全置换。而当钻孔不是完全垂直的或是笔直的或是其几何形状是椭圆形的或是偏心圆时，情况尤其是这样，在注浆过程中套管柱的转动或是上下移动是为了借助于井套柱和泥浆之间的摩擦而从钻孔的底部将泥浆清除出去使得钻孔中的泥浆能够被水泥置换。在钻孔比较浅从而只需一段注浆的情况下，整个套管柱将转动直至沿整个套管柱的全部钻屑泥浆都被置换。

整个套管柱转动或是上下移动也用在了两段注浆过程中。当第一段的注浆被压入套管并进入钻孔的下部时，套管柱转动以确保在第一段中的全部泥浆都被置换。可是，一旦这第一段注浆凝固了，高于多段注浆阀的套管上部就不能够在第二段注浆过程中转动了。这就导致在水泥上部中的钻屑泥浆的不能被完全置换。

本发明的目的在于提供一种多段注浆的方法和装置，从而克服了已知的用于套管柱多段注浆装置所存在的缺陷。依照本发明，第二段注浆时上套管柱能够独立于下套管柱转动，从而保证了全部钻屑泥浆的置换。

本发明中的装置包括一个接管机构。该机构置于中间注浆阀附近连接在上、下套管柱之间，以使在第一段注浆时整个套管柱都能转动而在第二段或最后一段注浆时高于多段注浆阀的套管的上部能够转动。该接管机构有一个上衬套部分和一个下衬套部分，他们伸缩式安装在一起，使得上衬套部分可以相对于下衬套部分垂直移动。在推荐实施例中，两个衬套部分都有可啮合的花键，当他们互相啮合时能使整个套管柱转动，但因上套管柱相对于下套柱移动，也能使其脱开。当花键处于脱开状态时，上衬套部分和上套管可独立于下衬套部分和下套管自由转动。并且，由于花键可以自由啮合，整个套管可以向两个方向转动，而且花键脱开后甚至可以重新啮合。

本发明除了能使上、下套管柱独立转动之外，本发明的装置可以在标准套管柱中，置于沿该套管柱的任何一个位置。这样，只要使用具有不同摩擦接合或长度的花键就可完成多段注浆。此外，由于本发明的机构只用于控制在不同阶段时的转动，该机构可根据不同的特征要求而置于套管柱中。然而，为了降低设备的造价，该接管机构可与多段注浆阀联接而合为一个部件。