本發(fā)明涉及頁巖氣固井，具體是涉及一種用于頁巖氣作業(yè)井的固井漿液均勻注入設(shè)備及方法。

背景技術(shù)：

1、頁巖氣是存在于頁巖裂縫等空隙中的天然氣，要使其盡可能地流入井筒就必須合理利用儲(chǔ)層中的裂縫，使井筒穿過盡可能多的儲(chǔ)層，現(xiàn)在業(yè)界多利用水平鉆井技術(shù)來進(jìn)行頁巖氣的開采。

2、頁巖氣作業(yè)井在固井時(shí)通常是通過注漿管向井槽內(nèi)灌入水泥漿，再待水泥漿凝固后撤出注漿管，從而完成固井。但在固井過程中，因?yàn)橥ǔＪ菑木鄣撞块_始灌入，直至水泥漿逆流至井口，因此在逆流的過程中，可能會(huì)導(dǎo)致上部巖層未充分灌漿，而下部巖層則可能過度灌漿，導(dǎo)致泥漿灌入的不均勻，且在持續(xù)逆流灌漿過程中，灌漿的壓力也會(huì)逐漸增加，這可能引起井壁破裂或井管變形，增加了發(fā)生灌漿失敗的風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種用于頁巖氣作業(yè)井的固井漿液均勻注入設(shè)備及方法。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種用于頁巖氣作業(yè)井的固井漿液均勻注入設(shè)備，包括注漿組件、用于保護(hù)注漿組件的的套管組件以及用于對(duì)注漿深度進(jìn)行固定的定位管，所述注漿組件包括轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置的第一注漿管、與第一注漿管下端滑動(dòng)密封連接的第二注漿管以及利用第二注漿管轉(zhuǎn)動(dòng)控制泥漿排出的出漿組件，所述定位管頂部設(shè)有側(cè)壁與其滑動(dòng)密封連接的回流管，且回流管與出漿組件連接；所述回流管內(nèi)從上到下依次設(shè)有用于在向上滑動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)第二注漿管上移的第一活塞片、用于泥漿灌入的通槽以及利用泥漿下壓移動(dòng)的第二活塞片，第二活塞片上設(shè)有排漿孔以及與回流管固定連接的彈簧；所述回流管內(nèi)設(shè)有與第一活塞片和第二活塞片均螺紋套接且螺紋方向相反的螺桿，所述螺桿兩端分別與回流管頂部、底部設(shè)置的支撐架轉(zhuǎn)動(dòng)連接，且第一活塞片上設(shè)有與回流管頂部固定連接的氣囊桿，所述氣囊桿內(nèi)設(shè)有葉輪，所述葉輪通過與其同軸的轉(zhuǎn)動(dòng)桿橫向貫穿回流管側(cè)壁并設(shè)有第一轉(zhuǎn)輪；所述第二注漿管上套設(shè)有第一齒輪，所述第一齒輪一側(cè)設(shè)有與其垂直并嚙合傳動(dòng)的第二齒輪，所述第二齒輪的第一中心軸貫穿套管組件側(cè)壁并設(shè)有第二轉(zhuǎn)輪，所述第一注漿管上具有利用第二注漿管的轉(zhuǎn)動(dòng)使出漿組件上移的驅(qū)動(dòng)組件。

3、進(jìn)一步地，所述回流管頂部設(shè)有用于泄壓的出氣管和進(jìn)氣管，所述進(jìn)氣管的出氣口通過管道與氣囊桿的進(jìn)氣口連通，出氣管的進(jìn)氣口、氣囊桿的出氣口均與第一活塞片上方的回流管內(nèi)部連通，且出氣管的出氣口與井外連通，進(jìn)氣管的進(jìn)氣口與井內(nèi)連通。

4、說明：利用第一活塞片的上下移動(dòng)，使氣囊桿多次將井內(nèi)的氣體轉(zhuǎn)移至井外，從而降低井內(nèi)因灌注泥漿而攀升的氣壓，降低井壁破裂或井管變形的風(fēng)險(xiǎn)，從而提高注漿效率。

