CN104234658A - 液压式免钻分级注水泥器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液压式免钻分级注水泥器，包括：上端与第一套管连接的接箍；内套，其上端与接箍的下端连接，中部设有循环孔，内套的下端设有弹性卡接结构；外壳，套接在内套的外表面，与内套经打开剪钉连接，外壳与内套之间设有限位结构，所述限位结构构造成使得在剪断打开剪钉时外壳只能相对内套向上移动而露出循环孔；下端连接第二套管的接头，其位于外壳的下方且套接在内套的外表面，所述接头与内套经关闭剪钉连接；所述接头的内表面设有至少两个卡位；所述卡位与弹性卡接结构配合实现内套与接头的轴向相对运动。该分级注水泥器适用范围更广、结构较简单、无须完井后下钻具钻除内部多余附件。
Description
技术领域
本发明涉及一种井下固井用注水泥装置，具体涉及一种液压式免钻分级注水泥器。
背景技术
在油气井完钻后，需要下入套管，进行固井作业。随着深井、超深井的增多，出现多种固井技术难题。而利用双级固井技术可以解决深井、超深井固井施工中的一些技术难题。例如，解决一次注水泥量大，施工时间长，地层破裂压力低，水泥返不到设计井深等问题。除以上问题之外，双级固井技术还可以选择最佳的水泥封固井段，节约水泥，降低固井成本。
分级注水泥器作为双级固井中的关键工具，直接影响固井施工的成败。而且即便固井成功，不同的分级注水泥器还会影响后续施工的进程。现有的分级注水泥器根据结构主要分为机械式、液压式、机械免钻式。机械式分级注水泥器需与打开塞配合使用。其工作原理是，一次固井后在井口投放打开塞，当打开塞达到关闭套时与关闭套上打开塞座形成密封，实现憋压剪断剪钉，关闭套移动，循环孔实现开启；二级固井后通过井口再投入关闭塞，关闭塞作用于关闭套，再次实现憋压剪断关闭剪钉，关闭套继续移动，循环孔实现关闭。液压式分级注水泥器在打开循环孔前需要管串内实现密封。其工作原理是，管串内密封憋压，打开塞座的上下面具有环形面积差，当压力达到一定值时，由面积差所产生的作用力剪断剪钉，打开塞座移动，循环孔实现开启，其关闭动作则与机械式分级注水泥器一样。机械免钻式分级注水泥器是在机械式基础上通过在关闭套内多增加一层滑脱套。实现关闭后关闭塞与打开塞随滑脱套一起从分级注水泥器处滑脱，然后依靠重力落入井底。现有的分级注水泥器存在以下不足：
i）机械式与液压式分级注水泥器在固井完毕后均需要下入钻具来钻除注水泥器的内套附件，增加作业周期和作业成本，并且容易造成分级注水泥器关闭不严问题；
ii）机械免钻式分级注水泥器的关闭套内的附件依靠重力滑落，不适用于定向井、水平井等大斜度井的固井，而且内部结构复杂，增加了加工制造难度，降低了性能稳定性；
iii）现有的分级注水泥器均需与多个从井口投入的附件使用来实现循环孔打开与关闭，增加作业复杂程度和使用成本。
发明内容
本发明所要解决的一个技术问题是，提供一种适用范围更广、结构较简单、无须完井后下钻具钻除内部多余附件从而能缩短作业周期和降低作业成本的液压式免钻分级注水泥器。
针对该技术问题，本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的液压式免钻分级注水泥器，包括：
上端与第一套管连接的接箍；
内套，其上端与接箍的下端连接，中部设有循环孔，内套的下端设有弹性卡接结构；
外壳，套接在内套的外表面，与内套经打开剪钉连接，外壳与内套之间设有限位结构，所述限位结构构造成使得在剪断打开剪钉时外壳只能相对内套向上移动而露出循环孔；
下端连接第二套管的接头，其位于外壳的下方且套接在内套的外表面，所述接头与内套经关闭剪钉连接；
所述接头的内表面设有至少两个卡位；所述卡位与弹性卡接结构配合实现内套与接头的轴向相对运动。
与现有技术相比，本发明的液压式免钻分级注水泥器具有以下优点。由于在剪断打开剪钉时外壳只能相对内套向上移动，在外壳只能相对内套向上移动循环孔被打开，可以适用于直井、大斜度井和大位移井，适用范围更广；由于本发明的液压式免钻分级注水泥器结构更简单，在双级固井作业结束后，内部无附件存留，实现全通径，无需下钻具进行钻除作业，简化了施工流程，提高了施工效率，缩短了作业周期，降低作业成本。
