CN109779566A - 一种可钻分级箍 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油井封固技术领域，具体涉及用于分级固井的可钻分级箍，其包括：本体，本体被构造成大致筒状且其侧壁设有循环孔；第一滑套，第一滑套内置于本体中并封堵循环孔，第一滑套配置有第一密封塞以密封第一滑套的内部空间；第一连接件，第一连接件连接本体和第一滑套，第一连接件包括第一固定部和第一连接部，第一连接件被构造且布置成在受到足以断裂第一连接件的力后，第一连接件在第一固定部与第一连接部的结合处规则断开并且第一连接部在断开后容纳在第一滑套中，第一滑套在本体中移动至打开循环孔。

Description

一种可钻分级箍

技术领域

本发明涉及油井封固技术领域，具体涉及用于分级固井的可钻分级箍。

背景技术

固井过程一般通过将套管下到设计井深，并在套管与井眼环空中注入水泥浆，利用水泥浆的凝固来封固环空以阻止层流体之间相互窜漏，从而保护产层、加固井壁、支撑套管同时防止层流体对套管的腐蚀，并且建立安全钻井通道和油、气生产通道。固井是油气井建井过程的重要环节。

但是，现有固井装置及技术在进行固井操作时经常会发生固井失败的情况。由于可钻分级箍是在井下约1500米的位置进行作业，并且可钻分级箍的作业无法实施逆向操作，这导致一旦出现问题，则整个固井作业即宣告失败，而且当固井失败的情况发生时，操作人员及技术人员无法进行可视化观察来及时确定固井失败的主要原因，从而导致增加了固井作业的作业时间和成本。

如图1-3所示，现有的可钻分级箍通常包括外套1′、内套2′、重力塞座 3′、关闭塞座4′、滑块5′、卡簧6′、打开销7′、关闭销8′、导向销9′、重力塞10′、二级胶塞11′以及上接头、下接头和密封圈等。上述可钻分级箍结构复杂、部件之间配合较多易发生配合失效等问题。发明人通过总结分析现有可钻分级箍在固井过程中出现的问题发现，固井成功与否主要取决于可钻分级箍的水泥浆循环孔是否能够有效启闭。现有的可钻分级箍在固井过程中可能发生如下导致水泥浆循环孔无法有效启闭的情况：(1)重力塞下落过程中可能出现重力塞与重力塞座密封失效的问题而导致水泥浆循环孔打开失败； (2)打开销在断裂时，其断裂面残留凸起嵌入内套而使内套下行困难，使得水泥浆循环孔打开失败；(3)如果井上操作失误导致错误施加了过大的压力，则在滑块限位瞬间，滑块将以极大的径向力向内挤压铝合金关闭塞座，而当该径向力大于铝合金的机械性能时导致关闭塞座变形，滑块的限位失效，内套继续下行，使得水泥浆循环孔打开瞬间又被关闭；(4)关闭销在断裂时为不规则断裂并且具有不确定的断裂位置，这使得关闭销在断裂发生后不规则的断裂面而影响甚至阻止关闭塞座的下行，这使得滑块无法退入关闭塞座的凹槽，内套不能解除位置限制，无法下行，无法实现对水泥浆循环孔的关闭。

基于此，本发明提出一种结构简单新颖且能同时解决上述问题之一的可钻分级箍。

发明内容

因此，本发明的任务是提供一种可钻分级箍，借此克服上述现有技术的缺点。

为了完成上述任务，本发明提供一种可钻分级箍，包括：本体，所述本体被构造成大致筒状且其侧壁设有循环孔；第一滑套，所述第一滑套内置于所述本体中并封堵所述循环孔，所述第一滑套配置有第一密封塞以密封所述第一滑套的内部空间；第一连接件，所述第一连接件连接所述本体和所述第一滑套，所述第一连接件包括第一固定部和第一连接部，所述第一连接件被构造且布置成在受到足以断裂所述第一连接件的力后，所述第一连接件在所述第一固定部与所述第一连接部的结合处规则断开并且所述第一连接部在断开后容纳在第一滑套中，所述第一滑套在所述本体中移动至打开所述循环孔。

