分離固井套管的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種分離固井套管的方法。其包括如下步驟：密封步驟，密封固井套管的頂部端口；冷卻步驟，向所述固井套管注入冷卻劑，以使所述固井套管冷縮而與固定所述固井套管的固井水泥環(huán)脫離；移出步驟，將冷縮后的所述固井套管從井中移出。該分離固井套管的方法可有效將固井套管與固井水泥環(huán)分離，由此，分離后的固井套管可回收，進(jìn)而節(jié)省了材料、降低了成本。
【專(zhuān)利說(shuō)明】分離固井套管的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種分離固井套管的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 煤炭地下氣化的實(shí)現(xiàn)過(guò)程是通過(guò)在地面上施工若干口不同功能的鉆井至氣化的 目標(biāo)煤層后，進(jìn)行煤層點(diǎn)火、疏排水等一系列操作，實(shí)現(xiàn)煤層的貫通及正常的氣化生產(chǎn)。從 鉆井的種類(lèi)上來(lái)劃分，煤炭地下氣化中涉及的鉆井主要包括垂直井、定向井、斜井等；從鉆 井的功能上來(lái)劃分，煤炭地下氣化中涉及的鉆井主要包括進(jìn)氣井、出氣井、溫度測(cè)量井、疏 排水井、水位觀測(cè)井及環(huán)保監(jiān)測(cè)井等。在實(shí)際應(yīng)用中，在實(shí)現(xiàn)上述各類(lèi)不同功能的鉆井中， 以垂直井的數(shù)量最多。
[0003] 煤炭地下氣化產(chǎn)品的成本構(gòu)成中，鉆井費(fèi)用占有很高的比重，而用于支護(hù)鉆井的 固井套管費(fèi)用又在鉆井費(fèi)用中占有很大的比例。其中，在完成由地面向煤層設(shè)置鉆井后，通 常需要進(jìn)行固井工序，即通過(guò)固井套管支護(hù)鉆井。普遍地，具體工藝為：向井內(nèi)下入套管， 并向井眼和套管之間的環(huán)形空間注入水泥，水泥凝固后形成固井水泥環(huán)以將套管與井壁固 定。
[0004] 在目前煤炭地下氣化的實(shí)際工作中，鉆井在完成使命后，一般處于環(huán)保觀測(cè)、廢棄 或封堵等狀態(tài)，而很少進(jìn)行固井套管的回收。制約固井套管回收的核心問(wèn)題是如何解決與 實(shí)現(xiàn)固井套管與固井水泥環(huán)的有效分離問(wèn)題，目前尚沒(méi)有很好的解決方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種可有效將固井套管與固井水泥環(huán)分離的分離固井套 管的方法。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，提供一種分離固井套管的方法，包括如下步驟：密封步驟，密封 固井套管的頂部端口；冷卻步驟，向固井套管注入冷卻劑，以使固井套管冷縮而與固定固井 套管的固井水泥環(huán)脫離；移出步驟，將冷縮后的固井套管從井中移出。其中，在本發(fā)明中，由 固井套管的頂部指向底部方向，為由地面指向井底的方向。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明，在冷卻步驟中：持續(xù)導(dǎo)出冷卻劑汽化后產(chǎn)生的氣體。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明，冷卻步驟還包括如下步驟：停止注入冷卻劑，軸向移動(dòng)固井套管；當(dāng) 可移動(dòng)的距離大于或等于〇. 2m時(shí)，執(zhí)行移出步驟，當(dāng)可移動(dòng)的距離小于0. 2m時(shí)，繼續(xù)注入 所述冷卻劑。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明，冷卻步驟還包括如下步驟：停止注入所述冷卻劑，增大氣體的導(dǎo)出質(zhì) 量流量以對(duì)所述固井套管卸壓；當(dāng)卸壓完畢后，軸向移動(dòng)固井套管；當(dāng)可移動(dòng)的距離大于 或等于0. 2m時(shí)，執(zhí)行移出步驟，當(dāng)可移動(dòng)的距離小于0. 2m時(shí)，減小氣體的導(dǎo)出質(zhì)量流量，繼 續(xù)注入冷卻劑。