CN112443289A - 一种封隔式分级注水泥装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种封隔式分级注水泥装置，本体其中一端与封隔器基管连接，本体上设有循环孔。本体套设在关闭套和打开套上，关闭套位于本体上远离封隔器基管的一端，打开套位于关闭套与胀封基座之间。关闭套内设有能够与关闭塞形成配合的部分，打开套内设有能够与打开塞形成配合的部分。胶筒设置在封隔器基管上，胶筒与封隔器基管之间能够形成密封腔体，封隔器基管与密封腔体之间设有注液通道。注液通道上设有关闭阀。胀封基座位于封隔器基管内注液通道的入口处。胀封基座内设有与打开塞形成配合的部分，并且胀封基座能够沿轴向移动。打开套能够沿轴向移动，关闭套能够沿轴向移动关闭循环孔。能够实现环空井眼封隔，结构简单、易于操作和安全可靠。

Description

一种封隔式分级注水泥装置

技术领域

本发明涉及石油天然气井下固井用装备技术领域，具体涉及一种封隔式分级注水泥装置。

背景技术

在油气井完钻后，需要下入套管，进行固井作业，利用双级固井技术可以解决深井、超深井固井施工中的一些技术难题，如一次注水泥量大，施工时间长，地层破裂压力低，水泥返不到设计井深等问题。具有环空封隔功能的分级注水器，其能够实现在一级固井完毕后，封隔分级注水泥器上下环空裸眼，阻断液柱压力传递，可直接降低井底对地层的压力，保护地层和井眼，并且可以不用等待一级水泥浆凝固就可进行二级固井施工，缩短作业时间，降低固井成本。

现有能够实现分级固井过程中封隔环空的方法包括将分级注水泥器与封隔器设计为一体式，通过使用特殊附件触发封隔器作用，有些结构封隔器存在提前胀封问题，安全可靠性差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种在固井作业中能够实现环空井眼封隔和适用于分级固井的封隔式分级注水泥装置，结构简单、易于操作和安全可靠。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种封隔式分级注水泥装置，包括本体、关闭套、打开套、胀封基座、封隔器基管、胶筒、打开塞和关闭塞。其中，本体其中一端与封隔器基管连接，本体上设有沿周向均匀布置的循环孔。本体套设在关闭套和打开套上，关闭套位于本体上远离封隔器基管的一端，打开套位于关闭套与胀封基座之间。关闭套内设有能够与关闭塞形成配合的部分，打开套内设有能够与打开塞形成配合的部分。胶筒设置在封隔器基管上，并且，胶筒与封隔器基管之间能够形成密封腔体，封隔器基管与密封腔体之间设有注液通道。注液通道上设有关闭阀。胀封基座位于封隔器基管内注液通道的入口处。胀封基座内设有能够与打开塞形成配合的部分，并且胀封基座能够沿轴向在露出注液通道和打开循环孔的位置之间移动。打开套能够沿轴向在关闭和打开循环孔的位置之间移动，关闭套能够沿轴向移动关闭循环孔。

具体地，根据本发明的封隔式分级注水泥装置，连接完毕下入井内，一级注水泥完成使用挠性塞进行替浆，替浆到位后，投入打开塞。待打开塞在套管内自由下落至胀封基座后，对管内进行打压，胀封基座受压力作用发生移动，露出注液通道，管内液体通过注液通道和关闭阀流入密封腔体，胶筒开始胀封。持续打压，当密封腔体压力达到设定值后，关闭阀触发，关闭注液通道，截断管内液体流动，封隔器胀封完毕，完成注水泥装置上下环空封隔作业。然后管内继续打压，当压力达到设定值时，胀封基座与打开塞一起发生移动，至打开塞尾部进入打开套内并形成密封。然后继续打压，打开套移动，开启循环孔，然后可以进行循环，循环结束后，按固井要求进行二级注水泥作业。注水泥作业完毕，使用关闭塞进行替浆，直至关闭塞与关闭套形成密封推动关闭套发生移动，关闭本体上的循环孔，完成全部固井作业。