优选地，所述第一连接件的第一连接部以渐缩式的锥部结合至所述第一固定部。

优选地，所述锥部的锥度被构造为1:2。

优选地，所述第一连接部的断面形成为面向所述第一固定部的曲面凸起。

优选地，所述本体还包括第一导向件，所述第一导向件设置在所述本体侧壁上，所述第一滑套的外壁设有第一导向槽，所述第一导向件由所述第一导向槽导向并沿着所述第一导向槽移动。

优选地，还包括设置在本体中的第二滑套，所述第二滑套在其一端由内壁限定出第二座部，所述第二座部配置有第二密封塞，所述第二密封塞作用于所述第二座部，使得所述第二滑套相对于所述本体轴向移动以封堵被所述第一滑套打开的循环孔。

优选地，还包括第二连接件，所述第二连接件连接所述本体和所述第二滑套，所述第二连接件包括第二固定部和第二连接部，所述第二连接件被构造且布置成在受到沿轴向施加的足以断裂所述第二连接件的力后，所述第二连接件在所述第二固定部与所述第二连接部的结合处规则断开并且所述第二连接部在断开后容纳在第二滑套中，所述第二滑套在所述本体中移动至打开封堵所述循环孔。

优选地，所述本体还包括第二导向件，所述第二导向件设置在所述本体侧壁上，所述第二滑套的外壁设有第二导向槽，所述第二导向件导向所述第二导向槽，使得所述第二滑套相对所述本体轴向移动至所述第二滑套封堵所述循环孔。

优选地，所述第一密封塞包括塞体、塞盖以及内容物，所述塞盖的周面开设斜槽，所述斜槽相对于所述第一密封塞的纵轴线形成10°-30°的倾斜角。

优选地，所述内容物容置在所述塞体的内腔中，所述塞盖接合所述塞体以将内容物封闭在所述塞体内，所述内容物包括熔铅和铅粒。

本发明的其它特征和优点的一部分将会是本领域技术人员在阅读本申请后显见的，另一部分将在下文的具体实施方式中结合附图描述。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中：

图1为现有可钻分级箍的截面图；

图2为现有可钻分级箍的循环孔的打开视图，同时示出在下一阶段关闭循环孔所需的二级胶塞；

图3为现有可钻分级箍的循环孔关闭视图；

图4为本发明可钻分级箍的循环孔打开视图；

图5为本发明可钻分级箍的循环孔关闭视图；

图6为本发明可钻分级箍的装配视图；

图7为本发明可钻分级箍的第二密封塞的截面图；

图8为本发明可钻分级箍的第一密封塞的截面图；

图9为本发明可钻分级箍的第一(第二)连接件的主视图；

图10为本发明第一(第二)连接件断开视图；

图11为本发明可钻分级箍的第一(第二)连接件在本体和相应滑套内断开的局部剖视图。

具体实施方式

现参考附图来详细说明根据本发明的可钻分级箍的示例性方案。提供附图是为了呈现本发明的多个实施方式，但附图不必按具体实施方案的尺寸绘制，并且某些特征可被放大、移除或局剖以更好地示出和解释本发明的公开内容。附图中的部分构件可在不影响技术效果的前提下根据实际需求进行位置调整。在说明书中出现的短语“在附图中”或类似用语不必参考所有的附图或示例。

在下文中被用于描述附图的某些方向性术语，例如“内”、“外”、“上”、“下”和其它方向性术语将被理解为具有其正常含义且指正常观看附图时所涉及的那些方向。除非另有指明，否则本说明书所述方向性术语基本按照本领域技术人员所理解的常规方向。

本发明中所使用的术语“第一”、“第一个”、“第二”、“第二个”及其类似术语在本发明中并不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于将一个零部件与其它零部件区分开。

