CN104329048B - 一种内管插入式注水泥器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种内管插入式注水泥器,包括插入器和浮箍,所述插入器安装在钻井用的钻杆下端,所述浮箍设有浮箍内套,所述插入器插入浮箍中与浮箍内套相配合,所述插入器与浮箍内套之间还设有中间衬套,所述中间衬套与浮箍内套可拆卸连接;所述插入器中部设有密封组件,所述插入器下端设有插入头,所述插入头的外壁开有向内凹进的凹槽,所述凹槽的中间设有卡块,所述卡块的下端铰接在凹槽中,所述卡块和凹槽之间还设有弹性装置,常态下卡块上部从凹槽中弹出,所述中间衬套的内壁上设有与所述卡块相配合的卡槽。本发明内管插入式注水泥器适用下入浅、中、较深的大直径套管的内管插入式固井施工;使用本发明可以确保固井质量、施工进度及安全施工。

Description

一种内管插入式注水泥器
技术领域
本发明涉及海上石油天然气井下施工技术领域,尤其涉及一种内管插入式注水泥器。
背景技术
目前在海上的石油天燃气勘探、开发中,国内外普遍使用固定式、半潜式、浮船式钻井平台。在施工过程中,涉及隔水管及大口径表层套管施工时一般采用内管插入式(井下密封)或内管不插入式(井口密封)注水泥固井技术,所述内管插入式和内管不插入式注水泥固井技术在陆地和海上固定式钻井平台是二种比较成熟的固井工艺技术,所以可以有效保证固井质量。其中所述的插入式固井工艺原理是:用下部连接有插入器的钻杆插入与套管连接配合的浮箍中,插入器与浮箍相配合,通过水泥车向钻杆中的水眼注水泥,水泥经过钻杆水眼进入插入器并从浮箍下方流出注入并回流到套管外的环形空间中,以此完成固井作业。通过内管插入式注水泥固井技术可以很大程度上节约水泥,减少套管内的水泥浆与钻井液的掺混,可以有效的提高固井质量,因此其应用较为广泛。但是所述内管插入式注水泥固井工艺技术在应用到半潜式钻井平台时,有时会出现水泥塞太长的问题,这会影响到固井质量和施工进度;另外在施工过程中也会出现不便于判断插入器是否已经插入浮箍内等问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种可以防止插入器从浮箍中脱出的内管插入式注水泥器,以克服现有技术的上述缺陷。
为了解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:一种内管插入式注水泥器,包括插入器和浮箍,所述插入器安装在钻井用的钻杆下端,所述浮箍设有浮箍内套,所述插入器插入浮箍中与浮箍内套相配合,所述插入器与浮箍内套之间还设有中间衬套,所述中间衬套与浮箍内套可拆卸连接;所述插入器下端设有插入头,所述插入头的外壁开有向内凹进的凹槽,所述凹槽中设有卡块,所述卡块的下端铰接在凹槽中,所述卡块和凹槽之间还设有弹性装置,常态下卡块上部从凹槽中弹出,所述中间衬套的内壁上设有与所述卡块相配合的卡槽。
优选地,所述凹槽、卡块和卡槽均设有三组。
进一步地,所述凹槽均匀的开设在同一圆周上。
优选地,所述中间衬套的内壁上还开设有环形挡槽,所述卡槽开设在环形挡槽的槽底。
优选地,所述中间衬套与浮箍内套螺纹连接。
优选地,所述中间衬套和浮箍内套之间设有密封圈。
优选地,所述插入器和插入头之间螺纹连接。
进一步地,所述插入头下端还设有沿直径方向开设的通孔。
优选地,所述插入器和中间衬套之间设有密封组件。
优选地,所述浮箍内套上端为喇叭口形。
如上所述,本发明的一种内管插入式注水泥器,具有以下有益效果:
本发明内管插入式注水泥器适用下入浅、中、深的大直径套管的内管插入式固井施工。本发明和半潜式或浮船式上的升沉补偿系统配合使用,其具有的防退出结构克服了原内管插入式注水泥器在固井施工后水泥塞过长影响固井质量、施工进度、存在有不安全隐患的问题,确保了固井质量、施工进度及安全施工。本发明内管插入式注水泥器的插入器,能方便判断出插入器是否插入到位与浮箍配合,解决了原内管插入法注水泥器不能判断插入器是否插入到位的技术难点,并且最主要的是本发明防止了插入器因为各种原因从浮箍中退出的问题,满足了半潜式、浮船式内管插入式固井工艺的技术要求。
附图说明
图1为本发明的结构图。
图2为图1中A处的局部放大图。
图3为图1中B处的局部放大图。
图中:1 插入器 2 浮箍
3 中间衬套 4 卡块
5 弹性装置 6 密封圈
7 密封组件 11 插入头
21 浮箍内套 22 浮箍密封球
31 卡槽 32 环形挡槽
33 安装槽 111 凹槽
112 通孔
具体实施方式
