CN103775025B - 分级箍 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于多级油井封固的分级箍，包括：大致呈圆筒状的本体、第一滑套、第一塞座、第一密封塞，该本体的侧壁上设有循环口和第一凹槽；该第一塞座可在第一密封塞的作用下带动第一滑套相对该本体在轴向上滑动以打开该循环口；第一滑套与第一塞座之间借由第一卡销保持连接，该第一卡销被构造和布置成，在第一滑套相对本体在轴向上滑动的过程中，第一卡销至少部分地滑入第一凹槽内从而解除第一滑套与第一塞座之间的连接。相比现有技术，根据本发明的分级箍的制造成本更低，并且具有更好的操作可靠性，可以适应更加广泛的操作条件。

Description

分级箍

技术领域

本发明涉及油井封固领域，尤其涉及用于分级油井封固的分级箍。

背景技术

当前，大部分油田浅层已被勘探开发。为了获取更多的油气储量及开发产量，只能部署中深井、深井以及超深井勘探和开采。在中深井、深井以及超深井中，由于油气层上下间隔大、气体及地层水对套管腐蚀等原因，需要对全井实施封固工艺。较早以前，全井封固通常采用常规水泥一次上返固井工艺，这种工艺常发生漏失，轻则水泥返高不够，重则上部油层出现未封的质量事故。采用低密高强水泥进行一次上返固井工艺进行固井可满足一部分井的固井施工要求，可是因为低密高强水泥胶结强度低，在后期压裂施工时很容易被压碎压窜，同时低密高强水泥成本也很高。因此，一次上返固井工艺已不能满足固井要求，进而大部分油田公司的开发方案均要求对于垂深超过2500米的油气井必须使用分级固井工艺进行固井。

分级固井工艺需要采用分级箍。分级箍布置在套管的分级位置处。在完成前一级固井后，使用小钻具在分级箍上钻设浇注孔，通过该浇注孔完成下一级固井。这样的分级固井工艺的缺陷在于，由于在分级箍上钻设浇注孔需要耗费大量时间，并且成本较高。为此，技术人员提出了用于分级固井工艺的免钻分级箍。

中国专利CN101864925公开了一种典型的免钻分级箍。该分级箍包括分别由销钉相互连接的外套、重力塞座、上接头、下滑套、关闭套和胶塞套。在操作过程中，先按照固井程序进行一级注水泥作业，第一级固井碰压结束后，投入重力塞，使重力塞座与下滑套同步下行，打开循环孔建立二级循环，然后实施第二级注水泥作业；二级注水泥结束后，当二级胶塞行至分级箍胶塞套时，完成碰压，蹩压剪断关闭套和第二销钉组，推动关闭套及胶塞套同步下行，关闭循环孔，然后继续加压，控制压力变化使重力塞座、重力塞、胶塞套、二级胶塞连为一体落入井底，完成二级注水泥作业。

在使用上述分级箍进行固井操作的过程中，需要在不同的步骤中通过压力依次剪断相应的销钉。这就要求准确地设计各个销钉的剪断应力，并且要求在操作过程中准确施加对应的压力，这样才能保证对应的销钉依照工艺要求及时被剪断。然而，由于制造销钉的材料本身可能存在的缺陷以及固井操作的条件限制，很容易发生销钉无法依照要求被剪断，比如没有被剪断或者提前被剪断，从而导致操作失败。同时，被剪断的销钉部分很容易落入分级箍组件的间隙之间而使组件被卡住而无法移动，进而导致操作失败。

因此，现有技术中所存在的分级箍虽然可以实现免钻分级固井操作，但其存在制造成本较高以及可靠性不好等诸多缺陷，严重影响固井操作的顺利进行。

发明内容

本发明针对现有技术中所存在的上述缺陷，提供一种制造成本低且具有良好的操作可靠性的分级箍，该分级箍包括：大致呈圆筒状的本体，该本体的侧壁上设置有循环口；设置于该本体的内腔中并封闭该循环口的第一滑套，该第一滑套内设置有第一塞座，该第一塞座配置有第一密封塞，该第一塞座可在第一密封塞的作用下带动第一滑套相对该本体在轴向上滑动以打开该循环口；其中，该本体的侧壁的内表面上设有第一凹槽，所述第一滑套与第一塞座之间借由第一卡销保持连接，该第一卡销被构造和布置成，在所述第一滑套相对本体在轴向上滑动的过程中，所述第一卡销至少部分地滑入第一凹槽内从而解除所述第一滑套与第一塞座之间的连接。

