CN101929318B - 分级注水泥器 - Google Patents

Abstract

一种分级注水泥器。为了克服现有注水泥器存在的操作不便、内腔液体无法排出导致注水泥孔关闭不严的不足，本发明包括上接头、工作筒、下接头、胶塞座、活塞、关闭活塞，上接头、工作筒、下接头从上至下依次固定连接，活塞安装在工作筒的下部，关闭活塞安装在工作筒的上部，活塞上端与活塞下端搭接，工作筒中部的径向注水泥孔位于活塞上端部，活塞、关闭活塞通过径向安装的剪钉与工作筒连接，胶塞座固定安装在关闭活塞上端部的内孔中，活塞外圆为上大下小阶梯轴，活塞的外圆、工作筒的内孔和下接头的上端面形成环空；工作筒有径向排液孔位于环空下端，工作筒下端安装有锥形阀。其有益效果是结构合理，易于操作，安全可靠，有效提高完井效率，降低作业成本。

Description

分级注水泥器

所属技术领域

本发明涉及一种石油钻井工程中完井作业的注水泥装置，尤其是涉及一种压力控制的分级注水泥器。

背景技术

在直井、定向井、水平井实施上部固井、下部筛管完井作业中使用分级注水泥器，可提高固井质量，降低施工风险，为完井工程提供可靠的技术保证。

目前，完井施工中使用的分级注水泥器大多需要向管柱内2次投塞憋压来完成注水泥固井作业。由于盲板的作用，套管内有钻井液体，而套管与井壁之间环空内钻井液体至井口，液柱压力始终大于套管内的液柱压力。为了在施工过程中保持套管内外压力基本平衡，需要向套管内注入钻井液，在注入钻井液或下套管作业时产生压力蠕动，容易将分级注水泥器的注泥浆孔提前打开。

2009年3月11日公开的中国实用新型专利《一种半程固井工具》(公开号CN201206455Y)，主要用于完井中筛管上部注水泥封隔的半程固井作业，由开孔塞、关孔塞、分级注水泥器总成组成，分级注水泥器的上本体、封隔器上环、下本体依次连接，封隔器下环套在下本体之上，且与套在下本体上的胶筒的下端连接；在上本体与封隔器上环内部依次为关孔套、开孔套；剪钉将关孔套、开孔套固定在上本体内，对应开孔套的位置上本体开有径向通孔；关孔套内腔顶端连接有上胶塞座；剪钉将下胶塞座固定在开孔套内腔；开孔套内底端为挡环；封隔器上环有充填孔道和充填阀系；充填孔道与下本体的胶筒连通，开孔套上的充填孔与充填孔道相连通；开孔塞和关孔塞分别与开孔套、上胶塞座相适配。装有注水泥器的组合管柱下至设计位置，投入开孔塞座于下胶塞座上，憋压胀封管外封隔器；再继续加压直至剪断连接上本体与关孔套的剪钉后，打开径向注水泥孔，泵入水泥浆固井；注水泥作业完成后，投入关孔胶塞关闭分级注水泥器循环孔，防止水泥浆倒灌。由于该工具缺少排液孔设计，内腔的液体无法排出，易导致径向注水泥孔关闭不严；同时由于2次投入胶塞憋压，特别是在水平井、定向井施工作业中，很容易导致工具中的剪钉被误剪断，无法按设计要求进行注水泥作业。

发明内容

为了克服现有注水泥器存在的操作不便、施工作业过程中容易误剪断剪钉、内腔液体无法排出导致注水泥孔关闭不严的不足，本发明提供一种分级注水泥器。该分级注水泥器可提高固井质量，降低施工风险，保证完井工程质量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：分级注水泥器包括上接头、工作筒、下接头、胶塞座、活塞、关闭活塞，上接头、工作筒、下接头由上至下依次固定连接，活塞安装在工作筒的下部，关闭活塞安装在工作筒的上部，工作筒中部的径向注水泥孔位于活塞上端部，活塞、关闭活塞通过径向安装的剪钉与工作筒连接，胶塞座固定安装在关闭活塞上端的内孔中。活塞外圆为上大下小阶梯轴，活塞的外圆、工作筒的内孔和下接头的上端面形成环空，工作筒上有径向排液孔位于环空下端，工作筒下端部安装有锥形阀。活塞中部有径向排液孔，当活塞位于下位时，排液孔与安装在工作筒下部的锥形阀贯通。活塞上端为台阶内孔，台阶内孔的环形凹槽内安装有锁环，锁环内孔为锯齿型螺纹；关闭活塞外圆为上大下小阶梯轴，关闭活塞下端部外圆有与锁环相配合的锯齿型螺纹。关闭活塞、工作筒和活塞上端面组成封闭环空，环空的高度等于或大于锁环的锯齿型螺纹与关闭活塞下端的锯齿型螺纹之间的距离。

