CN111535776A - 一种固井胶塞击穿装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种固井胶塞击穿装置，固井胶塞击穿装置包括胶碗、塞芯和击穿体，所述塞芯安装在所述胶碗内部，所述击穿体可拆卸地安装在所述塞芯的一端，所述击穿体包括支撑部和击穿部，所述击穿部位于所述支撑部中心，所述支撑部用于与所述塞芯连接。固井胶塞击穿装置可根据实际作业需要更改击穿压力。

Description

一种固井胶塞击穿装置

技术领域

本申请涉及但不限于固井胶塞领域，特别是一种固井胶塞击穿装置。

背景技术

在油气井完钻后，需要下入套管，进行固井作业。固井作业时常采用胶塞隔离不同液体介质，一种常用结构为固井时，采用两个胶塞隔离固井水泥浆和钻井液。两个胶塞使用位置区分为顶部胶塞(简称顶塞)和底部胶塞(简称底塞)，底塞在固井时，在套管内位于水泥浆液体下部，用于隔离水泥浆下部钻井液；顶塞在套管内位于水泥浆液体上部，用于隔离水泥浆上部钻井液，顶塞和底塞配合成功将水泥浆与钻井液实现隔离，避免钻井液污染水泥浆，到造成水泥浆提前发生稠化凝固，造成固井事故。

固井时，当替浆到底塞与下部碰压装置碰压后，需要憋压将底塞内部击穿，形成可过流通道，然后水泥浆通过此通道，被继续顶替至套管外环空，直至顶塞与底塞复合，完成碰压，实现固井全部流程。现有底塞上击穿装置，制造完成后无法改变击穿压力。

发明内容

为解决上述问题至少之一，本申请提供了一种固井胶塞击穿装置，可根据实际作业需要更改击穿压力。

本申请提供了一种固井胶塞击穿装置，固井胶塞击穿装置包括胶碗、塞芯和击穿体，所述塞芯安装在所述胶碗内部，所述击穿体可拆卸地安装在所述塞芯的一端，

所述击穿体包括支撑部和击穿部，所述击穿部位于所述支撑部中心，所述支撑部用于与所述塞芯连接。

相比于现有技术，本申请具有以下有益效果：

本申请提供的固井胶塞击穿装置，击穿体可拆卸地安装在塞芯的一端，使得击穿体可单独更换，且可根据实际需要改变击穿压力，适用范围广泛。此外，本申请提供的固井胶塞击穿装置相对简单，工作可靠性高，使用寿命长，大大提高了该固井胶塞击穿装置的实用性。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述。

附图说明

附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。

图1为本申请实施例所述的固井胶塞击穿装置的结构示意图(击穿部为塑性材料)；

图2为本申请实施例所述的固井胶塞击穿装置的结构示意图(击穿部为塑性材料且被击穿)；

图3为本申请实施例所述的固井胶塞击穿装置的结构示意图(击穿部为脆性材料)；

图4为本申请实施例所述的击穿体的结构示意图一(击穿部为脆性材料，侧视图)；

图5为本申请实施例所述的击穿体的结构示意图二(击穿部为脆性材料，正视图)。

图示说明：

1-胶碗，2-塞芯，3-击穿体，31-支撑部，311-外螺纹，312-密封面，32-击穿部，321-应力槽，4-密封件，5-击穿孔。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

现有的击穿装置，在击破时容易产生整块或者大块碎片，其具有堵塞下部浮箍、浮鞋等固井附件过流通道的风险，导致无法继续替浆，造成水泥在套管内凝固事故。

现有的击穿装置，为保证在憋压过程中不产生泄露，均为一体制作成型，但也因此使得击穿装置的压力无法改变。

本申请实施例提供了一种固井胶塞击穿装置，如图1至图5所示，固井胶塞击穿装置包括胶碗1、塞芯2和击穿体3，塞芯2安装在胶碗1内部，击穿体3可拆卸地安装在塞芯2的一端，击穿体3包括支撑部31和击穿部32，击穿部32位于支撑部31中心，支撑部31用于与塞芯2连接。

本申请实施例提供的固井胶塞击穿装置，将击穿体3可拆卸地安装在塞芯2的一端，通过更换击穿体3来适用不同场景下的击穿压力(例如：更改击穿部32的材质)，或更换击穿体3来精准控制击穿压力(例如：更改击穿部32的厚度等)，使得本固井胶塞击穿装置可根据实际需要精准控制击穿压力。

