CN105064949A - 尾管固井水泥浆防回流装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种尾管固井水泥浆防回流装置，包括碰压器、套管胶塞短节和钻杆胶塞，所述碰压器包括碰压壳体、碰压座和暂堵座；所述套管胶塞短节包括壳体和设置在壳体内的套管胶塞，套管胶塞包括剪切机构、套管胶塞芯、胶皮、套管胶塞碰压头和单向密封结构；所述暂堵座的内孔与投球配合封堵使暂堵座与碰压座分离，钻杆胶塞与套管胶塞芯内腔配合封堵剪断剪切机构时套管胶塞和钻杆胶塞向下行动，使套管胶塞碰压头下部通过单向密封结构与碰压座下部内孔密封配合。本发明不仅能实现正常固井循环，还能实现有效密封、自锁和碰压防回流，且不存在钻杆胶塞与钻杆内壁碰撞破坏锁定机构的隐患。

Description

尾管固井水泥浆防回流装置

技术领域

本发明涉及一种油气田尾管固井水泥浆防回流装置，属于油气田井下固井作业工具。

背景技术

在尾管固井注水泥作业过程中,由于尾管固井管串结构与常规固井相比比较特殊，所以固井后如何控制水泥浆回流进入尾管一直是一大难题。一旦发生回流,即使花费大量的人力物力,也很难修复到原有的层间封固状态。

现有技术中是依靠钻杆胶塞与套管胶塞之间的密封和自锁，还有套管胶塞与碰压座之间的密封和自锁来阻止水泥浆回流，这需要两组自锁结构都要完整。例如，中国专利公开号“101482001”公开的用于水平井尾管固井的胶塞系统，其公开日为2009-07-15。

但现有尾管固井中，当发生浮箍失效时，尾管固井水泥浆回流控制必须依靠钻杆胶塞与套管胶塞之间的密封和自锁来实现，而钻杆胶塞在与套管胶塞密封自锁前，先要通过内径不断急剧变化的钻杆串内通道，内径不断变化的通道使钻杆胶塞上的锁环（或锁齿）不断与钻杆内壁碰撞、受损、破坏。当钻杆胶塞到达套管胶塞时，锁环（或锁齿）已经变形而失去应有的功能，不能与套管胶塞内的所齿（或锁环）相互锁定，从而失去防止水泥浆回流的作用，最终导致固井质量不合格。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种尾管固井水泥浆防回流装置。本发明不仅能实现正常固井循环，还能实现有效密封、自锁和碰压防回流，且不存在钻杆胶塞与钻杆内壁碰撞破坏锁定机构的隐患。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种尾管固井水泥浆防回流装置，其特征在于：包括碰压器、套管胶塞短节和钻杆胶塞，所述碰压器包括碰压壳体、碰压座和暂堵座，碰压座设置在碰压壳体内且与碰压壳体密封配合，碰压座内腔中设置有上部内孔和下部内孔，上部内孔中设置有止退环，暂堵座一端伸入碰压座下部内孔内，另一端固定在碰压座端面上，且暂堵座与碰压座密封配合；所述套管胶塞短节包括壳体和设置在壳体内的套管胶塞，套管胶塞包括剪切机构、套管胶塞芯、胶皮、套管胶塞碰压头和单向密封结构，套管胶塞芯通过剪切机构固定在壳体内，胶皮固定在套管胶塞芯上，套管胶塞碰压头固定设置在套管胶塞芯下端，套管胶塞碰压头上部外径大于碰压座下部内孔内径，套管胶塞碰压头下部外径小于碰压座下部内孔内径，套管胶塞碰压头上设置有斜通孔和单向密封结构；所述暂堵座的内孔与投球配合封堵使暂堵座与碰压座分离，钻杆胶塞与套管胶塞芯内腔配合封堵剪断剪切机构时套管胶塞和钻杆胶塞向下移动，使套管胶塞碰压头下部通过单向密封结构与碰压座下部内孔密封配合。

所述碰压座端面设置有呈圆周均匀分布的轴向螺纹孔，暂堵座通过憋通压力控制销和轴向螺纹孔连接固定在碰压座端面上。

所述碰压壳体上端为套管内螺纹连接端，下端为套管外螺纹连接端。

所述碰压座通过碰压座外密封圈与碰压壳体密封配合，暂堵座通过暂堵座密封圈与碰压座密封配合。

所述套管胶塞碰压头上部为空心结构，下部为实心结构，上部和下部通过锥体过渡，上部与下部过渡锥体处设置斜通孔，斜通孔与套管胶塞芯内腔连通，且斜通孔的内径大于投球的内径，单向密封结构固定设置在套管胶塞碰压头下部。