5、進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)組件包括套設(shè)在第一注漿管上的第三齒輪、與第三齒輪垂直并嚙合傳動(dòng)的第四齒輪、套設(shè)在第四齒輪的第二中心軸上的棘輪以及與棘輪嚙合傳動(dòng)的棘齒板，所述第二中心軸通過連接件與套管組件轉(zhuǎn)動(dòng)連接；所述棘齒板的頂部通過彈簧桿與套管組件固定連接，棘齒板的底部與出漿組件固定連接。

6、說明：通過第二注漿管帶動(dòng)第一注漿管轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使棘輪帶動(dòng)棘齒板單向上移，進(jìn)而帶動(dòng)出漿組件上移，改變注漿高度，使得固井漿液可以在注漿組件上升的過程中充分混合和分散，從而提高了固井漿液的均勻性。

7、進(jìn)一步地，所述出漿組件包括由內(nèi)至外依次套接的螺管、出漿管以及固定管；所述螺管與第二注漿管連通，所述固定管與螺管限位轉(zhuǎn)動(dòng)密封套接，且固定管通過連接件與回流管固定連接；所述出漿管內(nèi)壁上端與螺管螺紋傳動(dòng)，出漿管側(cè)壁下端間隔設(shè)有多排與螺管連通的出漿孔。

8、說明：上述出漿組件利用第二注漿管的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行伸縮，并在伸縮的同時(shí)進(jìn)行出漿的開啟和關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)在出漿組件上移的過程中能夠同步關(guān)閉出漿，進(jìn)一步擴(kuò)大出漿組件與泥漿液位的高度差，為回流管內(nèi)第二活塞片的復(fù)位提供更多的時(shí)間。

9、進(jìn)一步地，所述出漿管與固定管、回流管與定位管之間的滑動(dòng)密封連接均通過導(dǎo)條和滑槽進(jìn)行滑動(dòng)密封連接。

10、說明：通過導(dǎo)條和滑槽進(jìn)行滑動(dòng)密封連接，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且穩(wěn)定，能夠有效限制各個(gè)組件的轉(zhuǎn)動(dòng)。

11、進(jìn)一步地，所述導(dǎo)條通過裝有助凝劑的液囊與滑槽底部固定連接，液囊通過出液管貫穿固定管側(cè)壁，液囊通過進(jìn)液管與補(bǔ)給設(shè)備連通。

12、說明：設(shè)置裝有助凝劑的液囊，在注入泥漿的同時(shí)，也向泥漿注入助凝劑而促使泥漿后續(xù)更快地凝固，提高固井效率。

13、根據(jù)上述用于頁巖氣作業(yè)井的固井漿液均勻注入設(shè)備進(jìn)行固井的方法，包括以下步驟：

14、s1、鉆井結(jié)束后形成井槽，將固井漿液均勻注入設(shè)備插入井槽內(nèi)，套管組件位置固定后，正轉(zhuǎn)第一注漿管使其帶動(dòng)第二注漿管正轉(zhuǎn)，從而觸發(fā)出漿組件使泥漿從多個(gè)方位排出；

15、s2、隨著泥漿的注入其液位升高，使泥漿通過通槽進(jìn)入回流管內(nèi)，隨著泥漿注滿使第二活塞片下壓到最低點(diǎn)，在第二活塞片下移過程中使螺桿反轉(zhuǎn)，第一活塞片利用螺桿反轉(zhuǎn)進(jìn)行上移擠壓氣囊桿，使葉輪正轉(zhuǎn)從而帶動(dòng)第二轉(zhuǎn)輪和第二齒輪正轉(zhuǎn)，第二齒輪與第一齒輪嚙合從而使第二注漿管反轉(zhuǎn)，而使出漿組件暫停注漿，并同步通過驅(qū)動(dòng)組件使出漿組件上移，完成一次泥漿注入；

16、s3、一次泥漿注入結(jié)束后，第二活塞片的排漿孔將泥漿逐漸排空，在彈簧的作用下使第二活塞片復(fù)位，在第二活塞片上移過程中使螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使第二注漿管正轉(zhuǎn)，進(jìn)行下一次注漿；

