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1、10申请公布号CN103104196A43申请公布日20130515CN103104196ACN103104196A21申请号201310047649422申请日20130206E21B7/2020060171申请人河南豫中地质勘察工程公司地址450053河南省郑州市中原区嵩山北路40号申请人河南省能源钻井工程技术研究中心72发明人徐培远曹伟王新敏姬玉平张振伦曹东风郝登峰袁志坚张跃亭靳光均刘国卫王立峰齐治虎石继峰张学峰石希民李玉泰张留斌栗学彬秦红涛陈立松张峰徐影张晓昂李亚辉杨樱花刘卫娟刘坤鹏郭东杰李宏欣74专利代理机构郑州联科专利事务所普通合伙41104代理人黄伟王聚才54发明名称一种大直径工。
2、程井下套管方法57摘要本发明涉及一种大直径工程井下套管方法。所述方法采用钻机提吊和套管内灌注水泥浮力塞相结合在大直径工程井中下入套管。本发明方法简单，操作方便，安全隐患小，解决了大直径工程井下套管过程中钻机设备提升能力不足的难题，提高施工安全性和施工效率。51INTCL权利要求书2页说明书5页附图3页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书5页附图3页10申请公布号CN103104196ACN103104196A1/2页21一种大直径工程井下套管方法，其特征在于，采用钻机提吊和套管内灌注水泥浮力塞相结合在大直径工程井中下入套管。2如权利要求1所述的大直径工程井下套管。
3、方法，其特征在于，首先利用钻机提吊下入套管，在下入套管的重量接近钻机安全提升能力时，在套管中相应位置安装水泥浮力塞，依靠水泥浮力塞以上空管段产生的浮力减轻套管柱的重量；下套管作业完成后，钻穿水泥浮力塞。3如权利要求2所述的大直径工程井下套管方法，其特征在于，采用向空管段注入泥浆液体的方法来控制空管段长度，制备水泥浮力塞。4如权利要求3所述的大直径工程井下套管方法，其特征在于，根据钻机提吊能力和入井套管重量，计算浮力塞应承受浮力；然后根据浮力塞应承受浮力计算浮力塞位置和浮力塞厚度；然后将泥浆液体注入相应套管内候凝至强度达到设计要求。5如权利要求4所述的大直径工程井下套管方法，其特征在于，水泥浮力。
4、塞位置确定方法如下式I、，取两者最大值式中，钻机提吊能力T钻，入井套管总重T套管，水泥塞重量M水泥塞，泥浆密度泥浆，水泥浮力塞受力面积S水泥塞，水泥浮力塞上表面距井口高度即空管段长度H水泥塞，下入套管长度H,套管密度套管，套管端面积S套管。6如权利要求5所述的大直径工程井下套管方法，其特征在于，水泥浮力塞厚度的确定如下式III式III中，水泥塞与井壁摩擦力阻力F，水泥塞密度水泥，重力加速度G，水泥塞水平横截面积S，水泥塞厚度H厚，水泥塞周长C。7如权利要求4所述的大直径工程井下套管方法，其特征在于，所述的水泥浮力塞的制作方法为首先根据水泥浮力塞在最大深度的抗压、抗剪强度及安全系数选择一根入井套。
5、管；其次根据计算出的水泥浮力塞位置和厚度，沿套管内壁螺旋状焊接钢筋圈，最后用地勘水泥，注入套管内候凝，等待凝固强度达到设计要求备用即可。8如权利要求27任一所述的大直径工程井下套管方法，其特征在于，钻机提吊下入套管时，在套管上割孔，在孔中穿入穿杠，用钢丝绳连接钻机大钩与穿杠起吊套管，同时配合使用防套管口变形支撑板。9如权利要求8所述的大直径工程井下套管方法，其特征在于，套管对接后，抽出穿权利要求书CN103104196A2/2页3杠，将割孔割下的圆板填入孔内，焊牢，在孔外补焊方挡板。10如权利要求8所述的大直径工程井下套管方法，其特征在于，步骤如下1）将套管割孔，然后从割孔中穿入穿杠，用钢丝绳。
