CN104481453A - 一种组合自锁式变径胶塞 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种组合自锁式变径胶塞，包括下胶塞，所述下胶塞的前端连接有自锁头，后端通过剪切销钉连接有上胶塞，所述上胶塞的尾部开设有锥形开口，锥形开口内设有用于隔离下胶塞内部腔体与外部液体的承压弹性元件，所述下胶塞的外径小于上胶塞的外径。本发明提供的这种组合自锁式变径胶塞，克服了单纯依靠调整胶料配方来提高胶塞性能，通过将不同直径的胶塞通过剪切销钉连接，可同时应用于大套管和小套管，满足组合套管超大变径条件下的固井要求，提高了胶塞的压缩性能和抗磨损性能，满足了套管变径要求。

Description

一种组合自锁式变径胶塞
技术领域
本发明属于石油固井工程技术领域，具体涉及一种组合自锁式变径胶塞。
背景技术
目前已有的胶塞主要是满足等套管内径水泥刮削及固井要求，但随着低渗透油气资源开发的持续推进,固完井过程中与后期井下作业结合多。且出于各种考虑，套管柱越来越复杂，如组合套管、套管柱加套管滑套等套管内存在较大变径。利用常规胶塞只能满足等径刮削的要求，无法满足变径条件下水泥刮削的要求。
针对以上情况，国内外工程人员也进行了橡胶材料及胶塞形状的改进。如专利号201120344297.5提供了一种套管用组合自锁式变径胶塞，胶塞由大胶碗、小胶碗、胶塞本体及自锁头体内的芯轴连接件串接而成，配合结构内有用于连接自锁头的中心孔，配合结构外侧连接浮箍本体，二者之间设有一圈弹性材料。通过适当调整大胶碗的硬度，增加其柔韧性及抗压缩性能，从而既能保证大胶碗在套管大径内部伸开刮削套管从而避免留水泥塞，同时又能保证在套管小径内安全通过。但该技术方案只是解决了一部分问题，而胶料配方的优化是有限度的，若套管内径变化过大，则需要胶料很软才能满足通过小径的要求，但胶料太软，在套管内的密封性能及抗磨损性能就得不到保证，一旦留水泥塞则影响后期作业。
发明内容
本发明的目的是提供一种组合自锁式变径胶塞，克服了单纯依靠调整胶料配方来提高胶塞的性能，且在满足超大变径条件下大径水泥刮削要求的同时，还能满足小径部分通过的要求，保证固井不留塞满足后期作业要求。
为此，本发明提供了一种组合自锁式变径胶塞，包括下胶塞，所述下胶塞的前端连接有自锁头，后端通过剪切销钉连接有上胶塞，所述上胶塞的尾部开设有锥形开口，锥形开口内设有用于隔离上胶塞内部腔体与外部液体的承压弹性元件，所述下胶塞的外径小于上胶塞的外径。
所述上胶塞包括第一芯轴和套设在第一芯轴外壁上的胶碗，胶碗由第一胶碗和第二胶碗组成，第一胶碗的直径是188mm~196mm，第二胶碗的直径是160mm~170mm。
所述第一芯轴的外壁上在靠近上胶塞尾部的一端还套设有用于固定胶碗的并帽。
所述并帽和胶碗之间设有套设在第一芯轴上的用于固定胶碗的顶帽。
所述锥形开口开设在第一芯轴的尾部，锥形开口靠近胶碗一端的直径大于锥形开口末端的直径。
所述承压弹性元件是橡胶体。
所述第一胶碗的直径是190mm，第二胶碗的直径是165mm。
本发明的有益效果：本发明提供的这种组合自锁式变径胶塞，克服了单纯依靠调整胶料配方来提高胶塞性能，通过将不同直径的胶塞通过剪切销钉连接，可同时应用于大套管和小套管，满足组合套管超大变径条件下的固井要求，提高了胶塞的压缩性能和抗磨损性能，满足了套管变径要求。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是组合自锁式胶塞的示意图。