因此，根据本发明的封隔式分级注水泥装置，在满足分级固井的基础上，可实现环空封隔，降低液柱对地层压力，有效保护地层和井眼，同时可避免一级固井时地层漏失影响固井质量。一级固井替浆时不要求必须碰压,降低作业难度，并且无须等待一级水泥侯凝即可进行二级固井施工，有效缩短作业时间。封隔器胀封时胶筒两端与封隔器基管两端固定式连接,安全可靠性高，下入过程不会发生提前胀封，胀封完毕后可实现胶筒内永久密封。根据本发明的封隔式分级注水泥装置，采用本体和封隔器基管直接接连，将其余部件均布置在本体或封隔器基管内，结构简单合理，并且通过封隔器基管将封隔器与本体连接，从而使得封隔器与本体之间的连接强度较高，进而提高整个封隔式分级注水泥装置的承载能力，便于满足深井、超深井环境下高承载工况要求。

对于上述技术方案，还可进行如下所述的进一步的改进。

根据本发明的封隔式分级注水泥装置，在一个优选的实施方式中，关闭套内设有能够与关闭塞形成配合的关闭塞座。

通过关闭塞座能够便于关闭塞在关闭套内的定位安装，从而确保分级注水泥作业过程中关闭套与关闭塞之间的密封性。

进一步地，在一个优选的实施方式中，打开套内设有能够与打开塞形成配合的打开塞座。

通过打开塞座能够便于打开塞在打开套内的定位安装，从而确保分级注水泥作业过程中打开套与打开塞之间的密封性。

进一步地，在一个优选的实施方式中，关闭套和打开套上分别设有互相形成配合的凹槽和凸槽。

通过在关闭套和打开套上分别设置凹槽或凸槽互相形成配合，能够防止关闭套和打开套发生相对转动，当分级完成固井后，钻除内部关闭塞与打开塞时，能够保护关闭套和打开套上的密封件并提高钻除效率。

进一步地，在一个优选的实施方式中，打开套与封隔器基管上分别设有互相形成配合的凹槽和凸槽。

通过在打开套和封隔器基管上分别设置凹槽或凸槽互相形成配合，能够防止打开套和封隔器基管发生相对转动，当分级完成固井后，钻除内部关闭塞与打开塞时，能够保护打开套上的密封件并提高钻除效率。

进一步地，在一个优选的实施方式中，胶筒内设有金属支撑层。

通过设置金属支撑层，能够保证胶筒胀封后的强度。

具体地，在一个优选的实施方式中，胀封基座通过剪钉预固定在封隔器基管内部，胀封基座上设有用于容纳剪钉的安装孔和安装槽。

通过剪钉将胀封基座预固定在封隔器基管上，一方面能够确保整个封隔式分级注水泥装置的整个工作过程稳定可靠，另一方面，通过设置安装孔和安装槽固定不同的剪钉，便于注水泥器控制不同阶段的剪钉剪切。

具体地，在一个优选的实施方式中，打开套和关闭套分别通过剪钉预固定在本体上。

通过剪钉将打开套和关闭套预固定在本体上，一方面能够确保整个封隔式分级注水泥装置的整个工作过程稳定可靠，另一方面，便于注水泥器在完成坐封后能够顺利完成分级注水泥作业。

进一步地，在一个优选的实施方式中，关闭套上设有卡簧。

当关闭套在压力作用下移动至关闭循环孔的位置后，为了防止后期钻除关闭套内附件时导致关闭套后退而露出循环孔，因此在关闭套上确定位置设置卡簧来卡紧固定关闭套防止关闭套后退保证关闭套关闭循环孔的可靠性。

进一步地，在一个优选的实施方式中，关闭套、打开套和胀封基座上均设有密封圈。

通过在这些部件上设置密封圈，能够实现封隔式分级注水泥装置在各种不同工作状态下的密封要求。

相比现有技术，本发明的优点在于：能够实现环空井眼封隔和适用于分级固井，结构简单、易于操作和安全可靠。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1示意性显示了本发明实施例的封隔式分级注水泥装置的初始状态；