本发明提供一种可钻分级箍1，如图4-11所示，该可钻分级箍1包括本体10、第一滑套11以及第一连接件15。其中，本体10被构造成大致筒状并且在本体10的侧壁上设有供水泥浆流动的循环孔19(也称为水泥浆循环孔)。本体10的上方通常连接有上接头，而其下方连接有下接头(未标示)。上接头和下接头可分别采用符合国际标准API的5.5吋长圆扣连接螺纹与相应的套管进行连接。该第一滑套11也可称为打开滑套。第一滑套 11设置在本体10内部，并且在初始状态下封堵本体10上的循环孔19，第一滑套11在其靠近循环孔19的一侧端部形成渐缩式的第一座部，第一滑套11配置有第一密封塞13(第一密封塞也称为重力塞)，第一密封塞 13接合第一座部并适形于第一座部以密封第一滑套11的内部空间。第一连接件15将本体10和第一滑套11进行相对固定，第一连接件15包括第一固定部152和第一连接部150。第一连接件15被构造和布置成在受到足以使其断裂的力后，在第一固定部152和第一连接部150的结合处，第一连接件15发生规则断裂，断裂后的第一连接部150被第一滑套11所容置，并且在第一滑套11与本体10断开连接后，第一滑套11相对于本体10开始下行，而第一连接部150则随着第一滑套11在本体10中沿着轴向下移直到第一滑套11打开循环孔19。上述可钻分级箍1在第一滑套11需要下行打开循环孔19时，第一连接件15能够在第一滑套11与本体10断开连接后形成规则断开的第一连接部150和第一固定部152，这使得断开的第一连接件15不会在端部残留异形凸起(指的是带有尖端部分的凸起结构) 而阻挡第一滑套11下行设置妨碍循环孔19的打开，该可钻分级箍1可确保第一滑套11顺利下行打开循环孔19以使灌注水泥浆能够进入环空，从而保障固井作业的顺利完成并提高固井作业的操作效率。

如图4、8所示，可钻分级箍1的第一密封塞13主要包括塞体130、塞盖132和内容物134。其中，塞体130被构造成具有内腔的锥状体，塞盖132接合塞体130的口部，在塞体130内容纳有增重塞体130的内容物 134。为了加速第一密封塞13的下行并确保第一密封塞13能够与第一滑套11的第一座部紧密接合并实现对第一滑套11内部空间的有效密封，塞盖132的周面还开设有斜槽136，斜槽136相对于塞盖132的主平面形成有倾斜角。斜槽136的个数优选2-6个。该斜槽136的倾斜角(相对于第一密封塞13的纵轴线)优选在10-30°范围内。塞盖上的斜槽有利于使重力塞在自重下落时发生旋转，因为待作业的井是斜的，重力塞如果无法旋转下落则会在沿着套管壁下滑时翻滚碰撞套管壁，从而摩擦损坏重力塞。。

具体操作中，如图4、6所示，在将第一密封塞13从井口投入套管中后，第一密封塞13依靠自身重力快速下行而插入第一滑套11中并与其形成密封。此时，为了使第一滑套11下行而打开循环孔19，可在井口施加液压(比如7MPa)，作用力使得连接第一滑套11和本体10的第一连接件 15发生规则断裂。作用于第一密封塞13的作用力在第一连接件15断裂后继续压迫形成的第一连接部150，使得第一连接部150被迫退入第一滑套 11中而没有嵌入本体10中，第一连接部150跟随第一滑套11继续沿轴向下移，从而顺利打开循环孔19。

如图8所示，第一密封塞13中的内容物134容置在塞体130的内腔中，塞盖132接合塞体130将内容物134封装在塞体130中，内容物134 包括依次注入塞体130的熔铅和铅粒，熔铅和铅粒的重量比可为2：8，当然，本领域技术人员根据实际需求也可对上述熔铅和铅粒的加入量的比值进行调整，这不脱离本申请的范围。其中熔铅在浇铸后可以与塞体130(可以是铝制件)铸成一体件，这样既可以提高第一密封塞13端的强度，又能够使第一密封塞13的中心相对恒定而有利于第一密封塞13的旋转。而铅粒的主要作用是增加第一密封塞13的重量，通常可选用直径为3-5毫米的铅粒对第一密封塞13进行配重，利用铅粒来调整重力塞的重量能够满足不同油井对于不同重量重力塞的需求。