图2是组合自锁式胶塞位于大套管和小套管内的示意图。
图3下胶塞自锁示意图。
图4 打捞上胶塞示意图。
附图标记说明：1、承压弹性元件；2、锥形开口；3、并帽；4、顶帽；5、第二胶碗；6、第一芯轴；7、第一胶碗；8、剪切销钉；9、大胶碗；10、小胶碗；11、自锁头；12、第二芯轴；13、大套管；14、小套管；15、碰压短接；16、碰压短接自锁配合结构；17、下胶塞；18、胶塞打捞工具；19、上胶塞。
具体实施方式
以下将结合附图对该组合自锁式变径胶塞进一步作更详细的说明。
实施例1：
如图1所示，本发明提供了一种组合自锁式变径胶塞，包括下胶塞17，所述下胶塞17的前端连接有自锁头11，后端通过剪切销钉8连接有上胶塞19，所述上胶塞19的尾部开设有锥形开口2，锥形开口2内设有用于隔离下胶塞17内部腔体与外部液体的承压弹性元件1，所述下胶塞17的外径小于上胶塞19的外径。
如图2所示，组合自锁式变径胶塞运行至大套管13与小套管14的转换位置，上胶塞19位于大套管13内，下胶塞17位于小套管14内，上胶塞19锥形开口2处的承压弹性元件1憋压，承压弹性元件1被打开，液体进入上胶塞19的中空腔体内，剪断剪切销钉8，此时，上胶塞19保持不动，下胶塞17在液体的推动下，下行；
如图3所示，下胶塞17下行至自锁式浮箍处，与碰压短接自锁配合机构16自锁完成固井，下胶塞17前端连接的自锁头11上部带有C形锁环及橡胶密封圈，当运行至碰压短接自锁配合机构16小径处，C形锁环受挤压变成O形锁环，通过小径部位后重新变为C形锁环，卡住下胶塞17避免下胶塞17上行，同时橡胶密封圈与小径部分配合提供一定密封能力；其中，下胶塞17采用申请号201120344297.5公布的胶塞，与之不同的是，本发明中所使用的下胶塞17的芯轴是实心，下胶塞17主要由外径不同的大胶碗9、小胶碗10、第二芯轴12等组成，大胶碗9的外径￠154mm，比碰压短接15的最大内径（￠148mm）大6mm，小胶碗10外径￠108mm，比小套管14内径大11mm；下胶塞17的胶碗是分体的，大胶碗9采用邵氏硬度65左右橡胶加工，满足小套管14的变径要求，小胶碗10采用硬度75左右橡胶加工，提高耐磨性，大胶碗9和小胶碗10通过芯轴螺纹连接可连接到一起；下胶塞17本体外径比套管内径小15mm~20mm；前段带有一个自锁头11，与碰压短接自锁配合机构16配合可实现下胶塞17自锁于浮箍上；后段带销钉孔，可以通过销钉与上胶塞19连接。
如图4所示，上胶塞19与下胶塞17之间的剪切销钉8被剪断之后，上胶塞19留在大套管13内，此时，下入胶塞打捞工具18，胶塞打捞工具18的打捞头带有C型自锁环，当胶塞打捞工具18运行至上胶塞19的锥形开口2处，C型自锁环受挤压变成O形锁环，通过小径部位后重新变为C形锁环，卡住上胶塞19，上提胶塞打捞工具18，打捞出上胶塞19。
本发明提供的这种组合自锁式变径胶塞，克服了单纯依靠调整胶料配方来提高胶塞性能，通过将不同直径的胶塞通过剪切销钉连接，可同时应用于大套管和小套管，满足组合套管超大变径条件下的固井要求，提高了胶塞的压缩性能和抗磨损性能，满足了套管变径要求。
实施例2：
在实施例1的基础上，进一步的，所述上胶塞19包括第一芯轴6和套设在第一芯轴6外壁上的胶碗，胶碗由第一胶碗7和第二胶碗5组成，第一胶碗7的直径是188mm~196mm，第二胶碗5的直径是160mm~170mm。