所述剪切机构设置在套管胶塞芯上端，剪切机构包括剪切环和剪钉，剪切环通过剪钉固定在套管胶塞芯上端，剪切环限位在壳体内。

所述单向密封结构包括密封保护套固定钉、密封件和密封保护套，密封件设置在套管胶塞碰压头下部的环形槽中，密封保护套设置在环形槽上并通过密封保护套固定钉固定。

所述套管胶塞碰压头上部外壁上设置有锁圈槽，锁圈槽中设置有锁圈，锁圈通过锁圈固定套固定在锁圈槽中。

所述壳体包括上壳体和下壳体，上壳体和下壳体通过螺纹连接，壳体上设置有用于固定壳体的固定钉。

采用本发明的优点在于：

1、本发明的结构不仅能实现正常固井循环，还能实现有效密封、自锁和碰压防回流，钻杆胶塞没有锁齿（或锁环），套管胶塞内孔上也没有锁环（或锁齿），不存在钻杆胶塞与钻杆内壁碰撞破坏锁定机构的隐患。

2、本发明的碰压头采用斜通孔结构，该斜通孔不仅确保了固井施工的正常循环和悬挂器坐挂憋压球通过，而且使套管胶塞碰压头下部为实心，从而不再需要钻杆胶塞与套管胶塞之间的密封和锁定，仅依靠套管胶塞与碰压器之间的密封锁定即可实现防回流，彻底摆脱了钻杆胶塞上的锁环（或锁齿）在钻杆胶塞通过钻杆内通道过程中被损坏，进而失去锁定功能的困局。

3、本发明中，套管胶塞下部外表面密封件处安装有密封保护套，保证密封件在碰压前不被损坏，确保密封效果良好。

4、本发明中，采用拉断式憋通压力控制销来控制憋通压力，使压力控制更精确。

5、本发明使尾管固井水泥浆防回流不再依靠容易受损的钻杆胶塞上的锁环（或锁齿），大大提高了回流控制的可靠性，避免或减少了因水泥浆回流造成的固井质量问题。

6、本发明中的套管胶塞及碰压器不需要钻杆胶塞与套管胶塞之间的密封和自锁就可以实现防止水泥浆回流。

附图说明

图1为本发明结构示意图

图2为本发明碰压器结构示意图

图3为本发明套管胶塞短节结构示意图

图4为本发明套管胶塞结构示意图

图中标记为：1、碰压器，2、套管胶塞短节，3、钻杆胶塞，4、碰压壳体，5、碰压座，6、暂堵座，7、套管胶塞芯，8、胶皮，9、套管胶塞碰压头，10、斜通孔，11、憋通压力控制销，12、碰压座外密封圈，13、暂堵座密封圈，14、剪切环，15、剪钉，16、密封保护套固定钉，17、密封件，18、密封保护套，19、锁圈，20、锁圈固定套，21、上壳体，22、下壳体，23、固定钉，24、密封圈。

具体实施方式

实施例1

一种尾管固井水泥浆防回流装置，包括碰压器1、套管胶塞短节2和钻杆胶塞3，所述碰压器1包括碰压壳体4、碰压座5和暂堵座6，碰压座5设置在碰压壳体4内且与碰压壳体4密封配合，碰压座5内腔中设置有上部内孔和下部内孔，上部内孔中设置有止退环，暂堵座6一端伸入碰压座5下部内孔内，另一端固定在碰压座5端面上，且暂堵座6与碰压座5密封配合；所述套管胶塞短节2包括壳体和设置在壳体内的套管胶塞，套管胶塞包括剪切机构、套管胶塞芯7、胶皮8、套管胶塞碰压头9和单向密封结构，套管胶塞芯7通过剪切机构固定在壳体内，胶皮8固定套设在套管胶塞芯7上，套管胶塞碰压头9固定设置在套管胶塞芯7下端，套管胶塞碰压头9上部外径大于碰压座5下部内孔内径且小于上部内孔内径，套管胶塞碰压头9下部外径小于碰压座5下部内孔内径，套管胶塞碰压头9上设置有斜通孔10和单向密封结构；所述暂堵座6的内孔与投球配合封堵使暂堵座6与碰压座5分离，钻杆胶塞3与套管胶塞芯7内腔配合封堵剪断剪切机构时套管胶塞和钻杆胶塞3向下行动，使套管胶塞碰压头下9部通过单向密封结构与碰压座5下部内孔密封配合。