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明，在執(zhí)行密封步驟之前，在固井套管中設(shè)置冷卻劑輸送管，其中，冷卻 劑輸送管連接有多個(gè)噴頭；在冷卻步驟中：冷卻劑經(jīng)由噴頭噴出以實(shí)現(xiàn)注入。 toon] 根據(jù)本發(fā)明，沿冷卻劑輸送管的軸向設(shè)置有至少兩層噴頭；其中，同一層中的噴頭 的軸線位于同一平面內(nèi)、并均勻地圍繞冷卻劑輸送管的軸線布置，平面垂直于冷卻劑輸送 管的軸線；并且每相鄰的上下兩層噴頭等間距布置。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明，冷卻劑輸送管的位于固井套管中的端面在固井套管的底部端面上方 0. 5-1. 0m處。在本發(fā)明中，由地面指向井底的方向?yàn)橛缮现赶蛳碌姆较颉?br> [0013] 根據(jù)本發(fā)明，冷卻劑輸送管的外徑大于或等于固井套管的內(nèi)徑的1/5 ;冷卻劑輸 送管的壁厚位于3-6mm的范圍內(nèi)。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明，噴頭包括：殼體，殼體具有入口和至少一個(gè)與入口流體連通的出口； 在殼體內(nèi)移動(dòng)地開(kāi)啟和關(guān)閉入口的密封件；以及設(shè)置在殼體和密封件之間的彈簧。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明，殼體包括內(nèi)腔、以及包圍內(nèi)腔并與其流體連通的外腔，入口與內(nèi)腔流 體連通，至少一個(gè)出口與外腔流體連通；密封件與彈簧設(shè)置于內(nèi)腔中，并且彈簧的兩端分別 抵靠密封件和內(nèi)腔的腔壁。
[0016] 相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為：
[0017] 本發(fā)明的分離固井套管的方法，通過(guò)密封步驟將固井套管的頂部端口密封。通過(guò) 冷卻步驟，向固井套管注入冷卻劑以使固井套管冷縮，從而有效地使得固井套管與固井水 泥環(huán)分離。最后通過(guò)移出步驟將冷縮后的固井套管從井中移出。由此，分離后的固井套管 可回收，進(jìn)而節(jié)省了材料、降低了成本。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1是應(yīng)用本發(fā)明的分離固井套管的方法的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；
[0019] 圖2是圖1中示出的冷卻劑輸送管2的一部分的主視圖；
[0020] 圖3是圖2中示出的冷卻劑輸送管2的俯視圖；
[0021] 圖4是圖1中示出的噴頭3的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖5是圖4示出的噴頭3的俯視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明【具體實(shí)施方式】進(jìn)行描述。
[0024] 參照?qǐng)D1，本發(fā)明的分離固井套管的方法的一個(gè)實(shí)施例，其包括如下步驟：密封步 驟，密封固井套管1的頂部端口；冷卻步驟，向固井套管1注入冷卻劑，以使固井套管1冷縮 而于固定所述固井套管的固井水泥環(huán)脫離；移出步驟，將冷縮后的固井套管1從井中移出。 在本發(fā)明中，由固井套管1的頂部指向底部方向，為由地面指向井底的方向。
[0025] 本實(shí)施例中，通過(guò)密封步驟將固井套管1的頂部端口密封。通過(guò)冷卻步驟，向固井 套管1注入冷卻劑以使固井套管1冷縮，從而有效地使得固井套管1與固井水泥環(huán)10分 離。最后通過(guò)移出步驟將冷縮后的固井套管1從井中移出。由此，分離后的固井套管1可 回收，進(jìn)而節(jié)省了材料、降低了成本。在本實(shí)施例中，該分離固井套管的方法用于煤炭地下 氣化中。具體地，在本實(shí)施例中，固井套管1為無(wú)縫鋼管、石油套管等可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制冷縮材質(zhì) 的套管，固井套管1的直徑大于或等于50_。當(dāng)然，固井套管1的材料和尺寸不局限于此， 只要可使用下述步驟進(jìn)行分離即可。而固井套管1是通過(guò)固井水泥環(huán)10固定連接于井壁 的?？蛇x地，固井水泥環(huán)10可為在固井套管1和井壁間注入的水泥凝固后形成的水泥環(huán)。
