專利名稱：高壓氣地下儲氣井新型的正循環(huán)固井裝置及固井方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高壓儲氣井進行儲氣井鋼管井筒外環(huán)空注水泥施工過程中的一種正循 環(huán)固井裝置及固井方法。
背景技術(shù)：
儲存壓縮天然氣的高壓氣地下儲氣井相對其他儲氣裝置由于具有安全性高，風險低 等諸多優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于CNG加氣站、城市天然氣調(diào)峰站等場所。儲氣井自2002年納 入國家標準規(guī)范以來在全國發(fā)展迅猛，由于近年來石油價格高升，天然氣作為石油的替 代能源既環(huán)保又經(jīng)濟使其用途非常廣泛，目前已基本取代了儲氣瓶、儲氣罐在加氣站、 調(diào)峰站的地位。
作為儲氣井建造過程中的影響儲氣井日后運行安全關(guān)鍵工施工序"固井"，在目前 施工過程中采用的固井方法，都不同程度的存在著一些難于克服的不足。 現(xiàn)有儲氣井固井方法的種類和不足-
1. 利用軟白水帶從套管的外環(huán)空實現(xiàn)固井，該種固井存在如下缺點
① 下套管過程中由于操作者的疏忽和失誤容易造成對白水帶的損壞。
② 該種固井方法對地層的要求較高， 一般適用于地層結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定的且為輕泥漿 鉆井的地層時方能保證較好的固井質(zhì)量。反則反之。但該種固井的優(yōu)點是施 工難度低，成本低且井筒的質(zhì)量容易得到保證。
③ 白水帶自身強度低，較難滿足儲氣井對井深的要求。
2. 利用鉆桿實現(xiàn)正循環(huán)固井，這種方式應(yīng)該是目前儲氣井固井方法的發(fā)展方向， 但由于要在底封頭開孔和實現(xiàn)封堵，設(shè)計和施工難度都非常大，因此目前現(xiàn)有
的幾種正循環(huán)固井方式都存在不足
① 固井后井內(nèi)殘留水泥較難清洗影響對底封頭的密封質(zhì)量。
② 一般在固井后，多為用絲堵實現(xiàn)對底封頭的封堵，由于井的深度原因，上扣難 度較大容易造成螺紋錯扣，而影響密封易泄漏。
③ 對操作的要求極高。由于操作者的疏忽和失誤容易將因試壓不合格造成儲氣井 及儲氣井井位報廢的巨大的經(jīng)濟損失，施工風險極高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種高壓氣地下儲氣井新型的正循環(huán)固井裝置。該裝置是對目前的幾種固井裝置的重要革新，除了實現(xiàn)本發(fā)明固井質(zhì)量好以外，密封性高，能 夠二次密封，固井后水泥漿對儲氣井鋼管內(nèi)壁無污染等，極大的降低了儲氣井施工報廢 的風險。
本發(fā)明的另一目的是提供一種高壓氣地下儲氣井新型的正循環(huán)固井方法。 高壓氣地下儲氣井新型的正循環(huán)固井裝置，其特征是由底封頭l、不銹鋼堵頭2、