第一胶碗7的直径比大套管13的最大内径大，满足水泥刮削要求，且第一胶碗7等间距均匀套设在第一芯轴6上，第二胶碗5类似第一胶碗7，等间距均匀套设在第一芯轴6上，且第一胶碗7设置在靠近上胶塞19和下胶塞17连接的一端。
实施例3：
在实施例2的基础上，特别的，所述第一芯轴6的外壁上在靠近上胶塞19尾部的一端还套设有用于固定胶碗的并帽3，并帽3和胶碗之间设有套设在第一芯轴6上的用于固定胶碗的顶帽4。
实施例4：
在实施例2的基础上，需要说明的是，所述锥形开口2开设在第一芯轴6的尾部，锥形开口2靠近胶碗一端的直径大于锥形开口2末端的直径。
实施例5：
在实施例2的基础上，所述承压弹性元件1是橡胶体，作为优选，所述第一胶碗7的直径是190mm，第二胶碗5的直径是165mm。
实施例6：
在上述实施例的基础上，该组合自锁式变径胶塞的具体安装和实施不步骤是：
（1）根据使用要求和具体的需要，按照附图加工好各配件，并通过螺纹形式连接组合自锁式胶塞，其中，组成下胶塞17的大胶碗9和小胶碗10通过螺纹连接，而小胶塞和大胶塞之间通过剪切销钉8连接；
（2）按照管柱连接要求连接碰压短接15、浮箍、浮鞋、套管、井下工具并下至井底指定位置；
（3）固井开始顶替作业后，将该组合自锁式胶塞从井口投入套管串内，开始顶替施工；
（4）上胶塞19和下胶塞17下行至大套管13小套管14转换部分，上胶塞19憋压，剪断剪切销钉8，下胶塞17部分下行；
（5）顶替完毕，下胶塞17前端的自锁头11与浮箍特殊结构实现自锁；
（6）通过专用打捞工具打捞出上胶塞19。
本发明提供的这种组合自锁式变径胶塞，克服了单纯依靠调整胶料配方来提高胶塞性能，通过将不同直径的胶塞通过剪切销钉连接，可同时应用于大套管和小套管，满足组合套管超大变径条件下的固井要求，提高了胶塞的压缩性能和抗磨损性能，满足了套管变径要求。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种组合自锁式变径胶塞，其特征在于：包括下胶塞（17），所述下胶塞（17）的前端连接有自锁头（11），后端通过剪切销钉（8）连接有上胶塞（19），所述上胶塞（19）的尾部开设有锥形开口（2），锥形开口（2）内设有用于隔离上胶塞（19）内部腔体与外部液体的承压弹性元件（1），所述下胶塞（17）的外径小于上胶塞（19）的外径。
2.如权利要求1所述的一种组合自锁式变径胶塞，其特征在于：所述上胶塞（19）包括第一芯轴（6）和套设在第一芯轴（6）外壁上的胶碗，胶碗由第一胶碗（7）和第二胶碗（5）组成，第一胶碗（7）的直径是188mm~196mm，第二胶碗（5）的直径是160mm~170mm。
3.如权利要求2所述的一种组合自锁式变径胶塞，其特征在于：所述第一芯轴（6）的外壁上在靠近上胶塞（19）尾部的一端还套设有用于固定胶碗的并帽（3）。
4.如权利要求3所述的一种组合自锁式变径胶塞，其特征在于：所述并帽（3）和胶碗之间设有套设在第一芯轴（6）上的用于固定胶碗的顶帽（4）。
5.如权利要求2所述的一种组合自锁式变径胶塞，其特征在于：所述锥形开口（2）开设在第一芯轴（6）的尾部，锥形开口（2）靠近胶碗一端的直径大于锥形开口（2）末端的直径。
6.如权利要求1所述的一种组合自锁式变径胶塞，其特征在于：所述承压弹性元件（1）是橡胶体。
7.如权利要求2所述的一种组合自锁式变径胶塞，其特征在于：所述第一胶碗（7）的直径是190mm，第二胶碗（5）的直径是165mm。
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