可选地，第一卡销的一个端部为球头端，第一卡销贯穿第一滑套并以其球头端伸入第一塞座，该第一卡销的另一端部抵接本体的内表面。

可选地，第一卡销的一个端部为斜面端，第一卡销贯穿所述第一滑套并以其斜面端伸入第一塞座，该第一卡销的另一端部抵接本体的内表面。

可选地，第一卡销进一步被构造和布置成，在解除第一滑套与第一塞座之间的连接之后，第一卡销的一部分滑入第一凹槽，而另一部分留存在第一滑套内，从而第一滑套借由所述第一卡销再次与本体连接。

可选地，该本体上还设置有第一止挡销，所述第一滑套的一个端面抵接所述第一止挡销从而与该本体保持连接。

可选地，第一止挡销被构造和布置成可在外力作用下回缩至本体侧壁内，从而解除所述第一滑套和本体之间的连接。

可选地，第一塞座包括设有突起结构的可径向伸缩部分，该可径向伸缩部分被构造和布置成可在第一密封塞作用下径向涨开从而借由所述突起结构将第一止挡销压入至本体侧壁内。

可选地，该本体上还设置有第二止挡销，该第二止挡销被构造和布置成在循环口被打开之后并且在第一卡销至少部分地滑入所述第一凹槽内之前阻挡第一滑套和第一塞座继续相对该本体在轴向上滑动。

可选地，还包括设置于该本体的内腔中的第二滑套，该第二滑套内设置有第二塞座，该第二塞座配置有第二密封塞，该第二塞座被构造和布置成可在第二密封塞的作用下带动第二滑套相对该本体在轴向上滑动以封闭被所述第一滑套打开的循环口。

可选地，第二滑套与本体之间借由连接件连接，该连接件被构造和布置成当第二塞座在第二密封塞的作用下带动第二滑套相对该本体在轴向上滑动时发生断裂从而解除第二滑套与本体之间的连接。

可选地，第二滑套与第二塞座借由第二卡销保持连接，该本体的侧壁的内表面上还设有第二凹槽，该第二卡销被构造和布置成，在所述第二滑套相对本体在轴向上滑动的过程中，所述第二卡销至少部分地滑入所述第二凹槽从而解除所述第二滑套与第二塞座之间的连接。

可选地，第二卡销进一步被构造和布置成，在解除第二滑套与第二塞座之间的连接之后，第二卡销的一部分滑入第二凹槽，而另一部分留存在第二滑套内，从而第二滑套借由所述第二卡销再次与本体连接。

可选地，第二止挡销进一步被构造和布置为，在第二滑套相对本体在轴向上滑动的过程中，第一滑套在第二滑套的推动下剪断该第二止挡销。

相比现有技术，根据本发明的分级箍的制造成本更低，并且具有更好的操作可靠性，可以适应更加广泛的操作条件。

附图说明

图1为根据本发明的一个具体实施例的分级箍的示意剖视图，其示出了该分级箍在进行固井操作前的状态。

图2示出了图1所示分级箍在循环口被打开后的状态。

图3示出了图1所示分级箍在循环口再次被封闭后的状态。

图4示出了图1所示分级箍在第一塞座和第二塞座脱落后的状态。

具体实施方式

以下将参照附图来详述根据本发明的实施例，以帮助本领域技术人员能够更清楚地了解本发明的上述方案及其优点。应当明白，在此描述的实施例可以在不背离本发明的范围的条件下进行各种改变或者替换，这些改变和替换均落于本发明的保护范围内。