堵頭壓桿3、第二道堵頭4、套管接箍5、密封圈6、螺栓7組成；底封頭l的底部有孔 11，不銹鋼堵頭2的底端圓柱體與孔11的直徑相同且伸進孔11中，不銹鋼堵頭2的底 端圓柱體外圈安裝有密封圈6，不銹鋼堵頭2的中部為錐型，不銹鋼堵頭2的上端與堵 頭壓桿3的底部用螺栓7連接，堵頭壓桿3的內(nèi)圈為圓筒形狀，堵頭壓桿3的上段外圈 安裝密封圈IO，堵頭壓桿3的中段外圈有絲扣31,底封頭l內(nèi)壁的中段有絲扣31;第 二道堵頭4的形狀為圓筒帽形，第二道堵頭4套接在堵頭壓桿3的上端外部，第二道堵 頭4的上部固定連接螺母12，在底封頭1的上段外圈套接套管接箍5。
所述的高壓氣地下儲氣井新型的正循環(huán)固井裝置，其特征是第二道堵頭4為3-5 吋規(guī)格的堵頭。
所述的高壓氣地下儲氣井新型的正循環(huán)固井裝置，其特征是固井連接頭8為套筒 形狀，固井連接頭8的上端為喇叭口形狀，喇叭口上有絲扣81，固井連接頭8下端內(nèi)外 設(shè)置有密封圈10。
高壓氣地下儲氣井新型的正循環(huán)固井方法，其特征是順次進行以下步驟 步驟l、鉆豎井；豎井深20—300米；
步驟2、在地面裝配，將底封頭l、不銹鋼堵頭2、堵頭壓桿3、接箍5豎直裝配后， 旋緊堵頭壓桿3將不銹鋼堵頭2壓緊底封頭1的孔11;固井之前第二道堵頭4未安裝。
步驟3、在地面進行水壓試驗在地面接通管線進行水試壓，對裝配好的底封頭l、
不銹鋼堵頭2、堵頭壓桿3的組裝件進行水壓試驗，至水壓為33Mpa—42 Mpa，穩(wěn)壓 10~50分鐘，檢測無滲漏為合格，如果水壓不合格，說明底封頭1和不銹鋼堵頭2質(zhì)量 不合格或者安裝不合格，更換底封頭1和不銹鋼堵頭2，重新安裝后進行水壓試驗直至 合格；
步驟4、在井中安裝固井裝置，將裝配好的底封頭1、不銹鋼堵頭2、堵頭壓桿3 的組裝件沿井口下放倒井底；然后進行下套管作業(yè)根據(jù)井的深度確定套管接箍5和鋼 管的個數(shù)，將套管接箍5套在底封頭1上，將鋼管套在套管接箍5上，順次逐級安裝套 管接箍5和鋼管；
步驟5、進行強度試驗，主要檢測套管的強度，從地面水管向井內(nèi)灌水，逐步加壓 至水壓為33Mpa—42 Mpa ;穩(wěn)壓3—8小時，水壓無壓降為合格；如果不合格，則取出
5套管，更換套管，以防儲氣井及套管報廢，直至合格；
步驟6、進行正循環(huán)固井作業(yè)，按照下面的步驟進行
A、 將固井連接頭8套在堵頭壓桿3上，
B、 固井時，旋轉(zhuǎn)鉆桿，將鉆桿與固井連接頭8連接，連接面在絲扣81處， 鉆桿與固井連接頭8連接后，將鉆桿逐根下到井底，使鉆桿連接緊固，固井連 接頭8為套筒形狀，固井連接頭8的上端為絲扣81連接頭形狀；固井時，下鉆 過程中用B型鉗將每根鉆桿扭緊，通過固井連接頭8前端導(dǎo)向82進入堵頭壓桿 3的上部如圖示位置，固井連接頭8內(nèi)外設(shè)置有密封圈10用于封堵水泥漿防止 水泥漿進入套管內(nèi)；
C、 反轉(zhuǎn)鉆桿將不銹鋼堵頭2退出底封頭1的底孔ll，(退扣長度控制在 30mm-60mm左右，以保證堵頭壓桿3與底封頭1不脫扣)，連接固 井泵將水泥漿灌入，沿圖示箭頭方向，水泥漿灌入從上向下依次為固井專用 接頭8的內(nèi)腔83-堵頭壓桿3的內(nèi)腔31-堵頭壓桿3上的孔9-底封頭1的內(nèi)腔 22-底封頭1底部的孔ll--底封頭1的外部23，直至注入儲氣鋼管外環(huán)空間， 裝滿整個外環(huán)空間，從而實現(xiàn)正循環(huán)固井；