6、连接钻机大钩与穿杠起吊入井套管；2）套管对接前进行找正，保证管口合缝、同心；3）确保套管连接垂直后进行焊接，确保焊缝密实、牢固，加焊46块加强筋；4）套管焊接成功后，抽出穿杠，将割孔切下的圆板填入割孔内，焊牢，在割孔外补焊方挡板；5）按（1）（4）工序根据入井顺序依次将套管下入井内，当下入套管的重量接近钻机安全提升能力时，安装水泥浮力塞；（6）依靠水泥浮力塞浮力减轻入井套管重量，按顺序下入其它入井套管；（7）下管作业完成后，回灌泥浆，采用略小于套管内径的钻头钻穿水泥浮力塞。权利要求书CN103104196A1/5页4一种大直径工程井下套管方法技术领域0001本发明涉及一种大直径工程井下套管方法。
7、。背景技术0002常规小直径煤层气井、水文井、瓦斯抽排井、输氮灭火井、送冰降温井、排水通风井等虽然能起到一定程度的抽排、通风、送料等功能，但是由于直径小，工作能力有限，难以满足实际生产和工程需要，因而，大直径工程井（5001200MM）逐渐在煤矿等领域得到广泛应用。但是，大直径工程井由于井眼尺寸大、入井套管重、成井质量要求高，因而在钻井、完井过程中施工技术难度较大，尤其易发生套管折断、下套管遇阻、套管挤毁、套管下不到位、套管发生粘卡等事故。0003根据以往施工经验，常规小直径工程井由于套管重量较小，设备机具能力能满足下套管提升力的要求，可以采用提吊下套管方法，即在套管底部安装浮箍，依靠钻机提升。
8、能力进行下套管作业。但大直径工程井由于直径大，所需入井套管的直径、重量大，超过钻机大钩和钻塔的最大承受能力，采用常规提吊下套管方法存在如下问题钻机、钻塔提升能力不足，不能承受大直径工程井入井套管重量。综上所述，采用常规浮箍提吊下套管方法，不能实现大直径工程井下套管的技术要求。发明内容0004本发明的目的在于解决大直径工程井套管下管过程中钻机设备提升能力不足的难题，提供一种新型的下套管方法。0005本发明采用的技术方案如下一种大直径工程井下套管方法，采用钻机提吊和套管内灌注水泥浮力塞相结合在大直径工程井中下入套管。0006首先利用钻机提吊下入套管，在下入套管的重量接近钻机安全提升能力时，在套管中。
9、相应位置安装水泥浮力塞，依靠水泥浮力塞以上空管段产生的浮力减轻套管柱的重量；下套管作业完成后，用钻头钻穿水泥浮力塞。0007采用向空管段注入泥浆液体的方法来控制空管段长度，制备水泥浮力塞。0008根据钻机提吊能力和入井套管重量，计算浮力塞应承受浮力；然后根据浮力塞应承受浮力计算浮力塞位置和浮力塞厚度；然后将泥浆液体注入相应套管内候凝至强度达到设计要求。0009水泥浮力塞位置确定方法如下式I、，取两式最大值说明书CN103104196A2/5页5式I中，钻机提吊能力T钻，入井套管总重T套管，水泥塞重量M水泥塞，泥浆密度泥浆，水泥浮力塞受力面积S水泥塞，下入套管长度H,水泥浮力塞上表面距井口高度即。
10、空管段长度H水泥塞，套管密度套管，套管端面积S套管。0010水泥浮力塞厚度的确定如下式式III中，水泥塞与井壁摩擦阻力F，水泥塞密度水泥，水泥塞水平横截面积S，水泥塞厚度H厚，重力加速度G，水泥塞周长C。0011常用的浮力塞（板）有木制浮板、钢制浮板和水泥浮塞三种类型，大直径工程井由于入井套管重量大，因而采用水泥浮力塞；且下套管作业完成后，采用略小于套管内径的钻头钻穿水泥浮力塞，不需要专门打捞浮力塞，安全隐患小。0012具体的，水泥浮力塞的制作方法首先根据水泥浮力塞在钻孔内的最大深度的抗压、抗剪强度及安全系数选择一根入井套管；其次根据计算出的水泥浮力塞位置和厚度，沿套管内壁螺旋状焊接钢筋圈，起。