[0026] 在本實(shí)施例中，在執(zhí)行密封步驟之前，在固井套管1中設(shè)置冷卻劑輸送管2,冷卻 劑輸送管2連接有多個(gè)噴頭3。其中，使用吊車(chē)或鉆機(jī)（例如HXY-5A、SPS2000型號(hào)鉆機(jī)） 設(shè)備向固井套管1中下放冷卻劑輸送管2,直至冷卻劑輸送管2的位于固井套管1中的端面 到達(dá)固井套管1的底部端面上方0. 5-1. 0m處停止。換言之，在固井套管1中放置冷卻劑輸 送管2完畢后，冷卻劑輸送管2的位于固井套管1中的端面在固井套管1的底部端面上方 0. 5-1. Om處。在本發(fā)明中，由地面指向井底的方向?yàn)橛缮现赶蛳碌姆较?，故在此處可理解?冷卻劑輸送管2的位于固井套管1中的端面為冷卻劑輸送管2的下端面。由此，避免冷卻 劑輸送管2受到煤層燃空區(qū)11不確定因素的影響。如必要，還可將固井套管1的底部進(jìn)行 封堵。。此外，在本實(shí)施例中，冷卻劑輸送管2的外徑大于或等于固井套管1的半徑的1/5， 冷卻劑輸送管2的壁厚位于3_6mm的范圍內(nèi)。
[0027] 在完成上述步驟之后，執(zhí)行密封步驟，在本實(shí)施例中，密封步驟具體如下：
[0028] 繼續(xù)參照?qǐng)D1，在固井套管1的頂部的端口處設(shè)置密封裝置4,并在位于地面上方 的固井套管1的側(cè)壁連接出氣管道5。此外，在出氣管道5安裝第一閥6以及用以測(cè)量出氣 壓力、出氣溫度和出氣質(zhì)量流量的儀表，可選地，上述儀表包括就地顯示的壓力表、溫度計(jì)、 流量表，當(dāng)然，在需要遠(yuǎn)程傳輸?shù)臅r(shí)候還可包括壓力傳感器、溫度傳感器和流量傳感器。其 中，密封裝置4可選地采用動(dòng)密封或固定焊接。采用動(dòng)密封的密封裝置4可參照本領(lǐng)域技 術(shù)人員公知的連續(xù)油管技術(shù)中的井口動(dòng)密封裝置。
[0029] 上述密封步驟執(zhí)行完畢后，繼續(xù)參照?qǐng)D1執(zhí)行如下冷卻步驟：
[0030] 首先，依次連通冷卻劑儲(chǔ)罐7、泵9和冷卻劑輸送管2,并且在冷卻劑儲(chǔ)罐7與泵9 連通的管路上設(shè)置第二閥8,以及在該管路上設(shè)置保溫裝置，以保持冷卻劑的溫度。通過(guò)冷 卻劑儲(chǔ)罐7、泵9以及第二閥8的控制，為冷卻劑輸送管2可調(diào)控地輸送冷卻劑。此外，在冷 卻劑儲(chǔ)罐7上安裝儲(chǔ)罐內(nèi)壓力顯示及儲(chǔ)罐內(nèi)液位顯示儀表，以便于監(jiān)控和計(jì)算冷卻劑使用 量。并且在本實(shí)施例中，通過(guò)泵9的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)對(duì)于輸送的冷卻劑的壓力的調(diào)控，以使得冷卻 劑的壓力大于或等于2. 5MPa。其中，第二閥8優(yōu)選地為低溫調(diào)節(jié)閥，該低溫調(diào)節(jié)閥為本領(lǐng)域 技術(shù)人員公知的、且在市場(chǎng)上可以購(gòu)買(mǎi)到的低溫調(diào)節(jié)閥。至此，將用于供給冷卻劑的設(shè)備連 接完成，當(dāng)然，上述設(shè)備僅為實(shí)例性的，在其他可選地實(shí)施例中，可使用其他本領(lǐng)域技術(shù)人 員公知的裝置供給冷卻劑。
[0031] 然后，向冷卻劑輸送管2中注入冷卻劑，并在必要時(shí)（例如，需要調(diào)節(jié)冷卻劑的壓 力的時(shí)候）啟用泵9。冷卻劑經(jīng)過(guò)冷卻劑輸送管2的噴頭3噴出并且在冷卻劑輸送管2內(nèi) 壓力達(dá)到噴頭3噴射壓力時(shí)，冷卻劑在噴出的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)霧化，噴出后的霧化的冷卻劑均 勻地分散到固井套管1上，固井套管1被冷卻，實(shí)現(xiàn)了冷縮，由此實(shí)現(xiàn)固井套管1與固井水 泥環(huán)10的脫離。可選地，在密封裝置4為動(dòng)密封的情況下，可以通過(guò)上下調(diào)節(jié)冷卻劑輸送 管2實(shí)現(xiàn)注氣點(diǎn)的可移動(dòng)。在本實(shí)施例中，通過(guò)冷卻劑輸送管2和噴頭3將冷卻劑注入到 固井套管1中。當(dāng)然，在其他的實(shí)施例中，可經(jīng)由其他設(shè)備將冷卻劑注入到固井套管1中， 也可采用其他設(shè)備將冷卻劑噴射到固井套管1上，即只要能夠?qū)崿F(xiàn)使得冷卻劑對(duì)固井套管 1冷卻即可。