作为本发明的一种优选，所述内套的中部还设有传压孔，所述打开剪钉位于传压孔上方，所述循环孔位于传压孔下方，所述关闭剪钉位于循环孔下方。通过传压孔将一次憋压的压力作用在外壳上，当压力达到一个设定值时，可以剪断打开剪钉。传压孔设在打开剪钉下方，是为了先剪断打开剪钉。
作为本发明的一种改进，所述限位结构包括设在外壳内表面的上台肩和设在内套外表面的下台肩，所述上台肩和下台肩形成一个与传压孔连通的腔体，所述腔体内设有弹性件，所述弹性件的一端抵在上台肩上，另一端抵在下台肩上。上台肩和下台肩的结构使得在剪断打开剪钉时外壳只能向上移动，向下移动时两个台肩相互卡止。弹性件在外壳向上移动时提供一个向上的弹性力，同时使得上台肩只能相对下台肩向上移动。
作为本发明的另一种优选，设有若干个沿内套周向均布的所述的打开剪钉孔、传压孔、循环孔和关闭剪钉孔。使得压力均匀作用在外壳和接头上，受力更均匀，不容易发生因外壳或接头倾斜而出现泄露。
作为本发明的还有一种优选，所述内套与外壳位于腔体和打开剪钉之间的部位设有第一环形密封件，所述内套与外壳位于循环孔与腔体之间的部位设有第二环形密封件。防止泄露而使得压力达不到设定值，造成打开剪钉提前剪断或关闭剪钉被提前剪断而过早关闭循环孔。
作为本发明的还有一种优选，所述接头的上端与内套的连接处设有防止关闭剪钉被提前剪断的挡件。所述挡件是为了防止在压力作用下关闭剪钉被提前剪断而设置。
作为本发明的另一种改进，所述弹性卡接结构为周向开缝、下端设有向外凸起的弹性爪，所示弹性爪上端设有勾状结构。方便移动时收缩和停止时与卡位配合固定，结构简单，容易操作。
作为本发明的还有一种改进，所述的卡位为与弹性爪的向外凸起的尺寸相配的环形卡槽。结构简单，加工方便，方便与弹性卡接结构卡接固定。
作为本发明的还有一种优选，所述环形卡槽的上端设有向上凹进与弹性爪的勾状结构形成勾形自锁结构的卡尖。卡尖能使弹性卡接结构卡接更牢固，不容易脱落。
本发明要解决的另一个技术问题是，提供一种容易操作的井下二次固井的方法。
针对该技术问题，本发明提供的技术解决方案是，提供一种井下二次固井的方法，利用本发明的液压式免钻分级注水泥器，且包括以下步骤：
1）将所述的液压式免钻分级注水泥器与第一套管和第一套管连接成管串后下入井内，进行一次注水泥作业，在注水泥过程中进行第一次憋压，井内压力上升并通过传压孔作用于外壳；
2）当压力达到第一设定值时，剪断打开剪钉，推动外壳向上移动，循环孔被打开，且在外壳上升过程中，被压缩的弹性件得到释放，使得外壳只能相对内套上移；
3）循环孔被打开后，管内外建立循环通道，进行二级注水泥作业，用水泥顶替泥浆；
4）当泥浆顶替完毕后，下压管串，使得第一套管带动接箍向下压内套，由于接头和与接头连接的第二套管被固定了，压力作用在内套上，当压力达到第二设定值时，剪断接头上的关闭剪钉，内套带着接箍一起下移；
5）内套下移时，内套下端的弹性卡接结构向内收缩，从上面的卡位)退出，当内套下压到位时，弹性卡接结构到达接头的下面的卡位并配合固定，此时内套上的循环孔关闭，完成二次固井作业。
附图说明
图1所示是本发明的液压式免钻分级注水泥器的初始状态的结构示意图。
图2所示是本发明的液压式免钻分级注水泥器的循环孔打开时的结构示意图。
图3所示是本发明的液压式免钻分级注水泥器的循环孔关闭时的结构示意图。
图4所示是图1中的局部放大图A。
图5所示是图1中的局部放大图B。
图中所示：1、接箍，2、内套，3、打开剪钉，4、第一环形密封件，5、弹性件，6、外壳，7、传压孔，8、第二环形密封件，9、循环孔，10、挡件，11、关闭剪钉，12、接头，13、弹性卡接结构，14、卡位，14.1、卡尖，14.2、斜面。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1～图3所示所示为本发明的一种具体实施例。在该实施例中，本发明的液压式免钻分级注水泥器，包括：