图2示意性显示了本发明实施例的封隔式分级注水泥装置的打开塞到达胀封基座位置的状态；

图3示意性显示了本发明实施例的封隔式分级注水泥装置的注液通道打开的状态；

图4示意性显示了本发明实施例的封隔式分级注水泥装置的胀封状态；

图5示意性显示了本发明实施例的封隔式分级注水泥装置胀封完毕打开塞与打开塞座配合密封状态；

图6示意性显示了本发明实施例的封隔式分级注水泥装置的循环孔打开的状态；

图7示意性显示了本发明实施例的封隔式分级注水泥装置的循环孔关闭的状态；

图8示意性显示了本发明实施例的打开塞的整体结构；

图9示意性显示了本发明实施例的关闭塞的整体结构；

图10示意性显示了本发明实施例的关闭阀控制注液通道畅通的状态；

图11示意性显示了本发明实施例的关闭阀控制注液通道截止的状态。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。

图1示意性显示了本发明实施例的封隔式分级注水泥装置10的初始状态。图2示意性显示了本发明实施例的封隔式分级注水泥装置10的打开塞到达胀封基座位置的状态。图3示意性显示了本发明实施例的封隔式分级注水泥装置10的注液通道打开的状态。图4示意性显示了本发明实施例的封隔式分级注水泥装置10的胀封状态。图5示意性显示了本发明实施例的封隔式分级注水泥装置10胀封完毕打开塞7与打开塞座31配合密封状态。图6示意性显示了本发明实施例的封隔式分级注水泥装置10的循环孔11打开的状态。图7示意性显示了本发明实施例的封隔式分级注水泥装置10的循环孔11关闭的状态。图8示意性显示了本发明实施例的打开塞7的整体结构。图9示意性显示了本发明实施例的关闭塞8的整体结构。图10示意性显示了本发明实施例的关闭阀9控制注液通道102畅通的状态。图11示意性显示了本发明实施例的关闭阀9控制注液通道102截止的状态。

如图1至图7所示，本发明实施例的封隔式分级注水泥装置10，包括本体1、关闭套2、打开套3、胀封基座4、封隔器基管5、胶筒6、打开塞7和关闭塞8。其中，本体1其中一端与封隔器基管5连接，本体1上设有沿周向均匀布置的循环孔11。本体1套设在关闭套2和打开套3上，关闭套2位于本体1上远离封隔器基管5的一端，打开套3位于关闭套2与胀封基座4之间。关闭套2内设有能够与关闭塞8形成配合的部分，打开套3内设有能够与打开塞7形成配合的部分。胶筒6设置在封隔器基管5上，并且，胶筒6与封隔器基管5之间能够形成密封腔体101，封隔器基管5与密封腔体101之间设有注液通道102。注液通道102上设有关闭阀9。胀封基座4位于封隔器基管5内注液通道102的入口处。胀封基座4内设有能够与打开塞7形成配合的部分，并且胀封基座4能够沿轴向在露出注液通道102和打开循环孔11的位置之间移动。打开套3能够沿轴向在关闭和打开循环孔11的位置之间移动，关闭套2能够沿轴向移动关闭循环孔11。

根据本发明实施例的封隔式分级注水泥装置，在满足分级固井的基础上，可实现环空封隔，降低液柱对地层压力，有效保护地层和井眼，同时可避免一级固井时地层漏失影响固井质量。一级固井替浆时不要求必须碰压,降低作业难度，并且无须等待一级水泥侯凝即可进行二级固井施工，有效缩短作业时间。封隔器胀封时胶筒两端与封隔器基管两端固定式连接,安全可靠性高，下入过程不会发生提前胀封，胀封完毕后可实现胶筒内永久密封。根据本发明的封隔式分级注水泥装置，采用本体和封隔器基管直接接连，将其余部件均布置在本体或封隔器基管内，结构简单合理，并且通过封隔器基管将封隔器与本体连接，从而使得封隔器与本体之间的连接强度较高，进而提高整个封隔式分级注水泥装置的承载能力，便于满足深井、超深井环境下高承载工况要求。

