CN105863555B - 一种反循环固井套管浮箍装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反循环固井套管浮箍装置，涉及石油开发钻井的注水泥固井领域，该反循环固井套管浮箍装置包括浮箍外筒、浮箍塞子、浮动套筒、弹簧和密封圈，所述浮箍塞子包括塞子本体和支撑支架，所述塞子本体包括设置在所述塞子本体一端的圆柱形塞子和位于所述塞子本体另一端的引流体，所述圆柱形塞子的外壁上设置有密封圈，所述浮箍塞子固定在所述浮箍外筒的内腔中，圆柱形塞子与浮动套筒相配合，实现井下空间的闭合，进而提高水泥浆顶替效率，保证套管鞋的封固质量，由于浮动套筒是在流体密度变化引起的冲击力变化的影响下运动的，因此，可以准确确定未受污染的水泥浆到达管鞋的时间，实现套管内水泥塞长度的有效控制。

Description

一种反循环固井套管浮箍装置

技术领域

本发明涉及石油开发钻井的注水泥固井领域，尤其涉及一种反循环固井套管浮箍装置。

背景技术

固井是钻井作业过程中不可缺少的一个重要环节，它包括下套管和注水泥。固井技术是多学科的综合应用技术，具有系统性、一次性和时间短的特点。其中，注水泥是套管下入井后的关键工序，其作用是将套管和井壁的环形空间封固起来，以封隔油气水层，使套管成为油气通向井中的通道。

传统固井施工注水泥方法是从井口经套管柱将水泥浆注入，并从环空中上返。但在裂缝发育地层或承压能力低的薄弱地层，注水泥过程中的井漏问题会变得异常突出和重要。采用常规固井方法，即使采用低密度水泥浆或泡沫水泥浆也很难顺利完成固井作业。为了改变这种状况，提出了反循环固井技术。反循环固井技术目前虽然还没有广泛应用，发展迅速。

但是，反循环固井技术还存在一些未解决的问题，比如很难准确确定未受污染的水泥浆到达套管鞋的时间，顶替效率低、易产生钻井液窜槽，缺乏成熟的现场施工流程，难以保证套管鞋的封固质量，难以控制套管内水泥塞长度等，需要进一步的研究和完善。传统固井工艺所使用的套管浮箍浮鞋在反循环固井施工中是不适用的，而且目前并没有专门针对反循环固井技术开发的套管浮箍面世，因此，研制一种可以适应反循环固井施工需求的套管浮箍显得尤为必要。

发明内容

本发明的实施例提供一种反循环固井套管浮箍装置，旨在解决现有反循环固井技术中无法确定未受污染的水泥浆到达管鞋的时间，提高水泥浆顶替效率，保证套管鞋的封固质量，实现套管内水泥塞长度的有效控制。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种反循环固井套管浮箍装置，至少包括浮箍外筒、浮箍塞子、浮动套筒、弹簧和密封圈，所述浮箍塞子包括塞子本体和支撑支架，所述塞子本体包括设置在所述塞子本体一端的圆柱形塞子和位于所述塞子本体另一端的引流体，所述圆柱形塞子的外壁上设置有密封圈，所述浮箍塞子固定在所述浮箍外筒的内腔中，所述浮动套筒设置在所述浮箍外筒的内腔靠近所述圆柱形塞子的一端，所述浮动套筒上设置有若干个弹簧槽，所述弹簧槽内安装有所述弹簧，所述弹簧的一端固定在所述浮动套筒上，所述弹簧的另一端固定在所述浮箍外筒的内壁上，所述圆柱形塞子的外径不小于所述浮动套筒的内径。

优选的，本发明实施例提供的反循环固井套管浮箍装置，所述支撑支架沿所述塞子本体四周均匀分布，所述支撑支架一端为抛物线型，另一端为圆弧型。

优选的，本发明实施例提供的反循环固井套管浮箍装置，所述支撑支架与所述塞子本体一体铸造成型。

进一步的，本发明实施例提供的反循环固井套管浮箍装置，所述支撑支架上设置有螺栓孔，所述浮箍外筒上设置有通孔，所述支撑支架通过第一螺栓固定在所述浮箍外筒上，所述第一螺栓位于所述螺栓孔与所述通孔内。