[0032] 在本實(shí)施例中，冷卻劑為液氮。當(dāng)然，在其他可選地實(shí)施例中，冷卻劑可為任意可 以冷卻固井套管1并能夠安全實(shí)現(xiàn)冷卻效果的冷卻劑，例如液態(tài)二氧化碳。在使用例如液 氮或液態(tài)二氧化碳這類(lèi)冷卻劑時(shí)，液氮或液態(tài)二氧化碳會(huì)在實(shí)現(xiàn)降溫作用的同時(shí)發(fā)生相 變，生成氣體。由此，固井套管1的頂部端口經(jīng)過(guò)上述步驟的密封，使得固井套管1與外部 環(huán)境沒(méi)有氣體連通。而通過(guò)出氣管道5,流量可控地排出固井套管1中的氣體（在本實(shí)施例 中為液氮汽化生成的氮?dú)猓?，即可選擇不排出和具有一定流量的排出。而是否排出固井套管 1中的氣體可由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際需要選擇，例如為防止固井套管1中的壓力過(guò)大， 可排出固井套管1中的氣體。當(dāng)然，在其他可選地實(shí)施例中，也可使用實(shí)現(xiàn)冷卻作用的同時(shí) 不發(fā)生相變的冷卻劑。可理解，在使用這類(lèi)冷卻劑時(shí)，可選地不設(shè)置上述出氣管道5、第一閥 6、以及用于測(cè)量出氣溫度、出氣質(zhì)量流量、出氣壓力的儀表。
[0033] 在本實(shí)施例中，作為冷卻劑的液氮噴射在固井套管1的內(nèi)壁上后，會(huì)與固井套管1 發(fā)生熱交換，汽化生成氮?dú)?。該汽化生成的氮?dú)庥沙鰵夤艿?持續(xù)排出，并且在排出的過(guò)程 中經(jīng)過(guò)設(shè)置于出氣管道5上的儀表測(cè)量出氣壓力、出氣溫度和出氣質(zhì)量流量。
[0034] 至此，液氮作用于固井套管1上以使固井套管1冷縮而進(jìn)而使固井套管與固井水 泥環(huán)脫離。
[0035] 在進(jìn)行上述使用液氮冷卻固井套管1的過(guò)程中，需要判斷固井套管1和固井水泥 環(huán)之間的脫離效果，即判斷二者是否已經(jīng)脫離，以來(lái)決定何時(shí)開(kāi)始執(zhí)行移出步驟。判斷固井 套管1和固井水泥環(huán)之間的脫離效果的判斷步驟如下：
[0036] 首先停止注入冷卻劑，增大由出氣管道5排出的氣體的導(dǎo)出質(zhì)量流量以對(duì)所述固 井套管1卸壓。當(dāng)卸壓完畢后，軸向移動(dòng)固井套管1，并獲得可移動(dòng)的距離。當(dāng)可移動(dòng)的距 離大于或等于〇. 2m時(shí)，則固井套管1和固井水泥環(huán)之間已經(jīng)脫離，可執(zhí)行上述移出步驟，當(dāng) 可移動(dòng)的距離小于〇. 2m時(shí)，則固井套管1和固井水泥環(huán)之間尚未脫離，此時(shí)減小上述氣體 的導(dǎo)出質(zhì)量流量，繼續(xù)注入冷卻劑以繼續(xù)對(duì)固井套管1冷卻。
[0037] 具體地，在停止注入冷卻劑后，通過(guò)調(diào)節(jié)第一閥6增大氮?dú)獾膶?dǎo)出質(zhì)量流量，在此 操作下，固井套管1中氣體的壓力減小，即對(duì)固井套管1卸壓。由此，可保障人與設(shè)備的安 全。而當(dāng)位于出氣管道5上用于檢測(cè)出氣壓力的壓力表的顯示壓力為OMPa時(shí)，即為卸壓完 畢。
[0038] 當(dāng)卸壓完畢后，執(zhí)行軸向移動(dòng)固井套管1。在本實(shí)施例中，使用位于地面的電動(dòng)液 壓千斤頂緩慢地向上移動(dòng)固井套管1?？衫斫?，本操作的目的在于試探固井套管1是否與固 井水泥環(huán)10脫離，故應(yīng)緩慢地移動(dòng)，以避免翹斷固井套管1。
