CN103883278A

CN103883278A - 一种井底型固井水泥浆快速凝固装置

Info

Publication number: CN103883278A
Application number: CN201410127461.5A
Authority: CN
Inventors: 路志武
Original assignee: Xinjiang Tong-Ao Oilfield Technology Service Co Ltd
Current assignee: Tongao Testing Group Co.,Ltd.
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2034-03-31
Also published as: CN103883278B

Abstract

本发明公开了一种井底型固井水泥浆快速凝固装置，其包括上接头、下接头、外管、内管；下接头、外管和内管形成活塞容纳空间；自锁抓套，自锁抓套下部的外壁具有自锁抓螺纹，上端具有沿着上边缘的导向坡口，下端具有向内倾斜的夹爪，自锁抓套的壁上开有螺栓孔；活塞，活塞上端的外壁为活塞螺纹；活塞与自锁抓套通过螺纹连接；定位销钉穿入自锁抓套的螺栓孔和上接头的内壁，将自锁抓套与上接头连接在一起；下接头的出口处安装有单向阀。本发明装置能够在需要时向井底的水泥注入液态速凝剂，可以使水泥在5分钟内凝固，避免压漏地层，破坏失重现象的产生，进而提高固井质量，实现保护油、气、水层及地下资源的目的。

Description

一种井底型固井水泥浆快速凝固装置

技术领域

本发明属于石油开采技术领域，特别是涉及一种井底型固井水泥浆快速凝固装置。

背景技术

在石油开采的油井固井过程中，水泥粉末与水混合后，以液体状态经过液压泵注入井下套管内，再向套管内注入泥浆，将水泥浆从套管下部挤出，向上上升，顶替泥浆，填充环形空间，凝固后，形成坚固的水泥石，封固地下地层，并且将套管和地层固结为整体。经过洗井、射孔、酸化、压裂，建立油气通道，使地层（油层）中的原油、天然气进入套管，流至地面。

水泥与水混合后的比重，一般在1.8～2.2之间，而钻井液（泥浆）比重一般在1.1～1.6之间。注水泥结束后，会出现两种不良效果：其一是，注水泥结束后的短时间内部，由于水泥比重高于泥浆比重，会出现水泥浆液柱压漏地层的现象，使水泥浆流入地层，降低水泥封固效果；第二是，悬浮在水泥浆中的水泥微颗粒，在注水泥结束后的静止状态中，会逐渐下沉，出现与水分离的现象，即失重现象。固井水泥浆中，水灰比一般在0.5:1～0.6:1之间，即1立方米水泥浆中，水的体积占50%～60%，也就是说，在1000米的水泥浆液柱中，有500～600米的水柱和500～400米暂时没有形成强度的水泥环柱。水泥封固段中，由于水的比重低于地层压力，地层流体很容易进入井眼，使不同层位储存的油、气、水互相连通，互相流动，造成水层和油、气层的互相侵蚀、污染，同时，固井效果大大降低。部分井甚至出现地层高压油气水进入井眼、井口，顶开井口装置，造成失控的现象。

由于以上现象多数发生在井下，无法直接控制，处理，对地层、井口、工程施工形成比较大的危害，自石油开发工程诞生以来，此现象一直没有得到重视和解决。

发明内容

本发明的目的是提出一种井底型固井水泥浆快速凝固装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：一种井底型固井水泥浆快速凝固装置，其包括上接头、下接头、外管、内管；所述上接头和下接头分别与所述外管密封连接；所述内管的一端固定安装在下接头内部；下接头、外管和内管形成活塞容纳空间；

自锁抓套，所述自锁抓套内部为中空构造，自锁抓套下部的外壁具有自锁抓螺纹，上端具有沿着上边缘的导向坡口，下端具有向内倾斜的夹爪，自锁抓套的壁上开有螺栓孔；

活塞，所述活塞上端的外壁为活塞螺纹；所述活塞安装在所述活塞容纳空间内；活塞与自锁抓套通过螺纹连接；

定位销钉穿入自锁抓套的螺栓孔和上接头的内壁，将自锁抓套与上接头连接在一起；

所述下接头还具有与所述活塞容纳空间相连通的通道，通道的出口设有封堵螺帽；

下接头的出口处安装有单向阀。

如上所述的井底型固井水泥浆快速凝固装置，进一步，所述活塞的内壁上还设有第一环形凹槽，所述第一环形凹槽内安装有止退环，所述内管的外壁上设有容纳止退环的第二环形凹槽。