如图9至11所示，第一连接件15的第一连接部150被构造成以渐缩式的锥部154结合至第一固定部152。该渐缩式的锥部154在第一连接件 15的径向具有0.5-1mm范围内的深度。该渐缩式的锥部154的锥角度数可选在30-60度范围内。该第一连接件15被构造成销轴结构，第一连接部 150的直径小于第一固定部152。第一固定部152的周面上设有螺纹以用于将第一连接件15固定至本体10侧壁上。第一连接部150插入第一滑套 11侧面设置的容置孔中从而将第一滑套11和本体10进行相对固定。渐缩式的锥部154的设计可确保第一连接部150和第一固定部152之间易于在受力情况下发生规则断裂，规则断裂产生的断裂面不会对第一滑套11的下行造成干扰。该渐缩式的锥部154的锥度可优选设计为1：2。这样的锥度可以使第一连接部150和第一固定部152在断裂时具有可预测的断裂趋向，这种断裂趋向可满足第一滑套11相对于本体10的顺利下滑并不受到不规则断裂产生的具有尖锥凸起的结构的影响。

此外，在第一连接件15受外力作用后，第一连接部150会在径向上对第一滑套11造成挤压，而这种挤压会使第一滑套11在与本体10相邻接的位置发生变形，通常在朝向本体10的位置会出现较大的变形，这种变形极有可能增加第一滑套11下行的阻力而阻碍第一滑套11下行。但是本发明中采用的渐缩式的锥部154设计(锥度的选取)可为因挤压产生的变形提供空间并且变形主要发生在锥部位置，这样的变形朝向本体10延伸而对本体10产生影响，本体10和第一滑套11之间仍保有足够的滑动间隙来确保第一滑套11能够相对本体10顺利下行。

该第一连接件15在断开时沿着渐缩式的锥部154的圆周断裂，第一连接部150在与第一固定部152在断开后，其断面形成为凸起，该凸起形成为朝向第一固定部152的曲面凸起，优选为弧形凸起156。这样较为平滑的断面不会在第一滑套11相对于本体10的下行过程中嵌入本体10并抑制第一滑套11的下行，这样可保障循环孔19的顺利打开。

如图4至6所示，该可钻分级箍1的本体10还包括第一导向件17，所述第一导向件17设置在所述本体10侧壁上并且位于第一连接件15的轴向下方，第一导向件17和第一连接件15之间间隔开一段距离，所述第一滑套11的外壁设有第一导向槽110，所述第一导向件17由所述第一导向槽110导向并沿着所述第一导向槽110移动，使得所述第一滑套11相对所述本体10沿轴向移动并打开所述循环孔19打开，然后第一滑套继续下行直到抵接下接头而停止下行。其中，第一导向件17固定在本体10的侧壁上并且部分插入第一导槽中，在第一连接件15断开后，第一导向件 17沿着第一导槽滑移并使第一滑套11在二者的导引下轴向下移，直到打开循环孔19。第一导向件17对第一滑套11的沿轴向的行程导向使第一滑套11能够在既定方向有效下移。

如图4、6所示，该可钻分级箍1还包括第二滑套12，该第二滑套12 设置在本体10中并且位于第一滑套11的上方，第二滑套12在其远离第一滑套11的一侧限定出第二座部，第二座部配置有第二密封塞14(第二密封塞也称为)，第二密封塞14抵接至第二座部并在外力作用下使第二滑套12相对于本体10轴向移动以封堵被第一滑套11打开的循环孔19。该第二滑套12也可称为关闭滑套。该第二滑套12主要用于在水泥浆灌注完成后封闭打开的循环孔19。第二密封塞14通常选用胶塞，将第二密封塞 14插入第二滑套12中并封闭第二滑套12的内部空间，在其上施加作用力以促使第二密封塞14下压灌注的水泥浆使得水泥浆能够经由循环孔19注入本体10外的环空。

如图5所示，在第二滑套12与本体10之间还设有第二连接件16以将第二滑套12相对于本体10进行固定。第二连接件16包括第二固定部 162和第二连接部160，第二连接件16被构造且布置成在受到沿轴向施加的足以断裂第二连接件16的力后，第二连接件16在第二固定部162与第二连接部160的结合处规则断开并且第二连接部160在断开后容纳在第二滑套12中，第二滑套12在本体10中移动直至打开封堵的循环孔19。第二连接件16优选与第一连接件15构造成具有相同的结构。第一连接件15 和第二连接件16均可构造为应力销，该应力销在受到断裂应力后能够发生规则断裂并且形成平滑断面而不影响对应滑套的轴向下移。

