CN105756615B - 胶塞组件复合装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种胶塞组件复合装置，其包括：具有芯轴和第一胶碗的第一胶塞组件；具有中空芯轴和第二胶碗的第二胶塞组件；与套管固定连接的止塞组件；第一防退机构，其包括设在芯轴的外壁上的第一防退件，以及设在中空芯轴的内壁上的用于接收第一防退件并阻止第一胶塞组件返回的第二防退件；第二防退机构，其包括设置在中空芯轴的外壁上的第三防退件，以及设在止塞组件的内壁上的用于接收第三防退件并阻止第二胶塞组件返回的第四防退件。根据本发明的胶塞组件复合装置具有较高的反向承压能力，能够避免水泥浆的倒返，保证固井效果。

Description

胶塞组件复合装置

技术领域

本发明属于固井技术领域，尤其涉及一种胶塞组件复合装置。

背景技术

胶塞复合装置属于固井作业中必备装置之一，其用于封堵套管的内部，促使套管和管柱的内部进行增压，从而促使尾管悬挂器开始悬挂尾管。

目前，现有的胶塞组件复合装置主要包括钻杆胶塞组件、尾管胶塞组件和止塞阀。在工作过程中，钻杆胶塞组件下行后与尾管胶塞组件进行复合，管柱内部开始憋压，促使尾管胶塞组件与送入工具之间的剪钉被剪断，复合后的钻杆胶塞组件和尾管胶塞组件共同下行，并使尾管胶塞组件与止塞阀进行复合，从而封堵套管和管柱的内部，开启尾管悬挂器悬挂尾管。

然而，由于现有的胶塞组件复合装置的反向承压能力有限，使得复合后的钻杆胶塞组件和尾管胶塞组件可分别相对于尾管胶塞组件和止塞阀进行返回运动，导致它们之间的复合关系解除，致使水泥浆的倒返，影响固井效果。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种胶塞组件复合装置，其具有较高的反向承压能力，能够避免第一胶塞组件和第二胶塞组件分别相对于尾管胶塞组件和止塞组件进行返回，由此可以避免水泥浆的倒返，保证固井效果。

本发明提供一种胶塞组件复合装置，其包括：第一胶塞组件，其包括芯轴和固定式套接芯轴外的第一胶碗；第二胶塞组件，其包括中空芯轴和固定式套接中空芯轴外的第二胶碗；止塞组件，其与套管固定连接并且处于第二胶塞组件的下游；第一防退机构，其包括设在芯轴的外壁上并处于第一胶碗的下游的第一防退件，以及设在中空芯轴的内壁上的用于接收第一防退件并阻止第一胶塞组件返回的第二防退件；第二防退机构，其包括设置在中空芯轴的外壁上并处于第二胶碗的下游的第三防退件，以及设在止塞组件的内壁上的用于接收第三防退件并阻止第二胶塞组件返回的第四防退件。

在一个实施例中，第一防退件为弹性卡簧，并在弹性卡簧的外壁上设有第一防退齿组，第二防退件为能够与第一防退齿组相啮合的第二防退齿组。

在一个实施例中，在第一防退齿组内，各齿均由垂于轴向分布的上游平面和与上游平面相连的下游斜面组成；在第二防退齿组内，各齿均由上游斜面和与上游斜面相连并垂直于轴向分布的下游平面组成。

在一个实施例中，在芯轴上设有用于容纳弹性卡簧的环形凹槽，环形凹槽的槽底与弹性卡簧的内壁的配合为锥面配合，槽底的径向尺寸沿着从上至下的方向逐渐递增。

在一个实施例中，环形凹槽的槽底在轴向平面的正投影长度大于弹性卡簧的内壁在轴向平面的正投影长度。

在一个实施例中，第四防退件均为防退槽，第三防退件包括固定套接于中空芯轴外的环形部和从环形部上朝下游方向延伸的且能够向内弯曲的条状弹性部，以及设在条状弹性部上并能够卡接到防退槽内的防退凸起部。