[0039] 此后，判斷軸向移動(dòng)的距離，若可移動(dòng)的距離大于或等于0. 2m，即在緩慢移動(dòng)固井 套管1的過(guò)程中，固井套管1可至少移動(dòng)0. 2m，則說(shuō)明固井套管1與固井水泥環(huán)10脫離。 然后拆除密封裝置4及出氣管道4,提出冷卻劑輸送管1。之后進(jìn)行移出步驟，即使用鉆機(jī) 提升固井套管1 (將在下面詳述）。若上述軸向移動(dòng)固井套管1的結(jié)果為固井套管1可移動(dòng) 的距離小于0. 2m(當(dāng)可移動(dòng)距離為0m時(shí)，即為無(wú)法移動(dòng)），則說(shuō)明固井套管1并未與固井水 泥環(huán)10脫離，則重新通過(guò)冷卻劑輸送管2的噴頭3向固井套管1中噴射液氮。
[0040] 可理解，在冷卻步驟中，多次使用上述判斷步驟以判斷固井套管1和固井水泥環(huán) 之間的脫離效果，直至可移動(dòng)的距離大于或等于0. 2m時(shí)停止執(zhí)行冷卻步驟，即不再次執(zhí)行 注入液氮。
[0041] 此外，在注入液氮的過(guò)程中，可執(zhí)行對(duì)于液氮的汽化效果的判斷，以保證液氮汽化 效果良好。其中，液氮的汽化效果的判斷可由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際操作判斷。在本實(shí) 施例中，應(yīng)用如下幾種方式中的一種或其中的多種的組合。
[0042] 觀測(cè)出氣管道5處的出氣溫度、出氣壓力、出氣質(zhì)量流量以及冷卻劑儲(chǔ)罐7的液 位。通過(guò)觀測(cè)冷卻劑儲(chǔ)罐7中的液位，可計(jì)算注入的液氮的質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算得出理論汽化質(zhì) 量。通過(guò)對(duì)出氣質(zhì)量流量觀測(cè)，可了解氣化產(chǎn)生的氮?dú)赓|(zhì)量流量，通過(guò)對(duì)比該氮?dú)赓|(zhì)量流量 與理論汽化質(zhì)量，可掌握液氮汽化情況，判斷液氮的汽化效果。具體地，當(dāng)該氮?dú)赓|(zhì)量流量 與理論汽化質(zhì)量差值在20%以內(nèi)時(shí)，即可認(rèn)為液氮汽化效果良好。否則應(yīng)減少或暫停通入 液氮，查找并解決液氮汽化效果不好的問(wèn)題。其中，液氮注入質(zhì)量是通過(guò)讀取冷卻劑儲(chǔ)罐液 位變化量后，通過(guò)液位對(duì)照表，計(jì)算獲得的。一般的儲(chǔ)罐都會(huì)有液位對(duì)照表，根據(jù)液位計(jì)讀 數(shù)，然后對(duì)照儲(chǔ)罐的液位對(duì)照表，直接可以查出體積與質(zhì)量相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，獲取液氮注入質(zhì) 量。
[0043] 液氮是一種低溫液體，低溫液體沸點(diǎn)溫度約為-196°C，低溫液體通過(guò)氣化劑輸送 管1及噴頭3噴射到固井套管1中后，會(huì)與固井套管1、井內(nèi)原空氣等發(fā)生接觸吸熱而汽化。 1噸液氮經(jīng)吸熱汽化后，可以轉(zhuǎn)變成體積約為799m 3的氮?dú)猓?biāo)況條件下）。通過(guò)觀測(cè)出氣 管道5處的出氣溫度的變化情況，與液氮沸點(diǎn)溫度-196°C對(duì)比，可以掌握液氮的汽化情況， 液態(tài)氮的帶出情況等，來(lái)判斷液氮的汽化效果。具體地，當(dāng)出氣溫度不低于_30°C，即可認(rèn) 為液氮汽化效果良好；否則應(yīng)減少或暫停通入液氮，查找并解決液氮汽化效果不好的問(wèn)題。 壓力可以作為輔助手段，進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
[0044] 此外，觀測(cè)出氣管道4處的出氣壓力，一方面可為流量計(jì)的精確測(cè)量進(jìn)行壓力補(bǔ) 償（儀表自帶功能）；另一方面可觀測(cè)固井套管1內(nèi)壓力變化情況，避免井中超壓的情況出 現(xiàn)，可根據(jù)出氣壓力的大小及時(shí)調(diào)節(jié)第一閥6。