进一步的，本发明实施例提供的反循环固井套管浮箍装置，所述浮动套筒上设置有若干个滑槽，所述滑槽与所述弹簧槽均匀分布在所述浮动套筒外壁上，所述滑槽与所述弹簧槽间隔分布。

优选的，本发明实施例提供的反循环固井套管浮箍装置，所述浮动套筒外壁上设置有4个弹簧槽和4个滑槽。

进一步的，本发明实施例提供的反循环固井套管浮箍装置，所述弹簧的一端通过第二螺栓固定在所述浮箍外筒上，所述弹簧的另一端焊接在所述浮箍套筒上。

进一步的，本发明实施例提供的反循环固井套管浮箍装置，所述浮箍套筒的端部设置有圆弧形过渡段。

优选的，本发明实施例提供的反循环固井套管浮箍装置，所述密封圈为橡胶密封环，所述橡胶密封环的厚度为2mm～6mm。

进一步的，本发明实施例提供的反循环固井套管浮箍装置，所述弹簧设置在所述弹簧槽靠近所述圆柱形塞子的一端，所述浮箍外筒的内腔设置有滑轨，所述滑轨与所述滑槽相配合，所述浮动套筒可以在所述浮箍外筒的内腔内沿所述滑轨运动。

本发明实施例提供的反循环固井套管浮箍装置，其浮动套筒上设置有若干个弹簧槽，弹簧槽内安装有弹簧，弹簧的一端固定在浮动套筒上，弹簧的另一端固定在浮箍外筒的内壁上，因此，在注水泥固井的过程中，水泥浆从浮动套筒远离圆柱形塞子的一端向靠近圆柱形塞子的一端流动，此时，浮动套筒远离圆柱形塞子的一端为水泥浆，另一端为钻井液，由于钻井液的密度比水泥浆密度低，且流体流动的过程中流动冲击力随密度变化而变化，密度增大则冲击力增大，因此，浮动套筒在冲击力的作用下，可以克服自身重力和弹簧拉力向上运动，从而与圆柱形塞子相配合，又由于圆柱形塞子的外径不小于浮动套筒的内径且圆柱形塞子的外壁上设置有密封圈，因此，圆柱形塞子与浮动套筒相配合，实现井下空间的闭合，进而提高水泥浆顶替效率，保证套管鞋的封固质量，由于浮动套筒是在流体密度变化引起的冲击力变化的影响下运动的，因此，可以准确确定未受污染的水泥浆到达管鞋的时间，实现套管内水泥塞长度的有效控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的反循环固井套管浮箍装置的结构示意图；

图2为图1中A-A的断面结构示意图；

图3为本发明实施例的浮动套筒的俯视结构示意图；

图4为图3中B-B向剖视结构示意图；

图5为图4中C-C向剖视结构示意图；

图6为本发明实施例的浮箍塞子的等轴侧结构示意图；

图7为本发明实施例的浮箍塞子的正视结构示意图；

图8为本发明实施例的浮箍塞子的俯视结构示意图；

图9为本发明实施例的反循环固井套管浮箍装置的闭合状态结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种反循环固井套管浮箍装置，如图1～图9所示，下面将结合附图，对本发明实施例提供的反循环固井套管浮箍装置进行详细介绍。本发明实施例提供的反循环固井套管浮箍装置除了包含图1～图9所示结构外，还至少包含防腐涂层等，关于本发明实施例的反循环固井套管浮箍装置的其他组成，本发明对此不做限定。

图1所述为本发明实施例提供的反循环固井浮箍套管装置处于开启状态的结构示意图，参考图1所示，该反循环固井浮箍套管装置包括浮箍外筒1、浮箍塞子3、第一固定螺栓2、密封圈4、浮动套筒5、弹簧6和第二固定螺栓7，其中，浮箍塞子3、密封圈4、浮动套筒5、弹簧6位于浮箍外筒1的内腔中，浮箍外筒1包括浮箍外筒壁和内腔，浮箍外筒壁上设置有若干个通孔，通孔沿浮箍外筒壁的周向均匀分布。

参考图6、图7和图8所示，浮箍塞子3包括塞子本体302和支撑支架303，其中，塞子本体302包括圆柱形塞子301和引流体304，圆柱形塞子301和引流体304分别位于塞子本体302的两端，优选的，引流体304呈现圆锥型，圆锥形引流体304可以降低钻井液流经反循环固井套管浮箍装置时的流动阻力。

