CN110761736A - 一种自锁式碰压浮箍装置以及固井胶塞防上浮方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种自锁式碰压浮箍装置，包括：环形壳、限位环、阀座、弹簧座、挂胶凡尔和弹簧，环形壳的上端和下端分别连接管道接箍；限位环设置在环形壳的上端口内，限位环内设置有多个单向限位爪，每个单向限位爪向上最大摆动至水平位置，向下最大摆动至竖直位置，每个单向限位爪的侧向轮廓呈三角形，其端部厚度大于根部厚度；阀座设置在环形壳的下方，阀座上设置有阀孔；弹簧座呈筒形，其侧壁镂空，其上端口连接在阀座的下端；挂胶凡尔的上端面向上覆盖阀孔，弹簧的上端顶在挂胶凡尔上，下端顶在弹簧座上。本发明还提出一种固井胶塞防上浮方法，采用以上所述的自锁式碰压浮箍装置实施。
Description
技术领域
本发明属于固井技术领域，具体涉及一种自锁式碰压浮箍装置以及固井胶塞防上浮方法。
背景技术
目前，在石油作业固井技术领域中，固井时往油井套管内下入胶塞后，胶塞推动水泥从浮箍浮鞋中的单向阀进入油井套管与井壁之间，直到胶塞运动到碰压短节后被阻挡，水平井和超深井的固井压力都非常大，浮箍浮鞋中的单向阀受到的反向压力也相应增大，一旦浮箍浮鞋单向阀失效，油井内部的反向压力将推动胶塞上浮，固井水泥将向上进入油井套管，增加了在油井套管内后形成长段水泥塞的风险，而现有的碰压短节只具有实现胶塞碰压功能，不能阻挡胶塞向上移动，无法满足水平井、超深井固井施工技术要求。
发明内容
鉴于此，本发明的目的是提供一种自锁式碰压浮箍装置以及固井胶塞防上浮方法，用于克服上述问题或者至少部分地解决或缓解上述问题。
本发明提出一种自锁式碰压浮箍装置，用于限制固井胶塞向上移动，包括：
环形壳，所述环形壳的上端和下端分别连接管道接箍；
限位环，所述限位环设置在所述环形壳的上端口内，所述限位环内设置有多个单向限位爪，每个所述单向限位爪向上最大摆动至水平位置，向下最大摆动至竖直位置，每个所述单向限位爪的侧向轮廓呈三角形，其端部厚度大于根部厚度；
阀座，所述阀座直接或间接连接在所述环形壳的下方，所述阀座上设置有阀孔，所述阀孔的下端口为喇叭口；
弹簧座，所述弹簧座呈筒形，其底部设置有通孔，所述弹簧座的侧壁镂空，所述弹簧座的上端口连接在所述阀座的下端；
挂胶凡尔，所述挂胶凡尔的上端面向上覆盖所述阀孔，所述挂胶凡尔的下端设置有直杆，所述直杆向下穿过所述通孔；和
弹簧，所述弹簧套装在所述直杆上，其上端顶在所述挂胶凡尔上，下端顶在所述弹簧座上。
本发明还具有以下可选特征。
可选地，还包括浮箍壳体，所述浮箍壳体的上端连接有管道接箍，所述管道接箍的上端与所述环形壳的下端相连接，所述阀座设置在所述浮箍壳体的上端口内。
可选地，所述限位环的内侧壁的同一环面上对称设置有多个长孔，每个所述长孔内均容纳一个所述单向限位卡爪，所述长孔的上边沿具有水平面，所述单向限位卡爪的根部铰接在所述长孔的上边沿的内侧，所述单向限位卡爪的端部的一部分伸出所述长孔的内端口。
可选地，所述限位环的上端口设置有内锥面。
可选地，还包括扶正环，所述扶正环套装在所述环形壳内，并位于所述限位环和所述管道接箍之间，所述扶正环的内径等于所述限位环的内径。
可选地，所述扶正环的下端通过螺纹连接在所述环形壳内。
可选地，所述扶正环的上端口内和下端口内分别设置有环锥面。
可选地，所述阀座的上端口设置有沉孔，所述沉孔的侧壁为锥形。
本发明还提出一种固井胶塞防上浮方法，其特征在于，在油井套管的下端连接环形壳，所述环形壳内设置有限位环，所述限位环内铰接多个单向限位卡爪，所述环形壳的下方连接阀座，在阀座下连接弹簧座，在阀座与所述弹簧座之间设置挂胶凡尔，向油井套管的上端口放入胶塞后通过循环液压入油井套管井内，当胶塞穿过环形壳后运动到阀座处时，胶塞下方的介质通过阀座上的阀孔挤入阀座下方；当阀孔下端的反向压力推动挂胶凡尔封堵阀孔，当封堵失效后反向压力推动胶塞上浮时，限位环内的多个单向限位爪被胶塞向上拨动后水平张开，拦住胶塞的上端阻止其上浮。
