CN108119093B - 固井用套管自动灌浆装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油气井固井装置技术领域，提供了一种固井用套管自动灌浆装置。固井用套管自动灌浆装置包括筒状的装置主体，装置主体内设有单流阀组件，单流阀组件包括弹簧座，弹簧座上设有用于将阀球顶压到单流阀组件的阀口上的弹簧，阀口由设置在装置主体内的单向活动阀座形成，单向活动阀座包括两只以上的上下摆动的阀块，阀块具有相互对合而形成阀口的对合状态和向下单向摆动以供投入的阀球由上至下通过的打开状态，弹簧顶部设有用于承托所述阀球的阀球座，阀球座上设有与阀口相通的球座循环孔。本装置进行灌浆时不需要间断作业且工作状态稳定，且能够减少工程量，提高固井作业的工作效率，同时减少了灌浆过程中需要的零部件，减少了生产成本。

Description

固井用套管自动灌浆装置

技术领域

本发明涉及油气井固井装置技术领域，具体涉及一种固井用套管自动灌浆装置。

背景技术

在石油钻井及固井作业中，技术人员通常采用空套管连接常规的浮箍、浮鞋入井，浮箍的本质为单流阀，安装在套管串上后，只能允许在套管内发生正循环，单流阀限制了流体不能倒灌入套管串内，因此在下套管作业中，采用间断灌浆的作业形式，能够保持套管内外的压力平衡，利于管柱入井，防止套管被挤坏。而通常一口油井，在下入套管的过程中，需要多次使用灌浆管线来进行人工灌浆，作业时间长，劳动强度高，存在有安全风险；不仅如此，技术人员还要对灌入量进行控制，操作过程繁琐，当出现井壁失稳的问题时，会发生卡套管或埋套管的事故，直接导致井眼报废。

授权公告号为CN2718216Y，授权公告日为2005.8.17的中国专利公开了一种碰压式浮箍，它是由弹簧座、压力弹簧、滑动杆、密封球体、密封环、碰压座、碰压胶囊和碰压式浮箍壳体连接而成。在此装置中，弹簧座固定在碰压式浮箍的壳体内，弹簧固定在弹簧座中，并且在弹簧座的中心孔中插设有为弹簧提供带导向支撑的滑动杆，滑动杆与作为阀球的密封球体固定连接，并且能够带动阀球上下动作以形成单向阀，与设置在阀球上方的碰压座实现封堵，碰压座内设置有环台的凹槽，在浮箍壳体内设有与碰压座配合的碰压胶囊，碰压胶囊的外周面上设有与环台凹槽配合的倒刺结构，并依靠倒刺结构与环台的挡止配合实现对阀球的顶压，以此实现管路的封堵。

授权公告号为CN205422636U，授权公告日为2016.08.03的中国专利公开了一种自灌式浮箍，其中包括两端能够与套管连接的壳体，在壳体中设置有内阀座及阀芯，带有网孔的花篮与内阀座相连，并且阀芯贯穿于花篮的中部，并且在阀芯与花篮之间设有弹性元件和限位元件与花篮相连，壳体内的阀芯能够在弹性元件和限位元件的作用下来实现单向阀的功能，其中弹性元件为套设在阀芯上的弹簧，限位元件为卡设在阀芯外周面的钢珠，在下套管的过程中，钻井内的液体也可以通过花篮壁上网孔进入上方套管内，使套管内的外压力平衡；当有向下的压力时，阀芯下行，使限位元件脱落，弹性元件复位，将内阀座的通孔封堵，转为普通的浮箍，但其中存在的问题是利用钢珠来卡住弹簧，使其不能复位，这种控制关系不稳定，当钢珠由于震动或其他方式从阀芯与花篮之间脱离时，钢珠对弹簧的限制就失效，弹簧可以复位，无法实现保持壳内的内腔上下通透，从而不能实现自动灌浆的功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种固井用套管自动灌浆装置，能够在下套管的过程中进行灌浆，不需要间断作业且工作状态稳定，且该自动灌装装置能够减少工程量，提高固井作业的工作效率，同时减少了灌浆过程中需要的零部件，减少了生产成本。