本发明的有益效果是，结构简单合理，易于操作，安全可靠，有效提高完井固井作业施工效率，降低作业成本。

附图说明

图1是本发明分级注水泥器结构示意图。

图2是本发明注水泥工作状态示意图。

图3是本发明完成注水泥工作后关闭注水泥孔示意图。

图中：1.上接头，2.工作筒，3.胶塞座，4.关闭活塞，5.防转螺钉，6.剪钉I，7.活塞，8.锁环，9.注水泥孔，10.剪钉II，11.排液孔，12.排液孔，13.锥形阀，14.弹簧，15.下接头，16.胶塞，17.环空，18.环空。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明分级注水泥器结构示意图，即分级注水泥器装配完毕初始状态图。本发明分级注水泥器，包括上接头1、工作筒2、下接头15、胶塞座3、活塞7、关闭活塞4，工作筒2两端的内螺纹分别与上接头1下端、下接头15上端的外螺纹固定连接。活塞7安装在工作筒2内孔的下部，关闭活塞4安装在工作筒2内孔的上部；活塞7上端与关闭活塞4下端搭接，搭接处径向安装有密封圈。工作筒2中部有径向注水泥孔9，径向注水泥孔9位于活塞7的上端部。活塞7由径向安装的剪钉II 10与工作筒2连接；关闭活塞4通过径向安装的剪钉I 6与工作筒2连接，并安装有防转螺钉5，防转螺钉5的前端位于关闭活塞外圆上的轴向长槽内；关闭活塞4上端部的内孔中固定安装有胶塞座3。

活塞7外圆为上大下小阶梯轴，活塞7下部小外圆、工作筒2的内孔以及下接头15的上端面形成环空17。工作筒2上的径向排液孔11位于环空17下端，工作筒2的下端部安装有锥形阀13。活塞7中部有径向排液孔12，当活塞7向下移动，环空17不存在(即活塞7处于下位)时，排液孔12与安装在工作筒2下部的锥形阀13相通，工作筒2中部的径向注水泥孔9贯通套管柱内外。安装在工作筒2下部的锥形阀13外安装有弹簧14，当管柱内的压力大于管柱外的压力时，锥形阀13将打开，用于平衡管柱内外压力。

活塞7上端为台阶内孔，台阶内孔的环形凹槽内安装有锁环8，锁环8内孔为锯齿型螺纹；关闭活塞4的外圆为上大下小阶梯轴，关闭活塞4下端部外圆是与锁环8相配合的锯齿型螺纹。

关闭活塞4下端部、工作筒2内孔和活塞7上端面组成封闭环空18；环空18的高度等于或大于锁环8的锯齿型螺纹与关闭活塞4下端的锯齿型螺纹之间的距离。

为了保证本发明分级注水泥器具有良好的密封性能，工作筒2与上接头1、关闭活塞4、活塞7、下接头15的径向接触表面之间安装有密封圈；活塞7外圆与下接头15内孔的接触表面之间安装有密封圈。工作筒2与上接头1、下接头15的螺纹连接处安装有紧定螺钉，防止螺纹松扣。

本发明分级注水泥器的实施方式如下，

首先，将组装完毕的分级注水泥器连接到固井管串上，通常该管串从下至上由引鞋、筛管、盲板、管外封隔器、分级注水泥器、套管依次固定连接组成，将固井管串下入井筒至设计位置；

然后，管柱内憋压，胀封固井管串上的管外封隔器，防止固井水泥浆进入筛管；

再继续向管柱内加压，压力作用在活塞7上，直至将固定活塞7与工作筒2的剪钉II 10剪断后，活塞7向下滑动，环空17内的气体\液体通过排液孔11排出，直到活塞7的台阶端面坐在下接头15的上端面上(即活塞7处于下位)，关闭活塞4与活塞7脱离，工作筒2上的径向注水泥孔9贯通管柱内外；此时，可以进行注水泥作业(参见图2)；

注水泥作业完成之后，向管串内投入胶塞16，胶塞16坐落在胶塞座3上，将管串内封闭；向管串内打压，直至将固定关闭活塞4与工作筒2的剪钉I 6剪断后，关闭活塞4向下滑动，直到关闭活塞4的台阶端面坐在活塞7的端面上(参见图3)；此时，注水泥孔9被关闭，相通的排液孔12、锥形阀13可以平衡管柱内外的压力；同时，关闭活塞4下端的锯齿型螺纹与锁环8内孔的锯齿型螺纹相啮合，锁为一体；

最后，待水泥浆凝固后，钻除胶塞16以及盲板，即可完井。

Claims (2)

1.一种分级注水泥器，包括上接头、工作筒、下接头、胶塞座、活塞、关闭活塞，上接头、工作筒、下接头从上至下依次固定连接，活塞安装在工作筒的下部，关闭活塞安装在工作筒的上部，活塞上端与关闭活塞下端搭接，工作筒中部的径向注水泥孔位于活塞上端部，活塞、关闭活塞分别通过径向安装的剪钉与工作筒连接，胶塞座固定安装在关闭活塞上端部的内孔中，其特征是：

活塞（7）外圆为上大下小阶梯轴，活塞（7）的外圆、工作筒（2）的内孔和下接头（15）的上端面形成环空（17）；

工作筒（2）有径向排液孔（11）位于环空（17）下端，工作筒（2）下端安装有锥形阀（13）；

活塞（7）中部有径向排液孔（12），当活塞（7）处于下位时，活塞（7）中部的排液孔（12）与安装在工作筒下端的锥形阀（13）贯通。

2.根据权利要求1所述的分级注水泥器，其特征是：所述活塞（7）上端为台阶内孔，台阶内孔的环形凹槽内安装有锁环（8），锁环（8）内孔为锯齿型螺纹；

所述关闭活塞（4）外圆为阶梯轴，阶梯轴直径上大下小，关闭活塞（4）下端部外圆具有与锁环（8）相配合的锯齿型螺纹；

所述关闭活塞（4）、工作筒（2）和活塞（7）上端面组成封闭环空（18）；环空（18）的高度等于或大于锁环（8）锯齿型螺纹与关闭活塞（4）下端锯齿型螺纹之间的距离。

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