上端与第一套管连接的接箍1；
内套2，其上端与接箍1的下端连接，中部设有循环孔9，内套2的下端设有弹性卡接结构13；
外壳6，套接在内套2的外表面，与内套2经打开剪钉3连接，外壳6与内套2之间设有限位结构，所述限位结构构造成使得在剪断打开剪钉3时外壳6只能相对内套2向上移动而露出循环孔9；
下端连接第二套管的接头12，其位于外壳6的下方且套接在内套2的外表面，所述接头12与内套2经关闭剪钉11连接；
所述接头12的内表面设有至少两个卡位14；所述卡位14与弹性卡接结构13配合实现内套2与接头12的轴向相对运动。
所述内套2的中部还设有传压孔7，所述打开剪钉3位于传压孔7上方，所述循环孔9位于传压孔7下方，所述关闭剪钉11位于循环孔9下方。
所述限位结构13包括设在外壳6内表面的上台肩和设在内套2外表面的下台肩，所述上台肩和下台肩形成一个与传压孔7连通的腔体，所述腔体内设有弹性件5，所述弹性件5的一端抵在上台肩上，另一端抵在下台肩上。
设有若干个沿内套2周向均布的所述的打开剪钉孔、传压孔7、循环孔9和关闭剪钉孔。
所述内套2与外壳位于腔体和打开剪钉3之间的部位设有第一环形密封件4，所述内套2与外壳位于循环孔9与腔体之间的部位设有第二环形密封件8。
如图4所示，所述接头12的上端与内套2的连接处设有防止关闭剪钉11被提前剪断的挡件10。在本实施例中，所述挡件10有若干个；所述若干个挡件10沿环形的内套2的周向均匀分布。
如图1所示，所述弹性卡接结构13为周向开缝、下端设有向外凸起的弹性爪，所示弹性爪上端设有勾状结构。
如图5所示，所述的卡位14为与弹性爪的向外凸起的尺寸相配的环形卡槽。
所述环形卡槽的上端设有向上凹进与弹性爪的勾状结构形成勾形自锁结构的卡尖14.1。
在本实施例中，接箍1的上端和下端均设有内螺纹，分别用于与第一套管和内套2螺纹连接。内套2的下端设有周向开缝的弹性爪，内套2的中部设有周向均匀布置的循环孔9和传压孔7。外壳6上设有周向均布的打开剪钉孔。外壳6的下部，在内套2和接头12之间均布若干个可脱落的挡件10或挡块，挡件10或挡块能够防止本发明的液压式免钻分级注水泥器在下入井内遇阻时，发生提前剪断关闭剪钉的现象。下接头12的内部设有两道环形卡槽14。在初始状态时，弹性爪卡接在上面的环形卡槽14内，弹性爪与环形卡槽14的卡尖14.1形成勾形自锁结构。下接头12上设有周向均布的关闭剪钉孔；内套2上还设有密封圈槽，用于安装密封件。
本发明的一种井下二次固井的方法，利用本发明的液压式免钻分级注水泥器，且包括以下步骤：
1）将所述的液压式免钻分级注水泥器与第一套管和第一套管连接成管串后下入井内，进行一次注水泥作业，在注水泥过程中进行第一次憋压，井内压力上升并通过传压孔7作用于外壳6；如图1所示；
2）当压力达到第一设定值时，剪断打开剪钉3，推动外壳6向上移动，循环孔9被打开，且在外壳6上升过程中，被压缩的弹性件5得到释放，使得外壳6只能相对内套2上移；如图2所示；
3）循环孔9被打开后，管内外建立循环通道，进行二级注水泥作业，用水泥顶替泥浆；
4）当泥浆顶替完毕后，下压管串，使得第一套管带动接箍1向下压内套2，由于接头12和与接头12连接的第二套管被固定了，压力作用在内套2上，当压力达到第二设定值时，剪断接头12上的关闭剪钉11，内套2带着接箍1一起下移；
5）内套2下移时，内套2下端的弹性卡接结构13向内收缩，从上面的卡位14退出，当内套2下压到位时，弹性卡接结构13到达接头12的下面的卡位14并配合固定，此时内套2上的循环孔9关闭，完成二次固井作业，如图3所示。
虽然已经结合具体实施例对本发明进行了描述，然而可以理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进或替换。尤其是，只要不存在结构上的冲突，各实施例中的特征均可相互结合起来，所形成的组合式特征仍属于本发明的范围内。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (10)