在一个实施例中，在防退凸起部的上游侧面上设有定位凸起，在防退槽的上游槽壁上开设有用于容纳定位凸起的定位凹陷。

在一个实施例中，第一胶碗硫化在芯轴上，而第二胶碗硫化在中空芯轴上。

在一个实施例中，芯轴包括胶碗安装部和与胶碗安装部的下游端可拆卸地连接的导向部，第一防退件通过导向部固定在胶碗安装部上。

在一个实施例中，第一与第二胶塞组件之间和第二胶塞组件与止塞组件之间均通过两个以上密封圈来密封。

根据本发明的胶塞组件复合装置通过第一和第二防退机构能够增强其反向承压能力，不仅可以阻止第一胶塞组件相对于第二胶塞组件进行返回，而且还可以阻止第二胶塞组件相对于止塞组件进行返回，由此可以避免水泥浆的倒返，保证固井效果。

根据本发明的胶塞组件复合装置的结构简单紧凑，加工方便，组装容易，使用安全高效，便于实施推广应用。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1以半剖视图形式显示了根据本发明的胶塞组件复合装置和套管；

图2以半剖视图形式显示了根据本发明的胶塞组件复合装置的第一胶塞组件；

图3以半剖视图形式显示了根据本发明的胶塞组件复合装置的第二胶塞组件和第三防退件；

图4以半剖视图形式显示了根据本发明的胶塞组件复合装置的止塞组件；

图5为图1中A处的局部放大图；

图6显示了根据本发明的胶塞组件复合装置的第一和第二防退齿组；

图7为图1中B处的局部放大图；以及

图8以立体图形式显示了根据本发明的胶塞组件复合装置的第三防退件。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1以半剖视图形式显示了根据本发明的胶塞组件复合装置10和套管20。该胶塞组件复合装置10能够完全封堵套管20的内部，促使套管20内部和管柱内部进行憋压，从而开启尾管悬挂器悬挂尾管。

如图1和2所示，胶塞组件复合装置10包括第一胶塞组件2，俗称钻杆胶塞组件或钻杆胶塞。第一胶塞组件2处于送入工具的内部，以便其能够在流体作用下朝下游方向(即朝井底方向)运动。第一胶塞组件2包括芯轴21和固定式套接在芯轴21外的第一胶碗22。第一胶碗22可硫化在芯轴21上，以避免第一胶碗22在固井过程中脱落，保证水泥浆的顶替质量。

为了便于安装起见，芯轴21可包括用于安装第一胶碗22的胶碗安装部211，以及与胶碗安装部211的下游端可拆卸地连接的导向部212。导向部212与胶碗安装部211之间可通过螺纹连接。导向部212的下游端构造成类似于圆弧倒角结构，以便与下游尾管胶塞组件进行复合。

如图1和3所示，胶塞组件复合装置10还包括第二胶塞组件3，俗称尾管胶塞组件或尾管胶塞。第二胶塞组件3通过剪钉固定与送入工具相连，以便其在剪钉剪断后能够自由下行。第二胶塞组件3包括中空芯轴31和固定式套接在中空芯轴31外的第二胶碗32。第二胶碗32也可硫化在中空芯轴31上，以避免第二胶碗32在固井过程中脱落，保证水泥浆的顶替质量。

为了方便安装起见，中空芯轴31可包括用于安装第二胶碗32的锁紧部分311和设在锁紧部分311的下游端的导向部分312，以及设置在锁紧部分311的上游端的衔接部分313。锁紧部分311可用于与芯轴21的导向部212进行复合。锁紧部分311与导向部分312和衔接部分313之间均可采用螺纹连接。在导向部分312、锁紧部分311和衔接部分313的内部形成流道，以便流体能够在中空芯轴31的内腔内流动。

如图1和4所示，胶塞组件复合装置10还包括处于第二胶塞组件3的下游的止塞组件4，俗称止塞阀。该止塞组件4包括与套管20固定连接的外筒41和固定式套设在外筒41内的内筒42。外筒41与套管20和内筒42的固定连接均可选为螺纹连接。内筒42能够在第二胶塞组件3与止塞组件4进行复合时接收第二胶塞组件3。