参考图6和图7所示，支撑支架303沿塞子本体302的四周均匀分布，其中，支撑支架303的一端为抛物线型3032，另一端为圆弧形3031，支撑支架303的端部采用抛物线型或者圆弧形，可以最大限度的降低钻井液流动过程中的流动阻力。示例的，如图6所示，塞子本体302的四周均匀的分布有4个支撑支架303，塞子本体302的四周设置的支撑支架303的数量，此处仅是举例说明，本发明对此不做限定。

参考图6所示，支撑支架303固定在塞子本体302，示例的，支撑支架303可以通过焊接的方式固定在塞子本体302上。优选的，支撑支架303与塞子本体302一体成型，示例的，支撑支架303与塞子本体302铸造一体成型，铸造一体成型的浮箍塞子连接强度高、安全性可靠。

参考图1所示，浮箍塞子3固定在浮箍外筒1的内腔中，浮箍塞子3与浮箍外筒1之间可以通过螺栓连接，示例的，浮箍外筒1的筒壁上设置有若干个通孔，浮箍塞子3的支撑支架303上设置有螺纹孔，第一固定螺栓2通过浮箍外筒1的筒壁上通孔安装在支撑支架303上的螺纹孔内，第一固定螺栓2将浮箍塞子3固定在浮箍外筒1的内腔中。

参考图1所示，圆柱形塞子301的外壁上设置有密封4，其中，优选的，密封圈4为橡胶密封环，橡胶密封环的厚度为2mm～6mm，橡胶密封环的宽度为50mm～500mm。

参考图2、图3、图4和图5所示，浮动套筒5包括内壁506、外壁505、内腔503，外壁505上设置有若干个弹簧槽501，对于弹簧槽501在浮动套筒5的外壁上长度和深度，本发明不做限定，本领域技术人员可根据需要进行设计。优选的，弹簧槽501在浮动套筒5的外壁上沿周向均匀分布。参考图2和图5所示，浮动套筒5的外壁上还设置有若干个滑槽502，其中，滑槽502和弹簧槽501间隔分布，滑槽502的数量与弹簧槽501的数量相同，且滑槽502在浮动套筒5的外壁上沿周向均匀分布。

需要说明的是，本发明对于弹簧槽501和滑槽502的数量不做具体限定。其中，优选的，浮动套筒外壁上设置4个弹簧槽501和4个滑槽502。

参考图1所示，浮动套筒5安装在浮箍外筒1的内腔中，浮箍外筒1的内壁上设置有若干个滑轨，滑轨与滑槽502相配合。具体的，参考图1所示，每个弹簧槽501内设置有一个弹簧6，弹簧6设置在弹簧槽501靠近圆柱形塞子301的一端，弹簧6的一端固定在浮箍外筒1上，另一端固定在浮动套筒5，示例的，弹簧6的一端可以焊接在弹簧槽501的底部，弹簧6的另一端可以通过第二固定螺栓7固定在浮箍外筒1的筒壁上，如图1所示，第二固定螺栓7穿过浮箍外筒1的筒壁上的通孔，将弹簧6的端部固定在浮箍外筒1的筒壁上。

参考图1和图9所示，浮动套筒5在浮箍外筒1的内腔中，克服自身重力和弹簧6的拉力，沿浮箍外筒1的内腔的滑轨滑动，可以实现与浮箍塞子3相接触，如图9所示，浮动套筒5向上运动后，圆柱形塞子301进入浮箍套筒5的内腔503中，由于圆柱形塞子301的外径不小于浮动套筒5内腔的直径，且圆柱形塞子301上设置有密封圈4，因此，圆柱形塞子301与浮动套筒5相配合，可以实现井下空间的闭合。

