高温高压井三胶塞固井水泥头装置及固井作业方法

摘要

本发明公开了一种高温高压井三胶塞固井水泥头装置，包括筒状的上端封闭的水泥头本体和底座，水泥头本体中从下至上依次设置有下胶塞、中胶塞、上胶塞，水泥头本体的侧壁设置有分别与下胶塞、中胶塞、上胶塞配合的下释放挡销、中释放挡销、上释放挡销，水泥头本体的侧壁连接有洗管线阀门、第一注水泥阀门、第二注水泥阀门、替浆阀门，洗管线阀门在水泥头本体内的出口处于下胶塞的下方，第一注水泥阀门出口处于下胶塞与中胶塞之间，第二注水泥阀门的出口处于中胶塞与上胶塞之间，替浆阀门的出口处于上胶塞的上方。本发明可以有效提高固井质量，缩短固井作业时间，并能减少固井期间的风险。本发明还公开了一种固井作业方法。

说明书

技术领域

本发明属于钻井的技术领域，具体涉及一种用于石油钻采设备固井注水泥 的装置及固井作业方法。

背景技术

在高温高压生产井钻井作业中，为有效压稳地层，防止发生高压气窜降低 固井质量和高温套管膨胀伸长抬升井口等问题，确保后续气田安全开发和顺利 生产，故常常采用全井段水泥首尾浆封固的方式进行固井作业，而且首尾浆中 采用不同的水泥浆体系，以达到增强水泥环质量，压稳地层流体且不发生井漏， 以及防止气窜并降低成本费用的目的。

常规的固井作业方式是首先通过洗管线阀门注入冲洗液及隔离液，其次关 闭洗管线阀门并打开第一个挡销，投入下胶塞，再次打开注水泥阀门注入水泥 首浆及尾浆，然后关闭注水泥阀门并打开第二个挡销，投入上胶塞，最后打开 替浆阀门，注入顶替泥浆，直至碰压完成固井顶替作业。采用该方法时水泥首 浆与尾浆直接接触，容易导致首尾浆之间相互污染，最终影响水泥浆的性能， 导致稠化时间发生变化，水泥封固质量变差等一系列问题，严重者有可能导致 气窜及环空带压，给今后油气田开发生产带来隐患。

针对上述问题，常用的应对措施是在注入冲洗液及隔离液之后，首先拆卸 掉固井水泥头或者简易循环头，手工投入第一个下胶塞，再重新安装上固井水 泥头，注入首浆，然后打开第一个挡销，投入第二个下胶塞，注入尾浆，最后 再打开第二个挡销，投入上胶塞，并进行顶替作业直至碰压。该方法采用第二 个下胶塞有效地隔开了首尾浆，避免了两者之间的相互污染问题，有利于提高 水泥环封固质量，但是固井作业流程较为繁琐，投塞时间长，不利于确保固井 作业过程的安全顺利，而且会在第一个下胶塞前后形成空气柱，难以保证水泥 环的封固质量。

上述论述内容目的在于向读者介绍可能与下面将被描述和/或主张的本发 明的各个方面相关的技术的各个方面，相信该论述内容有助于为读者提供背景 信息，以有利于更好地理解本发明的各个方面，因此，应了解是以这个角度来 阅读这些论述，而不是承认现有技术。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术中的不足而提供一种高温高压井三胶塞 固井水泥头装置及固井作业方法，其能减少水泥浆之间的相互污染，提高高温 高压生产井固井质量，并保证注水泥作业的连贯性，确保固井作业的安全顺利。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

提供一种高温高压井三胶塞固井水泥头装置，包括筒状的上端封闭的水泥 头本体和设置在水泥头本体下端的底座，所述水泥头本体中从下至上依次设置 有下胶塞、中胶塞、上胶塞，所述水泥头本体的侧壁从下至上依次设置有分别 与下胶塞、中胶塞、上胶塞配合的下释放挡销、中释放挡销、上释放挡销，所 述水泥头本体的侧壁连接有洗管线阀门、第一注水泥阀门、第二注水泥阀门、 替浆阀门，所述洗管线阀门在水泥头本体内的出口处于下胶塞的下方，所述第 一注水泥阀门在水泥头本体内的出口处于所述下胶塞与中胶塞之间，所述第二 注水泥阀门在水泥头本体内的出口处于所述中胶塞与上胶塞之间，所述替浆阀 门在水泥头本体内的出口处于上胶塞的上方。

其中，所述水泥头本体在下胶塞的下方设置有指示销。

其中，所述水泥头本体的侧壁从下至上设置有三个释放挡销孔，所述下释 放挡销、中释放挡销、上释放挡销分别插设在一个释放挡销孔中。

其中，所述下释放挡销、中释放挡销、上释放挡销分别与释放挡销孔之间 设置有密封件。

其中，所述洗管线阀门、第一注水泥阀门、第二注水泥阀门、替浆阀门的 入口通过管汇连接至固井管线。

其中，所述水泥头本体上端设置有吊环。

一种采用如上所述的高温高压井三胶塞固井水泥头装置进行固井作业的 方法，包括以下步骤：

S1、在钻台上将固井水泥头装置吊至已下入井内的套管柱的顶端，通过底 座与套管进行连接，将洗管线阀门、第一注水泥阀门、第二注水泥阀门、替浆 阀门与固井管线相连接并试压；

