聚能捆绑型筑巢堵漏固壁装置及其在溶洞堵漏中的应用

摘要

聚能捆绑型筑巢堵漏固壁装置及其在溶洞堵漏中的应用，属于井下施工技术领域。包括外部的割缝金属管和内部的筑巢爆破工具，所述割缝金属管管壁上割有螺旋缝或直缝，所述筑巢爆破工具为表面带有若干炸药槽的芯轴，该槽内安放有炸药，所述割缝金属管套在芯轴上，并予以固定，芯轴与割缝金属管采用动配合。本发明割缝金属管爆炸后能形成桥架，解决了常规堵漏方法中堵漏材料不易驻留形成桥架的难题，能有效提高溶洞性地层的堵漏成功率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚能捆绑型筑巢堵漏固壁装置及其在溶洞堵漏中的应用，属于井下施工技术领域。

背景技术

碳酸盐岩地层油气井钻完井施工过程中经常发生井漏，轻微的漏失会使钻井工作中断，严重的漏失要耽误大量的生产时间，耗费大量的人力和物力。如果井漏得不到及时处理，还会引起井塌、井喷和卡钻事故，导致部分井段甚至全井的报废，严重井喷还有可能造成人身伤亡事故，所以及时处理井漏恢复正常钻进是非常重要的。目前，针对渗透型和裂缝型漏失，国内已有成熟的堵漏工艺及技术，但溶洞型漏失属于国际级难题，工业界一直未能找到有效的解决方式。

对于裂缝性漏失,目前常用的堵漏技术多达十几种。主要分为承压堵漏技术、随钻堵漏技术、塑性堵漏技术、膨胀管堵漏技术、气体钻井技术和注水泥堵漏技术。第一种技术适用于封堵深井、恶性低压漏失井；第二种技术是一种主动致漏并自动止漏的方法，其适用于复杂构造地层、裂缝发育地层等承压能力较低的地层；第三种技术通过制剂间的相互作用使堵漏浆“失重”，驱动力消失，进而解决井漏问题，堵漏浆具有塑性蠕变、密度可调、耐久等特性；第四种技术膨胀管堵漏技术，一旦封堵成功，效果明显，且能对同一裸眼段的多个复杂层进行多次封固，但该技术要求对已钻的丼眼进行扩孔，从事现场施工的人员都知道，扩眼难度大，速度慢，危险性高，而且由于漏失使破碎的岩屑无法带到地面，这也是膨胀管堵漏技术没有广泛应用的原因；第五种是气体钻井，对于防止漏失效果明显，同时可以提高机械钻速和井身质量，节约钻井成本，但气体钻井在地层出水或易坍塌的地层无法进行；第六种方法是注水泥封堵。

以上六种常规堵漏技术（传统物理堵漏技术与化学堵漏技术）对于溶洞性漏失几乎毫无效果，只有通过向井内填充大量固体物及长纤维材料架桥后再堵方能奏效，但这样施工需要反复进行，效果差，耗时长、成功率低、成本高、处理过程中造成井喷的危险性较大，即使勉强堵住，在后续的钻进中易再次发生漏失。

发明内容

在分析了井下工况及各种工具的基础上，本发明提供了一种针对溶洞性漏失的新型井下爆炸堵漏工具及其应用—聚能捆绑型筑巢堵漏固壁装置及其在溶洞堵漏中的应用，解决了常规堵漏方法中堵漏材料不易驻留形成桥架的难题，能有效提高溶洞性地层的堵漏成功率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：聚能捆绑型筑巢堵漏固壁装置，其特征是，包括外部的割缝金属管和内部的筑巢爆破工具，所述割缝金属管管壁上割有螺旋缝或直缝，所述筑巢爆破工具为表面带有若干炸药槽的芯轴（即爆炸杆），该槽内安放有炸药，所述割缝金属管套在芯轴上，并予以固定，芯轴与割缝金属管采用动配合。

所述割缝金属管为双层结构，包括内层割缝金属管和外层割缝金属管，内、外层割缝金属管的长度相等，其长度比溶洞纵向长度长400mm。

所述内层割缝金属管的外径等于外层割缝金属管的内径，外层割缝金属管的外径比所堵井段钻进时钻头直径小5-10mm。

所述内层割缝金属管管壁割有若干左螺旋缝或右螺旋缝，所述外层割缝金属管管壁同样割有若干螺旋缝，该螺旋缝的旋向与内层割缝金属管的螺旋缝旋向相反；

所述内层割缝金属管或外层割缝金属管的相邻两条螺旋缝之间的距离为10-50mm（即相邻两条螺旋缝之间形成一个螺旋条，该螺旋条宽度为10-50mm），螺旋缝的起始端距离对应的割缝金属管顶端30-200mm，同样，螺旋缝的末端距离对应的割缝金属管末端30-200mm（即金属管上、下端各留30-200mm不割缝）。