为实现上述目的，本发明中固井用套管自动灌浆装置采用如下技术方案：

技术方案1：固井用套管自动灌浆装置，包括筒状的装置主体，装置主体内设有单流阀组件，单流阀组件包括弹簧座，弹簧座上设有用于将阀球顶压到单流阀组件的阀口上的弹簧，所述阀口由设置在装置主体内的单向活动阀座形成，所述单向活动阀座包括两只以上的上下摆动的阀块，阀块具有相互对合而形成阀口的对合状态和向下单向摆动以供投入的阀球由上至下通过的打开状态，所述弹簧顶部设有用于承托所述阀球的阀球座，所述阀球座上设有与阀口相通的球座循环孔。

其有益效果在于：装置主体为筒状结构，其内部设有供用于固井用的泥浆或钻井液流通的通道，泥浆通过装置主体从上层的套管串中向装置主体与油井之间的环空进行灌浆，以达到固井的作用，在装置主体在下落的过程中，技术人员可以在井口注入泥浆，泥浆通过装置主体的底部进入到装置主体的内部，使装置主体与油井之间的钻井液被冲洗掉，便于后续在装置主体与油井之间进行灌浆，此时泥浆通过装置主体底部进入到装置主体的内部，并通过单流阀的底部进入到装置主体的上方，以此完成了清洗过程，若泥浆从装置主体中向装置主体外侧的环空进行灌浆时，装置主体可以一直下落进行灌浆，单流阀能够保证装置主体下方的泥浆不会倒灌，减少了在套管串上安装浮箍与浮鞋的步骤，节约了生产成本，不需要间断灌浆，提高了生产的效率。

在装置主体下落到指定位置时，在装置主体内投入阀球，阀球能够使阀块打开，使泥浆进入到装置主体下方，同时阀球受到泥浆的冲击并带动弹簧向下位移，弹簧带动弹簧套筒压缩，阀球封堵了阀球座上的球座循环孔。泥浆只能以从装置主体的上方到装置主体的下方进行单向循环，装置主体可以一直向下移动，灌浆工作不会间断，同时阀球保证了泥浆不会从装置主体的下方倒灌，提高了在固井过程中下套管的效率。

技术方案2：在技术方案1的基础上，所述阀块活动设置在阀块支撑座上，所述阀块支撑座设置在弹簧上方。

其有益效果在于：将阀块活动设置在位于弹簧上方的阀块支撑座上，能够保证阀块的安装强度，提高阀块工作的稳定性。

技术方案3：在技术方案2的基础上，所述弹簧座包括设置在装置主体中的支撑环和设置在支撑环上对弹簧进行导向支撑的弹簧套筒；所述支撑环、弹簧套筒和阀块支撑座形成一个位于装置主体与弹簧套筒之间的环空。

其有益效果在于：所述环空能够成为由装置主体内向外侧流通的一个单向循环通道，提高该装置的工作稳定性。

技术方案4：在技术方案3的基础上，所述支撑环上设有连通所述环空与支撑环下方空间的弹簧座循环孔。

其有益效果在于：在支撑环上设置有循环孔，能够保证单向循环通道的流通性，并且能够增加单位时间内流体的通过量。

技术方案5：在技术方案3或4的基础上，所述弹簧套筒为分体式结构，包括上弹簧套筒和下弹簧套筒，上弹簧套筒的外周面与下弹簧套筒的内侧面导向移动配合。

其有益效果在于：将弹簧套筒设置为分体式结构，上套筒与下套筒能够导向运动，上套筒与下套筒之间只有上套筒在下套筒中运动，没有其他的变形，减少了上、下套筒的损耗，提高了上、下套筒的寿命。

技术方案6：在技术方案1的基础上，所述装置主体的底部为引鞋结构，所述引鞋结构的外周面上设有连通装置主体内外两侧的底部循环孔。

其有益效果在于：使用引鞋结构，能够保证装置主体在工作过程中的安全性，同时设置在引鞋结构外周面上的底部循环孔能够保证装置主体内外两侧的良好循环，保证装置工作的稳定性。