图1示出了根据本发明的分级箍的一种具体实施例。所示分级箍包括大致呈圆筒状的本体1，该本体1的两端分别和接管3固定连接。该本体1的内腔中套设有同样大致呈圆筒状的第一滑套10，该第一滑套内同样设置有大致呈圆筒状的第一塞座11。其中，所述本体、第一滑套和第一塞座直接设置有密封环，以保持相互密封。此外，该本体1的内腔中还套设有同样大致呈圆筒状的第二滑套20，第二滑套内设置有大致呈圆筒状的第二塞座21。如图1所示，本体1的侧壁上开设有循环口2，该循环口2用于在固井操作时灌注水泥。本体1的侧壁内表面上还设有第一凹槽13和第二凹槽25，下文将更详细描述第一凹槽13和第二凹槽。

本体1上还设置有第一止挡销16，第一滑套10的一个端面抵接第一止挡销16从而与该本体1保持连接。第一止挡销16被构造和布置成可在外力作用下回缩至本体1侧壁内，从而解除第一滑套10和本体1之间的连接。为实现此操作，第一塞座11包括设有突起结构17的可径向伸缩部分18，可径向伸缩部分18被构造和布置成可径向涨开从而借由所述突起结构17将第一止挡销16压入至本体1侧壁内。可径向伸缩部分18可以由弹性材料形成，或者可以由多个可相互分离的片体形成，从而在受到径向朝外的作用力时，可径向伸缩部分18可胀开。当然，本领域技术人员可以想到，还可以采用多种其它符合本方面的目的的方式来构造和布置该可径向伸缩部分18。

第一滑套10与第一塞座11之间借由第一卡销14保持连接。在该图中，第一卡销14的一个端部为球头端，第一卡销14贯穿所述第一滑套10并以其球头端伸入第一塞座11，第一卡销14的另一端部抵接本体1的内表面。当第一滑套10相对于本体1在轴向上滑动时，第一卡销14的球头端受到第一塞座11施加的侧向力。当第一滑套10滑行至第一卡销14对准第一凹槽13时，第一卡销14将至少部分地滑入本体1侧壁的内表面上第一凹槽13内，从而第一卡销14的球头端脱离第一塞座11，第一滑套10与第一塞座11之间的连接进而被解除。

本领域技术人员明白，还可以采用多种其它符合本方面的目的的方式来构造和布置第一卡销14，以使第一滑套10与第一塞座11之间借由第一卡销14保持连接并通过第一卡销14至少部分地滑入本体1侧壁的内表面上第一凹槽13内而解除第一滑套10与第一塞座11之间的连接。比如，可以将第一卡销14的一个端部设置为斜面端，第一卡销14贯穿所述第一滑套10并以其斜面端伸入第一塞座11，第一卡销14的另一端部抵接本体1的内表面。当第一滑套10相对本体1在轴向上滑动时，第一卡销14的斜面端因为受到第一塞座11施加的侧向力，从而当第一滑套10滑行至第一卡销14对准第一凹槽13时，第一卡销14将至少部分地滑入本体1侧壁的内表面上第一凹槽13内，从而所述斜面端脱离第一塞座11，所述第一滑套10与第一塞座11之间的连接进而被解除。

还如图1所示，在本体1上还设置有第二止挡销19，第二止挡销19被构造和布置成在循环口2被打开之后并且在第一卡销14滑入第一凹槽13内之前阻挡第一滑套10和第一塞座11继续相对该本体1在轴向上滑动。

此外，如图所示的分级箍还包括设于本体1的内腔中的第二滑套20，在第二滑套20内设有第二塞座21。第二滑套20与本体1之间借由连接件23连接，而第二滑套20与第二塞座21借由第二卡销24保持连接。第二卡销24具有与上述第一卡销14相同的作用，即在第二滑套20相对于本体1在轴向上滑动的过程中，第二卡销24滑入第二凹槽从而解除第二滑套20与第二塞座21之间的连接。为此，第二卡销24可以被设置成与第一卡销14具有相同的结构。

以下将结合图2-4来具体描述图1所示分级箍在固井操作中的运用。

在使用时，首先按照工程设计要求将分级箍与接管连接并布置于油井中，然后进行一级固井。一级固井的高度位置一般选择在所述分级箍所处的位置附近。当完成一级固井后，即可操作本分级箍进行二级固井。