11、到增加水泥塞与套管壁的摩擦力，防止浮塞整体滑动的作用；最后用地勘水泥，注入套管内候凝，等待凝固强度达到设计要求备用即可。0013钻机提吊下入套管时，在套管上割孔，在孔中穿入穿杠，用钢丝绳连接钻机大钩与穿杠起吊套管，同时配合使用防套管口变形支撑板。0014套管对接后，抽出穿杠，将割孔割下的圆板填入孔内，焊牢，在孔外补焊方挡板。0015具体的，所述的大直径工程井下套管方法，步骤如下1）将套管割孔，然后从割孔中穿入穿杠，用钢丝绳连接钻机大钩与穿杠起吊入井套管；2）套管对接前进行找正，保证管口合缝、同心；3）确保套管连接垂直后进行焊接，确保焊缝密实、牢固，加焊46块加强筋；4）套管焊接成功后，抽出穿杠。
12、，将割孔切下的圆板填入割孔内，焊牢，在割孔外补焊方挡板；5）按（1）（4）工序根据入井顺序依次将套管下入井内，当下入套管的重量接近钻机安全提升能力时，安装水泥浮力塞；（6）依靠水泥浮力塞浮力减轻入井套管重量，按顺序下入其它入井套管；（7）下管作业完成后，回灌泥浆，采用略小于套管内径的钻头钻穿水泥浮力塞。0016具体的，所述的套管割孔穿杠钢丝绳牵引提吊，可先在套管口上端约05M处对称切割120MM150MM的圆孔。0017本发明方法不需要在套管底部安装浮箍，采用的是提吊浮力塞法来进行下套管的，由钻机提吊能力和浮力塞所受浮力共同承担套管重量。提吊采用套管割孔穿杠钢丝绳牵引提吊，浮力塞选用水泥浮力塞。
13、。随着套管下入、重量加大，当下入套管的重量接近钻机安全提升能力时，安装水泥浮力塞，依靠水泥浮力塞以上空管段产生的浮力减轻套管说明书CN103104196A3/5页6柱的重量，并可采用向空管段注入泥浆液体的方法来控制空管段长度，达到控制浮力大小的目的，使套管柱的重量始终小于钻机的提升能力，确保设备安全；同时套管内注入的泥浆液体也可平衡部分管外液体对水泥塞上部套管的压力，使其小于套管的抗挤毁强度，保证套管安全；下套管作业完成后，用钻头钻穿水泥浮力塞，不需要专门打捞浮力塞。0018本发明适用于大直径矿山瓦斯抽排井、注浆堵水井、输氮灭火井、送冰降温井、排水通风井、矿山逃生井。0019本发明相对于现有技。
14、术，有以下优点本发明方法简单，操作方便，安全隐患小，解决了大直径工程井下套管过程中钻机设备提升能力不足的难题，提高施工安全性和施工效率。附图说明0020图1为本发明的套管割孔穿杠结构示意图；图2为本发明的水泥浮力塞结构示意图；图3为本发明的套管串结构示意图。具体实施方式0021以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此所涉及的套管割孔穿杠结构见图1，水泥浮力塞结构见图2，入井套管串结构见图3。图1中，1为套管，2为防滑脱安全槽,3为穿杠，4为割孔；图2中1为套管，5为钢筋圈，6为水泥塞；图3中，1为套管，5为钢筋圈，6为水泥塞，7为井口，8为井壁，9为加强筋，10为钻井。
15、液。00221、套管割孔穿杠钢丝绳牵引提吊（1）准备穿杠和起吊钢丝绳穿杠利用规格为120MM159MM18M短钻铤制作，数量2根。0023钢丝绳绳套规格32MM376的绳套4根（单折8M绳套2根，双折8M绳套2根）。0024提吊用的穿杠除满足提吊过程所需的强度外，还设计有防止钢丝绳滑脱的安全槽2；提吊用的钢丝绳采用编套的方法，在井架高度允许范围内长度要尽可能长，以防止钢丝绳提升受力后产生的横向力使套管口变形，同时配合使用防套管口变形支撑板。0025（2）加工套管割孔和套管连接加强筋割孔在套管口上端约05M处对称切割120MM150MM圆孔。0026套管连接加强筋采用与套管同等材质钢板切割出50。