技术方案7：在技术方案1的基础上，所述装置主体内设有位于阀口上方，与对投入的阀球进行顶压的胶塞进行固定的胶塞固定座，所述胶塞固定座为内部设有定位锯齿的套筒。

其有益效果在于：在装置主体内设置有与其配套的胶塞，胶塞能够在装置主体内与内部设有定位锯齿的胶塞固定座挡止配合，使胶塞固定在装置主体内，胶塞对阀球有压迫作用，能够防止泥浆因为油井内地层对其产生的压力而倒灌入装置主体中，胶塞起到了憋压候凝的作用。

技术方案8：在技术方案7的基础上，所述胶塞上设有所述定位锯齿挡止配合的倒齿形胶皮。

其有益效果在于：倒齿形胶皮能够保证与胶塞固定座的上的锯齿良好配合，从而提高了胶塞受到泥浆压力时的稳定性。

技术方案9：在技术方案6-8中任一项的基础上，所述胶塞的底部设有与投入的阀球外轮廓吻合的半球形凹槽。

其有益效果在于：在胶塞的底部设置有与阀球外周面适配的凹槽，能够保证胶塞与阀球的接触面，增大胶塞对阀球的顶压力，保证阀球能够在装置主体中起到顶压防止倒灌的作用。

技术方案10：在技术方案9的基础上，所述胶塞的外周面上设有与处于打开状态的阀块进行挡止配合的卡槽。

其有益效果在于：在胶塞的外周面上设有卡槽，能够保证阀块与胶塞的配合关系，增加了胶塞在装置主体内受到的约束情况，提高了胶塞固定的稳定性，从而增强了抵抗泥浆倒灌的冲击力。

附图说明

图1为本发明中固井用套管自动灌浆装置的结构示意图；

图2为本发明中与固井用套管自动灌浆装置配套的胶塞结构示意图。

图中：1.装置主体；2.阀块支撑座；3.弹簧座；4.装置主体顶部；5.阀块；6上弹簧套筒；7.下弹簧套筒；8.弹簧；9.阀球底座；10.弹簧套筒循环孔；11.弹簧座循环孔；12.底部循环孔；13.装置主体底部；14.胶塞固定座；15.套管串；16.胶塞；17.胶塞顶部；18.倒齿；19.卡槽；20.圆弧形凹面。

具体实施方式

如图1至图2所示，为本发明中固井用套管自动灌浆装置的一种具体实施例：固井用套管自动灌浆装置包括供泥浆或钻井液或其他流体通过的装置主体1，在装置主体1内设置有能够控制装置主体1通断的单流阀结构，装置主体顶部4设有与其他套管串连接的外螺纹，装置主体底部13为引鞋结构，能够对装置主体1进行保护。

在装置主体1的中部，设有两个相互平行的支撑环，分别为阀块支撑座2和弹簧座3，阀块支撑座2和弹簧座3中都设有供流体通过的中心孔。阀块支撑座2与弹簧座3之间设有能够为进入装置主体1内的阀球进行支撑的弹性支撑结构，具体为内部设有弹簧8的分体式的弹簧套筒，弹簧套筒分为上下两部分，上弹簧套筒6套装在下弹簧套筒7内，并且上弹簧套筒6能够与下弹簧套筒7导向配合，使上弹簧套筒6能够在下弹簧套筒7内上下直动，开设在阀块支撑座2中的中心孔与弹簧座3中的中心孔通过弹簧套筒连通，使其成为一个供流体流过的通道。并且上弹簧套筒6与下弹簧套筒7配合使其与装置主体1之间形成了一个环空结构。

在阀块支撑座2的内环处，设有作为阀块5的挡块，阀块5通过扭簧连接在中心支撑环2的中心孔处，当阀球压迫阀块5时，阀块5能够向下转动，使阀块5连接与阀块支撑座2之间形成了一个开口。另外，在弹簧座3远离中心孔的侧边均布有弹簧座循环孔11，阀块5在处于受到阀球压迫时的解封位，阀块5处的开口打开，与设置在弹簧座3上的弹簧座循环孔11将装置主体1与弹簧套筒之间的环空连通，当阀块5没有受到阀球的压迫时，处于闭合状态的封堵位，此时环空无法连通。

设置在阀块支撑座2内环处的阀块5连接有弹簧套筒的上弹簧套筒6，使上弹簧套筒6能够随着阀块5的动作而上下动作。在弹簧8的上方，设置有能够被阀球封堵的阀球底座9，阀球底座9的中部设有直径小于阀球直径的球座循环孔，能够通过阀球封堵阀球底座9来实现装置主体1内的通断。