如上所述的井底型固井水泥浆快速凝固装置，进一步，所述上接头和下接头分别与所述外管通过螺纹密封连接，或者通过焊接密封连接。

如上所述的井底型固井水泥浆快速凝固装置，进一步，所述单向阀包括：凡尔球，弹簧，凡尔球杆和托盘；所述托盘安装在下接头的下端，托盘的盘面上开有通孔；凡尔球杆的一端固定在托盘上，另一端安装有凡尔球，弹簧穿设在凡尔球杆上，且位于托盘和凡尔球之间。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明的井底型固井水泥浆快速凝固装置能够安装在最后一根套管柱上，在注水泥结束后，胶塞在套管内下行进入井底型固井水泥浆快速凝固装置的上接头，当与自锁抓套接触时，对自锁抓套的推力使定位销钉剪断，进而推动活塞向下移动，活塞挤出活塞容纳空间内的液态速凝剂，使其进入下接头的通道，可以使水泥在5分钟内凝固，失去流动性，形成初强度水泥环，改变环形空间水泥浆状态，避免压漏地层，破坏失重现象的产生，以人工干预水泥凝固方式，改变水泥浆的液柱结构，提高固井质量，实现保护油、气、水层及地下资源的目的。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一种实施例的井底型固井水泥浆快速凝固装置整体示意图；

图2为本发明一种实施例的自锁抓套示意图；

图3为本发明一种实施例的活塞示意图；

图4为胶塞示意图；

图5为本发明一种实施例的井底型固井水泥浆快速凝固装置使用状态示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、上接头，2、外管，3、下接头，4、内管，5、自锁抓套，52、导向坡口，54、螺栓孔，56、自锁抓螺纹，58、夹爪，6、活塞，62、第一环形凹槽，64、活塞螺纹，7、定位销钉，8、密封胶圈，9、胶塞，92、橡胶裙部，94、胶塞铁芯，96、凸缘，10、活塞容纳空间，11、通道，12、封堵螺帽，13、凡尔球，14、弹簧，15、凡尔球杆，16、托盘，17、止退环。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

如图4所示，为胶塞示意图；所述胶塞9包括：胶塞铁芯94，在所述胶塞铁芯94上端套有橡胶裙部92，胶塞铁芯的下端具有凸缘96。

如图1所示，为本发明一种实施例的井底型固井水泥浆快速凝固装置整体示意图。包括上接头1、下接头3、外管2、内管4；所述上接头1和下接头3分别与所述外管2密封连接（该上接头和下接头分别与该外管通过螺纹密封连接，或者通过焊接密封连接。）；所述内管4的一端固定安装在下接头3内部；下接头3、外管2和内管4形成上方开口的活塞容纳空间10。

图2为本发明一种实施例的自锁抓套示意图；所述自锁抓套5内部为可供胶塞下端穿过的中空构造，自锁抓套5下部的外壁具有自锁抓螺纹56，上端具有沿着上边缘的导向坡口52，下端具有向内倾斜的夹爪58，自锁抓套5的壁上开有螺栓孔54。导向坡口52的作用是使胶塞能够顺利插入自锁抓套5。胶塞进入自锁爪套后由于夹爪的阻挡使胶塞不会退回，从而将胶塞与自锁爪套连接在一起。

图3为本发明一种实施例的活塞示意图；所述活塞6上端的外壁为活塞螺纹64；所述活塞6安装在所述活塞容纳空间10内；活塞6与自锁抓套5通过自锁抓螺纹56和活塞螺纹64连接。

