一种计量固井水泥头及其应用制造技术

本发明专利技术提供了一种计量固井水泥头及其应用，属于石油工程钻完井领域。该计量固井水泥头包括：水泥头本体以及设置在其内腔中的顶胶塞、底胶塞；所述顶胶塞位于所述底胶塞的上方；在所述水泥头本体上开有下压塞孔、注浆孔、声波接收孔和声波发射孔；所述下压塞孔位于顶胶塞、底胶塞之间；所述注浆孔、声波接收孔和声波发射孔均位于所述底胶塞的下方。在钻完井作业中，利用本发明专利技术可以在固井施工期间实时、准确地计量固井水泥浆量及替浆量，为准确判断施工状态并因此做出正确决策提供前提条件，可有效提高固井施工安全性及提高固井质量。提高固井施工安全性及提高固井质量。提高固井施工安全性及提高固井质量。

【技术实现步骤摘要】
一种计量固井水泥头及其应用


[0001]本专利技术属于石油工程钻完井领域，具体涉及一种计量固井水泥头及其应用。

技术介绍

[0002]固井施工期间，需要“实时”掌握固井过程及状态，判断施工是否正常，并根据实时的施工参数决定后续施工方案。固井中按计划注入套管内的水泥浆及替浆量应该实时准确计量，并根据计量值调整施工方案。液量的计量一般通过水泥车自带的流量计、专用流量计、泥浆泵累计泵冲数及泥浆罐液面测量方式综合计量替浆量。
[0003]现有固井施工中，一般采取固井车计量配合灰罐罐体响声判断两种方式；一般采取泥浆罐液面测量、水泥车流量计计量、专用流量计计量、泥浆泵累计泵冲等计量方式综合计量替浆量。水泥车自带流量计可能因泵效较低而产生误差，泵效也因施工泵压变化而无法稳定；专用注量计因液体介质不同而产生误差，且对工作环境有一定要求；泥浆泵累计泵冲也因泵效问题而产生误差，泵效也因施工泵压变化而无法稳定；泥浆罐液面计量也将因液面读取不准确而产生误差，同时在施工过程中液面也并非静止状态，更加难以保证液面读数的准确性。
[0004]每种计量方式均存在较大误差，导致对固井状态的判断存在较大困难，在施工液量无法准确计量且并不可信的前提下，很难做出正确决策，后续施工将可能遗留较大的安全隐患或质量问题。如果计量数值远高于实际替量，则可能判断胶塞质量问题或释放胶塞操作问题而中止替浆(预防套管内被替空)，而实际顶胶塞3还远未达到设计位置，将在管内将存留过多的水泥塞，同时管外的水泥浆量将少于设计量而造成水泥浆低返的问题。如果计量数值远低于实际替量，则可能因胶塞已下行至设计位置并提前碰压。而基于此计量数值情况下，将做出错误的决策，即：继续采用正常排量替浆，而不是降低排量替浆并预备碰压，这样将造成“大排量猛烈碰压”的巨大风险，严重的情况将导致碰脱井内套管，地面水泥头及管汇刺漏甚至崩飞，对井下安全、地面设备安全及人身安全都将造成极大的危害。
[0005]中国专利公开文献CN112253043A公开了一种高压固井水泥头，涉及水泥头
，是一种高压固井水泥头，其包括水泥头本体1、上筒体、快接头、由壬连接头和挡销组件，所述水泥头本体1内部注浆通道，水泥头本体1上端固定连接有上筒体，水泥头本体1下端固定连接有快接头，水泥头本体1前后两侧壁中部均螺纹连接有一由壬连接头，水泥头本体1上设有挡销组件，所述挡销组件包括挡销、旋转轴、紧固螺母和指示转动把手，所述旋转轴转动安装于水泥头本体1的侧壁上，挡销与旋转轴中部可拆卸固定连接。其结构合理而紧凑，使用方便，其通过在水泥头本体1上螺纹连接由壬连接头并由壬连接头与水泥头本体1的螺纹连接处焊接在一起，可使其能承受更大的注浆压力，满足高压力固井作业的需求。但是，该专利公开的水泥头只具有常规水泥浆的基本功能，特点在于密封方式可以保证水泥头能承受较高的施工压力，但是其没有对施工液量的计量功能，无法准确判断水泥浆量及替浆量的体积，无法实时准确判断胶塞位置，对固井施工依然只能基于常规的计量方式，常规计量方式存在的误差或者错误将导致固井施工状态判断盲目，甚至判断错误，对于后续
施工的决策将只能根据经验或者冒险施工，极大地影响固井施工安全以及固井质量。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种计量固井水泥头及其应用，改进现在液量计量方式，采用声波探测胶塞位置的方式，保证实时、准确计量，不仅可计量替浆量，也可根据用户需要计量固井水泥浆量，实现快速准确判断施工状态并因之做出正确决策，有效保证固井施工安全以及提高固井质量。
[0007]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0008]本专利技术的第一个方面，提供了一种计量固井水泥头，所述计量固井水泥头包括：水泥头本体以及设置在其内腔中的顶胶塞、底胶塞；
[0009]所述顶胶塞位于所述底胶塞的上方；