具体地，在本实施例中，本体1上与套管连接的一端设有套管螺纹，便于与套管连接，本体1上与封隔器基管5连接的一端设有内螺纹便于与封隔器基管5连接。打开套3上设有容纳剪钉105的安装孔和容纳密封圈106的安装槽。关闭套上设有容纳剪钉105的安装孔、容纳密封圈106的安装槽和布置卡簧22的安装槽。封隔器基管5通过螺纹连接的方式与套管连接。

如图1至图7所示，优选地，在本实施例中，关闭套2内设有能够与关闭塞8形成配合的关闭塞座21。通过关闭塞座能够便于关闭塞在关闭套内的定位安装，从而确保分级注水泥作业过程中关闭套与关闭塞之间的密封性。进一步地，在本实施例中，打开套3内设有能够与打开塞7形成配合的打开塞座31。通过打开塞座能够便于打开塞在打开套内的定位安装，从而确保分级注水泥作业过程中打开套与打开塞之间的密封性。具体地，打开塞座31通过螺纹连接的方式与打开套3连接，关闭塞座21通过螺纹连接的方式与关闭套2连接。因此整个注水泥装置的结构简单紧凑，便于安装和操作。

如图1所示，进一步地，在本实施例中，关闭套2和打开套3上分别设有互相形成配合的凹槽103和凸槽104。通过在关闭套和打开套上分别设置凹槽或凸槽互相形成配合，能够防止关闭套和打开套发生相对转动，当分级完成固井后，钻除内部关闭塞与打开塞时，能够保护关闭套和打开套上的密封件并提高钻除效率。进一步地，在本实施例中，打开套3与封隔器基管5上分别设有互相形成配合的凹槽103和凸槽104。通过在打开套和封隔器基管上分别设置凹槽或凸槽互相形成配合，能够防止打开套和封隔器基管发生相对转动，当分级完成固井后，钻除内部关闭塞与打开塞时，能够保护打开套上的密封件并提高钻除效率。

具体地，在本实施例中，胀封基座4通过剪钉105预固定在封隔器基管5内部，胀封基座4上设有用于容纳剪钉105的安装孔41和安装槽42。通过剪钉将胀封基座预固定在封隔器基管上，一方面能够确保整个封隔式分级注水泥装置的整个工作过程稳定可靠，另一方面，通过设置安装孔和安装槽固定不同的剪钉，便于注水泥装置控制不同阶段的剪钉剪切。具体地，在本实施例中，打开套3和关闭套2分别通过剪钉105预固定在本体1上。通过剪钉将打开套和关闭套预固定在本体上，一方面能够确保整个封隔式分级注水泥装置的整个工作过程稳定可靠，另一方面，便于注水泥器在完成坐封后能够顺利完成分级注水泥作业。

如图1至图7所示，进一步地，在本实施例中，关闭套2上设有卡簧22。当关闭套在压力作用下移动至关闭循环孔的位置后，为了防止后期钻除关闭套内附件时导致关闭套后退而露出循环孔，因此在关闭套上确定位置设置卡簧来卡紧固定关闭套防止关闭套后退保证关闭套关闭循环孔的可靠性。优选地，在本实施例中，胶筒6内设有金属支撑层。通过设置金属支撑层，能够保证胶筒胀封后的强度。进一步地，在本实施例中，关闭套2、打开套3和胀封基座4上均设有密封圈106。通过在这些部件上设置密封圈，能够实现封隔式分级注水泥装置在各种不同工作状态下的密封要求。

具体地，如图9所示，关闭塞8包括能够与关闭套2内壁形成配合的头部81和能够与关闭塞座21形成配合的尾部82。如图8所示，打开塞7包括能够与胀封基座4内壁形成配合的头部71和能够与打开塞座31形成配合的尾部72。