在装置主体底部13，设有底部循环孔12，流体能够通过底部循环孔12来实现装置主体1内外两侧的交流。在装置主体1的中部，设有能够为投入到装置主体1内起到憋压候凝作用的胶塞16起到固定作用的胶塞固定座14，胶塞固定座14为内部设有定位锯齿的套筒，套筒的外侧设有与装置主体1螺接的螺纹，在所述套筒的中部，设有截面积由上到下依次增大的定位锯齿，同时，在胶塞16的外表面上设有与胶塞固定座14配合的倒齿18，能够实现与胶塞固定座14的挡止配合。其中，胶塞顶部17为圆弧形的胶帽，胶塞16的下部为与阀球的外周面吻合的圆弧形凹面20，能够与阀球更好的吻合。在胶塞16靠近圆弧形凹面20的一端，设有与阀块5配合的卡槽19。

在技术人员使用本发明中固井用套管自动灌浆装置进行固井作业时，直接将装置主体顶部4与其他的套管串15螺接，免去了在装置主体1上安装浮箍与浮鞋的步骤，然后将装置主体1投入到油井中，并下放装置主体1，装置主体1与油井之间的泥浆通过设置在装置主体底部13的底部循环孔12进入到装置主体底部13中，此时装置主体的上部没有投入阀球，阀块5处于封堵位，进入装置主体底部13的泥浆无法通过装置主体1与弹簧套筒之间的环空，而只能通过弹簧座3的中心孔进入到弹簧套筒中，再从弹簧套筒中流入到装置主体顶部4，最后进入到其他的套管串15中，省下了下套管过程中，间断式灌浆的步骤，能够达到平衡底层压力的效果，并提高了工作效率。

当装置主体1下放到预定位置后，在装置主体1内投入与其配合的阀球，并在与装置主体1连接的其他套管串中泵送泥浆，以形成由装置主体1内向外侧灌浆的正洗循环，阀球通过自重和泥浆推送的作用下通过胶塞固定座14到达阀球底座9的上方，此时阀块5受到泥浆的冲击而无法开启，阀球受到了设置在阀块5的限制，使泥浆无法从装置主体1的上方进入到装置主体1的下方，而装置主体1的上方仍在泵送泥浆，压力增加推动阀球向下运动，阀球推动阀块5转动，阀块5处于一个解封位，同时，阀块5带动上弹簧套筒6向下位移，使装置主体1与弹簧套筒之间仍能保持封隔的状态。阀块5处于解封位时连通了装置主体1的上方和装置主体1与弹簧套筒所形成的环空，泥浆能够从阀块5处进入到环空中，并从弹簧座3上的弹簧座循环孔进入到装置主体底部13，从底部循环孔12向油井内灌浆。

在装置主体1内继续泵送泥浆，打压至一定压力时，阀球通过阀块5，落入到阀球底座9上，并且封堵了阀球底座9上的中心孔，阀球受到弹簧8的支撑，弹簧8受压变形，向下位移，阀块5的开口会变大，使泥浆通过阀块5进入到环空内，以此建立起单向正循环，平衡在下套管过程中地层的压力，并在泵送一定的泥浆之后，注入用于固井用的水泥浆。

当循环结束后，停止泵送水泥浆，阀球对弹簧8的压力减小，弹簧8开始恢复形变，向上伸展，弹簧8带动阀球向上位移，并带动上弹簧套筒6及阀块5向上运动，直到阀块5处于封堵位，此时阀球封堵了泥浆进入到装置主体底部13的通路。

在装置主体1中投入用于憋压候凝的胶塞16，在胶塞16上方打入一定的压力，压力推动胶塞顶部17圆弧形的胶帽往下运动，胶塞16具有一定的形变能力，能够受到压力推动在胶塞固定座14内运动，胶塞16与胶塞固定座14初步接触后，胶塞固定座14能够对胶塞16有一个阻挡作用，胶塞16上方继续加压，胶塞16在胶塞固定座14内继续向下运动，直到胶塞16接触到阀球，胶塞16外周面上的倒齿18与胶塞固定座14挡止配合，能够增加对阀球的顶压力，防止装置主体1下方的泥浆倒灌冲开阀球，胶塞16上的卡槽19能够与处于解封位的阀块5配合，实现对阀块5的封堵，使装置主体1下方的水泥浆无法进入到装置主体1的上方，在装置主体1与油井之间环空的水泥浆无法流动，直至凝固。