S2、固井管线试压结束之后，开始固井时，首先打开洗管线阀门，泵注冲 洗液及隔离液；

S3、关闭洗管线阀门，打开下释放挡销及第一注水泥阀门，泵入首浆，下 胶塞在首浆的推动下开始下行；

S4、泵注完首浆之后，关闭第一注水泥阀门，打开中释放挡销及第二注水 泥阀门，泵入尾浆，中胶塞在尾浆推动下开始下行；

S5、泵注完尾浆之后，关闭第二注水泥阀门，打开上释放挡销及替浆阀门， 泵入泥浆，上胶塞在泥浆推动下开始下行；

S6、当泵注到设定的顶替量并碰压之后，关闭替浆阀门，完成固井作业。

本发明的有益效果：操作简单方便，可以避免水泥首浆与尾浆直接接触， 防止相互污染，保证水泥浆的性能，有效提高固井质量，缩短固井作业时间， 并能减少固井期间的风险，结构简单，投资成本低。可在石油钻井领域广泛应 用。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任 何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据以下附图获得其它的附图。

图1是高温高压井三胶塞固井水泥头装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和 具体实施例对本发明作进一步详细的描述，需要说明的是，在不冲突的情况下， 本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，本发明所述的高温高压井三胶塞固井水泥头装置，包括筒状 的上端封闭的水泥头本体1和设置在水泥头本体1下端的底座3，所述水泥头 本体1上端设置有吊环2。所述水泥头本体1中从下至上依次设置有下胶塞11、 中胶塞12、上胶塞13，下胶塞11、中胶塞12、上胶塞13与水泥头本体1、套 管的内壁密封，多个胶塞用于隔开前置液、固井水泥首浆及尾浆。所述水泥头 本体1的侧壁从下至上依次设置有分别与下胶塞11、中胶塞12、上胶塞13配 合的下释放挡销8、中释放挡销9、上释放挡销10，释放挡销打开之后可让相 应的胶塞下行。具体的，所述水泥头本体1的侧壁从下至上设置有三个释放挡 销孔，所述下释放挡销8、中释放挡销9、上释放挡销10分别插设在一个释放 挡销孔中。抽出释放挡销即可让相应的胶塞下行，插入释放挡销即可限制相应 的胶塞。所述下释放挡销8、中释放挡销9、上释放挡销10分别与释放挡销孔 之间设置有密封件，密封件用于密封释放挡销和释放挡销孔之间的间隙，防止 固井浆流出。

所述水泥头本体1的侧壁连接有洗管线阀门4、第一注水泥阀门5、第二 注水泥阀门6、替浆阀门7，洗管线阀门4用于注入前置液，第一注水泥阀门5、 第二注水泥阀门6用于注入水泥浆，替浆阀门7用于注入顶替泥浆。所述洗管 线阀门4在水泥头本体1内的出口处于下胶塞11的下方，所述第一注水泥阀 门5在水泥头本体1内的出口处于所述下胶塞11与中胶塞12之间，所述第二 注水泥阀门6在水泥头本体1内的出口处于所述中胶塞12与上胶塞13之间， 所述替浆阀门7在水泥头本体1内的出口处于上胶塞13的上方。所述洗管线 阀门4、第一注水泥阀门5、第二注水泥阀门6、替浆阀门7的入口通过管汇连 接至固井管线。

优选的，所述水泥头本体1在下胶塞11的下方、底座的上方设置有指示 销14，指示销14用于观察判断水泥头本体1内胶塞是否已经成功下行。

本发明的具体操作步骤如下：

S1、在钻台上将固井水泥头装置吊至已下入井内的套管柱的顶端，通过底 座3与套管进行连接，将洗管线阀门4、第一注水泥阀门5、第二注水泥阀门6、 替浆阀门7与固井管线相连接并试压；

S2、固井管线试压结束之后，开始固井时，首先打开洗管线阀门4，泵注 冲洗液及隔离液；

S3、关闭洗管线阀门4，打开下释放挡销8及第一注水泥阀门5，泵入首 浆，通过指示销14判断下胶塞11已在首浆的推动下开始下行；

S4、泵注完首浆之后，关闭第一注水泥阀门5，打开中释放挡销9及第二 注水泥阀门6，泵入尾浆，通过指示销14判断中胶塞12已在尾浆推动下开始 下行；

S5、泵注完尾浆之后，关闭第二注水泥阀门6，打开上释放挡销10及替浆 阀门7，泵入泥浆，通过指示销14判断上胶塞13已在泥浆推动下开始下行；

S6、当泵注到设定的顶替量并碰压之后，关闭替浆阀门7，完成固井作业。

上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明 还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，不能理解为对本发 明保护范围的限制。

总之，本发明虽然例举了上述优选实施方式，但是应该说明，虽然本领域 的技术人员可以进行各种变化和改型，除非这样的变化和改型偏离了本发明的 范围，否则都应该包括在本发明的保护范围内。