CN113006735B - 一种浮球式自灌浆浮箍以及连续无间断下套管方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种浮球式自灌浆浮箍以及连续无间断下套管方法，所述浮球式自灌浆浮箍包括壳体、球座、浮球、筛板、固定螺套、顶盖、憋压球、灌浆筒和剪切部件，其中，壳体具有与上部、下部套管连接的上端和下端；球座固定密封设置在壳体内部，并具有轴向贯穿设置第一通孔；筛板位于球座之下，且筛板、壳体内壁与球座之间形空腔，筛板上轴向设置有第二通孔；剪切部件分别作用在球座和过流通道组件上，所述过流通道组件包括灌浆筒、憋压球、顶盖和限位螺套；浮球设置在空腔内，所述浮球的直径大于所述第一通孔的直径且能够在流体中上浮与第一通孔下端形成密封。本发明具有结构简单，易于组装，使用方便，安全可靠性高等优点。

Description

一种浮球式自灌浆浮箍以及连续无间断下套管方法

技术领域

本发明涉及油气井固井工具技术领域，具体来讲，涉及一种浮球式自灌浆浮箍以及连续无间断下套管方法。

背景技术

在油气田固井作业过程中，需要在钻好的井眼中下入套管，在套管与井眼的环空注入水泥浆封固套管和地层。在下入套管的过程中，套管底部安装有浮箍，常规浮箍都为单向阀，只能允许液体从管内流向管外，因此在下套管的过程中，需要每下入一段套管便停下来向套管内注入泥浆，以避免套管在井眼中出现套管浮力大于套管重力无法下入套管的情况。这一注入泥浆的过程耗时较长，大大降低了套管下入井眼的效率。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的之一在于提供一种预留有常开过流通道、套管下入过程中不会产生浮力的浮球式自灌浆浮箍。又如，本发明的另一目的在于提供一种无需注入泥浆、操作简单、提升套管下入效率的连续无间断下套管方法。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种浮球式自灌浆浮箍。

一种浮球式自灌浆浮箍，所述自灌浆浮箍包括壳体、球座、浮球、筛板、固定螺套、剪切部件和常开过流通道组件，其中，

所述壳体为筒状结构，所述壳体的上端能够与上部套管下端固定连接，所述壳体的下端能够与下部套管上端固定连接；

所述球座固定密封设置在壳体内部，所述球座上沿轴向贯穿设置有第一通孔；

所述筛板设置在球座之下，且所述筛板、壳体内壁与球座之间形成有能够容纳浮球的空腔，所述筛板上沿轴向设置有第二通孔以及供流体通过的筛孔，所述第二通孔与所述第一通孔在轴向方向位置重合；

所述固定螺套设置在筛板之下以将筛板与壳体固定；

所述常开过流通道组件包括灌浆筒、憋压球、顶盖和限位螺套，其中，

所述灌浆筒包括固定连接的第一筒段和第二筒段，所述第一筒段的内径大于第二筒段的内径，所述第一筒段侧壁上设置有供流体通过的过流孔；

所述憋压球设置在所述第一筒段内并能够上下移动，且所述憋压球能够与第一筒段的下端或第二筒段上端形成密封；

所述顶盖的直径小于等于灌浆筒的直径，所述顶盖固定设置在第一筒段上端以防止憋压球被顶出第一筒段；

所述第二筒段依次穿过第一通孔和第二通孔，所述剪切部件固定设置在第二筒段上端且与球座上端面接触，所述限位螺套固定设置在第二筒段下端且与筛板下端面接触；

所述剪切部件能够使常开过流通道组件在承受大于剪切部件剪断压力时落入浮箍下方；

所述浮球设置在所述空腔内，所述浮球的直径大于所述第一通孔的直径且能够在井内流体中上浮与第一通孔下端形成密封。

在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述浮箍还可可包括第一密封圈和第二密封圈，所述第一密封圈设置在所述壳体内壁与球座外壁之间，所述第二密封圈设置在第一通孔内壁与灌浆筒第二筒段外壁之间。