在一示例性实施例中，支撑部31与击穿部32一体成型。

一体成型保证支撑部31与击穿部32之间的连接强度，保证击穿时，不会在二者连接处产生裂纹缝隙等。击穿体3整体呈圆筒状。

在一示例性实施例中，击穿部32为塑性材料；或者，击穿部32为脆性材料。支撑部3为脆性材料与击穿部32一体成型。

本申请实施例提供的击穿装置，在击穿后，不会产生碎片或产生的碎片不会堵塞下部浮箍、浮鞋等固井附件过流通道。

具体地，如图1和图2所示，当击穿部32为塑性材料时，击穿部32为中间薄、四周厚的圆形。

在憋压击穿过程中，击穿部32(又可称击穿膜)中间薄的位置会首先被击破，中间薄弱处发生撕扯，形成圆形破孔(即击穿孔5)，并且，由于击穿部32为塑性材料，因此不会产生碎片，不会堵塞下部浮箍、浮鞋等固井附件过流通道。

如图3至图5所示，当击穿部32为脆性材料时，击穿部32上设置有应力槽321，应力槽321将击穿部32划分为多个区域，每个区域尺寸均小于过流通道的直径。

在憋压击穿过程中，击穿部32会沿应力槽321的位置破裂，形成的碎片形状及大小可控制，当应力槽321划分形成的区域小于后续过流通道的直径时，即形成的碎片尺寸小于后续过流通道的直径，此时产生的碎片就不会堵塞下部浮箍、浮鞋等固井附件过流通道。在实际操作中，可将每个区域(即碎片)的尺寸设置为远小于后续过流通道的直径，以进一步降低堵塞风险。其中，应力槽321在击穿部32上均匀分布，即应力槽321为击穿部32上的半径。并且，通过改变应力槽321的深度，也可精准控制击穿压力。在实际中，后续的过流通道尺寸与击穿部尺寸基本相同，而当击穿部32被应力槽321均匀分布为多个区域时，每个区域的尺寸必然小于后续过流通道的尺寸，且，被分割的区域的数量(也即应力槽321的数量)越多，则每块区域的面积越小，一般应力槽321的数量为6个即可(如图5所示)，当然，也可根据实际情况对应力槽321的数量进行增减。

在一示例性实施例中，如图4所示，支撑部31外壁面上设置有外螺纹311，塞芯2的内侧壁面上设置有内螺纹，击穿体3通过螺纹连接的方式安装在塞芯2中。

通过螺纹连接的方式，将击穿体3安装在塞芯2内侧壁面的一端，保证连接强度的同时还可进行密封，避免替浆等通过击穿体3与塞芯2之间的连接面流动。

进一步地，如图4所示，支撑部31外壁面上还设置有密封面312，密封面312用于与塞芯2的内侧壁面进行密封。

支撑部31的外壁面上还设置有与外螺纹311紧挨的密封面312，密封面312进一步对击穿体3(支撑部31)与塞芯2之间的接触面进行密封，保证接触面处不会产生泄露。应当注意的是，塞芯2内侧对应位置的壁面可设置为配合面，例如：“锥面+球面”形式的复合密封面。