1.一种液压式免钻分级注水泥器，包括：
上端与第一套管连接的接箍(1)；
内套(2)，其上端与接箍(1)的下端连接，中部设有循环孔(9)，内套(2)的下端设有弹性卡接结构(13)；
外壳(6)，套接在内套(2)的外表面，与内套(2)经打开剪钉(3)连接，外壳(6)与内套(2)之间设有限位结构，所述限位结构构造成使得在剪断打开剪钉(3)时外壳(6)只能相对内套(2)向上移动而露出循环孔(9)；
下端连接第二套管的接头(12)，其位于外壳(6)的下方且套接在内套(2)的外表面，所述接头(12)与内套(2)经关闭剪钉(11)连接；
所述接头(12)的内表面设有至少两个卡位(14)；所述卡位(14)与弹性卡接结构(13)配合实现内套(2)与接头(12)的轴向相对运动。
2.根据权利要求1所述的液压式免钻分级注水泥器，其特征在于，所述内套(2)的中部还设有传压孔(7)，所述打开剪钉(3)位于传压孔(7)上方，所述循环孔(9)位于传压孔(7)下方，所述关闭剪钉(11)位于循环孔(9)下方。
3.根据权利要求2所述的液压式免钻分级注水泥器，其特征在于，所述限位结构包括设在外壳(6)内表面的上台肩和设在内套(2)外表面的下台肩，所述上台肩和下台肩形成一个与传压孔(7)连通的腔体，所述腔体内设有弹性件(5)，所述弹性件(5)的一端抵在上台肩上，另一端抵在下台肩上。
4.根据权利要求3所述的液压式免钻分级注水泥器，其特征在于，设有若干个沿内套(2)周向均布的所述的打开剪钉孔、传压孔(7)、循环孔(9)和关闭剪钉孔。
5.根据权利要求4所述的液压式免钻分级注水泥器，其特征在于，所述内套(2)与外壳位于腔体和打开剪钉(3)之间的部位设有第一环形密封件(4)，所述内套(2)与外壳位于循环孔(9)与腔体之间的部位设有第二环形密封件(8)。
6.根据权利要求1所述的液压式免钻分级注水泥器，其特征在于，所述接头(12)的上端与内套(2)的连接处设有防止关闭剪钉(11)被提前剪断的挡件(10)。
7.根据权利要求1所述的液压式免钻分级注水泥器，其特征在于，所述弹性卡接结构(13)为周向开缝、下端设有向外凸起的弹性爪，所示弹性爪上端设有勾状结构。
8.根据权利要求7所述的液压式免钻分级注水泥器，其特征在于，所述的卡位(14)为与弹性爪的向外凸起的尺寸相配的环形卡槽。
9.根据权利要求8所述的液压式免钻分级注水泥器，其特征在于，所述环形卡槽的上端设有向上凹进与弹性爪的勾状结构形成勾形自锁结构的卡尖(14.1)。
10.一种井下二次固井的方法，其特征在于，利用权利要求1～9中任一项所述的液压式免钻分级注水泥器，包括以下步骤：
1）将所述的液压式免钻分级注水泥器与第一套管和第一套管连接成管串后下入井内，进行一次注水泥作业，在注水泥过程中进行第一次憋压，井内压力上升并通过传压孔(7)作用于外壳(6)；
2）当压力达到第一设定值时，剪断打开剪钉(3)，推动外壳(6)向上移动，循环孔(9)被打开，且在外壳(6)上升过程中，被压缩的弹性件(5)得到释放，使得外壳(6)只能相对内套(2)上移；
3）循环孔(9)被打开后，管内外建立循环通道，进行二级注水泥作业，用水泥顶替泥浆；
4）当泥浆顶替完毕后，下压管串，使得第一套管带动接箍(1)向下压内套(2)，由于接头(12)和与接头(12)连接的第二套管被固定了，压力作用在内套(2)上，当压力达到第二设定值时，剪断接头(12)上的关闭剪钉(11)，内套(2)带着接箍(1)一起下移；
5）内套(2)下移时，内套(2)下端的弹性卡接结构(13)向内收缩，从上面的卡位(14)退出，当内套(2)下压到位时，弹性卡接结构(13)到达接头(12)的下面的卡位(14)并配合固定，此时内套(2)上的循环孔(9)关闭，完成二次固井作业。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20141224 |