如图5所示，该胶塞组件复合装置10还包括第一防退机构5。第一防退机构5包括设在芯轴21的外壁上并处于第一胶碗22的下游的第一防退件51，以及设在中空芯轴31的内壁上的第二防退件52。当第一胶塞组件2和第二胶塞组件3复合后，第二防退件52能够接收到第一防退件51，并阻止第一胶塞组件2返回，即相对于第二胶塞组件3朝上游方向(即朝井口的方向)运动。其中，第一防退件51可通过导向部212固定在胶碗安装部211上，以便于更换失效的第一防退件51。

在图5所示的实施例中，第一防退件51为弹性卡簧，并在该弹性卡簧的外壁上设有第一防退齿组511，第二防退件52为能够与第一防退齿组511相啮合的第二防退齿组。当第一防退齿组511与第二防退齿组啮合后，第二防退齿组通过第一防退齿组511能够阻止第一胶塞组件2相对于第二胶塞组件3返回。

在图6所示的实施例中，第一防退齿组511内的各齿均由垂于轴向分布的上游平面511a和与上游平面511a相连的下游斜面511b形成。而第二防退齿组内的各齿均由上游斜面52a和与上游斜面52a相连并垂直于轴向分布的下游平面52b形成。在第一胶塞组件2与第二胶塞组件3进行复合的过程中，第一防退齿组511的各齿的下游斜面511b均与第二防退齿组的相应齿的上游斜面52a相接处，并在其表面上滑动，以便完成两个防退齿组511，512的啮合。在防退过程中，第一防退齿组511的上游平面511a能够被第二防退齿组的下游平面52b卡住，从而阻止第一胶塞组件2相对于第二胶塞组件3进行返回。

在一个优选的实施例中，在芯轴21上设有用于容纳弹性卡簧的环形凹槽213(见图5)。如图2和5所示，环形凹槽213的槽底213a与弹性卡簧的内壁的配合为锥面配合，并且锥形面的槽底213a的径向尺寸沿着从上至下(即从井口到井底方向)的方向逐渐递增。槽底213a在轴向平面的正投影长度大于弹性卡簧的内壁在轴向平面的正投影长度。

在第一胶塞组件2进入到第二胶塞组件3内的过程中，第二防退齿组能够促动第一防退齿组511靠近或接合于环形凹槽213的上游槽壁，以便第一胶塞组件2的芯轴21进入到第二胶塞组件3内。在防退过程中，被流体作用的第一胶塞组件2将朝上游方向运动，其芯轴21通过锥形面的槽底213a撑胀弹性卡簧的外径，以使第一防退齿组511与第二防退齿组能够完全啮合，确保第一防退机构5能够顺利、有效地完成其所要完成的防退功能。

如图1和7所示，该胶塞组件复合装置10还包括第二防退机构6。第二防退机构6包括设置在中空芯轴31的外壁上并处于第二胶碗33的下游的第三防退件61(见图3)，以及设在止塞组件4的内壁上的第四防退件62。当与第一胶塞组件2复合后的第二胶塞组件3与止塞组件4复合时，第四防退件62能够接收到第三防退件61，并阻止第二胶塞组件3返回，即相对于止塞组件4朝上游方向运动。

第四防退件62可构造成防退槽。如图1和8所示，第三防退件61可包括固定套接于中空芯轴31外的环形部611和从环形部611上朝下游方向延伸的且能够向内弯曲的条状弹性部612，以及设在条状弹性部612上并能够卡接到防退槽内的防退凸起部613。当第二胶塞组件3与止塞组件4进行复合时，条状弹性部612在止塞组件4的内壁的作用下向内弯曲并朝防退槽所在处移动。当条状弹性部612到达防退槽所在处时，条状弹性部612立即恢复原状，并把防退凸起部613推入到防退槽内，从而实现第二防退机构6的防退功能。