参考图1和图4所示，浮动套筒5的端部设置有圆弧形过渡段504，可以降低圆柱形塞子301进入浮动套筒5内腔503的难度。

本发明实施例提供的反循环固井套管浮箍装置，其浮箍外筒1的内腔中固定有浮箍塞子3，浮动套筒5上设置有若干个弹簧槽501，弹簧槽501内安装有弹簧6，弹簧6的一端固定在浮动套筒5上，弹簧6的另一端固定在浮箍外筒1的内壁上。在钻井的过程中，反循环固井套管浮箍装置处于图1所示的开启状态，钻井液10从反循环固井套管浮箍装置的上端流向反循环固井套管浮箍装置的下端。在注水泥固井的过程中，水泥浆9从井筒8与反循环固井套管浮箍装置的浮箍外筒1之间的环形空间进入井底，水泥浆9从反循环固井套管浮箍装置的下端向反循环固井套管浮箍装置的上端流动，此时，浮动套筒5远离圆柱形塞子的一端为水泥浆9，另一端为钻井液10，由于钻井液10的密度比水泥浆9密度低，且流体流动的过程中流动冲击力随密度变化而变化，密度增大则冲击力增大，因此，浮动套筒5在冲击力的作用下，可以克服自身重力和弹簧6拉力向上运动，从而与圆柱形塞子301相配合，又由于圆柱形塞子301的外径不小于浮动套筒5的内径且圆柱形塞子301的外壁上设置有密封圈4，因此，圆柱形塞子301与浮动套筒5相配合，如图9所示，反循环固井套管浮箍装置呈现闭合状态，实现井下空间的闭合，进而提高水泥浆顶替效率，保证套管鞋的封固质量，由于浮动套筒5是在流体密度变化引起的冲击力变化的影响下运动的，因此，可以准确确定未受污染的水泥浆9到达管鞋的时间，实现套管内水泥塞长度的有效控制。

同时，如果由于井下压力波动导致反循环固井套管浮箍装置误闭合导致钻井过程中，钻井液流动通道闭合时，可以通过在钻井套管中增大钻井液的压力，驱动浮动套筒5向下运动实现本发明实施例的反循环固井套管浮箍装置呈现图1所示的开启状态，可以有效解决反循环固井套管浮箍装置误闭合导致的钻井液流动不通的问题。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种反循环固井套管浮箍装置，其特征在于，所述套管浮箍装置包括浮箍外筒、浮箍塞子、浮动套筒、弹簧和密封圈，其中，所述浮箍塞子包括塞子本体和支撑支架，所述塞子本体包括设置在所述塞子本体一端的圆柱形塞子和位于所述塞子本体另一端的引流体，所述圆柱形塞子的外壁上设置有密封圈，所述浮箍塞子固定在所述浮箍外筒的内腔中，所述浮动套筒设置在所述浮箍外筒的内腔靠近所述圆柱形塞子的一端，所述浮动套筒上设置有若干个弹簧槽，所述弹簧槽内安装有所述弹簧，所述弹簧的一端固定在所述浮动套筒上，所述弹簧的另一端固定在所述浮箍外筒的内壁上，所述圆柱形塞子的外径不小于所述浮动套筒的内径。

2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述支撑支架沿所述塞子本体四周均匀分布，所述支撑支架一端为抛物线型，另一端为圆弧型。

3.根据权利要求2所述装置，其特征在于，所述支撑支架与所述塞子本体一体铸造成型。

4.根据权利要求3所述装置，其特征在于，所述支撑支架上设置有螺栓孔，所述浮箍外筒上设置有通孔，所述支撑支架通过第一螺栓固定在所述浮箍外筒上，所述第一螺栓位于所述螺栓孔与所述通孔内。

5.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述浮动套筒上设置有若干个滑槽，所述滑槽与所述弹簧槽均匀分布在所述浮动套筒外壁上，所述滑槽与所述弹簧槽间隔分布。

6.根据权利要求5所述装置，其特征在于，所述浮动套筒外壁上设置有4个所述弹簧槽和4个所述滑槽。

7.根据权利要求1或5或6所述装置，其特征在于，所述弹簧的一端通过第二螺栓固定在所述浮箍外筒上，所述弹簧的另一端焊接在浮箍套筒上。

8.根据权利要求7所述装置，其特征在于，所述浮箍套筒的端部设置有圆弧形过渡段。

9.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述密封圈为橡胶密封环，所述橡胶密封环的厚度为2mm～6mm。

10.根据权利要求5所述装置，其特征在于，所述弹簧设置在所述弹簧槽靠近所述圆柱形塞子的一端，所述浮箍外筒的内腔设置有滑轨，所述滑轨与所述滑槽相配合，所述浮动套筒可以在所述浮箍外筒的内腔内沿所述滑轨运动。