CN103790550B - 井下智能胶塞装置 - Google Patents

Abstract

一种井下智能胶塞装置，包括高压密封筒，涉及石油工程中固井设备领域，其特征在于：在高压密封筒内设有电机舱，电机舱内装有七级减速电机，七级减速电机的一端由电机联轴节与四头梯形扣丝杠连接，通过密封轴承连接中心轴，中心轴上依序设有一级密封橡胶体、一级莲花片由定位环予以固定、顶端是一级压盖，所述的密封橡胶体、莲花片和压盖可以是一级，也可以是多级。本发明的有益效果是：结构新颖合理，在固井施工过程中一、二级密封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，同时这种形变进一步加强了一、二级密封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的发生。

Description

井下智能胶塞装置

所属技术领域

本发明涉及石油工程中固井设备领域，尤其是一种井下智能胶塞装置。

背景技术

现有的常规固井胶塞技术，是在当全部水泥浆注完后，压胶塞，它随着水泥浆下行，用来刮净粘附在套管内壁上的水泥浆，并防止驱替钻井液与水泥浆混合，避免尾部水泥浆污染，保证底部水泥浆质量，当达到阻流板时，显示碰压，则注水泥结束。常规固井胶塞的缺点是：必须依靠外界液体驱替才能下行，本身无法实现自下落功能。

又有一种应用悬浮隔离液顶替技术：悬浮隔离液，悬浮隔离液具有悬浮性好以及与清水和钻井液相容性好的性能。固井顶替液技术方案为：一次顶替采用悬浮隔离液+钻井液，二次顶替采用清水。一次顶替过程中，先替入一段悬浮隔离液(悬浮隔离液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，管内液体为悬浮隔离液与钻井液。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。但是使用悬浮隔离液的技术方案存在关闭球无法悬浮，清水与钻井液置换沉淀效应的缺陷，由于顶替过程中无法实现清水顶替及关闭球与顶替液不同步，套管内将滞留钻井液，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

本发明的目的是针对上述已有技术的缺陷，采用新的技术方案设计一种新颖的井下智能胶塞装置，包括高压密封筒，在高压密封筒内设有电机舱，电机舱的一端与电机支架链接，电机舱的另一端与智能控制电路、控制组件、高性能锂电池连接，电机舱内装有七级减速电机，七级减速电机的一端由电机联轴节与四头梯形扣丝杠连接，通过密封轴承连接中心轴，中心轴上依序设有一级密封橡胶体、一级莲花片、由定位环予以固定、顶端是一级压盖，当高压密封筒内启动智能控制电路、控制组件上设定的工作程序控制开关，电机舱内的七级减速电机正转，带动四头梯形扣丝杠下行，一级压盖下行进入一级密封橡胶体，一级密封橡胶体上的一级莲花片受压变形膨胀，一级限位环控制变形膨胀尺寸；当智能控制电路、控制组件根据工作程序在设定的时间内启动电机舱内七级减速电机反转，带动四头梯形扣丝杠上行，一级压盖上行脱离一级密封橡胶体，一级莲花片失去压力收缩，使一级密封橡胶体变径收缩，井下智能胶塞装置恢复正常状态，所述的密封橡胶体、莲花片和压盖可以是一级，也可以是多级。井下智能胶塞装置具有优良的气液阻隔性，以及膨胀和收缩的精确可控性，在用于使用水泥面控制工具固井施工一替施工完成后，装入本发明井下智能胶塞装置(处于膨胀状态)，投关闭球，进行二次顶替，能使关闭球与二次顶替液同步运行，有效的将套管内的钻井液同清水分隔、密封，实现固井作业完成后，处于膨胀状态的井下智能胶塞装置在设定的时间收缩，外径小于套管内径，依靠自身重力落到人工井底，从而达到管内充满清水，避免延时声变遇阻的发生。

本发明是通过如下技术方案实现的，本发明由两大部件组成：驱动部件和工作部件，驱动部件包括高压密封筒、高压密封筒座、密封环、密封座，起密封作用。在高压密封筒的上部位设有高压密封筒上盖、密封环、上盖内套，在高压密封筒内设有电机舱，电机舱的一端与电机支架链接，电机舱的另一端与智能控制电路、控制组件、高性能锂电池连接，电机舱内装有七级减速电机，七级减速电机的一端由电机联轴节与四头梯形扣丝杠连接，通过密封轴承连接中心轴，七级减速电机的另一端与智能控制电路、控制组件连接，控制组件设置有指令七级减速电机运转的工作程序，高性能锂电池提供七级减速电机工作电能。工作部件包括连接驱动部件上的四头梯形扣丝杠、二级密封橡胶体、二级莲花片和一级密封橡胶体、一级莲花片以及中心轴，中心轴上从四头梯形扣丝杠起依序排列分别设有二级密封橡胶体、二级莲花片、二级限位、二级压盖、定位环，高度调节环、一级密封橡胶体、一级限位、一级莲花片，在一、二级莲花片和一、二级压盖上分别设有压力平衡孔，定位环用于固定密封橡胶体，防止各部件在中心轴上滑动。本发明的工作原理是这样实现的：处于正常状态的井下智能胶塞装置是收缩形态，在下井前，高压密封筒内启动智能控制电路、控制组件上设定的工作程序控制开关，电机舱内的七级减速电机正转，带动四头梯形扣丝杠下行，一、二级压盖下行进入一、二级密封橡胶体，密封橡胶体上的一、二级莲花片受压变形膨胀，由一、二级限位环控制变形膨胀尺寸。固井一次顶替施工完成后，投井下智能胶塞装置(处于膨胀状态)，投关闭球，替清水进行二次顶替，本发明随着钻井液下行，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，井下智能胶塞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。井下智能胶塞装置(处于膨胀状态)控制组件根据设定的工作程序在设定的时间内启动电机舱内七级减速电机反转，带动四头梯形扣丝杠上行，一、二级压盖上行脱一、二级离密封橡胶体，一、二级莲花片失去压力收缩，使密封橡胶体变径收缩，井下智能胶塞装置恢复正常状态，依靠自身重力落到人工井底，达到管内充满清水，避免延时声变遇阻的发生。本发明所述的密封橡胶体、莲花片和压盖可以是一级，也可以是多级。