所述芯轴的炸药槽为直槽。

所述内层、外层割缝金属管管壁均割有若干直缝，内层割缝金属管上的直缝间距与外层割缝金属管上的直缝间距不等；直缝的起始端距离对应的割缝金属管顶端30-200mm，直缝的末端距离对应的割缝金属管末端30-200mm（即金属管上、下端各留30-200mm不割缝）。

所述芯轴的炸药槽是螺旋槽。

所述割缝金属管为单层结构，螺旋缝或直缝的起始端距离金属管顶端30-200mm，螺旋缝或直缝的末端距离金属管末端30-200mm（即金属管上、下端各留30-200mm不割缝）。

若割缝金属管割有螺旋缝，则芯轴的炸药槽为直槽；若割缝金属管割有直缝，则芯轴的炸药槽为螺旋槽。

聚能捆绑型筑巢堵漏固壁装置在溶洞堵漏中的应用，其特征是，包括以下步骤：

1）若外部的割缝金属管为单层,要求该金属管的长度比溶洞纵向长度长400mm；

若外部的割缝金属管为双层结构,选择两根尺寸不同的金属管，金属管的壁厚依据不同的金属材料而不同；外层金属管的内径等于内层金属管的外径，外层金属管的外径小于所堵井段钻进时钻头直径5-10mm，两根金属管的长度相等，比溶洞纵向长度长400mm；

2）对于单层结构的割缝金属管，在地面将金属管管壁割成若干直缝或螺旋缝，金属管上、下端各留30-200mm不割，得到单层割缝金属管；

对于双层结构的割缝金属管，在地面将两根金属管分别割成左右不同旋向的螺旋条，螺旋条的宽度为10-50mm，金属管上、下端各留30-200mm不割，得到双层割缝金属管；

或在两根金属管管壁上割若干直缝，内层金属管上的直缝间距与外层金属管上的直缝间距不等，同样，金属管上、下端各留30-200mm不割，得到双层割缝金属管；

3）在下井的钻具下面连接一根带若干炸药槽的芯轴，炸药槽的宽度依安放炸药量的不同而不同；若金属管割的是直缝，则芯轴的炸药槽是螺旋槽，若金属管割的是螺旋缝，则芯轴的炸药槽是直槽；再把割缝金属管套在芯轴上，予以固定，芯轴与金属管采用动配合，在芯轴的炸药槽内安放炸药；

4）用钻具将芯轴送到溶洞处，点燃炸药，利用炸药爆炸产生的能量，让固定在芯轴上的割缝金属管产生塑性变形贴附到溶洞壁上，割缝金属管的上、下端分别顶在溶洞的上、下板上，完成筑巢作业，之后注入长纤维材料或堵漏胶液，形成人工井壁，从而保证钻井安全、高效、快速穿过数米溶洞。

虽然膨胀管也可以爆炸成形堵漏，但存在3个问题：1、炸药用量大，每米约需2kg炸药；2、膨胀管采用的是韧性较好的合金材料，强度较高，在突出井壁的地方，钻头很难修整；3、膨胀管没有泄流通道，爆炸变形过程中对环形空间的液体会施加一个巨大的冲击力，这个冲击力对会造成井壁失稳，同时阻碍了膨胀管的变形。

综上所述，本发明研发出的适应井下小型溶洞（段长8m以内)漏失的聚能捆绑型筑巢堵漏固壁装置及其应用（新技术与新工具），其中割缝金属管爆炸后能形成桥架（引爆后可将割缝金属管冲击成鸟巢型），这就解决了常规堵漏方法中堵漏材料不易进入地层的难题，能有效提高溶洞性地层的堵漏成功率。如此高效低成本的堵漏施工，将有利于增加塔里木盆地、西南四川盆地、东北松辽盆地等地区碳酸盐岩地层天然气的开采比重，并对国家顺利实施绿色低碳战略、优化能源结构、保障能源安全、维持经济社会可持续发展产生重大意义。