[0045] 針對(duì)已經(jīng)與固井水泥環(huán)10脫離的固井套管1，可以根據(jù)在固井套管1移動(dòng)過(guò)程中 所獲得的電動(dòng)液壓千斤頂?shù)呢?fù)重情況，判斷是否全部的固井套管1與固井水泥環(huán)10脫離。 具體地，計(jì)算獲得完整的固井套管1的重量Q1 (其中包括固井套管1本身的重量、管道4的 重量、以及其他在移動(dòng)固井套管1時(shí)跟隨固井套管1 一起移動(dòng)的設(shè)備的重量），并獲得電動(dòng) 液壓千斤頂在移動(dòng)固井套管1的過(guò)程中實(shí)際承載的固井套管1的重量Q2,將Q1與Q2進(jìn)行 對(duì)比。若Q2近似等于Q1，則為全部的固井套管1與固井水泥環(huán)10脫離。若Q2與Q1的差 值較大，則認(rèn)為部分的固井套管1與固井水泥環(huán)10脫離，由此，可知固井套管1斷裂，即固 井套管1的下部仍與固井水泥環(huán)10相連?？衫斫?，上述"近似等于"與"差值較大"是相對(duì) 而言的。由于固井套管1與固井水泥環(huán)10分離可能會(huì)有一小部分殘留于固井水泥環(huán)上、和 /或固井水泥環(huán)10的一小部分會(huì)附著于固井套管1上并隨之一起移動(dòng)等原因，Q1與Q2在 實(shí)際操作中不會(huì)是嚴(yán)格意義上的等于，故本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際情況可明顯的判斷是否 屬于"近似等于"的情況。
[0046] 如下詳細(xì)描述本實(shí)施例中的冷卻劑輸送管2與噴頭的結(jié)構(gòu)和布置。
[0047] 參照?qǐng)D2和圖3,沿冷卻劑輸送管2的軸向設(shè)置有至少兩層噴頭3,同一層中的噴 頭3均勻地圍繞冷卻劑輸送管2的軸線布置，并且同一層中的噴頭3的軸線位于同一平面 內(nèi)，該平面垂直于冷卻劑輸送管2的軸線。在本實(shí)施例中，一層中布置3個(gè)噴頭3,并且3個(gè) 噴頭3的軸線之間的夾角均為120°，由此，在噴射液氮的時(shí)候，對(duì)應(yīng)于該層噴嘴3的固井套 管1的內(nèi)壁可得到較為均勻地冷卻。換言之，可實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)于該層噴嘴3的固井套管1的周 向方向上的均勻冷卻。
[0048] 此外，繼續(xù)參照?qǐng)D2和圖3,每相鄰的上下兩層噴頭3等間距，即每相鄰上下兩層 中的噴頭3的軸線沿冷卻劑輸送管2的軸向方向的距離均相等，優(yōu)選地，該間距大于或等于 10m。由此，可實(shí)現(xiàn)固井套管1的軸向方向上的相對(duì)均勻地冷卻。
[0049] 綜上，在本實(shí)施例中，上述噴頭3的布置，可在噴射液氮的過(guò)程中將液氮霧化并較 為均勻地噴射在固井套管1內(nèi)壁上，由此使得固井套管1均勻地冷縮，進(jìn)而提高了冷卻效 率。
[0050] 參照?qǐng)D4,在本實(shí)施例中，噴頭3包括殼體31、密封件34和彈簧35,其中，殼體31 具有入口 32和至少一個(gè)出口 33,每個(gè)出口 33與入口 32流體連通。密封件34位于殼體31 內(nèi)，并可移動(dòng)地開(kāi)啟和關(guān)閉入口 32,即密封件34在殼體31內(nèi)可移動(dòng)，并且密封件34在移動(dòng) 的過(guò)程中具有封閉入口 32的第一位置和不封閉入口 32的第二位置，在第一位置時(shí)，密封件 34關(guān)閉入口 32以禁止入口 32與出口 33的流體連通，在第二位置時(shí)，密封件34開(kāi)啟入口 32 以實(shí)現(xiàn)入口 32與出口 33的流體連通。彈簧35設(shè)置在殼體31和密封件34之間?？衫斫?， 當(dāng)進(jìn)入入口 32的冷卻劑的壓力大于彈簧35的彈力時(shí)，密封件34打開(kāi)入口 32 ;當(dāng)進(jìn)入入口 32的冷卻劑的壓力小于彈簧的彈力時(shí)，密封件34關(guān)閉入口 32。由此，通過(guò)進(jìn)入入口 32的 冷卻劑的壓力和彈簧35的聯(lián)合作用驅(qū)動(dòng)密封件34移動(dòng)。在本實(shí)施例中，密封件34為一個(gè) 滑塊?；瑝K的形狀不局限于圖中示出的，只要滑塊可以完全覆蓋入口 32以密封入口 32即 可。