本发明的自锁式碰压浮箍装置以及固井胶囊防上浮方法通过在环形壳内设置限位环以及在环形壳的下方设置阀座，形成双保险来防止胶塞上浮，保证固井施工顺利完成。其中，阀座下端连接弹簧座，阀座与弹簧座之间设置挂胶凡尔，阀座上的阀孔允许循环液和水泥通过，当固井介质停止供入后，挂胶凡尔受到向上压力后会自动封堵阀座上的阀孔，万一挂胶凡尔封堵阀孔失效，井内介质推动胶塞向上移动时，胶塞会拨动单向限位卡爪张开并水平伸处，阻止胶塞继续上浮，防止油井套管被水泥倒灌和堵塞，保证水平井、超深井固井施工顺利完成。
附图说明
图1是本发明的自锁式碰压短节装置的整体结构示意图；
图2是图1中的限位环的结构示意图；
图3是图1中的单向限位卡爪的结构示意图；
图4是图1中的阀座的结构示意图；
图5是图1中的弹簧座的结构示意图；
图6是本发明的自锁式碰压短节装置在胶塞通过限位环时的结构示意图；
图7是本发明的自锁式碰压短节装置在胶塞接触碰压座时的结构示意图；
图8是本发明的自锁式碰压短节装置在阻止胶塞上浮时的结构示意图；
图9是图8中限位环处的放大结构示意图。
在以上图中：1 胶塞；2 环形壳；3 管道接箍；4 限位环；401 长孔；402 内锥面；5单向限位卡爪；6 阀座；601 阀孔；602 沉孔；7 弹簧座；701 通孔；8 挂胶凡尔；801 直杆；9弹簧；10 浮箍壳体；11 扶正环；12 铰接轴。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
具体实施方式
实施例1
参考图1、图2、图3和图4，本发明的实施例提出一种自锁式碰压浮箍装置，用于限制固井胶塞1向上移动，包括：环形壳2、限位环4、阀座6、弹簧座7、挂胶凡尔8和弹簧9，环形壳2的上端和下端分别连接管道接箍3；限位环4设置在环形壳2的上端口内，限位环4内设置有多个单向限位爪5，每个单向限位爪5向上最大摆动至水平位置，向下最大摆动至竖直位置，每个单向限位爪5的侧向轮廓呈三角形，其端部厚度大于根部厚度；阀座6直接或间接连接在环形壳2的下方，阀座6上设置有阀孔601，阀孔601的下端口为喇叭口；弹簧座7呈筒形，其底部设置有通孔701，弹簧座7的侧壁镂空，弹簧座7的上端口连接在阀座6的下端；挂胶凡尔8的上端面向上覆盖阀孔601，挂胶凡尔8的下端设置有直杆801，直杆801向下穿过通孔701；弹簧9套装在直杆801上，其上端顶在挂胶凡尔8上，下端顶在弹簧座7上。
环形壳2的上端口的内侧和外侧分别设置有螺纹，限位环4的外部具有外螺纹，通过螺纹连接在环形壳2的上端口内，环形壳2的上端口通过外螺纹连接管道接箍3，通过管道接箍3连接在油井套管上，限位环4通过外螺纹连接在环形壳2的上端口内，限位环4内部具有四个单向限位爪5，每个单向限位爪5的端部的一部分伸出限位环4的内侧壁；弹簧座7的上端口的边沿通过销钉连接在阀座6的下端口内，如图6和图7所示，胶塞1可向下顺利通过限位环4，胶塞1下方的介质进入阀座6上的阀孔601内推动挂胶凡尔8，使挂胶凡尔8与弹簧座7之间的弹簧9受到压缩，阀孔601打开，介质穿过阀孔进入油井套管与井壁之间，当胶塞1上部的压力减少后，井下压力相对更大，介质首先推动挂胶凡尔8向上运动，使挂胶凡尔8封堵阀座6上的阀孔601，万一挂胶凡尔8与阀孔601之间的密封失效后，高压介质向上运动，会推动胶塞1上浮，参考图8和图9，此时限位环4上的四个单向限位爪5的端部就会被胶塞1的上端拨动至水平状态，将胶塞1拦住，阻止其向上浮。
实施例2
参考图1、图6、图7和图8，在实施例1的基础上，还包括浮箍壳体10，浮箍壳体10的上端连接有管道接箍3，管道接箍3的上端与环形壳2的下端相连接，阀座6设置在浮箍壳体10的上端口内。