所述碰压座5端面设置有呈圆周均匀分布的轴向螺纹孔，暂堵座6通过憋通压力控制销11和轴向螺纹孔连接固定在碰压座5端面上。

本实施例中，所述碰压壳体4上端为套管内螺纹连接端，下端为套管外螺纹连接端。

所述碰压座5通过碰压座外密封圈12与碰压壳体4密封配合，暂堵座6通过暂堵座密封圈13与碰压座5密封配合。

所述套管胶塞碰压头9上部为空心结构，下部为实心结构，上部和下部通过锥体过渡，上部与下部过渡锥体处设置斜通孔10，斜通孔10与套管胶塞芯7内腔连通，且斜通孔10的内径大于投球的内径，单向密封结构固定设置在套管胶塞碰压头9下部。

所述剪切机构设置在套管胶塞芯7上端，剪切机构包括剪切环14和剪钉15，剪切环14通过剪钉15固定在套管胶塞芯7上端，剪切环14限位在壳体内。

所述单向密封结构包括密封保护套固定钉16、密封件17和密封保护套18，密封件17设置在套管胶塞碰压头9下部的环形槽中，密封保护套18设置在环形槽上并通过密封保护套固定钉16固定，将密封件密封在环形槽中。

所述胶皮8上设置有环形凹槽和环形凸齿，套管胶塞芯7上对应设置有环形凸齿和环形凹槽，胶皮8通过环形凹槽和环形凸齿的齿配合结构固定设置在套管胶塞芯7上。

所述套管胶塞碰压头9上部外壁上设置有锁圈槽，锁圈槽中设置有锁圈19，锁圈19通过锁圈固定套20固定在锁圈槽中。

所述壳体包括上壳体21和下壳体22，上壳体21和下壳体22通过螺纹连接，壳体上设置有用于固定壳体的固定钉23。

实施例2

如图1，尾管固井水泥浆防回流装置由碰压器1、套管胶塞短节2、钻杆胶塞3组成。

所述碰压器1如图2，由碰压壳体4、碰压座外密封圈12、碰压座5、暂堵座6、暂堵座密封圈13和憋通压力控制销11组成。碰压壳体4上端为套管内螺纹，下端为套管外螺纹；碰压座5下端面钻有呈圆周均匀分布的轴向螺纹孔。碰压座外密封圈12安装在碰压座5与碰压壳体4之间；暂堵座密封圈13安装在碰压座5与暂堵座6之间；暂堵座6通过憋通压力控制销11和碰压座5下端面上的螺纹孔固定在碰压座5上。

所述的套管胶塞短节2如图3，由上壳体21、下壳体22、固定钉23、套管胶塞和密封圈24组成。上壳体21和下壳体22由螺纹连接在一起。

所述的套管胶塞如图4，由剪切环14、剪钉15、套管胶塞芯7、胶皮8、锁圈固定套20、锁圈19、套管胶塞碰压头9、密封保护套固定钉16、密封件17和密封保护套18组成。套管胶塞碰压头9上部外径大且为空心，外表面有凹槽，槽内装锁圈19，外有锁圈固定套20；下部外径小且为实心，上部与下部过渡锥体处有一处斜通孔10；套管胶塞碰压头9下部实心部分外表面安装有单向密封件17、密封保护套18和密封保护套固定钉16。

现场作业时，本发明中的碰压器安装在尾管段上设计的人工井底的位置，套管胶塞短节连接在尾管悬挂器的最下端，二者均成为尾管固井管串上的一部分。

现场作业程序是：尾管下入到位并循环畅通后，按常规做法进行投球、送球，球通过钻杆内通道和套管胶塞内的斜通孔后进入尾管串内通道，最后到达新型碰压器上的暂堵座上，堵住暂堵座的内孔，此后依次进行憋压、坐挂、倒扣和憋掉暂堵座并循环畅通，进行正常的注水泥作业。

注水泥浆作业完毕后，投入钻杆胶塞，钻杆胶塞通过钻杆和悬挂器的内通道进入套管胶塞，由于套管胶塞内孔下部内径小于钻杆胶塞头部外径，钻杆胶塞不能通过套管胶塞，钻杆胶塞就被堵在套管胶内，堵住了液体流道，压力升高，剪断安装在套管胶塞上的剪切环的剪钉，套管胶塞与钻杆胶塞一起下行，通过尾管串内，到达新型碰压器，剪断密封保护套固定钉，套管胶塞碰压头下部实心部分进入碰压座下部内孔并依靠单向密封件密封，与此同时，套管胶塞碰压头上部进入碰压座上部内孔，套管胶塞碰压头上部外表面上的止退齿与安装在此的止退环配合，套管胶塞不能回退，这就实现了防止水泥浆回流。