如图4至6所示，本体10的侧壁上还设置有第二导向件18，第二滑套12的外壁设置第二导向槽120，第二导向槽120由第二导向件18导向并沿着第二导向件18移动，从而第二滑套12相对本体10轴向下移直至将循环孔19关闭。第二导向件18优选与第一导向构造成具有相同的结构，第一导向件17和第二导向件18均可构造为导向销，该导向销分别用于在打开循环孔19和关闭循环孔19的过程中导向第一滑套11和第二滑套12 下移。

在按照预定要求完成水泥浆灌注后，将第二密封塞14从井口投入套管中，并在井口施加液压，第二密封塞14受力下行并挤压水泥浆经循环孔注入环空。具体参见图5、7，第二密封塞14在接触第二滑套12时，施加液压(比如10MPa)，此时连接第二滑套12和本体10的第二连接件16 发生可预测断裂倾向(比如按照其所具有的锥度可预测断裂后形成的第二连接部160具有平滑的凸起)的规则断裂，断裂后形成的第二连接部160 受力被压入第二滑套12中而没有嵌入本体10中而妨碍第二滑套12下移，从而使第二滑套12顺利下移并在接触第一滑套11后下行到位，从而将循环孔19封闭。

在上述操作完成后，待水泥浆凝固后，可采用专用的钻头钻取第二密封塞14、第二滑套12、第一密封塞13以及第一滑套11，从而完成固井作业。

具体操作中，在进行上述固井作业操作之前需对所涉及的零部件进行装配，装配步骤主要包括：将第一滑套11和第二滑套12依次装入本体10 中，采用连接件依次对本体10和相应的滑套进行固定，比如将第一连接件15(比如应力销)的第一固定部152(螺纹部分)拧入本体10上按需设置的 4个螺孔中，而连接件的第一连接部150(销轴部分)插入第一滑套11的孔内使得第一滑套11和本体10之间彼此固定，此时第一滑套11封闭水泥浆循环孔19；接着进行第二连接件16的安装，其步骤与第一连接件15相同，第二连接件16用于对第二滑套12和本体10进行相对固定；然后依次安装导向件，导向件具有固定部(螺纹部分)和导向部(销轴部分)，螺纹部分拧入本体10上按需布置的8个(均布在本体10周向，均匀对应两个滑套布置)螺孔中，销轴部分插入相应滑套的导向槽内；之后将上、下接头分别安装在本体10上以完成可钻分级箍1的装配工作。在对上述零部件进行装配之前，还需在各个零部件的表面涂防锈油(其它适用的防锈物质也包含在内)，导向槽内涂润滑剂(润滑油脂等)。在各零部件接合及安装连接件或导向件的位置附近均设置有密封槽(本领域普通技术人员可以根据实际密封需求进行设置)，并且各密封槽内安装有密封件(比如密封圈等)。

本发明的可钻分级箍利用构造成应力销的连接件将滑套相对于本体进行固定，在固井期间，按照要求断裂连接件以使滑套能够相对于本体移动以完成打开循环孔，进行水泥灌注以及在水泥灌注完成后关闭循环孔的操作。连接件的结构使得上述打开和关闭循环孔的操作能够有效进行而避免现有技术存在的水泥浆循环孔无法有效启闭的问题，有效提高了固井操作的成功率，并且在简化现有可钻分级箍所需的结构部件同时还获得了有利的效果。

虽然仅用有限量的实施例详细描述本发明，但是应当容易地理解，本发明不限于所公开的这样的实施例。相反，可通过合并任何数量的此前未描述的变化、改变、替代或等同装置来修改本发明，但是这与本发明的精神和范围相当。此外，虽然已经描述了本发明的各个不同实施例，可以理解，本发明的方面可仅包括实施例中的一些。因此，本发明不被视为受前述说明的限制，但仅受所附权利要求的限制。