16、200MM的长方形钢条。00272、水泥浮力塞（1）水泥浮力塞位置和上部空管段的确定浮力塞位置和空管段长度的确定，既要提供足够大的有效浮力减少钻机提升拉力，又要确保空管段尽可能小以保证套管有效外挤压力小于套管三轴抗外挤强度。0028确定水泥浮力塞位置和上部空管段长度的原则1、水泥浮力塞的上部套管外壁受泥浆最大侧向挤压力小于套管试验的最大侧向挤压力；说明书CN103104196A4/5页72、水泥浮力塞上部空管段浮力的设计，要满足实际钩载小于或等于最大钩载的80，必须保证留有20的安全提升力，以防出现特殊情况可在设备能力范围内进行处理作业。0029水泥浮力塞位置确定钻机提吊能力T钻，入井套管总重。
17、T套管，水泥浮力塞以下套管重量T套管下，水泥浮力塞应承受浮力F浮，水泥塞重量M水泥塞，泥浆密度泥浆，水泥浮力塞受力面积S水泥塞，重力加速度G，下入套管长度H,水泥浮力塞上表面距井口高度H水泥塞，套管密度套管，套管端面积S套管。0030公式一公式二公式三由公式一、公式二推导公式由公式三推导公式H水泥塞取公式和公式最大值。0031水泥浮力塞厚度根据水泥浮力塞所受浮力水泥浮力塞与井壁摩擦力，安全系数12，计算水泥塞厚度。0032水泥塞与井壁摩擦力阻力F，水泥塞水平横截面积S，水泥塞厚度H厚，水泥塞周长C，重力加速度G，水泥浮力塞应承受浮力F浮。0033公式四由公式一、公式四推导公式说明书CN1031。
18、04196A5/5页8由此推出公式H厚即为水泥塞厚度。0034（2）水泥浮力塞制作根据水泥浮力塞在孔内的最大深度的抗压、抗剪强度及安全系数选择入井套管；根据计算出的水泥浮力塞位置和厚度，沿套管内壁螺旋状焊接钢筋圈；最后用地勘水泥注入套管内候凝，等待凝固强度达到设计要求备用即可。00353、实施步骤（1）套管割孔后，穿入穿杠，用钢丝绳连接游车大钩起吊入井套管；（2）套管对接前用自制井口套管对接扶正器进行找正，保证管口合缝、同心；（3）确保套管连接垂直后，采用J507焊条焊接，确保焊缝密实、牢固，外加焊46块加强筋；（4）套管焊接成功后，抽出穿杠，将切下的圆板填入孔内，焊牢，在割孔外补焊方挡板；（。
19、5）按上述工序根据入井顺序依次将套管下入井内，当下入套管的重量接近钻机安全提升能力时，安装水泥浮力塞；（6）依靠水泥浮力塞浮力减轻入井套管重量，确保设备安全，按顺序下入其它入井套管；（7）下管作业完成后，回灌泥浆，采用略小于套管内径的钻头钻穿水泥浮力塞。0036实施例1对直径为1010MM的工程井下套管，下入的套管情况为套管直径830MM，壁厚12MM，下深560M，套管总重1355吨。钻机提升能力为80吨，按照本发明方法确定了水泥塞的厚度为8M，位置为距井口300M。0037采用本发明方法安全实现了将套管下入工程井。0038实施例2对直径为780MM的工程井下套管，下入的套管情况为套管直径630MM，壁厚14MM，下深851M，套管总重181吨。钻机提升能力为100吨，按照本发明方法确定了水泥塞的厚度为13M，位置为距井口475M。0039采用本发明方法安全实现了将套管下入工程井。0040上述实施例为本发明优选的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明所作的改变均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。说明书CN103104196A1/3页9图1说明书附图CN103104196A2/3页10图2说明书附图CN103104196A103/3页11图3说明书附图CN103104196A11。