Claims (10)

1.一种尾管固井水泥浆防回流装置，其特征在于：包括碰压器（1）、套管胶塞短节（2）和钻杆胶塞（3），所述碰压器（1）包括碰压壳体（4）、碰压座（5）和暂堵座（6），碰压座（5）设置在碰压壳体（4）内且与碰压壳体（4）密封配合，碰压座（5）内腔中设置有上部内孔和下部内孔，上部内孔中设置有止退环，暂堵座（6）一端伸入碰压座（5）下部内孔内，另一端固定在碰压座（5）端面上，且暂堵座（6）与碰压座（5）密封配合；所述套管胶塞短节包括壳体和设置在壳体内的套管胶塞，套管胶塞包括剪切机构、套管胶塞芯（7）、胶皮（8）、套管胶塞碰压头（9）和单向密封结构，套管胶塞芯（7）通过剪切机构固定在壳体内，胶皮（8）固定套设在套管胶塞芯（7）上，套管胶塞碰压头（9）固定设置在套管胶塞芯（7）下端，套管胶塞碰压头（9）上部外径大于碰压座（5）下部内孔内径，套管胶塞碰压头（9）下部外径小于碰压座（5）下部内孔内径，套管胶塞碰压头（9）上设置有斜通孔（10）和单向密封结构；所述暂堵座（6）的内孔与投球配合封堵使暂堵座（6）与碰压座（5）分离，钻杆胶塞与套管胶塞芯（7）内腔配合封堵剪断剪切机构时套管胶塞和钻杆胶塞向下行动，使套管胶塞碰压头（9）下部通过单向密封结构与碰压座（5）下部内孔密封配合。

2.根据权利要求1所述的尾管固井水泥浆防回流装置，其特征在于：所述碰压座（5）端面设置有呈圆周均匀分布的轴向螺纹孔，暂堵座（6）通过憋通压力控制销（11）和轴向螺纹孔连接固定在碰压座（5）端面上。

3.根据权利要求1或2所述的尾管固井水泥浆防回流装置，其特征在于：所述碰压壳体（4）上端为套管内螺纹连接端，下端为套管外螺纹连接端。

4.根据权利要求3所述的尾管固井水泥浆防回流装置，其特征在于：所述碰压座（5）通过碰压座外密封圈（12）与碰压壳体（4）密封配合，暂堵座（6）通过暂堵座密封圈（13）与碰压座（5）密封配合。

5.根据权利要求1、2或4所述的尾管固井水泥浆防回流装置，其特征在于：所述套管胶塞碰压头（9）上部为空心结构，下部为实心结构，上部和下部通过锥体过渡，上部与下部过渡锥体处设置斜通孔（10），斜通孔（10）与套管胶塞芯（7）内腔连通，且斜通孔（10）的内径大于投球的内径，单向密封结构固定设置在套管胶塞碰压头（9）下部。

6.根据权利要求5所述的尾管固井水泥浆防回流装置，其特征在于：所述剪切机构设置在套管胶塞芯（7）上端，剪切机构包括剪切环（14）和剪钉（15），剪切环（14）通过剪钉（15）固定在套管胶塞芯（7）上端，剪切环（14）限位在壳体内。

7.根据权利要求6所述的尾管固井水泥浆防回流装置，其特征在于：所述单向密封结构包括密封保护套固定钉（16）、密封件（17）和密封保护套（18），密封件（17）设置在套管胶塞碰压头（9）下部的环形槽中，密封保护套（18）设置在环形槽上并通过密封保护套固定钉（16）固定。

8.根据权利要求7所述的尾管固井水泥浆防回流装置，其特征在于：所述胶皮（8）上设置有环形凹槽和环形凸齿，套管胶塞芯（7）上对应设置有环形凸齿和环形凹槽，胶皮（8）通过环形凹槽和环形凸齿的齿配合结构固定设置在套管胶塞芯（7）上。

9.根据权利要求8所述的尾管固井水泥浆防回流装置，其特征在于：所述套管胶塞碰压头（9）上部外壁上设置有锁圈槽，锁圈槽中设置有锁圈（19），锁圈（19）通过锁圈固定套（20）固定在锁圈槽中。

10.根据权利要求9所述的尾管固井水泥浆防回流装置，其特征在于：所述壳体包括上壳体（21）和下壳体（22），上壳体（21）和下壳体（22）通过螺纹连接，壳体上设置有用于固定壳体的固定钉（23）。