CN103437735B - 管内井下可变径限位体阻断隔离装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管内井下可变径限位体阻断隔离装置。主要解决了现有技术中存在的清水顶替技术套管内将滞留钻井液及容易出现延时测声变遇阻现象的问题。其特征在于：所述的中心轴前端螺纹连接一级压盖，一级压盖后部中心轴上依次固定连接一级限位体、一级定位环、高度调节环，一级限位体外部套有一级橡胶体；高度调节环下部中心轴上连接二级压盖，二级压盖下部的中心轴上固定连接二级限位体、二级定位环、三级定位环；二级限位体外部套有二级橡胶体；中心轴后部内腔连接四头梯形扣丝杠、减速电机；电机连接控制器。该管内井下可变径限位体阻断隔离装置，固井作业完成后，保证管内充满清水，避免延时声变遇阻的发生。

Description

管内井下可变径限位体阻断隔离装置

技术领域

本发明涉及石油工程固井领域中一种隔离装置，特别是一种管内井下可变径限位体阻断隔离装置。

背景技术

目前，石油工程固井作业中，固井顶替工艺采用清水顶替技术。固井顶替液技术方案为：一次顶替采用清水+钻井液，二次顶替采用清水。一次顶替过程中，先替入一段清水（清水设计量是从工具以上80米至浮箍的套管内容积），再替钻井液至碰压，一次顶替施工完成后，管内液体为清水与钻井液。二次顶替使用清水将钻井液顶至套管外环空，保证套管外环空压稳，井壁不塌。该清水顶替技术缺点为：由于清水没有悬浮性，关闭球与清水不同步，造成套管内将滞留钻井液。延时条件下，由于钻井液不流动时的稠化沉积特性，部分井出现了延时测声变遇阻现象。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服背景技术中存在的清水顶替技术套管内将滞留钻井液及容易出现延时测声变遇阻现象的问题，而提供一种管内井下可变径限位体阻断隔离装置，该管内井下可变径限位体阻断隔离装置，固井作业完成后，保证管内充满清水，避免延时声变遇阻的发生。

本发明解决其问题可通过如下技术方案来达到：该管内井下可变径限位体阻断隔离装置，包括中心为空腔的中心轴，所述的中心轴前端螺纹连接一级压盖，一级压盖后部中心轴上依次固定连接一级限位体、一级定位环、高度调节环，一级限位体外部及一级压盖与一级定位环间的中心轴上套有一级橡胶体；高度调节环下部中心轴上螺纹连接二级压盖，二级压盖下部的中心轴上固定连接二级限位体、二级定位环、三级定位环；二级限位体外部及二级压盖与二级定位环间的中心轴上套有二级橡胶体；中心轴后部内腔螺纹连接四头梯形扣丝杠，四头梯形扣丝杠另一端连接电机联轴节，电机联轴节下端与电机插销连接，三级定位环下部压在密封筒上盖上，密封筒上盖中心连接上盖内套，上盖内套套置于中心轴上；密封筒上盖下部螺纹连接密封筒，密封筒底部连接密封筒座及密封座；电机外部装有电机支架及电机舱，电机固定在电机支架上；电机舱上部螺纹连接电机支架，电机支架螺纹连接密封筒上盖，密封筒上盖与电机联轴节间置有密封轴承；锂电池固定在电机舱下部，电机连接控制器，控制器电线分别连接锂电池及控制开关组件，控制开关组件固定在密封筒座的端头；电机、锂电池及控制器置于密封筒内。

该管内井下可变径限位体阻断隔离装置，依靠管内井下可变径限位体实现关闭球与顶替液同步运行，并刮净粘附在套管内壁上的钻井液，保证管内充满清水，避免延时声变遇阻的发生。管内井下可变径限位体具有优良的气液阻隔性，其膨胀和收缩精确可控。橡胶体具有优秀的抗压强度、较大的压缩延展性能以及良好的耐磨性能。在施工过程中橡胶体在较高施工压力作用下，在垂直井壁方向发生一定程度的形变，但不会发生断裂。同时这种形变进一步加强了橡胶体同套管壁的接触程度，有效的将套管内的钻井液同清水分隔、密封。从而确保施工过程中，清水和钻井液之间的掺混得以避免，降低了延时声变遇阻。在施工结束后，管内井下可变径限位体在内部电机的作用下，在指定的时间内收缩，依靠自身重力落到人工井底，对后续施工不造成任何不利影响。