具体地，如图1至图7所示和图10、图11所示，本发明的封隔式分级注水泥装置的工作原理如下：

封隔式分级注水泥装置10连接完毕下入井内，一级注水泥完成使用挠性塞进行替浆，替浆到位后，投入打开塞7。待打开塞7在套管内自由下落至胀封基座4后，对管内进行打压，胀封基座4受压力作用剪断安装于安装孔41内的剪钉105，胀封基座4发生移动，露出注液通道102，管内液体通过注液通道102和关闭阀9流入密封腔体，如图10所示，胶筒6开始胀封。持续打压，当密封腔体101压力达到设定值后，关闭阀9触发，关闭注液通道102，截断管内液体流动，如图11所示，封隔器胀封完毕，完成注水泥装置上下环空封隔作业。然后管内继续打压，当压力达到设定值时，首先剪断胀封基座4上安装槽42内剪钉105，胀封基座4与打开塞7一起发生移动，至打开塞7尾部进入打开塞座31并形成密封。然后继续打压，剪断打开套3与本体1间剪钉105，打开套3移动，开启循环孔11，然后可以进行循环，循环结束后，按固井要求进行二级注水泥作业。注水泥作业完毕，使用关闭塞8进行替浆，直至关闭塞8到达关闭塞座21，关闭塞8推动关闭塞座21，剪断关闭套2与本体1之间的剪钉105，然后关闭套2发生移动，关闭本体1上的循环孔11，完成全部固井作业。

根据上述实施例，可见，本发明涉及的封隔式分级注水泥装置，能够实现环空井眼封隔和适用于分级固井，结构简单、易于操作和安全可靠。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种封隔式分级注水泥装置，其特征在于，包括本体、关闭套、打开套、胀封基座、封隔器基管、胶筒、打开塞和关闭塞；其中，

所述本体其中一端与所述封隔器基管连接，所述本体上设有沿周向均匀布置的循环孔；

所述本体套设在所述关闭套和所述打开套上，所述关闭套位于所述本体上远离所述封隔器基管的一端，所述打开套位于所述关闭套与所述胀封基座之间；

所述关闭套内设有能够与所述关闭塞形成配合的部分，所述打开套内设有能够与所述打开塞形成配合的部分；

所述胶筒设置在所述封隔器基管上，并且，所述胶筒与所述封隔器基管之间能够形成密封腔体，所述封隔器基管与所述密封腔体之间设有注液通道；所述注液通道上设有关闭阀；

所述胀封基座位于所述封隔器基管内所述注液通道的入口处；

所述胀封基座内设有能够与所述打开塞形成配合的部分，并且所述胀封基座能够沿轴向在露出所述注液通道和打开所述循环孔的位置之间移动；

所述打开套能够沿轴向在关闭和打开所述循环孔的位置之间移动，所述关闭套能够沿轴向移动关闭所述循环孔。

2.根据权利要求1所述的封隔式分级注水泥装置，其特征在于，所述关闭套内设有能够与所述关闭塞形成配合的关闭塞座。

3.根据权利要求1或2所述的封隔式分级注水泥装置，其特征在于，所述打开套内设有能够与所述打开塞形成配合的打开塞座。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的封隔式分级注水泥装置，其特征在于，所述关闭套和所述打开套上分别设有互相形成配合的凹槽和凸槽。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的封隔式分级注水泥装置，其特征在于，所述打开套与所述封隔器基管上分别设有互相形成配合的凹槽和凸槽。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的封隔式分级注水泥装置，其特征在于，所述胶筒内设有金属支撑层。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的封隔式分级注水泥装置，其特征在于，所述胀封基座通过剪钉预固定在所述封隔器基管内部，所述胀封基座上设有用于容纳剪钉的安装孔和安装槽。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的封隔式分级注水泥装置，其特征在于，所述打开套和所述关闭套分别通过剪钉预固定在所述本体上。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的封隔式分级注水泥装置，其特征在于，所述关闭套上设有卡簧。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的封隔式分级注水泥装置，其特征在于，所述关闭套、所述打开套和所述胀封基座上均设有密封圈。

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