在其他实施例中，弹簧套筒及弹簧还可以替换为其他形式，例如将弹簧套筒设为能够支撑阀球的支座，支座上设有供流体通过的结构，以保证本装置能够实现由装置主体内部向外部流动灌浆的正循环工作过程。

在其他实施例中，装置主体的底部还可以替换为其他形式，例如将装置主体的底部设为开放式的敞口，直接将装置的内外两侧连通。

在其他实施例中，装置主体的底部还可以替换为其他形式，例如将装置主体的底部设为锥形结构，在锥形结构上设有连通装置内外两侧的通道。

在其他实施例中，阀块的连接方式还可替换为其他形式，例如将阀块通过拉簧与阀块支撑座连接。

在其他实施例中，阀球座的布置方式还还可以替换为其他形式，例如阀球座的表面不设置凹面，直接设有与阀球进行配合的球座循环孔。

在其他实施例中，胶塞固定座内的定位锯齿还可以替换为其他形式，例如在胶塞固定座内设置有环台，环台的平面可以与胶塞外周面上的倒齿形胶皮挡止配合以实现胶塞的固定。

在其他实施例中，装置内还可以不设置固定胶塞的胶塞固定座，而是在装置的顶部另外连接胶塞固定座。

在其他实施例中，装置主体内的阀块支撑座与弹簧座还可以与装置主体一体成型。

Claims (7)

1.固井用套管自动灌浆装置，包括筒状的装置主体，装置主体内设有单流阀组件，单流阀组件包括弹簧座，弹簧座上设有用于将阀球顶压到单流阀组件的阀口上的弹簧，其特征在于：所述阀口由设置在装置主体内的单向活动阀座形成，所述单向活动阀座包括两只以上的上下摆动的阀块，阀块具有相互对合而形成阀口的对合状态和向下摆动以供投入的阀球由上至下通过的打开状态，所述弹簧顶部设有用于承托所述阀球的阀球底座，所述阀球底座上设有与阀口相通的球座循环孔，所述阀块活动设置在阀块支撑座上，所述阀块支撑座设置在弹簧上方，所述弹簧座包括设置在装置主体中的支撑环和设置在支撑环上对弹簧进行导向支撑的弹簧套筒；所述支撑环、弹簧套筒和阀块支撑座形成一个位于装置主体与弹簧套筒之间的环空，所述支撑环上设有连通所述环空与支撑环下方空间的弹簧座循环孔，阀块向下转动，使阀块与阀块支撑座之间形成一个开口，阀块处的开口与设置在弹簧座上的弹簧座循环孔将装置主体与弹簧套筒之间的环空连通。

2.根据权利要求1所述的自动灌浆装置，其特征在于：所述弹簧套筒为分体式结构，包括上弹簧套筒和下弹簧套筒，上弹簧套筒的外周面与下弹簧套筒的内侧面导向移动配合。

3.根据权利要求1所述的自动灌浆装置，其特征在于：所述装置主体的底部为引鞋结构，所述引鞋结构的外周面上设有连通装置主体内外两侧的底部循环孔。

4.根据权利要求1所述的自动灌浆装置，其特征在于：所述装置主体内设有位于阀口上方，对投入的阀球进行顶压的胶塞进行固定的胶塞固定座，所述胶塞固定座为内部设有定位锯齿的套筒。

5.根据权利要求4所述的自动灌浆装置，其特征在于：所述胶塞上设有所述定位锯齿挡止配合的倒齿形胶皮。

6.根据权利要求4或5所述的自动灌浆装置，其特征在于：所述胶塞的底部设有与投入的阀球外轮廓吻合的半球形凹槽。

7.根据权利要求6所述的自动灌浆装置，其特征在于：所述胶塞的外周面上设有与处于打开状态的阀块进行挡止配合的卡槽。

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