D、 固井完成后，注入清水替出鉆桿內(nèi)水泥漿，清洗鉆桿及底封頭底孔ll， 清水量大于鉆桿內(nèi)容積，關(guān)上地面水泥漿管線閥門后，防止水泥漿回入鉆桿內(nèi)， 正向旋轉(zhuǎn)鉆桿，扭緊堵頭壓桿3以壓緊不銹鋼堵頭2，實現(xiàn)第一次密封；上提鉆 桿取出鉆桿，取出固井連接頭8;
步驟7、第二次密封第二道堵頭4為規(guī)格為3-5吋的堵頭，成錐面密封堵 頭，其密封原理同第一次密封，其結(jié)構(gòu)是，絲扣部分為3-5吋的套管長園扣， 密封性高，第二道堵頭4前端設(shè)有導(dǎo)向端13以保證上扣時不容易錯扣；通過鉆 桿將第二道堵頭4送入井內(nèi)，正向旋轉(zhuǎn)鉆桿，扭緊絲扣，扭矩符合API扭矩標 準要求；由于有第一次密封的作用，水泥漿不可能回到儲氣鋼管內(nèi)，因此保證 了絲扣部分的清潔及密封效果。 高壓氣地下儲氣井新型的正循環(huán)固井方法，與原有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果
是
1. 有別于靠傳統(tǒng)的正循環(huán)固井裝置靠回壓凡爾密封，本發(fā)明保證在下套管過程中鉆
井泥漿不返入套管內(nèi)，極大地提高了儲氣井密封性、可靠性。
2. 有別于傳統(tǒng)正循環(huán)固井在固井后需在井底上扣容易出現(xiàn)錯扣，造成套管和井位報 廢的巨大風險。本發(fā)明第一次密封由于在固井退扣時，堵頭壓桿3與底封頭1不脫扣，
因此避免了傳統(tǒng)正循環(huán)固井后井底對扣時容易錯扣造成儲氣鋼管串報廢的巨大風險。3. 本發(fā)明由于其特殊結(jié)構(gòu)，防止了水泥漿回到鋼管內(nèi)，因此保證了絲扣部分的清潔
及密封效果?？朔藗鹘y(tǒng)正循環(huán)固井不易解決的難題。
4. 本發(fā)明實現(xiàn)了雙密封，使密封更加可靠安全，第一道密封采用錐面密封，不銹鋼
堵頭2的中部為錐型；第二次密封第二道堵頭4為規(guī)格為3-5吋的堵頭，結(jié)構(gòu)是絲
扣部分為3-5吋的套管長園扣，密襯性高，第二道堵頭4前端設(shè)有導(dǎo)向端13以保證上 扣時不容易錯扣，第二道堵頭4的形狀為圓筒帽形，第二道堵頭4套接在堵頭壓桿3的 上端外部，第二道堵頭4的上部有固定連接螺母12;通過鉆桿將第二道堵頭4送入井內(nèi) 正向旋轉(zhuǎn)鉆桿扭緊絲扣，扭矩符合API扭矩標準要求。第一道密封形式對密封面的條件 的要求不高，裝置保證了第二道密封處的清潔干凈。由于有第一次密封的作用，水泥漿 不可能回到儲氣鋼管內(nèi)，因此保證了絲扣部分的清潔及密封效果。


附圖1是本發(fā)明高壓氣地下儲氣井新型的正循環(huán)固井裝置的軸向剖視圖。 附圖2是本發(fā)明高壓氣地下儲氣井新型的正循環(huán)固井固井方法在本固井裝置中應(yīng)用 時，本固井裝置軸向剖視圖。 .