[0010]在所述水泥头本体上开有下压塞孔、注浆孔、声波接收孔和声波发射孔；
[0011]所述下压塞孔位于顶胶塞、底胶塞之间；所述注浆孔、声波接收孔和声波发射孔均位于所述底胶塞的下方。
[0012]本专利技术的进一步改进在于：
[0013]在所述水泥头本体的上端设置有顶盖；
[0014]在所述顶盖的中心开有与其同轴线的上压塞孔。
[0015]本专利技术的进一步改进在于：
[0016]所述水泥头本体为两端均开口的圆筒状结构，在其顶端、底端分别设置有螺纹；
[0017]所述顶盖通过螺纹与水泥头本体的顶端连接；
[0018]所述水泥头本体的底端通过螺纹与套管连接。
[0019]本专利技术的进一步改进在于：
[0020]在所述水泥头本体上开有上挡销孔、下挡销孔；
[0021]所述上挡销孔位于所述下压塞孔的上方；
[0022]所述下挡销孔位于所述下压塞孔的下方，并位于注浆孔、声波接收孔、声波发射孔的上方。
[0023]本专利技术的进一步改进在于：
[0024]在上挡销孔内安装有上挡销；所述顶胶塞位于上挡销的上方，并被上挡销支撑住；
[0025]在下挡销孔内安装有下挡销；所述底胶塞位于下挡销的上方，并被下挡销支撑住。
[0026]本专利技术的进一步改进在于：
[0027]所述上挡销孔包括两个在圆周上对称分布的挡销孔；
[0028]所述下挡销孔包括两个在圆周上对称分布的挡销孔；
[0029]在上挡销孔、下挡销孔内均设置有螺纹，上挡销、下挡销分别通过螺纹与上挡销孔、下挡销孔连接。
[0030]本专利技术的进一步改进在于：
[0031]所述声波发射孔与声波发射仪器连接；
[0032]所述声波接收孔与声波接收仪器连接。
[0033]本专利技术的第二个方面，提供了一种计量方法，所述方法应用上述装置实现，所述方法包括：
[0034](1)实时获取水泥浆的体积：
[0035]释放底胶塞后，利用声波接收仪器实时获得底胶塞在套管柱内的位移，并根据位移实时计算得到注入的水泥浆的体积；
[0036](2)实时获取替浆量：
[0037]释放顶胶塞后，利用声波接收仪器实时获得顶胶塞在套管柱内的位移，并根据该位移实时计算得到注入的替浆液的体积，即替浆量。
[0038]本专利技术的进一步改进在于：
[0039]所述步骤(1)中的释放底胶塞的操作包括：
[0040]将下挡销从水泥头本体中退出，通过下压塞孔及注浆孔注入水泥浆，水泥浆推动底胶塞向下移动。
[0041]本专利技术的进一步改进在于：
[0042]所述步骤(2)中的释放顶胶塞的操作包括：
[0043]将上挡销从水泥头本体中退出，通过上压塞孔注入压塞液，将顶胶塞下压，然后通过上压塞孔及注浆孔注入替浆液，替浆液推动顶胶塞向下移动。
[0044]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0045]在钻完井作业中，利用本专利技术可以在固井施工期间实时、准确地计量固井水泥浆量及替浆量，为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计量固井水泥头，其特征在于：所述计量固井水泥头包括：水泥头本体以及设置在其内腔中的顶胶塞、底胶塞；所述顶胶塞位于所述底胶塞的上方；在所述水泥头本体上开有下压塞孔、注浆孔、声波接收孔和声波发射孔；所述下压塞孔位于顶胶塞、底胶塞之间；所述注浆孔、声波接收孔和声波发射孔均位于所述底胶塞的下方。2.根据权利要求1所述的计量固井水泥头，其特征在于：在所述水泥头本体的上端设置有顶盖；在所述顶盖的中心开有与其同轴线的上压塞孔。3.根据权利要求2所述的计量固井水泥头，其特征在于：所述水泥头本体为两端均开口的圆筒状结构，在其顶端、底端分别设置有螺纹；所述顶盖通过螺纹与水泥头本体的顶端连接；所述水泥头本体的底端通过螺纹与套管连接。4.根据权利要求3所述的计量固井水泥头，其特征在于：在所述水泥头本体上开有上挡销孔、下挡销孔；所述上挡销孔位于所述下压塞孔的上方；所述下挡销孔位于所述下压塞孔的下方，并位于注浆孔、声波接收孔、声波发射孔的上方。5.根据权利要求4所述的计量固井水泥头，其特征在于：在上挡销孔内安装有上挡销；所述顶胶塞位于上挡销的上方，并被上挡销支撑住；在下挡销孔内安装有下挡销；所述底胶塞位于下挡销的上方，并被下挡销支撑住。6.根据权利要求5所述的计量固井水泥头，其特征在于：所述上挡销孔包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈向军，李燕，佟颖，田璐，何汉平，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：