如图2所示，首先通过接管投入配置给第一塞座11的第一密封塞12。从图中可以看出，该第一塞座11的一端即可径向伸缩部分18为渐缩的形状，从而当第一密封塞12碰击到第一塞座11时，将对第一塞座11同时施加在分级箍径向和轴向的作用力。该径向作用力使可径向伸缩部分18径向涨开，进而该借由该可径向伸缩部分18上的突起结构17将第一止挡销16压入至本体1侧壁内，从而第一滑套10和本体1之间的连接被解除。之后，所述轴向作用力使得第一塞座11带动第一滑套10相对该本体1在轴向上滑动直至打开本体1侧壁上的循环口2，并且第一塞座11上的突起结构17被设置在本体1上的第二止挡销19挡住而停止滑行。

在循环口2被打开后，即可通过该循环口2浇注水泥以进行二级固井。

如图3所示，在二级固井的水泥浇注步骤完成后，通过接管投入配置给第二塞座21的第二密封塞22。第二密封塞22碰击到第二塞座21时将对第二塞座21施加沿分级箍轴向的作用力，该作用力通过第二滑套20传递给将本体1与第二滑套20连接的连接件23。连接件23因为该作用力而沿着第二滑套20和本体1之间的接触面被剪断，从而第二滑套20与本体1之间的连接被解除。之后，不再与本体1连接的第二滑套20继续在第二塞座21的作用力下沿分级箍轴向滑行。在滑行的过程中，所述第二滑套20、第二塞座21和第二密封塞22撞击第一滑套10、第一塞座11和第一密封塞12，该撞击所产生的作用力使得本体1上的第二止挡销19被剪断，从而第一滑套10最终与本体1不再连接。

至此，第一滑套10和第二滑套20均不再与本体1连接，进而第一滑套10、第一塞座11、第一密封塞12、第二滑套20、第二塞座21和第二密封塞22构成一个整体一起相对本体1沿轴向滑行。在滑行过程中，第一卡销14在与第一凹槽13对齐时滑入该第一凹槽13，进而第一滑套10与第一塞座11之间的连接被解除，而第一滑套10与本体1之间通过第一卡销14相互固定。同时，在该滑行过程中，第二卡销24在与第二凹槽25对齐时将滑入该第二凹槽，进而第二滑套20与第二塞座21之间的连接被解除，而第二滑套20与本体1之间通过第二卡销24相互固定。在这里，第二凹槽的位置被设置成，当第二卡销24滑入第二凹槽中而导致第二滑套20与本体1之间相互固定时，第二滑套20位于完全封闭循环口2的位置。于是，如图4所示，第一滑套10和第二滑套20分别借由第一卡销14和第二卡销24与本体1连接，而与第一滑套10解除连接的第一塞座11和与第二滑套20解除连接的第二塞座21随同第一密封塞12和第二密封塞22相对本体1继续沿轴向滑行并离开本体1。同时，循环口2被第二滑套20封闭，进而完成二级固井操作。

需要指明的是，在本发明中所使用的术语“连接”指的是两个部件之间直接结合或通过中间件保持结合而无法相互移动，并且该两个或多个部件之间的连接可以被解除从而恢复可以相互移动。

应当理解，虽然上文是参照各实施例来描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，其叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合而形成本领域技术人员可理解的其它实施方式。此外，本发明的保护范围应当由权利要求予以确定，本文所述的实施例只是为了例示本发明欲请求保护的技术方案或特征而给出的，这些实施例无意用于代替各权利要求的限定，本发明的保护范围包括但不限于上述实施例所体现的技术方案，同时还包括上文没有列出的与本发明不相背离的其它实施例及其等同。

Claims (10)

1.一种分级箍，包括：

大致呈圆筒状的本体(1)，该本体(1)的侧壁上设置有循环口(2)；

设置于该本体(1)的内腔中并封闭该循环口(2)的第一滑套(10)，该第一滑套(10)内设有第一塞座(11)，第一塞座(11)配置有第一密封塞(12)，其中第一塞座(11)被构造和布置成可在第一密封塞(12)的作用下带动第一滑套(10)相对于该本体(1)轴向滑动以打开该循环口(2)；