具體實施方式
，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細說明
見圖1，高壓氣地下儲氣井新型的正循環(huán)固井裝置，其特征是由底封頭1、不銹
鋼堵頭2、堵頭壓桿3、第二道堵頭4、套管接箍5、密封圈6、螺栓7組成；底封頭l 的底部有孔11，不銹鋼堵頭2的底端圓柱體與孔11的直徑相同且伸進孔11中，不銹鋼 堵頭2的底端圓柱體外圈安裝有密封圈6，不銹鋼堵頭2的中部為錐型，不銹鋼堵頭2 的上端與堵頭壓桿3的底部用螺栓7連接，堵頭壓桿3的內(nèi)圈為圓筒形狀，堵頭壓桿3 的上段外圈安裝密封圈10;第二道堵頭4的形狀為圓筒帽形，第二道堵頭4套接在堵頭 壓桿3的上端外部，第二道堵頭4的上部固定連接螺母12，在底封頭1的上段外圈套接 套管接箍5。
如圖l所示裝置由底封頭l、不銹鋼堵頭2、堵頭壓桿3、第二道堵頭4、套管接 箍5、密封圈6、螺栓7等組成。
見圖2，高壓氣地下儲氣井新型的正循環(huán)固井方法，其特征是順次進行以下步驟 步驟l、鉆豎井；豎井深20—300米；
步驟2、在地面裝配，將底封頭l、不銹鋼堵頭2、堵頭壓桿3、接箍5豎直裝配后， 旋緊堵頭壓桿3將不銹鋼堵頭2壓緊底封頭1的孔11;固井之前第二道堵頭4未安裝。
步驟3、在地面進行水壓試驗^在地面接通管線進行水試壓，對裝配好的底封頭l、 不銹鋼堵頭2、堵頭壓桿3的組裝件進行水壓試驗，至水壓為33Mpa—42 Mpa，穩(wěn)壓 10~50分鐘，檢測無滲漏為合格，如果水壓不合格，說明底封頭1和不銹鋼堵頭2質(zhì)量不合格或者安裝不合格，更換底封頭1和不銹鋼堵頭2，重新安裝后進行水壓試驗直至 合格；
步驟4、在井中安裝固井裝置，將裝配好的底封頭1、不銹鋼堵頭2、堵頭壓桿3 的組裝件沿井口下放倒井底；然后進行下套管作業(yè)根據(jù)井的深度確定套管接箍5和鋼 管的個數(shù)，將套管接箍5套在底封頭1上，將鋼管套在套管接箍5上，順次逐級安裝套 管接箍5和鋼管；
步驟5、進行強度試驗，主要檢測套管的強度，從地面水管向井內(nèi)灌水，逐步加壓 至水壓為33Mpa—42 Mpa ;穩(wěn)壓3—8小時，水壓無壓降為合格；如果不合格，則取出 套管，更換套管，以防儲氣井及套管報廢，直至合格；
步驟6、進行正循環(huán)固井作業(yè)，按照下面的步驟進行
A、 將固井連接頭8套在堵頭壓桿3上，
B、 固井時，旋轉(zhuǎn)鉆桿，將鉆桿與固井連接頭8連接，連接面在絲扣81處， 鉆桿與固井連接頭8連接后，將鉆桿逐根下到井底，使鉆桿連接緊固，固井連 接頭8為套筒形狀，固井連接頭8的上端為絲扣81連接頭形狀；固井時，下鉆 過程中用B型鉗將每根鉆桿扭緊，通過固井連接頭8前端導(dǎo)向82進入堵頭壓桿 3的上部如圖示位置，固井連接頭8內(nèi)外設(shè)置有密封圈IO用于封堵水泥漿防止 水泥漿進入套管內(nèi)；鉆桿是內(nèi)壁為圓柱體的鋼管。
C、 反轉(zhuǎn)鉆桿將不銹鋼堵頭2退出底封頭1的底孔11，(退扣長度控制在 30mm-60mm左右，以保證堵頭壓桿3與底封頭1不脫扣)，連接固 井泵將水泥漿灌入，沿圖示箭頭方向，水泥漿灌入從上向下依次為轉(zhuǎn)桿內(nèi)壁 -固井專用接頭8的內(nèi)腔83-堵頭壓桿3的內(nèi)腔31--堵頭壓桿3上的孔9-底封 頭1的內(nèi)腔22--底封頭1底部的孔ll--底封頭1的外部23，直至注入儲氣鋼管 外環(huán)空間，裝滿整個外環(huán)空間，從而實現(xiàn)正循環(huán)固井；