阀座6的下端的外侧设置有外螺纹，浮箍壳体10的上端口的内侧设置有内螺纹，外侧设置有外螺纹，阀座6通过外螺纹连接在浮箍壳体10的上端口内，浮箍壳体10的上端通过外螺纹连接在管道接箍3的下端口内。
实施例3
参考图1、图2、图3和图9，在实施例1的基础上，限位环4的内侧壁的同一环面上对称设置有多个长孔401，每个长孔401内均容纳一个单向限位卡爪5，长孔401的上边沿具有水平面，单向限位卡爪5的根部铰接在长孔401的上边沿的内侧，单向限位卡爪5的端部的一部分伸出长孔401的内端口。
长孔401共有四个，均匀分布在限位环4的内侧壁上，每个单向限位卡爪5的根部通过横向的铰接轴12铰接在长孔401内靠近上边沿处，单向限位卡爪5的根部的厚度与限位环4的厚度相近，因此当单向限位卡爪5下垂时，单向限位卡爪5的上端以及下端的大部分都沉入长孔401内，由于单向限位卡爪5的端部的厚度较大，因此单向限位卡爪5的端部的一部分伸出长孔401的内端口，当胶塞1上浮时，胶塞1的顶部的边沿会推动单向限位卡爪5的端部，使每个单向限位卡爪5伸出长孔401，并随着胶塞1的推动向上翻转，直到被长孔401的上边沿的水平面阻挡，此时每个单向限位卡爪5均处于水平状态，阻挡住胶塞1继续上浮。
实施例4
参考图2，在实施例1的基础上，限位环4的上端口设置有内锥面402。
由于限位环4具有厚度，限位环4安装在环形壳2内具有缩径作用，当胶塞1进入环形壳2时经过限位环4时，限位环4上端口的内锥面402可对胶塞1进行平滑过渡，避免胶塞1被限位环4的上端口边沿刮伤。
实施例5
参考图1、图6、图7和图8，在实施例1的基础上，还包括扶正环11，扶正环11套装在环形壳2内，并位于限位环4和管道接箍3之间，扶正环11的内径等于限位环4的内径。
扶正环11套装在环形壳2内，相当于缩小了环形壳2在此处的内径，可以对胶塞1进行扶正，使胶塞1的下端正对阀座6，对阀座6上的阀孔601保持封堵，万一胶塞1上浮时，胶塞1的上端的边沿也可以井所有单向限位卡爪5的端部拨出，使所有单向限位卡爪5水平伸出，对胶塞1进行阻拦。
实施例6
参考图1，在实施例5的基础上，扶正环11的下端通过螺纹连接在环形壳2内。
环形壳2的下端的内侧设置有内螺纹，扶正环11的下端通过外螺纹与扶正环11连接后，又被连接在环形壳2的下端的外侧的管道接箍3顶住下端，使扶正环11固定在环形壳2内，不会窜动。
实施例7
参考图1，在实施例5的基础上，扶正环11的上端口内和下端口内分别设置有环锥面。
扶正环11的上端口内核下端口内的环锥面形成一个过渡缩口，不会刮伤经过的胶塞1。
实施例8
参考图4，在实施例1的基础上，阀座6的上端口设置有沉孔602，沉孔602的侧壁为锥形。
阀座6上端口的沉孔602增加了胶塞1对阀座6上的阀孔601的封堵梯度，沉孔602的侧壁为锥形，增大了胶塞1对沉孔602的封堵面，进一步提高了胶塞1与阀座6之间的密封性。
实施例9
参考图6、图7、图8和图9，在以上任一项实施例的基础上，本发明的实施例还提出一种固井胶塞自锁方法，在油井套管的下端连接环形壳2，环形壳2内设置有限位环4，限位环4内铰接多个单向限位卡爪5，环形壳2的下方连接阀座6，在阀座6下连接弹簧座7，在阀座6与弹簧座7之间设置挂胶凡尔8，向油井套管的上端口放入胶塞1后通过循环液压入油井套管井内，当胶塞1穿过环形壳2后运动到阀座6处时，胶塞1下方的介质通过阀座6上的阀孔601挤入阀座6下方；当阀孔601下端的反向压力推动挂胶凡尔8封堵阀孔601，当封堵失效后反向压力推动胶塞1上浮时，限位环4内的多个单向限位爪5被胶塞1向上拨动后水平张开，拦住胶塞1的上端阻止其上浮。