[0051] 繼續(xù)參照?qǐng)D4,更加具體地，在本實(shí)施例中，殼體31包括內(nèi)腔36和外腔37,外腔37 包圍內(nèi)腔36,并且內(nèi)腔36與外腔37流體連通。在本實(shí)施例中，內(nèi)腔36與外腔37之間通過(guò) 截面為U形的間隔罩38隔開(kāi)，并且內(nèi)腔36與外腔37在間隔罩38的敞開(kāi)端流體連通。
[0052] 此外，在本實(shí)施例中，間隔罩38的敞開(kāi)端面對(duì)入口 32設(shè)置。入口 32與內(nèi)腔36流 體連通。在外腔37的端壁上，即可理解為在噴頭3的一端，設(shè)置至少一個(gè)貫通的出口 33,由 此出口 33與外腔37流體連通。密封件34與彈簧35設(shè)置于內(nèi)腔36中，并且彈簧35的兩 端分別抵靠密封件34和內(nèi)腔36的腔壁。由此，在沒(méi)有液氮流入入口 32時(shí)、或者流入入口 32的液氮不足以推動(dòng)密封件向遠(yuǎn)離入口 32的方向移動(dòng)時(shí)，密封件34覆蓋入口 32以將入口 32密封。在液氮流入入口 32后，液氮推動(dòng)密封件34向遠(yuǎn)離入口 32的方向移動(dòng)時(shí)，密封件 34不覆蓋入口 32,以解除對(duì)入口 32的密封。圖4中的箭頭表示液氮的流動(dòng)方向。根據(jù)上 述，本實(shí)施例的噴頭3具有防返液及防返氣的功能，即防止液體和氣體由出口 33流向入口 32并由入口 32流出。此外，本噴頭在液氮的壓力高于或等于O.SMPa時(shí)實(shí)現(xiàn)噴射?？衫斫猓?可推動(dòng)密封件移動(dòng)的液氮的壓力值與彈簧35的規(guī)格有關(guān)，故可根據(jù)實(shí)際需要，通過(guò)選擇不 同規(guī)格的彈簧35,實(shí)現(xiàn)對(duì)于液氮壓力的選擇。
[0053] 進(jìn)一步參照?qǐng)D4,至少一個(gè)出口 33的中心至殼體31的軸線的垂直距離均相等，并 且至少一個(gè)出口 33的中心圍繞殼體31的軸線均勻地布置。在本實(shí)施例中，布置有三個(gè)出 口 33,并且每相鄰兩個(gè)出口 33的軸線的夾角為120°。由此，可進(jìn)一步促進(jìn)液氮進(jìn)行均勻 的噴射。
[0054] 綜上，本實(shí)施例將液氮使用噴頭3噴射、液氮的壓力可控、注氣點(diǎn)位置可控及噴射 的連續(xù)且均勻，使液氮注入實(shí)現(xiàn)了全過(guò)程的可控。
[0055] 優(yōu)選地，布置的出口 33的數(shù)量大于或等于3,出口 33為圓孔，并且直徑大于或等于 5mm 〇
[0056] 優(yōu)選地，冷卻劑輸送管2和噴頭3的材質(zhì)為304或316不銹鋼。
[0057] 當(dāng)然，本發(fā)明不局限于上述實(shí)施例，在其他可選地實(shí)施例中，冷卻步驟可不包含上 述卸壓的步驟，即在需要判斷固井套管和固井水泥環(huán)是否脫離時(shí)，停止注入冷卻劑，然后軸 向移動(dòng)固井套管1，之后判斷軸向移動(dòng)的距離，若可移動(dòng)的距離大于或等于0.2m，則執(zhí)行移 出步驟，若可移動(dòng)的距離小于〇. 2m，向固井套管1再次注入冷卻劑。
[0058] 由此，根據(jù)實(shí)際情況，本領(lǐng)域技術(shù)人員可在【具體實(shí)施方式】所記載的步驟中選擇需 要的步驟使用。
[0059] 另外，不局限于圖1中示出的堅(jiān)直井，本方法可同樣用于分離位于斜井、定向井等 中的固井套管。同樣，本發(fā)明也不局限于地下煤層中的鉆井，也可用于石油開(kāi)采鉆井，輸水 井。綜上，本發(fā)明不限制使用其具體步驟的井的類(lèi)型和用途。
[0060] 以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人 員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、 等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種分離固井套管的方法，其特征在于，包括如下步驟： 密封步驟，密封固井套管（1)的頂部端口； 冷卻步驟，向所述固井套管（1)注入冷卻劑，以使所述固井套管（1)冷縮而與固定所述 固井套管的固井水泥環(huán)脫離； 移出步驟，將冷縮后的所述固井套管（1)從井中移出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離固井套管的方法，其特征在于， 在所述冷卻步驟中：持續(xù)導(dǎo)出所述冷卻劑汽化后產(chǎn)生的氣體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的分離固井套管的方法，其特征在于， 所述冷卻步驟還包括如下步驟： 停止注入所述冷卻劑，軸向移動(dòng)所述固井套管（1); 當(dāng)可移動(dòng)的距離大于或等于〇. 