D、 固井完成后，注入清水替出鉆桿內(nèi)水泥叛，清洗鉆桿及底封頭底孔ll， 清水量大于鉆桿內(nèi)容積，關(guān)上地面水泥漿管線閥門后，防止水泥漿回入鉆桿內(nèi)， 正向旋轉(zhuǎn)鉆桿，扭緊堵頭壓桿3以壓緊不銹鋼堵頭2，實現(xiàn)第一次密封；上提鉆 桿取出鉆桿，取出固井連接頭8;
步驟7、第二次密封第二道堵頭4為規(guī)格為3-5吋的堵頭，成錐面密封堵 頭，其密封原理同第一次密封，其結(jié)構(gòu)是，絲扣部分為3-5吋的套管長園扣， 密封性高，第二道堵頭4前端設(shè)有導(dǎo)向端13以保證上扣時不容易錯扣；通過鉆 桿將第二道堵頭4送入井內(nèi)，正向旋轉(zhuǎn)鉆桿，扭緊絲扣，扭矩符合API扭矩標 準要求；由于有第一次密封的作用，水泥槳不可能回到儲氣鋼管內(nèi)，因此保證了絲扣部分的清潔及密封效果。
實施例l:步驟3中加壓為36Mpa，穩(wěn)壓10分鐘；步驟5中加壓至水壓為 37Mpa ，穩(wěn)壓4小時。
實施例2:步驟3中加壓為40Mpa，穩(wěn)壓30分鐘；步驟5中加壓至水壓為 39Mpa ，穩(wěn)壓6小時。
權(quán)利要求
1、高壓氣地下儲氣井新型的正循環(huán)固井裝置，其特征是由底封頭(1)、不銹鋼堵頭(2)、堵頭壓桿(3)、第二道堵頭(4)、套管接箍(5)、密封圈(6)、螺栓(7)組成；底封頭(1)的底部有孔(11)，不銹鋼堵頭(2)的底端圓柱體與孔(11)的直徑相同且能夠伸進孔(11)中，不銹鋼堵頭(2)的底端圓柱體外圈安裝有密封圈(6)，不銹鋼堵頭(2)的中部為錐型，不銹鋼堵頭(2)的上端與堵頭壓桿(3)的底部用螺栓(7)連接，堵頭壓桿(3)的內(nèi)圈為圓筒形狀，堵頭壓桿(3)的上段外圈安裝密封圈(10)；堵頭壓桿(3)的中段外圈有絲扣(31)，底封頭(1)內(nèi)壁的中段有絲扣(31)；第二道堵頭(4)的形狀為圓筒帽形，第二道堵頭(4)套接在堵頭壓桿(3)的上端外部，第二道堵頭(4)的上部固定連接螺母(12)，在底封頭(1)的上段外圈套接套管接箍(5)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓氣地下儲氣井新型的正循環(huán)固井裝置，其特征是第二 道堵頭(4)為3-5吋規(guī)格的堵頭。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓氣地下儲氣井新型的正循環(huán)固井裝置，其特征是固井 連接頭(8)為套筒形狀，固井連接頭(8)的上端為喇叭口形狀，喇叭口上有絲扣(81)，固井連接頭(8)下端內(nèi)外設(shè)置有密封圈(10)。
4、 高壓氣地下儲氣井新型的正循環(huán)固井方法，其特征是順次進行以下步驟步驟l、鉆豎井；豎井深20—300米；步驟2、在地面裝配，將底封頭(1)、不銹鋼堵頭(2)、堵頭壓桿(3)豎直裝配后， 旋緊堵頭壓桿(3)將不銹鋼堵頭(2)壓緊底封頭(1)的孔(11);步驟3、在地面進行水壓試驗在地面接通管線進行水試壓，對裝配好的底封頭(l)、 不銹鋼堵頭(2)、堵頭壓桿(3)的組裝件進行水壓試驗，至水壓為33Mpa—42 Mpa， 穩(wěn)壓10~50分鐘，檢測無滲漏為合格，如果水壓不合格，說明底封頭(1)和不銹鋼堵 頭(2)質(zhì)量不合格或者裝配不合格，更換底封頭(1)和不銹鋼堵頭(2)，重新裝配后 進行水壓試驗直至合格；步驟4、在井中安裝固井裝置，將裝配好的底封頭(1)、不銹鋼堵頭(2)、堵頭壓 桿(3)的組裝件沿井口下放倒井底；然后進行下套管作業(yè)根據(jù)井的深度確定套管接 