其特征在于，在该本体(1)的侧壁的内表面上设有第一凹槽(13)，第一滑套(10)与第一塞座(11)之间借由第一卡销(14)保持连接，第一卡销(14)被构造和布置成，在第一滑套(10)相对于该本体(1)轴向滑动的过程中，第一卡销(14)至少部分滑入第一凹槽(13)内从而解除第一滑套(10)与第一塞座(11)之间的固定连接；

在该本体(1)上还设置有第一止挡销(16)，第一滑套(10)的一个端面抵接第一止挡销(16)而与该本体(1)保持连接，第一止挡销(16)被构造和布置成可在外力作用下回缩至该本体(1)侧壁内，从而解除第一滑套(10)和该本体(1)之间的连接，第一塞座(11)包括设有突起结构(17)的可径向伸缩部分(18)，该可径向伸缩部分(18)被构造和布置成可在第一密封塞(12)的作用下径向胀开从而借由所述突起结构(17)将第一止挡销(16)压入至本体(1)侧壁内，其中，所述可径向伸缩部分(18)为渐缩的形状。

2.根据权利要求1所述的分级箍，其特征在于，第一卡销(14)的一个端部为球头端，第一卡销(14)贯穿第一滑套(10)并以其球头端伸入第一塞座(11)，第一卡销(14)的另一端部抵接本体(1)的内表面。

3.根据权利要求1所述的分级箍，其特征在于，第一卡销(14)的一个端部为斜面端，第一卡销(14)贯穿第一滑套(10)并以其斜面端伸入第一塞座(11)，第一卡销(14)的另一端部抵接本体(1)的内表面。

4.根据权利要求1所述的分级箍，其特征在于，第一卡销(14)进一步被构造和布置成，在解除第一滑套(10)与第一塞座(11)之间的连接后，第一卡销(14)的一部分滑入第一凹槽(13)，而另一部分留在第一滑套(10)内，从而第一滑套(10)借由第一卡销(14)再次与该本体(1)连接。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的分级箍，其特征在于，在该本体(1)上还设有第二止挡销(19)，第二止挡销(19)被构造和布置成在该循环口(2)被打开后且在第一卡销(14)至少部分滑入第一凹槽(13)之前阻挡第一滑套(10)和第一塞座(11)继续相对于该本体(1)轴向滑动。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的分级箍，其特征在于，还包括设置于该本体(1)的内腔中的第二滑套(20)，在第二滑套(20)内设置有第二塞座(21)，该第二塞座(21)配置有第二密封塞(22)，第二塞座(21)被构造和布置成能在第二密封塞(22)作用下带动第二滑套(20)相对于该本体(1)轴向滑动以封闭被所述第一滑套(10)打开的循环口(2)。

7.根据权利要求6所述的分级箍，其特征在于，第二滑套(20)与该本体(1)之间借由连接件(23)连接，该连接件(23)被构造和布置成当第二塞座(21)在第二密封塞(22)作用下带动第二滑套(20)相对于该本体(1)轴向滑动时发生断裂以解除第二滑套(20)与该本体(1)之间的连接。

8.根据权利要求7所述的分级箍，其特征在于，在该本体(1)的侧壁的内表面上还设有第二凹槽，第二滑套(20)与第二塞座(21)借由第二卡销(24)保持连接，该第二卡销(24)被构造和布置成，在第二滑套(20)相对于该本体(1)轴向滑动的过程中，第二卡销(24)至少部分滑入第二凹槽从而解除第二滑套(20)与第二塞座(21)之间的连接。

9.根据权利要求8所述的分级箍，其特征在于，第二卡销(24)进一步被构造和布置成，在解除第二滑套(20)与第二塞座(21)之间的连接之后，第二卡销(24)的一部分滑入第二凹槽而另一部分留存在第二滑套(20)内，从而第二滑套(20)借由第二卡销(24)再次与本体(1)连接。

10.根据权利要求9所述的分级箍，其特征在于，第二止挡销(19)进一步被构造和布置为，在第二滑套(20)相对于该本体(1)轴向滑动的过程中，第一滑套(10)在第二滑套(20)的推动下剪断该第二止挡销(19)。