17、s4、出漿組件上移到最高點(diǎn)后，第二注漿管和滑動(dòng)管無法再收縮，因此第二注漿管、回流管以及出漿組件均保持原位直至將井槽注漿至井槽最高點(diǎn)后，停止注漿。

18、與現(xiàn)有的固井漿液注入設(shè)備相比，本發(fā)明的有益效果是：

19、(1)本發(fā)明通過進(jìn)行多次、多高度的注漿，使得固井漿液可以在注漿組件上升的過程中充分混合和分散，從而提高了固井漿液的均勻性，這有助于減少固井中可能出現(xiàn)的灌漿不均勻或局部空隙的情況，提高了固井的質(zhì)量和安全性。

20、(2)本發(fā)明通過根據(jù)泥漿的回流程度來自主控制單次注漿高度，即在回流時(shí)自動(dòng)進(jìn)行注漿高度的調(diào)節(jié)，并在單次注漿高度調(diào)節(jié)結(jié)束后，能夠自動(dòng)進(jìn)行下一次注漿，從而實(shí)現(xiàn)多次、多高度注漿的啟停，提高了注漿的自動(dòng)化程度。

21、(3)本發(fā)明在注漿的同時(shí)，利用注漿組件的運(yùn)動(dòng)自動(dòng)加入助凝劑，提高后續(xù)固井漿液的凝固效率，進(jìn)而提高固井效率。

技術(shù)特征：

1.一種用于頁巖氣作業(yè)井的固井漿液均勻注入設(shè)備，其特征在于，包括注漿組件、用于保護(hù)注漿組件的套管組件(1)以及用于對(duì)注漿深度進(jìn)行固定的定位管(4)，所述注漿組件包括轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置的第一注漿管(14)、與第一注漿管(14)下端滑動(dòng)密封連接的第二注漿管(15)以及利用第二注漿管(15)轉(zhuǎn)動(dòng)控制泥漿排出的出漿組件(2)，所述定位管(4)頂部設(shè)有側(cè)壁與其滑動(dòng)密封連接的回流管(3)，且回流管(3)與出漿組件(2)連接；所述回流管(3)內(nèi)從上到下依次設(shè)有用于在向上滑動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)第二注漿管(15)上移的第一活塞片(32)、用于泥漿灌入的通槽(31)以及利用泥漿下壓移動(dòng)的第二活塞片(33)，第二活塞片(33)上設(shè)有排漿孔(331)以及與回流管(3)固定連接的彈簧(333)；所述回流管(3)內(nèi)設(shè)有與第一活塞片(32)和第二活塞片(33)均螺紋套接且螺紋方向相反的螺桿(332)，所述螺桿(332)兩端分別與回流管(3)頂部、底部設(shè)置的支撐架轉(zhuǎn)動(dòng)連接，且第一活塞片(32)上設(shè)有與回流管(3)頂部固定連接的氣囊桿(322)，所述氣囊桿(322)內(nèi)設(shè)有葉輪(323)，所述葉輪(323)通過與其同軸的轉(zhuǎn)動(dòng)桿(324)橫向貫穿回流管(3)側(cè)壁并設(shè)有第一轉(zhuǎn)輪(325)，所述第二注漿管(15)上套設(shè)有第一齒輪(151)，所述第一齒輪(151)一側(cè)設(shè)有與其垂直并嚙合傳動(dòng)的第二齒輪(152)，所述第二齒輪(152)的第一中心軸(153)貫穿套管組件(1)側(cè)壁并設(shè)有與第一轉(zhuǎn)輪(325)帶傳動(dòng)連接的第二轉(zhuǎn)輪(154)，所述第一注漿管(14)上設(shè)有利用第二注漿管(15)的轉(zhuǎn)動(dòng)使出漿組件(2)上移的驅(qū)動(dòng)組件。