本发明与上述背景技术相比较可具有如下有益效果：该管内井下可变径限位体阻断隔离装置由于采用上述结构，由管内井下可变径限位体密封舱内控制器智能电路板精确控制，在指定的时间内，电机正转和反转，压盖下行进入橡胶体和压盖上行脱离橡胶体，导致橡胶体受压变形膨胀和橡胶体失压收缩，实现其橡胶体膨胀和收缩精确可控。遇阻率达到0%，遇阻率提高了24.72个百分点。固井作业完成后，保证管内充满清水，避免延时声变遇阻的发生。现场试验表明：二替设计替量与实际替量一致，保证关闭球与二次顶替液同步运行，并刮净粘附在套管内壁上的钻井液，避免套管内滞留钻井液。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图；

附图2是本发明控制器精确定时驱动电路原理图。

图中：1-压盖，2-中心轴，3-一级定位环，4-高度调节环，5-四头梯形扣丝杠，6-电机联轴节，7-电机，8-控制器，9-控制开关组件，10-密封座，11-密封筒座，12-密封筒，13-锂电池，14-电机舱，15-电机支架，16-密封轴承，17-密封筒上盖，18-上盖内套，19-二级橡胶体，20-二级莲花片，21-二级限位体，22–二级压盖，23-一级橡胶体，24-一级限位体，25-一级莲花片，26-二级定位环，27-三级定位环。

具体实施方式：

下面结合附图将对本发明作进一步说明：

附图1结合图2所示，该管内井下可变径限位体阻断隔离装置，包括中心为空腔的中心轴2，所述的中心轴2前端螺纹连接一级压盖1，一级压盖1后部中心轴2上依次固定连接一级限位体24、一级定位环3、高度调节环4，一级限位体24外部及一级压盖1与一级定位环3间的中心轴2上套有一级橡胶体23；高度调节环4下部中心轴2上螺纹连接二级压盖22，二级压盖22下部的中心轴2上固定连接二级限位体21、二级定位环26、三级定位环27；二级限位体21外部及二级压盖22与二级定位环26间的中心轴2上套有二级橡胶体19；中心轴2后部内腔螺纹连接四头梯形扣丝杠5，四头梯形扣丝杠5另一端连接电机联轴节6，电机联轴节6下端与电机7插销连接，三级定位环27下部压在密封筒上盖17上，密封筒上盖17中心连接上盖内套18，上盖内套18套置于中心轴2上；密封筒上盖17下部螺纹连接密封筒12，密封筒12底部连接密封筒座11及密封座10；电机7外部装有电机支架15及电机舱14，电机7固定在电机支架15上；电机舱14上部螺纹连接电机支架15，电机支架15螺纹连接密封筒上盖17，密封筒上盖17与电机联轴节6间置有密封轴承16，用于减少旋转阻力；锂电池13固定在电机舱14下部，电机7连接控制器8，控制器8电线分别连接锂电池13及控制开关组件9，控制开关组件9固定在密封筒座11的端头。电机7、锂电池13及控制器8置于密封筒12内。一级压盖1、二级压盖22上开有轴向通孔，便于泄压。一级橡胶体23、二级橡胶体19前端分别为一级莲花片25、二级莲花片20，一级莲花片25、二级莲花片20上开有压力平衡孔，莲花片用于减小压盖与密封橡胶体的摩擦。所述的控制器8的生产厂家为大庆宏测技术服务有限公司，型号为HC-JXTIME193。

如图2所示，所述的控制器8包括晶振、微电脑时间发生器、定时时长选择开关、电机正反转控制电路、晶体管功率驱动电路，晶振、微电脑时间发生器、定时时长选择开关、电机正反转控制电路、晶体管功率驱动电路依次连接，晶体管功率驱动电路连接电机7。微电脑时间发生器产生时长不等的精确的定时输出信号经定时时长选择开关选择所需的定时时间；定时时间信号送入电机正反转控制电路，产生桥式电机控制信号，实现电机的正反转；桥式电机控制信号送入晶体管功率驱动电路，完成执行电机大电流驱动运行；电机动作信号有两种，第一种来自微电脑时间发生器的定时时间信号，用于电机的自动运行，第二是手动正反转控制信号，此信号可以任意时间启动，主要用于装配过程中的装载和卸载。

该管内井下可变径限位体阻断隔离装置，通过压盖下行与上行，可实现变径固井胶塞橡胶体膨胀和收缩；中心轴用于连接工具各部件，提供丝杠运行空间；定位环用于固定橡胶体，防止上部各部件在中心轴上滑动；丝杠用于密封工具内部各部件，上下运行，实现工具变形；电机向丝杠上下运行提供动力；控制器智能电路用于控制工具打开、关闭时间；控制组件控制电机正反转，工具变形控制装置；密封筒能够抗外压，保护电机、智能电路、电池，防止进液。电池向电机提供动力；橡胶体的受力变形可实现工具膨胀和收缩，密封套管内壁；莲花片可减少压盖与橡胶体之间摩擦力。

