CN111075349B - 一种地面采空井悬挂式井身结构的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及煤层气井施工方法，具体为一种地面采空井悬挂式井身结构的施工方法。解决在采空井的三开井中下入割缝生产套管后，发生倾斜的技术问题。使用三开井身结构，所述的一开井身、二开井身以及三开井身均垂直于地面设置，在二开段的生产套管末端内部侧壁焊接3块大小形状相同的上扇形钢锥，在三开段割缝生产套管顶部外壁焊接3块下扇形钢锥，然后将割缝生产套管下到井内，其上的下扇形钢锥和生产套管上的上扇形钢锥卡接在一起，这样使割缝生产套管和生产套管紧固连接，防止了其倾斜，保证了三开井的通畅，保证修井设备顺利下入井底针对性开展修井作业。
Description
技术领域
本发明涉及煤层气井施工方法，具体为一种地面采空井悬挂式井身结构的施工方法。
背景技术
目前，采空井主要使用空气钻机进行钻进，采用垂直的三开井身结构，但是，如图1所示意，完成一开井和二开井以及三开井后，需要将割缝生产套管下入三开井筒时，因套管尺寸小于三开导致割缝生产套管，因此在割缝生产套管放入三开井筒内很难保持垂直状态，其形态最终为倾斜状态，不能很好的起到护壁作用，在处理三开裸眼段坍塌事故时容易阻隔通径规等装备不能下入人工井底，严重影响通井质量。
发明内容
本发明为了解决在采空井的三开井中下入割缝生产套管后，倾斜的技术问题，提供了一种地面采空井悬挂式井身结构的施工方法。
实现本发明的技术方案是，一种地面采空井悬挂式井身结构的施工方法，使用三开井身结构，一开井采用Φ311.15mm空气锤头钻至表土层下基岩位置处，下入Φ273.00mm表层套管进行固井；二开井采用Φ241.30mm空气锤头钻至煤层采空区顶板缓慢下沉带至裂隙带区域，下入Φ193.70mm的生产套管，并从二开终孔点之上的最后一层含水层位置开始固井；三开井采用Φ171.50mm空气锤头钻至3#煤层采空区底板约10m位置处终孔，下入Φ139.70mm割缝生产套管进行护壁，不进行固井作业，所述的一开井身、二开井身以及三开井身均垂直于地面设置，二开固井段水泥返高至地面，在二开段的193.70mm生产套管末端内部侧壁焊接3块大小形状相同的上扇形钢锥，上扇形钢锥均匀分布，钢锥上细下宽，在三开段Φ139.70mm割缝生产套管顶部外壁焊接3块下扇形钢锥，下扇形钢锥均匀分布，钢锥方向上宽下细，然后将割缝生产套管下到井内，其上的下扇形钢锥和生产套管上的上扇形钢锥卡接在一起。
这样使割缝生产套管和生产套管紧固连接，防止了其倾斜，保证了三开井的通畅，连续和稳定性，采气生产的顺利进行，以及在采空井因采空区塌陷及积水等因素阻断煤层气运移通道等情况下，竖直的割缝生产套管可以保证修井设备顺利下入井底针对性开展修井作业。
综合来说本发明是通过设计悬挂机械装置保证三开割缝生产套管竖直的施工方法，主要解决了以下技术问题：
（1）针对采空井三开段割缝生产套管倾斜的现状，研发了由上扇形钢锥和下扇形钢锥组成的悬挂机械装置，操作简单解决了采空井三开段割缝生产套管悬挂问题，确保了采空井三开井身结构的连续性、稳定性；
（2）根据三开段形成的悬挂机械装置应力要求，设计提高了二开段固井强度，降低了三开段井壁坍塌时对二开生产套管所产生的应力破坏；
（3）在采空井因采空区塌陷及积水等因素阻断煤层气运移通道等情况下，竖直的割缝生产套管可以保证修井设备顺利下入井底针对性开展修井作业。
附图说明
图1为现有技术完井结构图；
图2为本发明所述工艺完井结构图；
图3为连接区结构示意图；
图4为上扇形钢锥结构示意图；
图5为上扇形钢锥俯视图；
图6为下扇形钢锥俯视图；
图7为扇形钢锥组合结构俯视图。
具体实施方式
如图2所示意，一种地面采空井悬挂式井身结构的施工方法，使用三开井身结构，一开井1采用Φ311.15mm空气锤头钻至表土层下基岩位置处，下入Φ273.00mm表层套管进行固井；二开井2采用Φ241.30mm空气锤头钻至煤层采空区顶板缓慢下沉带至裂隙带区域，下入Φ193.70mm的生产套管3，并从二开终孔点之上的最后一层含水层位置开始固井；三开井7采用Φ171.50mm空气锤头钻至煤层采空区底板约10m位置处终孔，下入Φ139.70mm割缝生产套管4进行护壁，不进行固井作业，所述的一开井身、二开井身以及三开井身均垂直于地面设置，二开固井段水泥6返高至地面，如图4、5所示意在二开井段的193.70mm生产套管3末端内部侧壁焊接3块大小形状相同的上扇形钢锥9，上扇形钢锥9均匀分布，上扇形钢锥上细下宽，如图6所示意，在三开井段Φ139.70mm割缝生产套管4顶部外壁焊接3块下扇形钢锥10，下扇形钢锥沿着管壁均匀分布，钢锥方向上宽下细，如图2、7所示意，割缝生产套管4下入三开井后，其上的下扇形钢锥10和上扇形钢锥9套接在一起，形成稳定的连接结构8。