进一步地，如图1至图3所示，密封面312与塞芯2的内侧壁面之间设置有密封件4。

在密封面312与塞芯2内侧壁面之间设置密封件4(例如：O型密封圈)，以进一步提高二者连接处的密封性能，保证击穿操作的顺利完成。

本申请实施例提供的固井胶塞击穿装置的工作过程大体为：

在常规双塞固井时，根据底塞击破压力要求，选择不同击破压力的击穿体3(材质塑性或脆性、击穿部32的厚度、应力槽321的深度等)，安装于底塞塞芯2内。当使用塑性材料的击穿体3时，首先通过支撑部31上的螺纹将其固定于底塞塞芯2内，由于其外表面设有密封面312，固定后，其可以有效的和底塞塞芯2形成密封，有利于底塞碰压时憋压进行击穿。当底塞碰压后，憋压达到塑性材料的击穿体3的击穿压力，此时击穿装置内筒上的击穿膜，发生塑性变形，中间薄弱处受压鼓出，然后发生撕扯破坏，产生圆形的破口(即击穿孔5)，形成底塞过流通道。由于塑性材料延展性特点，击穿膜破坏后不会产生碎片，从而无堵底塞下部附件过流通道的风险。若当使用脆性材料的击穿体3时，首先通过击穿体3上的螺纹将其固定于底塞塞芯2内，由于其外表面设有密封面312，固定后，其可以有效的和胶塞形成密封，有利于底塞碰压时憋压进行击穿。当底塞碰压后，憋压达到脆性材料的击穿体3的击穿压力，此时击穿膜在设有应力槽321处，首先发生破裂，击穿膜破坏成碎片，形成底塞过流通道。击穿膜碎片因按照应力槽321刻线破坏，故最大尺寸可控制，降低碎片堵底塞下部附件过流通道的风险。

本申请实施例提供的固井胶塞击穿装置，其结构简单合理，可通过拆卸更换，实现对固井底塞击穿压力的随时调整，满足现场施工变化要求，适应性好。击穿体可采用塑性非金属材料制造，击穿后不产生碎片，杜绝堵塞过流通道风险，或者采用脆性非金属材料制造，通过预设破裂线(即应力槽)，控制击穿后碎片尺寸，降低堵塞过流通道风险。

在本申请中的描述中，需要说明的是，术语“多个”是指两个或更多个，“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“相连”、“安装”应做广义理解，例如，术语“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请描述的实施例是示例性的，而不是限制性的，并且对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在本申请所描述的实施例包含的范围内可以有更多的实施例和实现方案。尽管在附图中示出了许多可能的特征组合，并在具体实施方式中进行了讨论，但是所公开的特征的许多其它组合方式也是可能的。除非特意加以限制的情况以外，任何实施例的任何特征或元件可以与任何其它实施例中的任何其他特征或元件结合使用，或可以替代任何其它实施例中的任何其他特征或元件。

本申请包括并设想了与本领域普通技术人员已知的特征和元件的组合。本申请已经公开的实施例、特征和元件也可以与任何常规特征或元件组合，以形成由权利要求限定的独特的技术方案。任何实施例的任何特征或元件也可以与来自其它技术方案的特征或元件组合，以形成另一个由权利要求限定的独特的技术方案。因此，应当理解，在本申请中示出和/或讨论的任何特征可以单独地或以任何适当的组合来实现。因此，除了根据所附权利要求及其等同替换所做的限制以外，实施例不受其它限制。此外，可以在所附权利要求的保护范围内进行各种修改和改变。

Claims (10)

1.一种固井胶塞击穿装置，其特征在于，包括胶碗、塞芯和击穿体，所述塞芯安装在所述胶碗内部，所述击穿体可拆卸地安装在所述塞芯的一端，

所述击穿体包括支撑部和击穿部，所述击穿部位于所述支撑部中心，所述支撑部用于与所述塞芯连接。

2.根据权利要求1所述的固井胶塞击穿装置，其特征在于，所述支撑部与所述击穿部一体成型。

3.根据权利要求2所述的固井胶塞击穿装置，其特征在于，所述击穿部为塑性材料。

4.根据权利要求3所述的固井胶塞击穿装置，其特征在于，所述击穿部为中间薄、四周厚的圆形。

5.根据权利要求2所述的固井胶塞击穿装置，其特征在于，所述击穿部为脆性材料。

6.根据权利要求5所述的固井胶塞击穿装置，其特征在于，所述击穿部上设置有应力槽，所述应力槽将所述击穿部划分为多个区域，每个区域尺寸均小于过流通道的直径。

7.根据权利要求6所述的固井胶塞击穿装置，其特征在于，所述应力槽在所述击穿部上均匀分布。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的固井胶塞击穿装置，其特征在于，所述支撑部外壁面上设置有外螺纹，所述塞芯的内侧壁面上设置有内螺纹，所述击穿体通过螺纹连接的方式安装在所述塞芯中。

9.根据权利要求8所述的固井胶塞击穿装置，所述支撑部外壁面上还设置有密封面，所述密封面用于与所述塞芯的内侧壁面进行密封。

10.根据权利要求9所述的固井胶塞击穿装置，所述密封面与所述塞芯的内侧壁面之间设置有密封件。

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