该管内井下可变径限位体阻断隔离装置正常处于收缩状态。在下井前，启动控制开关组件9，内部电机正转，带动丝杆下行，压盖下行进入橡胶体，橡胶体受压变形膨胀，由限位环体控制变形膨胀尺寸。固井一次顶替施工完成后，将该处于膨胀状态的阻断隔离装置投入，投关闭球，替清水进行二次顶替，它随着钻井液下行，用来刮净粘附在套管内壁上的钻井液，并防止驱替清水与钻井液混合。该处于膨胀状态的阻断隔离装置达到水泥面控制工具后，由关闭球堵住循环孔，管内升压关闭水泥面控制工具。在指定的时间内，内部电机反转，带动丝杆上行，压盖上行脱离橡胶体，橡胶体失去压力收缩，依靠自身重力落到人工井底。保证管内充满清水，避免延时声变遇阻的发生。

实施例1：杏3-丁4-E68井

该井设计井深：1239米，水泥面控制工具位置：894米。2012年9月16日应用可变径固井胶塞进行固井施工，二替设计替量：11.4方，二替实际替量：11.4方。20日后进行声变检测，测井一次成功。

该井二替设计替量与实际替量一致表明，可变径固井胶塞橡胶体同套管壁的接触程度高，有效的将套管内的钻井液同清水分隔、密封，保证关闭球与二次顶替液同步运行，避免套管内滞留钻井液。声变测井一次成功表明，可变径固井胶塞可以在指定的时间内收缩，依靠自身重力落到人工井底，对后续施工不造成任何不利影响。

实施例2：杏3-40-E66井

该井设计井深：1241米，水泥面控制工具位置：894米。应用可变径固井胶塞进行固井施工，二替设计替量：11.4方，二替实际替量：11.4方。20日后进行声变检测，测井一次成功。

该井二替设计替量与实际替量一致表明，可变径固井胶塞橡胶体同套管壁的接触程度高，有效的将套管内的钻井液同清水分隔、密封，保证关闭球与二次顶替液同步运行，避免套管内滞留钻井液。声变测井一次成功表明，可变径固井胶塞可以在指定的时间内收缩，依靠自身重力落到人工井底，对后续施工不造成任何不利影响。

Claims (3)

1.一种管内井下可变径限位体阻断隔离装置，包括中心为空腔的中心轴（2），其特征在于：所述的中心轴（2）前端螺纹连接一级压盖（1），一级压盖（1）后部中心轴（2）上依次固定连接一级限位体（24）、一级定位环（3）、高度调节环（4），一级限位体（24）外部、一级压盖（1）与一级定位环（3）间的中心轴（2）上套有同一个一级橡胶体（23）；高度调节环（4）下部中心轴（2）上螺纹连接二级压盖（22），二级压盖（22）下部的中心轴（2）上固定连接二级限位体（21）、二级定位环（26）、三级定位环（27）；二级限位体（21）外部、二级压盖（22）与二级定位环（26）间的中心轴（2）上套有同一个二级橡胶体（19）；中心轴（2）后部内腔螺纹连接四头梯形扣丝杠（5），四头梯形扣丝杠（5）另一端连接电机联轴节（6），电机联轴节（6）下端与电机（7）插销连接，三级定位环（27）下部压在密封筒上盖（17）上，密封筒上盖（17）中心连接上盖内套（18），上盖内套（18）套置于中心轴（2）上；密封筒上盖（17）下部螺纹连接密封筒（12），密封筒（12）底部连接密封筒座（11）及密封座（10）；电机（7）外部装有电机支架（15）及电机舱（14），电机（7）固定在电机支架（15）上；电机舱（14）上部螺纹连接电机支架（15），电机支架（15）螺纹连接密封筒上盖（17），密封筒上盖（17）与电机联轴节（6）间置有密封轴承（16），锂电池（13）固定在电机舱（14）下部，电机（7）连接控制器（8），控制器（8）电线分别连接锂电池（13）及控制开关组件（9），控制开关组件（9）固定在密封筒座（11）的端头；电机（7）、锂电池（13）及控制器（8）置于密封筒（12）内。

2.根据权利要求1所述的管内井下可变径限位体阻断隔离装置，其特征在于：所述的一级压盖（1）、二级压盖（22）上开有轴向通孔；一级橡胶体（23）、二级橡胶体（19）前端分别为一级莲花片（25）、二级莲花片（20），一级莲花片（25）、二级莲花片（20）上开有压力平衡孔。

3.根据权利要求1所述的管内井下可变径限位体阻断隔离装置，其特征在于：所述的控制器（8）包括晶振、微电脑时间发生器、定时时长选择开关、电机正反转控制电路、晶体管功率驱动电路，晶振、微电脑时间发生器、定时时长选择开关、电机正反转控制电路、晶体管功率驱动电路依次连接，晶体管功率驱动电路连接电机（7）。