本发明不光对于溶洞地层钻井堵漏具有重要的意义，而且对于矿井堵漏及隧道掘进堵漏也有一定的参考价值。

附图说明

图1为本发明中单层结构的螺旋割缝金属管的结构示意图；

图2为图1中金属管爆炸后的结构示意图；

图3为本发明中单层结构的直割缝金属管的结构示意图；

图4为图3中金属管爆炸后的结构示意图；

图5为本发明中双层结构的螺旋割缝金属管的结构示意图；

图6为图5中金属管爆炸后的结构示意图；

图7为本发明中炸药槽为直槽的芯轴；

图8为本发明中炸药槽为螺旋槽的芯轴；

图9为双层螺旋割缝金属管在溶洞堵漏应用时的结构示意图；

图中：1割缝金属管、2螺旋缝、3直缝、4炸药槽、5芯轴、6内层割缝金属管、7外层割缝金属管、8井壁、9钻杆接头、10螺旋条。

具体实施方式

实施例1（单层直割缝金属管）

聚能捆绑型筑巢堵漏固壁装置，包括外部的割缝金属管1和内部的筑巢爆破工具，割缝金属管为单层结构，管壁上割有若干直缝3（如图3所示）。筑巢爆破工具为表面带有若干炸药槽4的芯轴5，该槽为螺旋槽（如图8所示），槽内安放有炸药，割缝金属管套在芯轴上，并予以固定，芯轴与割缝金属管采用动配合。直缝的起始端距离金属管顶端30-200mm，直缝的末端距离金属管末端30-200mm。

聚能捆绑型筑巢堵漏固壁装置在溶洞堵漏中的应用，包括以下步骤：

1）外部的割缝金属管为单层,要求该金属管的长度比溶洞纵向长度长400mm，金属管的壁厚依据不同的金属材料而不同；

2）对于单层结构的割缝金属管，在地面将金属管管壁割成若干直缝，金属管上、下端各留30-200mm不割，得到单层割缝金属管；

3）在下井的钻具下面连接一根带若干炸药槽的芯轴，炸药槽的宽度依安放炸药量的不同而不同，芯轴的炸药槽是螺旋槽；再把割缝金属管套在芯轴上，予以固定，芯轴与金属管采用动配合，在芯轴的炸药槽内安放炸药；

4）用钻具将芯轴送到溶洞处，点燃炸药，如图4所示，利用炸药爆炸产生的能量，让固定在芯轴上的割缝金属管产生塑性变形贴附到溶洞壁上，割缝金属管的上、下端分别顶在溶洞的上、下板上，完成筑巢作业，之后注入长纤维材料或堵漏胶液，形成人工井壁，从而保证钻井安全、高效、快速穿过数米溶洞。

实施例2（单层螺旋割缝金属管）

聚能捆绑型筑巢堵漏固壁装置，包括外部的割缝金属管1和内部的筑巢爆破工具，割缝金属管管壁上割有螺旋缝2（如图1所示），筑巢爆破工具为表面带有若干炸药槽4的芯轴5，该槽为直槽（如图7所示），槽内安放有炸药，割缝金属管套在芯轴上，并予以固定，芯轴与割缝金属管采用动配合。直缝的起始端距离金属管顶端30-200mm，直缝的末端距离金属管末端30-200mm。

聚能捆绑型筑巢堵漏固壁装置在溶洞堵漏中的应用，包括以下步骤：

1）外部的割缝金属管为单层,要求该金属管的长度比溶洞纵向长度长400mm，金属管的壁厚依据不同的金属材料而不同；

2）对于单层结构的割缝金属管，在地面将金属管管壁割成若干螺旋缝，金属管上、下端各留30-200mm不割，得到单层割缝金属管；

3）在下井的钻具下面连接一根带若干炸药槽的芯轴，炸药槽的宽度依安放炸药量的不同而不同，芯轴的炸药槽是直槽；再把割缝金属管套在芯轴上，予以固定，芯轴与金属管采用动配合，在芯轴的炸药槽内安放炸药；

4）用钻具将芯轴送到溶洞处，点燃炸药，如图2所示，利用炸药爆炸产生的能量，让固定在芯轴上的割缝金属管产生塑性变形贴附到溶洞壁上，割缝金属管的上、下端分别顶在溶洞的上、下板上，完成筑巢作业，之后注入长纤维材料或堵漏胶液，形成人工井壁，从而保证钻井安全、高效、快速穿过数米溶洞。

实施例3（双层直割缝金属管）

聚能捆绑型筑巢堵漏固壁装置，包括外部的割缝金属管和内部的筑巢爆破工具，筑巢爆破工具为表面带有若干炸药槽4的芯轴5，该炸药槽是螺旋槽，槽内安放有炸药。割缝金属管套在芯轴上，并予以固定，芯轴与割缝金属管采用动配合。