为了增强第二防退机构6的防退功能，在防退凸起部613的上游处的侧面上设有定位凸起613a(见图7)，又在防退槽的上游槽壁上开设有用于容纳定位凸起613a的定位凹陷62a。在防退凸起部613进入到防退槽内后，防退凸起部613的定位凸起613a将进入到定位凹陷62a内并阻止防退凸起部613从防退槽内轻易脱出。

为了增强复合处的密封性，第一胶塞组件2与第二胶塞组件3之间通过两个以上密封圈8(见图1)来密封。同理，第二胶塞组件3与止塞组件4之间也通过两个以上密封圈8(见图1)来密封。

根据本发明的胶塞组件复合装置10通过第一防退机构5和第二防退机构6能够增强其的反向承压能力，不仅可以阻止第一胶塞组件2相对于第二胶塞组件3返回，而且还可以阻止第二胶塞组件3相对于止塞组件4返回，由此可以避免水泥浆的倒返，保证固井效果。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。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 (8)

1.一种胶塞组件复合装置，包括：

第一胶塞组件，其包括芯轴和固定式套接所述芯轴外的第一胶碗；

第二胶塞组件，其包括中空芯轴和固定式套接所述中空芯轴外的第二胶碗；

止塞组件，其与套管固定连接并且处于所述第二胶塞组件的下游；

第一防退机构，其包括设在所述芯轴的外壁上并处于所述第一胶碗的下游的第一防退件，以及设在所述中空芯轴的内壁上的用于接收所述第一防退件并阻止所述第一胶塞组件返回的第二防退件；以及

第二防退机构，其包括设置在所述中空芯轴的外壁上并处于所述第二胶碗的下游的第三防退件，以及设在所述止塞组件的内壁上的用于接收所述第三防退件并阻止所述第二胶塞组件返回的第四防退件，

所述第一防退件为弹性卡簧，在所述弹性卡簧的外壁上设有第一防退齿组，所述第二防退件为能够与所述第一防退齿组相啮合的第二防退齿组，

在所述第一防退齿组内，各齿均由垂于轴向分布的上游平面和与所述上游平面相连的下游斜面组成；

在所述第二防退齿组内，各齿均由上游斜面和垂直于轴向分布的下游平面组成。

2.根据权利要求1所述的胶塞组件复合装置，其特征在于，在所述芯轴上设有用于容纳所述弹性卡簧的环形凹槽，所述环形凹槽的槽底与所述弹性卡簧的内壁的配合为锥面配合，所述槽底的径向尺寸沿着从上至下的方向逐渐递增。

3.根据权利要求2所述的胶塞组件复合装置，其特征在于，所述槽底在轴向平面的正投影长度大于所述弹性卡簧的内壁在轴向平面的正投影长度。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的胶塞组件复合装置，其特征在于，所述第四防退件均为防退槽，所述第三防退件包括固定套接于所述中空芯轴外的环形部和从所述环形部上朝下游方向延伸的且能够向内弯曲的条状弹性部，以及设在所述条状弹性部上并能够卡接到所述防退槽内的防退凸起部。

5.根据权利要求4所述的胶塞组件复合装置，其特征在于，在所述防退凸起部的上游侧面上设有定位凸起，在所述防退槽的上游槽壁上开设有用于容纳所述定位凸起的定位凹陷。

6.根据权利要求1到3中任一项所述的胶塞组件复合装置，其特征在于，所述第一胶碗硫化在所述芯轴上，而所述第二胶碗也硫化在所述中空芯轴上。

7.根据权利要求1到3中任一项所述的胶塞组件复合装置，其特征在于，所述芯轴包括胶碗安装部和与所述胶碗安装部的下游端可拆卸地连接的导向部，所述第一防退件通过所述导向部固定在所述胶碗安装部上。

8.根据权利要求1到3中任一项所述的胶塞组件复合装置，其特征在于，所述第一与第二胶塞组件之间和所述第二胶塞组件与止塞组件之间均通过两个以上密封圈来密封。