三开井割缝生产套管4上部连接Φ139.70mm转Φ193.70mm的变径装置，变径装置连接Φ193.70mm反向对丝。使割缝生产套管4和生产套管3连接部位保持密闭，保证正常采气作业工作。
在下放割缝生产套管4时，割缝生产套管4顶端通过反向对丝与钻杆连接，在钻杆下入割缝套管至预定位置附近时，缓慢正转钻杆使将三开段割缝生产套管下扇形钢锥（挂靠装置）与二开井技术套管上扇形钢锥（承托装置）进行齿合作业，完全齿合后继续使钻杆正转从而使钻杆与割缝生产套管完全脱离，完成三开井下割缝生产套管作业。
本发明关键技术包括：
（1）挂靠装置（下扇形钢锥）与承托装置（上扇形钢锥）焊接工艺
挂靠装置与承托装置所选用的钢锥材质与技术套管材质相同，进行对接焊接，并进行相应的超声波探伤，要求焊接抗拉强度应满足三开割缝生产套管挂靠要求，并能够承受一定地层错动产生的剪切力。
（2）二开固井段由原来水泥返高180米左右提高至返高至地面，提高了二开段固井强度，降低了三开段井壁坍塌时对二开生产套管所产生的应力破坏，保证了整体井身结构的完整性。
（3）二开段与三开段悬挂机械装置齿合设计及施工
1）首先对二开段Φ193.70mm技术套管加装悬挂装置，具体设计方法为在最后一根技术套管末端内部空间内焊接3块大小形状相同的扇形钢锥，扇形钢锥均匀分布，钢锥上细下粗便于三开割缝生产套管挂靠，钢锥示意图及悬挂装置分别见附图4、5；
2）三开段Φ139.70mm割缝生产套管加装挂靠装置，具体设计方法为在预定位置处的割缝生产套管外部提前焊接3块大小形状相同的钢锥，钢锥均匀分布，且其材质与二开悬挂装置规格相同，钢锥方向上粗下细便于与二开技术套管对接，挂靠装置见附图6；
3）三开割缝生产套管上部连接Φ139.70mm转Φ193.70mm的变径装置，变径连接Φ193.70mm反向对丝；
4）在下放割缝生产套管时，第一根割缝生产套管顶端通过反向对丝与钻杆连接，在钻杆下入割缝套管至预定位置附近时，缓慢正转钻杆使将三开段割缝生产套管挂靠装置与二开技术套管承托装置进行齿合作业，完全齿合后继续使钻杆正转从而使钻杆与割缝生产套管完全脱离，完成三开下割缝生产套管作业。
本发明由晋煤集团煤与煤层气共采国家重点实验室研究开发。
Claims (2)
1.一种地面采空井悬挂式井身结构的施工方法，其特征在于：使用三开井身结构，一开井（1）采用Φ311.15mm空气锤头钻至表土层下基岩位置处，下入Φ273.00mm表层套管进行固井；二开井（2）采用Φ241.30mm空气锤头钻至煤层采空区顶板缓慢下沉带至裂隙带区域，下入Φ193.70mm的生产套管（3），并从二开终孔点之上的最后一层含水层位置开始固井；三开井（7）采用Φ171.50mm空气锤头钻至煤层采空区底板约10m位置处终孔，下入Φ139.70mm割缝生产套管4进行护壁，不进行固井作业，一开井身、二开井身以及三开井身均垂直于地面设置，二开固井段水泥（6）返高至地面，在二开井段的193.70mm生产套管（3）末端内部侧壁焊接3块大小形状相同的上扇形钢锥（9），上扇形钢锥（9）沿着管壁均匀分布，上扇形钢锥上细下宽，在三开井段Φ139.70mm割缝生产套管（4）顶部外壁焊接3块下扇形钢锥（10），下扇形钢锥沿着管壁均匀分布，钢锥方向上宽下细，割缝生产套管（4）下入三开井后，其上的下扇形钢锥（10）和上扇形钢锥（9）套接在一起，形成稳定的连接结构（8）。
2.根据权利要求1所述的地面采空井悬挂式井身结构的施工方法，其特征在于：三开井割缝生产套管（4）上部连接Φ139.70mm转Φ193.70mm的变径装置，变径装置连接Φ193.70mm反向对丝，在下放割缝生产套管（4）时，割缝生产套管顶端通过反向对丝与钻杆连接，在钻杆下入割缝套管至预定位置附近时，缓慢正转钻杆使将三开段割缝生产套管下扇形钢锥与二开井技术套管上扇形钢锥进行齿合作业，完全齿合后继续使钻杆正转从而使钻杆与割缝生产套管完全脱离，完成三开井下割缝生产套管作业。
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