箍(5)和鋼管的個數(shù)，將套管接箍(5)套在底封頭(1)上，將鋼管套在套管接箍(5)上，順次逐級安裝套管接箍(5)和鋼管；步驟5、進行強度試驗，主要檢測套管的強度，從地面水管向井內(nèi)灌水，逐步加壓 至水壓為33Mpa—42 Mpa ;穩(wěn)壓3—8小時，水壓無壓降為合格；如果不合格，則取出 套管，更換套管，以防儲氣井及套管報廢，直至合格；步驟6、進行正循環(huán)固井作業(yè)，按照下面的步驟進行A、 將固井連接頭(8)套在堵頭壓桿(3)上，B、 固井時，旋轉(zhuǎn)鉆桿，將鉆桿與固井連接頭(8)連接，連接面在絲扣(81) 處，鉆桿與固井連接頭(8)連接后，將鉆桿逐根下到井底，使鉆桿連接緊固，固 井連接頭(8)為套筒形狀，固井連接頭(8)的上端為絲扣(81)連接頭形狀；固井時， 下鉆過程中用B型鉗將每根鉆桿扭緊，通過固井連接頭(8)前端導(dǎo)向(82)進入堵 頭壓桿(3)的上部如圖示位置，固井連接頭(8)下端內(nèi)外設(shè)置有密封圈(10)用于封 堵水泥漿防止水泥漿進入套管內(nèi)；C、 反轉(zhuǎn)鉆桿將不銹鋼堵頭(2)退出底封頭(1)的底孔(11)，(退扣長度控制 在30mm-60 mm左右，以保證堵頭壓桿(3)與底封頭(1)不脫扣)，連 接固井泵將水泥漿灌入，沿圖示箭頭方向，水泥漿灌入從上向下依次為固井 專用接頭(8)的內(nèi)腔(83)—堵頭壓桿(3)的內(nèi)腔(31)—堵頭壓桿(3)上的孔(9)—底封頭 (1)的內(nèi)腔(22)—底封頭(1)底部的孔(11)—底封頭(1)的外部(23)，直至注入儲氣鋼管 外環(huán)空間，裝滿整個外環(huán)空間，從而實現(xiàn)正循環(huán)固井；D、 固井完成后，注入清水替出鉆桿內(nèi)水泥漿，清洗鉆桿及底封頭底孔(ll)， 清水量大于鉆桿內(nèi)容積，關(guān)上地面水泥漿管線閥門后，防止水泥槳回入鉆桿內(nèi)， 正向旋轉(zhuǎn)鉆桿，扭緊堵頭壓桿(3)以壓緊不銹鋼堵頭(2)，實現(xiàn)第一次密封；上提 鉆桿取出鉆桿，取出固井連接頭(8);步驟7、第二次密封第二道堵頭(4)為規(guī)格為3-5吋的堵頭，成錐面密封堵 頭，其密封原理同第一次密封，其結(jié)構(gòu)是，絲扣部分為3-5吋的套管長園扣， 密封性高，第二道堵頭(4)前端設(shè)有導(dǎo)向端(13)以保證上扣時不容易錯扣；通過 鉆桿將第二道堵頭(4)送入井內(nèi)，正向旋轉(zhuǎn)鉆桿，扭緊絲扣，扭矩符合API扭矩 標準要求；由于有第一次密封的作用，水泥漿不可能回到儲氣鋼管內(nèi)，因此保 證了絲扣部分的清潔及密封效果。
全文摘要
高壓氣地下儲氣井新型的正循環(huán)固井裝置及固井方法，其特征是由底封頭(1)、不銹鋼堵頭(2)、堵頭壓桿(3)、第二道堵頭(4)、套管接箍(5)、密封圈(6)、螺栓(7)、固井連接頭(8)組成；第二道堵頭(4)套接在堵頭壓桿(3)的上端外部，在底封頭(1)的上段外圈套接套管接箍(5)。本發(fā)明實現(xiàn)了雙密封，使密封更加可靠安全，第一道密封采用錐面密封，第二道密封采用3-5時套管扣密封。固井時，連接固井泵將水泥漿灌入，水泥漿從底封頭(1)底部的孔(11)進入入儲氣鋼管外環(huán)空間，裝滿整個外環(huán)空間，從而實現(xiàn)正循環(huán)固井。
文檔編號E21B23/00GK101514619SQ200910058868
公開日2009年8月26日 申請日期2009年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月8日
發(fā)明者吳小和, 唐貴華, 寧望正, 健 王, 林 黃 申請人:自貢市華氣科技開發(fā)有限公司