一種簡(jiǎn)易地質(zhì)鉆探孔用壓力封閉止水器的設(shè)計(jì)

張吉亮，王士磊，金亮

（山東省煤田地質(zhì)鉆探工具廠，山東 272400）

隨著新的鉆井技術(shù)的不斷出現(xiàn)，天然氣、煤層氣、地?zé)峋荣Y源越來(lái)越被重視，要求不斷開(kāi)發(fā)深部能源和難開(kāi)采儲(chǔ)量，對(duì)固井的質(zhì)量也有了更高的要求。現(xiàn)有技術(shù)中尚無(wú)地質(zhì)鉆探孔水泥固井封閉專用設(shè)備，不能對(duì)固井作業(yè)水泥返高的情況進(jìn)行有效控制，造成施工工程質(zhì)量無(wú)法得到保障，給后續(xù)作業(yè)帶來(lái)質(zhì)量隱患，易發(fā)生滲漏事故。作者設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)易的地質(zhì)鉆探孔用壓力封閉止水器，經(jīng)過(guò)實(shí)踐證實(shí)，該設(shè)備特別適用于地質(zhì)鉆探工程孔水泥固井壓力封閉止水。

1 概述

固井就是將水泥漿注入井壁與套管之間的環(huán)空中的過(guò)程，其目的是為了層間封隔和支撐及保護(hù)套管，固井質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到油氣井的壽命和資源的保護(hù)，因此必須充分考慮固井作業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)。固井作業(yè)不僅關(guān)系到油氣井能否順利完成，影響投產(chǎn)后油氣井質(zhì)量的好壞、油氣井壽命的長(zhǎng)短及油氣井產(chǎn)量的高低，而且其成本在整個(gè)鉆井工程中也占有很大的密度（占20～30%）。固井又是一個(gè)系統(tǒng)工程，影響因素復(fù)雜多樣，具有其特殊性，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）固井作業(yè)是一個(gè)一次性工程，如質(zhì)量不合格，即使采用擠水泥等補(bǔ)救方法也難以取得良好的效果。

（2）固井作業(yè)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程、隱蔽性作業(yè)，涉及到材料、流體、化學(xué)、機(jī)械、力學(xué)等多種學(xué)科，施工時(shí)未知因素多，風(fēng)險(xiǎn)大。

（3）固井作業(yè)施工時(shí)間短，工作量大，技術(shù)性強(qiáng)，費(fèi)用高。

固井技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)一直圍繞如何進(jìn)一步提高固井質(zhì)量及減少固井事故等。現(xiàn)有技術(shù)中沒(méi)有地質(zhì)鉆探孔水泥固井封閉專用設(shè)備，不能對(duì)固井作業(yè)水泥返高的情況進(jìn)行有效控制，造成施工工程質(zhì)量無(wú)法得到保障，給后續(xù)作業(yè)帶來(lái)質(zhì)量隱患，造成滲漏事故的發(fā)生。

2 簡(jiǎn)易止水器的設(shè)計(jì)

簡(jiǎn)易地質(zhì)鉆探孔用壓力封閉孔止水器（圖1），采取以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的，由鉆桿柱變徑接頭1、內(nèi)管2、連接板3、鋼球4、彈簧5、封隔器6、擋板7、外管8、大通料孔9和小通料孔10構(gòu)成。連接板3焊接在外管8的內(nèi)壁上，內(nèi)管2一端焊接在連接板3上，內(nèi)管2另一端以反絲螺紋的形式與鉆桿柱變徑接頭1連接，封隔器6一端焊接在連接板3上，封隔器6另一端與擋板7焊接在一起，封隔器6的兩側(cè)設(shè)有小通料孔10，擋板7上中央設(shè)有大通料孔9，彈簧5一端裝置鋼球4，彈簧5另一端連接在擋板7上，外管8內(nèi)兩側(cè)小通料孔10與大通料孔9連通。

固井作業(yè)時(shí)，將外管8插入鉆探施工孔內(nèi)，向鉆桿柱內(nèi)注入固井水泥，水泥到達(dá)封隔器6的兩側(cè)小通料孔10進(jìn)入外管8內(nèi)，水泥返高達(dá)到預(yù)定位置，水泥通過(guò)擋板7上大通料孔9進(jìn)入封隔器6，驅(qū)使彈簧5推動(dòng)鋼球4，堵塞封隔器6的小通料孔10，有效控制固井作業(yè)時(shí)水泥返高的效果。

圖1 地質(zhì)鉆探孔用壓力封閉止水器結(jié)構(gòu)圖

3 簡(jiǎn)易止水器的應(yīng)用

固井作業(yè)時(shí)，地面施工人員根據(jù)鉆探施工孔的孔徑，首先選擇適宜口徑的地質(zhì)鉆探孔用壓力封閉孔止水器，將其連接在有效鉆桿柱的最下端，并且下降到水泥返高預(yù)定位置，然后向鉆桿柱內(nèi)注入固井水泥，水泥到達(dá)地質(zhì)鉆探孔用壓力封閉孔止水器后，通過(guò)封隔器上的小通料孔進(jìn)入施工孔內(nèi)，水泥返高達(dá)到預(yù)定位置，水泥通過(guò)擋板上的大通料孔進(jìn)入封隔器，驅(qū)使彈簧推動(dòng)鋼球移動(dòng)，堵塞封隔器上的小通料孔，水泥便不能持續(xù)進(jìn)入施工孔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)有效控制固井作業(yè)時(shí)水泥返高的目的。

4 結(jié)論

簡(jiǎn)易地質(zhì)鉆探孔用壓力封閉止水器，特別適用于地質(zhì)鉆探工程孔水泥固井壓力封閉止水。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，工作效率高，事故率低，經(jīng)久耐用，封堵塞水氣孔，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)高，有效控制固井作業(yè)時(shí)水泥返高，廣泛用于地質(zhì)鉆探工程孔水泥固井封孔。