2.如權(quán)利要求1所述的一種用于頁巖氣作業(yè)井的固井漿液均勻注入設(shè)備，其特征在于，所述回流管(3)頂部設(shè)有用于泄壓的出氣管(321)和進(jìn)氣管(326)，所述進(jìn)氣管(326)的出氣口通過管道與氣囊桿(323)的進(jìn)氣口連通，出氣管(321)的進(jìn)氣口、氣囊桿(323)的出氣口均與第一活塞片(32)上方的回流管(3)內(nèi)部連通，且出氣管(321)的出氣口與井外連通，進(jìn)氣管(326)的進(jìn)氣口與井內(nèi)連通。

3.如權(quán)利要求1所述的一種用于頁巖氣作業(yè)井的固井漿液均勻注入設(shè)備，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)組件包括套設(shè)在第一注漿管(14)上的第三齒輪(141)、與第三齒輪(141)垂直并嚙合傳動(dòng)的第四齒輪(142)、套設(shè)在第四齒輪(142)的第二中心軸(143)上的棘輪(144)以及與棘輪(144)嚙合傳動(dòng)的棘齒板(145)，所述第二中心軸(143)通過連接件與套管組件(1)轉(zhuǎn)動(dòng)連接；所述棘齒板(145)的頂部通過彈簧桿(146)與套管組件(1)固定連接，棘齒板(145)的底部與出漿組件(2)固定連接。

4.如權(quán)利要求1所述的一種用于頁巖氣作業(yè)井的固井漿液均勻注入設(shè)備，其特征在于，所述出漿組件(2)包括由內(nèi)至外依次套接的螺管(21)、出漿管(23)以及固定管(22)；所述螺管(21)與第二注漿管(15)連通，所述固定管(22)與螺管(21)限位轉(zhuǎn)動(dòng)密封套接，且固定管(22)通過連接件與回流管(3)固定連接，所述出漿管(23)內(nèi)壁上端與螺管(21)螺紋傳動(dòng)，出漿管(23)側(cè)壁下端等間隔設(shè)有多排與螺管(21)連通的出漿孔(232)。

5.如權(quán)利要求4所述的一種用于頁巖氣作業(yè)井的固井漿液均勻注入設(shè)備，其特征在于，所述出漿管(23)與固定管(22)、回流管(3)與定位管(4)之間的滑動(dòng)密封連接均通過導(dǎo)條(231)和滑槽進(jìn)行滑動(dòng)密封連接。

6.如權(quán)利要求5所述的一種用于頁巖氣作業(yè)井的固井漿液均勻注入設(shè)備，其特征在于，所述出漿管(23)與固定管(22)、回流管(3)與定位管(4)之間的滑動(dòng)密封連接均通過導(dǎo)條(231)和滑槽進(jìn)行滑動(dòng)密封連接；所述導(dǎo)條(231)通過裝有助凝劑的液囊(233)與滑槽底部固定連接，液囊(233)通過出液管(234)貫穿固定管(22)側(cè)壁，液囊(233)通過進(jìn)液管(235)與補(bǔ)給設(shè)備連通。

7.如權(quán)利要求1～6任意一項(xiàng)所述的一種用于頁巖氣作業(yè)井的固井漿液均勻注入設(shè)備的使用方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及固井技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于頁巖氣作業(yè)井的固井漿液均勻注入設(shè)備及方法，設(shè)備包括套管組件、注漿組件以及定位管，注漿組件包括第一注漿管、第二注漿管以及出漿組件，定位管頂部設(shè)有回流管；回流管內(nèi)設(shè)有第一活塞片、通槽以及第二活塞片；回流管內(nèi)設(shè)有螺桿，第一活塞片上設(shè)有氣囊桿，氣囊桿內(nèi)設(shè)有驅(qū)動(dòng)第二注漿管轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪，第一注漿管上具有使出漿組件上移的驅(qū)動(dòng)組件；方法包括S1、在井槽內(nèi)注漿，S2、中斷注漿并上移出漿組件，S3、進(jìn)行下一次注漿，S4、停止注漿；本發(fā)明通過進(jìn)行多次、多高度的注漿，使得固井漿液可以在注漿組件上升的過程中充分混合和分散，從而提高了固井漿液的均勻性，提高了固井質(zhì)量。

技術(shù)研發(fā)人員：王興濤,張相春,楊方,黃耀
受保護(hù)的技術(shù)使用者：遵義師范學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/18