限位环4的内径刚好允许胶塞1通过，多个单向限位卡爪5的端部朝下，且端部的一部分伸出限位环4的内侧壁，当浮箍浮鞋上的单向阀因高压失效后，胶塞1开始上浮时，必定会拨动单向限位卡爪5向上张开，且每个单向限位卡爪5张开的最大角度为90度左右，此时每个单向限位卡爪5均保持水平状态，对胶塞1的上端形成封堵，避免胶塞1继续上浮，这样，胶塞1下部的水泥就不会倒灌入油井套管内，不会形成水泥塞，保证固井施工顺利完成。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求的保护范围为准。本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。
Claims (9)
1.一种自锁式碰压浮箍装置，用于限制固井胶塞（1）向上移动，其特征在于，包括：
环形壳（2），所述环形壳（2）的上端和下端分别连接管道接箍（3）；
限位环（4），所述限位环（4）设置在所述环形壳（2）的上端口内，所述限位环（4）内设置有多个单向限位爪（5），每个所述单向限位爪（5）向上最大摆动至水平位置，向下最大摆动至竖直位置，每个所述单向限位爪（5）的侧向轮廓呈三角形，其端部厚度大于根部厚度；
阀座（6），所述阀座（6）直接或间接连接在所述环形壳（2）的下方，所述阀座（6）上设置有阀孔（601），所述阀孔（601）的下端口为喇叭口；
弹簧座（7），所述弹簧座（7）呈筒形，其底部设置有通孔（701），所述弹簧座（7）的侧壁镂空，所述弹簧座（7）的上端口连接在所述阀座（6）的下端；
挂胶凡尔（8），所述挂胶凡尔（8）的上端面向上覆盖所述阀孔（601），所述挂胶凡尔（8）的下端设置有直杆（801），所述直杆（801）向下穿过所述通孔（701）；和
弹簧（9），所述弹簧（9）套装在所述直杆（801）上，其上端顶在所述挂胶凡尔（8）上，下端顶在所述弹簧座（7）上。
2.根据权利要求1所述的自锁式碰压浮箍装置，其特征在于，还包括浮箍壳体（10），所述浮箍壳体（10）的上端连接有管道接箍（3），所述管道接箍（3）的上端与所述环形壳（2）的下端相连接，所述阀座（6）设置在所述浮箍壳体（10）的上端口内。
3.根据权利要求1所述的自锁式碰压浮箍装置，其特征在于，所述限位环（4）的内侧壁的同一环面上对称设置有多个长孔（401），每个所述长孔（401）内均容纳一个所述单向限位卡爪（5），所述长孔（401）的上边沿具有水平面，所述单向限位卡爪（5）的根部铰接在所述长孔（401）的上边沿的内侧，所述单向限位卡爪（5）的端部的一部分伸出所述长孔（401）的内端口。
4.根据权利要求1所述的自锁式碰压浮箍装置，其特征在于，所述限位环（4）的上端口设置有内锥面（402）。
5.根据权利要求1所述的自锁式碰压浮箍装置，其特征在于，还包括扶正环（11），所述扶正环（11）套装在所述环形壳（2）内，并位于所述限位环（4）和所述管道接箍（3）之间，所述扶正环（11）的内径等于所述限位环（4）的内径。
6.根据权利要求5所述的自锁式碰压浮箍装置，其特征在于，所述扶正环（11）的下端通过螺纹连接在所述环形壳（2）内。
7.根据权利要求5所述的自锁式碰压浮箍装置，其特征在于，所述扶正环（11）的上端口内和下端口内分别设置有环锥面。
8.根据权利要求1所述的自锁式碰压浮箍装置，其特征在于，所述阀座（6）的上端口设置有沉孔（602），所述沉孔（602）的侧壁为锥形。
9.一种固井胶塞防上浮方法，其特征在于，在油井套管的下端连接环形壳，所述环形壳内设置有限位环，所述限位环内铰接多个单向限位卡爪，所述环形壳的下方连接阀座，在阀座下连接弹簧座，在阀座与所述弹簧座之间设置挂胶凡尔，向油井套管的上端口放入胶塞后通过循环液压入油井套管井内，当胶塞穿过环形壳后运动到阀座处时，胶塞下方的介质通过阀座上的阀孔挤入阀座下方；当阀孔下端的反向压力推动挂胶凡尔封堵阀孔，当封堵失效后反响压力推动胶塞上浮时，限位环内的多个单向限位爪被胶塞向上拨动后水平张开，拦住胶塞的上端阻止其上浮。
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