本发明的有益效果是：结构新颖合理，在固井过程中安装本发明后的施工过程中一、二级密封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，同时这种形变进一步加强了一、二级密封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的发生。

附图说明

附图1为本发明的剖面示意图。

其中1－一级压盖，2－中心轴，3－定位环，4－高度调节环，5－四头梯形扣丝杠，6－电机联轴节，7－七级减速电机，8－智能控制电路，9－控制组件，10－密封座，11－高压密封筒座，12－高压密封筒，13－高性能锂电池，14－电机舱，15－电机支架，16－密封轴承，17－高压密封筒上盖，18－上盖内套，19－二级密封橡胶体，20－二级莲花片，21－二级限位，22－二级压盖，23－一级密封橡胶体，24－一级限位，25－一级莲花片，A－密封环，B－压力平衡孔。

具体实施方式

本发明的实施例结合附图作进一步的描述：

如附图所示，本发明由两大部件组成：驱动部件和工作部件，驱动部件包括高压密封筒12、高压密封筒座11、密封环A、密封座10，在高压密封筒12的上部位设有高压密封筒上盖17、密封环A、上盖内套18，在高压密封筒12内设有电机舱14，电机舱14的一端与电机支架15链接，电机舱14的另一端与智能控制电路8、控制组件9、高性能锂电池连接13，电机舱14内装有七级减速电机7，七级减速电机7的一端经于电机联轴节6、密封轴承16与四头梯形扣丝杠5连接，七级减速电机7的另一端与智能控制电路8控制组件9连接，控制组件9设置有指令七级减速电机7运转的工作程序，高性能锂电池13提供七级减速电机7工作电能。工作部件包括连接驱动部件上的四头梯形扣丝杠5、二级密封橡胶体19、二级莲花片20和一级密封橡胶体23、一级莲花片25以及中心轴2，中心轴2上从四头梯形扣丝杠5起依序排列分别设有二级密封橡胶体19、二级莲花片20、二级限位21、二级压盖22、定位环3、高度调节环4、一级密封橡胶体23、一级限位24、一级莲花片25，在一级莲花片25、二级莲花片20、和一级压盖1、二级压盖22上分别设有压力平衡孔B，定位环3用于固定一级密封橡胶体23，防止各部件在中心轴2上滑动。本发明井下智能胶塞装置的高压密封筒12内的控制组件9通过智能控制电路8精确控制，在指定的时间内，七级减速电机7正转和反转带动四头梯形扣丝杠5下行、上行使一级压盖1、二级压盖22下行进入一级密封橡胶体23、二级密封橡胶体19和一级压盖1、二级压盖22上行脱离一级密封橡胶体23、二级密封橡胶体19，导致一级密封橡胶体23、二级密封橡胶体19受压变形膨胀和一级密封橡胶体23、二级密封橡胶体19失压收缩，实现膨胀和收缩精确可控。

在固井过程中安装本发明后，井下智能胶塞装置在应用水泥面控制工具固井施工进行了6口井的现场试验，延时声变检测6口井，遇阻井0口，遇阻率0％。与同区块非试验井相比遇阻率提高了24.72个百分点。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，避免套管内滞留钻井液。

实施例一：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日应用井下智能胶塞装置进行固井施工，二替设计替量：11.4方，二替实际替量：11.4方。2012年10月7日进行声变检测，测井一次成功。

该井二替设计替量与实际替量一致表明，井下智能胶塞装置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，井下智能胶塞装置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。实施例二：杏3-40-E66井

该井设计井深：1241米，水泥面控制工具位置：894米。2012年9月23日应用井下智能胶塞装置进行固井施工，二替设计替量：11.4方，二替实际替量：11.4方。2012年10月9日进行声变检测，测井一次成功。

该井二替设计替量与实际替量一致表明，井下智能胶塞装置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，井下智能胶塞装置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 (1)

1.一种井下智能胶塞装置，包括高压密封筒，其特征在于：高压密封筒的上部设有高压密封筒上盖、上盖内套，在高压密封筒内设有电机舱，电机舱的一端与电机支架连接，电机舱内装有七级减速电机，七级减速电机的一端由电机联轴节与四头梯形扣丝杠连接，电机联轴节上通过密封轴承连接中心轴，中心轴上由右至左依次设有一级密封橡胶体及一级莲花片，且一级密封橡胶体由定位环予以固定，中心轴顶端是一级压盖，当高压密封筒内启动智能控制电路、控制组件上设定的工作程序控制开关，电机舱内的七级减速电机正转，带动四头梯形扣丝杠下行，一级压盖下行进入一级密封橡胶体，一级密封橡胶体上的一级莲花片受压变形膨胀，一级限位环控制变形膨胀尺寸；当智能控制电路、控制组件根据工作程序在设定的时间内启动电机舱内七级减速电机反转，带动四头梯形扣丝杠上行，一级压盖上行脱离一级密封橡胶体，一级莲花片失去压力收缩，使一级密封橡胶体变径收缩，井下智能胶塞装置恢复正常状态，所述的密封橡胶体、莲花片和压盖是一级或多级。