割缝金属管为双层结构，包括内层割缝金属管和外层割缝金属管，内、外层割缝金属管的长度相等，其长度比溶洞纵向长度长400mm。

内层割缝金属管的外径等于外层割缝金属管的内径，外层割缝金属管的外径比所堵井段的井壁直径小5-10mm。

内层、外层割缝金属管管壁均割有若干直缝，内层割缝金属管上的直缝间距与外层割缝金属管上的直缝间距不等；直缝的起始端距离对应的割缝金属管顶端30-200mm，直缝的末端距离对应的割缝金属管末端30-200mm。

如图9所示，聚能捆绑型筑巢堵漏固壁装置在溶洞堵漏中的应用，包括以下步骤：

1）选择两根尺寸不同的金属管，金属管的壁厚依据不同的金属材料而不同；外层金属管的内径等于内层金属管的外径，外层金属管的外径小于所堵井段钻进时钻头直径5-10mm，两根金属管的长度相等，比溶洞纵向长度长400mm；

2）在两根金属管管壁上割若干直缝，内层金属管上的直缝间距与外层金属管上的直缝间距不等，同样，金属管上、下端各留30-200mm不割，得到双层割缝金属管；

3）在下井的钻具下面连接一根带若干炸药槽的芯轴，炸药槽的宽度依安放炸药量的不同而不同，芯轴的炸药槽是螺旋槽；再把割缝金属管套在芯轴上，予以固定，芯轴与金属管采用动配合，在芯轴的炸药槽内安放炸药；

4）用钻具将芯轴送到溶洞处，点燃炸药，利用炸药爆炸产生的能量，让固定在芯轴上的割缝金属管产生塑性变形贴附到溶洞壁上，割缝金属管的上、下端分别顶在溶洞的上、下板上，完成筑巢作业，之后注入长纤维材料或堵漏胶液，形成人工井壁，从而保证钻井安全、高效、快速穿过数米溶洞。

实施例4（双层螺旋割缝金属管）

聚能捆绑型筑巢堵漏固壁装置，包括外部的割缝金属管1和内部的筑巢爆破工具，割缝金属管管壁上割有螺旋缝2，如图7所示，筑巢爆破工具为表面带有若干炸药槽4的芯轴5，该炸药槽为直槽，槽内安放有炸药，割缝金属管套在芯轴上，并予以固定，芯轴与割缝金属管采用动配合。

如图5所示，割缝金属管为双层结构，包括内层割缝金属管6和外层割缝金属管7，内、外层割缝金属管的长度相等，其长度比溶洞纵向长度长400mm。内层割缝金属管的外径等于外层割缝金属管的内径，外层割缝金属管的外径比所堵井段钻进时钻头直径小5-10mm。

内层割缝金属管管壁割有若干左螺旋缝或右螺旋缝，外层割缝金属管管壁同样割有若干螺旋缝，该螺旋缝的旋向与内层割缝金属管的螺旋缝旋向相反；内层割缝金属管或外层割缝金属管的相邻两条螺旋缝之间的距离为10-50mm，螺旋缝的起始端距离对应的割缝金属管顶端30-200mm，同样，螺旋缝的末端距离对应的割缝金属管末端30-200mm。

聚能捆绑型筑巢堵漏固壁装置在溶洞堵漏中的应用，包括以下步骤：

1）选择两根尺寸不同的金属管，金属管的壁厚依据不同的金属材料而不同；外层金属管的内径等于内层金属管的外径，外层金属管的外径小于所堵井段钻进时钻头直径5-10mm，两根金属管的长度相等，比溶洞纵向长度长400mm；

2）在地面将两根金属管分别割成左右不同旋向的螺旋条，螺旋条的宽度为10-50mm，金属管上、下端各留30-200mm不割，得到双层割缝金属管；

3）在下井的钻具下面连接一根带若干炸药槽的芯轴，炸药槽的宽度依安放炸药量的不同而不同，芯轴的炸药槽是直槽；再把割缝金属管套在芯轴上，予以固定，芯轴与金属管采用动配合，在芯轴的炸药槽内安放炸药；

4）用钻具将芯轴送到溶洞处，点燃炸药，如图6所示，利用炸药爆炸产生的能量，让固定在芯轴上的割缝金属管产生塑性变形贴附到溶洞壁上，割缝金属管的上、下端分别顶在溶洞的上、下板上，完成筑巢作业，之后注入长纤维材料或堵漏胶液，形成人工井壁，从而保证钻井安全、高效、快速穿过数米溶洞。