定位销钉7穿入自锁抓套5的螺栓孔54和上接头1的内壁，将自锁抓套5与上接头1连接在一起。

所述下接头3还具有与所述活塞容纳空间10相连通的通道11，通道11的出口设有封堵螺帽12。

下接头3的出口出安装有单向阀。

本发明井底型固井水泥浆快速凝固装置的使用方法和过程如下：

如图5所示，为本发明一种实施例的井底型固井水泥浆快速凝固装置使用状态示意图。本发明的井底型固井水泥浆快速凝固装置能够安装在最后一根套管柱上，在注水泥结束后，胶塞在套管内下行进入井底型固井水泥浆快速凝固装置的上接头，当与自锁抓套接触时，对自锁抓套的推力使定位销钉剪断，进而推动活塞向下移动，活塞挤出活塞容纳空间内的液态速凝剂，使其进入下接头的通道，可以使水泥在5分钟内凝固，失去流动性，形成初强度水泥环，改变环形空间水泥浆状态，避免压漏地层，破坏失重现象的产生。

上述实施方式的井底型固井水泥浆快速凝固装置在使用时可能会发生活塞上移，将液态速凝剂回吸的问题，为了解决该问题对上述实施方式可以进行如下改进：

上述实施方式的井底型固井水泥浆快速凝固装置，活塞6的内壁上还设有第一环形凹槽62，所述第一环形凹槽62内安装有止退环17，所述内管4的外壁上设有容纳止退环6的第二环形凹槽。

由于止退环17的直径小于内管的外径，因此止退环17安装在第一环形凹槽62时存在预紧力，当止退环随着活塞向下移动到第二环形凹槽时会发生收缩并卡入第二环形凹槽，这样可以防止活塞倒退上移将液态速凝剂回吸的问题，获得更好的固井效果。

本发明一种实施方式的单向阀包括：凡尔球13，弹簧14，凡尔球杆15和托盘16；所述托盘16安装在下接头3的下端，托盘的盘面上开有通孔；凡尔球杆15的一端固定在托盘16上，另一端安装有凡尔球13，弹簧14穿设在凡尔球杆15上，且位于托盘16和凡尔球13之间。单向阀的作用是使水泥浆或泥浆只能从井底型固井水泥浆快速凝固装置向外流出，而不会产生回流的问题。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种井底型固井水泥浆快速凝固装置，其特征在于，包括上接头（1）、下接头（3）、外管（2）、内管（4）；所述上接头（1）和下接头（3）分别与所述外管（2）密封连接；所述内管（4）的一端固定安装在下接头（3）内部；下接头（3）、外管（2）和内管（4）形成活塞容纳空间（10）；

自锁抓套（5），所述自锁抓套（5）内部为中空构造，自锁抓套（5）下部的外壁具有自锁抓螺纹（56），上端具有沿着上边缘的导向坡口（52），下端具有向内倾斜的夹爪（58），自锁抓套（5）的壁上开有螺栓孔（54）；

活塞（6），所述活塞（6）上端的外壁为活塞螺纹（64）；所述活塞（6）安装在所述活塞容纳空间（10）内；活塞（6）与自锁抓套（5）通过螺纹连接；

定位销钉（7）穿入自锁抓套（5）的螺栓孔（54）和上接头（1）的内壁，将自锁抓套（5）与上接头（1）连接在一起；

所述下接头（3）还具有与所述活塞容纳空间（10）相连通的通道（11），通道（11）的出口设有封堵螺帽（12）；

下接头（3）的出口出安装有单向阀。

2.根据权利要求1所述的井底型固井水泥浆快速凝固装置，其特征在于，所述活塞（6）的内壁上还设有第一环形凹槽（62），所述第一环形凹槽（62）内安装有止退环（17），所述内管（4）的外壁上设有容纳止退环（6）的第二环形凹槽。

3.根据权利要求1所述的井底型固井水泥浆快速凝固装置，其特征在于，所述上接头（1）和下接头（3）分别与所述外管（2）通过螺纹密封连接，或者通过焊接密封连接。

4.根据权利要求1所述的井底型固井水泥浆快速凝固装置，其特征在于，所述单向阀包括：凡尔球（13），弹簧（14），凡尔球杆（15）和托盘（16）；所述托盘（16）安装在下接头（3）的下端，托盘的盘面上开有通孔；凡尔球杆（15）的一端固定在托盘（16）上，另一端安装有凡尔球（13），弹簧（14）穿设在凡尔球杆（15）上，且位于托盘（16）和凡尔球（13）之间。