2m時(shí)，執(zhí)行所述移出步驟， 當(dāng)可移動(dòng)的距離小于〇. 2m時(shí)，繼續(xù)注入所述冷卻劑。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的分離固井套管的方法，其特征在于， 所述冷卻步驟還包括如下步驟： 停止注入所述冷卻劑，增大所述氣體的導(dǎo)出質(zhì)量流量以對(duì)所述固井套管（1)卸壓； 當(dāng)所述卸壓完畢后，軸向移動(dòng)所述固井套管（1); 當(dāng)可移動(dòng)的距離大于或等于〇. 2m時(shí)，執(zhí)行所述移出步驟， 當(dāng)可移動(dòng)的距離小于〇. 2m時(shí)，減小所述氣體的導(dǎo)出質(zhì)量流量，繼續(xù)注入所述冷卻劑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離固井套管的方法，其特征在于， 在執(zhí)行所述密封步驟之前，在所述固井套管（1)中設(shè)置冷卻劑輸送管（2)，其中，所述 冷卻劑輸送管（2)連接有多個(gè)噴頭（3); 在所述冷卻步驟中：所述冷卻劑經(jīng)由所述噴頭（3)噴出以實(shí)現(xiàn)所述注入。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的分離固井套管的方法，其特征在于， 沿所述冷卻劑輸送管（2)的軸向設(shè)置有至少兩層所述噴頭（3); 其中，同一層中的噴頭（3)的軸線位于同一平面內(nèi)、并均勻地圍繞所述冷卻劑輸送管 (2)的軸線布置，所述平面垂直于所述冷卻劑輸送管（2)的軸線；并且每相鄰的上下兩層噴 頭等間距布置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的分離固井套管的方法，其特征在于， 所述冷卻劑輸送管（2)的位于所述固井套管（1)中的端面，在所述固井套管（1)的底 部端面上方0. 5-1. 0m處。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的分離固井套管的方法，其特征在于， 所述冷卻劑輸送管（2)的外徑大于或等于所述固井套管（1)的內(nèi)徑的1/5 ; 所述冷卻劑輸送管（2)的壁厚位于3-6mm的范圍內(nèi)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5-8中任一項(xiàng)所述的分離固井套管的方法，其特征在于， 所述噴頭（3)包括： 殼體（31)，所述殼體（31)具有入口（32)和至少一個(gè)與所述入口（32)流體連通的出口 (33)； 在所述殼體（31)內(nèi)移動(dòng)地開(kāi)啟和關(guān)閉所述入口（32)的密封件（34);以及 設(shè)置在所述殼體（31)和所述密封件（34)之間的彈簧（35)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的分離固井套管的方法，其特征在于， 所述殼體（31)包括內(nèi)腔（36)、以及包圍所述內(nèi)腔（36)并與其流體連通的外腔（37)， 所述入口（32)與所述內(nèi)腔（36)流體連通，所述至少一個(gè)出口（33)與所述外腔（37)流體 連通； 所述密封件（34)與所述彈簧（35)設(shè)置于所述內(nèi)腔（36)中，并且所述彈簧（35)的兩 端分別抵靠所述密封件（34)和所述內(nèi)腔（36)的腔壁。
【文檔編號(hào)】E21B41/00GK104088608SQ201410325418
【公開(kāi)日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月9日
【發(fā)明者】李金國(guó), 孟宇, 趙毅平 申請(qǐng)人:新奧氣化采煤有限公司