附图标记列表

1可钻分级箍 15第一连接件

10本体 150第一连接部

11第一滑套 152第一固定部

110第一导向槽 154锥部

12第二滑套 156弧形凸起

120第二导向槽 16第二连接件

13第一密封塞 160第二连接部

130塞体 162第二固定部

132塞盖 17第一导向件

134内容物 18第二导向件

136斜槽 19循环孔

14第二密封塞。

Claims (10)

1.一种可钻分级箍(1)，其特征在于，包括：

本体(10)，所述本体(10)被构造成大致筒状且其侧壁设有循环孔(19)；

第一滑套(11)，所述第一滑套(11)内置于所述本体(10)中并封堵所述循环孔(19)，所述第一滑套(11)配置有第一密封塞(13)以密封所述第一滑套(11)的内部空间；

第一连接件(15)，所述第一连接件(15)连接所述本体(10)和所述第一滑套(11)，所述第一连接件(15)包括第一固定部(152)和第一连接部(150)，所述第一连接件(15)被构造且布置成在受到足以断裂所述第一连接件(15)的力后，所述第一连接件(15)在所述第一固定部(152)与所述第一连接部(150)的结合处规则断开并且所述第一连接部(150)在断开后容纳在第一滑套(11)中，所述第一滑套(11)在所述本体(10)中移动至打开所述循环孔(19)。

2.根据权利要求1所述的可钻分级箍(1)，其特征在于，所述第一连接件(15)的第一连接部(150)以渐缩式的锥部(154)结合至所述第一固定部(152)。

3.根据权利要求2所述的可钻分级箍(1)，其特征在于，所述锥部(154)的锥度被构造为1:2。

4.根据权利要求2所述的可钻分级箍(1)，其特征在于，所述第一连接部(150)的断面形成为面向所述第一固定部(152)的曲面凸起(156)。

5.根据权利要求2所述的可钻分级箍(1)，其特征在于，所述本体(10)还包括第一导向件(17)，所述第一导向件(17)设置在所述本体(10)侧壁上，所述第一滑套(11)的外壁设有第一导向槽(110)，所述第一导向件(17)由所述第一导向槽(110)导向并沿着所述第一导向槽(110)移动。

6.根据权利要求2所述的可钻分级箍(1)，其特征在于，还包括设置在本体(10)中的第二滑套(12)，所述第二滑套(12)在其一端由内壁限定出第二座部，所述第二座部配置有第二密封塞(14)，所述第二密封塞(14)作用于所述第二座部，使得所述第二滑套(12)相对于所述本体(10)轴向移动以封堵被所述第一滑套(11)打开的循环孔(19)。

7.根据权利要求6所述的可钻分级箍(1)，其特征在于，还包括第二连接件(16)，所述第二连接件(16)连接所述本体(10)和所述第二滑套(12)，所述第二连接件(16)包括第二固定部(162)和第二连接部(160)，所述第二连接件(16)被构造且布置成在受到沿轴向施加的足以断裂所述第二连接件(16)的力后，所述第二连接件(16)在所述第二固定部(162)与所述第二连接部(160)的结合处规则断开并且所述第二连接部(160)在断开后容纳在第二滑套(12)中，所述第二滑套(12)在所述本体(10)中移动至打开封堵所述循环孔(19)。

8.根据权利要求6所述的可钻分级箍(1)，其特征在于，所述本体(10)还包括第二导向件(18)，所述第二导向件(18)设置在所述本体(10)侧壁上，所述第二滑套(12)的外壁设有第二导向槽(120)，所述第二导向件(18)导向所述第二导向槽(120)，使得所述第二滑套(12)相对所述本体(10)轴向移动至所述第二滑套(12)封堵所述循环孔(19)。

9.根据权利要求1所述的可钻分级箍(1)，其特征在于，所述第一密封塞(13)包括塞体(130)、塞盖(132)以及内容物(134)，所述塞盖(132)的周面开设斜槽(136)，所述斜槽(136)相对于所述第一密封塞(13)的纵轴线形成10°-30°的倾斜角。

10.根据权利要求9所述的可钻分级箍(1)，其特征在于，所述内容物(134)容置在所述塞体(130)的内腔中，所述塞盖(132)接合所述塞体(130)以将内容物(134)封闭在所述塞体(130)内，所述内容物(134)包括熔铅和铅粒。