说明书附图所绘示的结构、比例、大小等,均仅用以配合说明书所揭示的内容,以供熟悉此技术的人士了解与阅读,并非用以限定本发明可实施的限定条件,故不具技术上的实质意义,任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整,在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下,均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时,本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语,亦仅为便于叙述的明了,而非用以限定本发明可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容下,当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1—图3所示为本发明一种内管插入式注水泥器结构,包括竖直方向上的插入器1和浮箍2,所述插入器1安装在钻井用的钻杆下端,所述浮箍2设有浮箍内套21,所述插入器1插入浮箍2中与浮箍内套21相配合,所述插入器1与浮箍内套21之间还设有中间衬套3,所述中间衬套3与浮箍内套21可拆卸连接,其中可拆卸连接的结构可以有多种,例如通过螺栓连接等,在本实施例中,所述中间衬套3与浮箍内套21螺纹连接,通过螺纹连接不仅连接方便,而且安装后的中间衬套3和浮箍内套21之间的配合也更稳定。如图2所示,本发明中所述插入器1下端设有插入头11,所述插入头11的外壁开有向内凹进的凹槽111,所述凹槽111的中设有卡块4,所述卡块4的下端铰接在凹槽111中,所述卡块4和凹槽111之间还设有弹性装置5,常态下卡块4上部从凹槽111中弹出,所述中间衬套3的内壁上设有与所述卡块4相配合的卡槽31。所述的卡块4在常态下因为弹性装置5的作用从凹槽111中弹出形成凸起,所述卡块4和和弹性装置5的配合形式可以多种,例如弹性装置5是扭簧,卡块4通过转轴可转动的铰接在凹槽111中,将扭簧套在转轴上并与卡块4相配合;所述的弹性装置5也可以是一个压簧,直接通过压簧将卡块4与凹槽111相连接,通过压簧的作用达到所要的技术效果。在本实施例中卡块4的下端铰接在凹槽中,所述弹性装置5是一个安装在卡块4上端的扭簧,扭簧的一端顶靠在凹槽111内壁,另一端固定在卡块4上,在常态下的扭簧的两端处于分开状态将卡块4的上端从凹槽111中顶出,当卡块4受到外力作用时,扭簧的两端逐渐靠近,扭矩增大,卡块4被压入到凹槽111中,当外力消失时,扭矩减小,扭簧会复位将卡块4弹出凹槽111并进入卡槽31中。
本发明中所述凹槽111、卡块4和卡槽31均设有三组,并且为了便于配合,使受力更加均匀,所述凹槽111均匀的开设在同一圆周上,即相邻的凹槽111之间相距120°的角位移。
本发明的安装方式为:先将中间衬套3通过螺纹与浮箍内套21相连接,并且在所述中间衬套3和浮箍内套21之间设有密封圈6,所述密封圈6在螺纹配合的上方,保证杂质不会从上方进入影响螺纹连接和中间衬套3与浮箍内套21的配合。在本实施例中,为了使后续工作中插入器1可以方便、准确的插入到中间衬套3中与其配合,所述的中间衬套3上端设有斜面可以方便对正,在所述插入器1和中间衬套3之间设有密封组件7以确保密封性,如图3所示,所述的中间衬套3上端的斜面上还开有一对安装槽33,所述安装槽33的作用在于方便中间衬套3与浮箍内套21之间的螺纹配合,安装时通过工字形工具置于安装槽33中,转动工具带动中间衬套3转动进而与浮箍内套21旋紧配合。本发明中的所述插入器1和插入头11之间也是通过螺纹连接,同时为了便于安装时螺纹的连接扣紧,所述插入头11下端还设有沿直径方向开设的通孔112,安装时先将插入头11预紧在插入器1上,然后通过辅助转杆插入通孔112中与通孔112配合,通过辅助转杆增大力臂进一步旋紧插入器1和插入头11。当中间衬套3与浮箍内套21配合好、插入器1与插入头11配合好后,将插入器1带着插入头11下放插入到中间衬套3中。在插入头11下放过程中因为中间衬套3的作用,所述插入头11上的各个卡块4都被压回到凹槽111中,当卡块4到达卡槽31所在的位置时,旋转插入器1上部带动插入头11转动直到卡块4均从凹槽111中弹出与卡槽31相配合,配合后的卡块4进入卡槽31中限制了插入器1的转动,证明已经配合良好,并且因为是卡块4的上端从凹槽111中弹出,所以插入器1不能带着插入头11向上运动,防止了插入器1在工作时从浮箍内套21中退出,为了方便卡块4和卡槽31的配合,所述卡槽31可以比卡块4大一些。在固井工作完毕后,将插入器1和中间衬套3一起旋转从浮箍内套21中旋出拆下。
在上述旋转插入器1卡块4与卡槽31相配合的过程中,插入器1的转动可能会带动中间衬套3一起转动,进而中间衬套3和浮箍内套21之间就可能出现松动或者错位的现象,所以为了避免可能这种情况的出现,所述中间衬套3的内壁上还开设有环形挡槽32,所述卡槽31均开设在环形挡槽32的槽底。因为环形挡槽32的作用,当插入头11下放时,卡块4会先弹入到环形挡槽32中,环形挡槽32也可以限制插入器1轴向运动,在不转动插入器1的情况下防止插入器1从浮箍内套21中退出。在实际使用操作时,下放插入器1让插入头11上的卡块4与环形挡槽32相配合,验证插入器1插入后已经到达设计位置,当确认插入器1已将到达设计位置时可以直接进行后续工作。当固井结束后,因为卡槽31是开设在环形挡槽32的槽底,所以当转动插入头1带动卡块4转动转到卡槽31所在位置时,卡块4会进一步弹出与卡槽31相配合防止插入头1转动,此时整体旋转插入器1和中间衬套3将其从浮箍内套21上退出、拆下。
本发明应用在钻井平台上,所述的钻井平台上设有升沉补偿系统、悬重等钻井必要的设备等,如果在施工过程中有风浪等波动,通过升沉补偿系统进行补偿,悬重配有指重表,通过指重表判断插入器1和中间衬套3是否已经配合好,本发明的使用原理和工作过程如下:
首先将中间衬套3与浮箍内套21相连接,浮箍2下放至设计要求的井深位置,插入器1与插入头11相连接,插入器1与钻井用的钻杆下端相连接,再将插入器1带着插入头11通过钻杆下放至预计位置,打开浮船升沉补偿系统并调整至最佳补偿值,观察指重表悬重的变化,缓慢下放插入器1,如果指重表显示悬重减少则表明插入头11上的卡块4可能已经与中间衬套3内壁上的环形挡圈32相配合,此时停止下放并缓慢上提插入器1,如果在上提时指重表显示悬重增大则表明插入头11上的卡块4已经与环形挡圈32相配合;保持插入器1的位置,水泥车向钻杆的水眼中注入水泥浆,水泥浆依次通过插入器1、插入头11,从插入头11下端流出进入浮箍2中。在浮箍2中设有浮箍密封球22,浮箍密封球22相当于一个单向阀,水泥浆可以顶开浮箍密封球22从浮箍2底端流出并流入浮箍2周围的环形空间进而进行循环、注水泥、替浆固井作业。当固井结束后,停止水泥浆的注入,转动插入器1,插入头11上的卡块4沿着环形挡槽32运动,当卡块4转动到卡槽31所在位置时弹入卡槽31与其配合,因为此时固井已经结束,插入器1的转动不会影响任何工作。卡块4和卡槽31配合好后,整体转动插入器1和中间衬套3从浮箍内套21上拆下。
综上所述,本发明的一种内管插入式注水泥固井结构,能够解决固井过程中插入器从浮箍中定位不稳,容易退出的问题。所以,本发明有效克服了现有技术中的一些实际问题从而有很高的利用价值和使用意义。
上述实施方式仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。本发明还有许多方面可以在不违背总体技术、方法的前提下进行改进,对于熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的技术及方法的范畴下,可对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的技术与方法下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种内管插入式注水泥器,包括插入器(1)和浮箍(2),所述插入器(1)安装在钻井用的钻杆下端,所述浮箍(2)设有浮箍内套(21),所述插入器(1)插入浮箍(2)中与浮箍内套(21)相配合,其特征在于:所述插入器(1)与浮箍内套(21)之间还设有中间衬套(3),所述中间衬套(3)与浮箍内套(21)可拆卸连接;所述插入器(1)下端设有插入头(11),所述插入头(11)的外壁开有向内凹进的凹槽(111),所述凹槽(111)中设有卡块(4),所述卡块(4)的下端铰接在凹槽(111)中,所述卡块(4)和凹槽(111)之间还设有弹性装置(5),常态下卡块(4)上部从凹槽(111)中弹出,所述中间衬套(3)的内壁上设有与所述卡块(4)相配合的卡槽(31)。
2.根据权利要求1所述的一种内管插入式注水泥器,其特征在于:所述凹槽(111)、卡块(4)和卡槽(31)均设有三组。
3.根据权利要求2所述的一种内管插入式注水泥器,其特征在于:所述凹槽(111)均匀的开设在同一圆周上。
4.根据权利要求1所述的一种内管插入式注水泥器,其特征在于:所述中间衬套(3)的内壁上还开设有环形挡槽(32),所述卡槽(31)开设在环形挡槽(32)的槽底。
5.根据权利要求1所述的一种内管插入式注水泥器,其特征在于:所述中间衬套(3)与浮箍内套(21)螺纹连接。
6.根据权利要求1所述的一种内管插入式注水泥器,其特征在于:所述中间衬套(3)和浮箍内套(21)之间设有密封圈(6)。
7.根据权利要求1所述的一种内管插入式注水泥器,其特征在于:所述插入器(1)和插入头(11)之间螺纹连接。
8.根据权利要求7所述的一种内管插入式注水泥器,其特征在于:所述插入头(11)下端还设有沿直径方向开设的通孔(112)。
9.根据权利要求1所述的一种内管插入式注水泥器,其特征在于:所述插入器(1)和中间衬套(3)之间设有密封组件(7)。
10.根据权利要求1所述的一种内管插入式注水泥器,其特征在于:所述浮箍内套(21)上端为喇叭口形。
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