在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述剪切部件包可括剪切套和多个剪钉，所述剪切套套设在灌浆筒外壁上，所述剪切套的直径大于第一通孔的直径，所述剪切套上沿周向均匀开设有供剪钉插入的多个通孔，所述灌浆筒外壁上设置有对应数量的多个剪切孔，所述多个剪钉中每个剪钉都设置在一个通孔中并进入对应的剪切孔中。

在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述球座底面可呈倒漏斗状设置且漏斗底部位于第一通孔下端。

在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述多个剪钉的数量可以为2～6个。

在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述壳体上端内壁上可设置有螺纹，壳体下端外壁上可设置有螺纹，壳体上端通过螺纹与上部套管下端固定连接，壳体下端通过螺纹与下部套管上端固定连接。

在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述浮球可为密度小于1.0g/cm³的高强度轻质球。

在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述第一通孔和第二通孔均可相对壳体轴线偏心设置。

本发明另一方面提供了一种连续无间断下套管方法。

所述连续无间断下套管方法通过如上任意一项所述的浮球式自灌浆浮箍来实现，且所述方法包括步骤：

将浮球式自灌浆浮箍上部套管固定连接，将带浮箍的套管下入井中，井内流体通过常开过流通道组件进入套管内，下套管过程连续无间断进行；

当套管下入深度达到设计要求后，通过管内憋压将进入套管中流体排出套管，常开过流通道组件的憋压球下降形成密封；

继续憋压达到剪断压力，将剪切部件的剪钉剪断，使常开过流通道组件落入浮箍下方；

停止憋压，井内液体上涌使浮球上浮堵住球座上的第一通孔，实现浮箍单向密封。

在本发明另一方面的一个示例性实施例中，所述剪断压力可为8～15Mpa。

与现有技术相比，本发明的有益效果可包括以下内容中至少一项：

(1)本发明可通过预留的常开过流通道，使得浮箍在下入套管过程中不产生单流阀的作用，使得套管下入过程中不用进行灌浆操作，大大提高了套管下入效率；

(2)在下套管结束后，通过管内憋压即可剪断剪钉，使常开过流通道失效，浮球浮起封闭过流通道，恢复常规浮箍的单流阀效果，为下一步的固井注入水泥浆封隔环空间隙起到阻止环空水泥浆回流到套管内的作用；

(3)使用过程简便，通过管内憋压即可实现所述功能，安全可靠。

附图说明

图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的浮球式自灌浆浮箍的结构示意图；

图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的浮球式自灌浆浮箍憋压剪掉常开过流通道后的结构示意图。

附图标记说明如下：

1-壳体、2-球座、3-第一密封圈、4-浮球、5-筛板、6-固定螺套、7-顶盖、

8-憋压球、9-灌浆筒、10-剪切套、11-剪钉、12-第二密封圈、13-限位螺套。

具体实施方式

在下文中，将结合附图和示例性实施例来详细说明本发明的浮球式自灌浆浮箍以及连续无间断下套管方法。

在本发明的第一示例性实施例中，所述浮球式自灌浆浮箍包括壳体、球座、浮球、筛板、固定螺套、剪切部件和常开过流通道组件，其中，

壳体为筒状结构，所述壳体筒体的上端能够与上部套管下端形成固定密封连接，所述壳体筒体的下端能够与下部套管上端形成固定密封连接。例如，所述壳体上端内壁上可设置有螺纹，壳体下端外壁上可设置有螺纹，壳体上端通过螺纹与上部套管下端固定密封连接，壳体下端通过螺纹与下部套管上端固定密封连接。

所述球座固定密封设置在壳体内部，所述球座上沿壳体轴向方向贯穿设置有第一通孔。具体来讲，球座可为圆台形，壳体内壁上可设置有螺纹，球座外壁上可设置对应的螺纹，球座与壳体通过螺纹固定密封连接。在球座圆台上沿壳体轴线方向设置有第一通孔。

所述筛板设置球座之下，且所述筛板、壳体内壁与球座之间形成能够容纳浮球的空腔，所述筛板上沿轴向设置有第二通孔以及供流体通过的筛孔，所述第二通孔与所述第一通孔在轴向方向位置重合。具体来讲，筛板设置在球座之下且与球座平行设置，筛板上端面、壳体内壁和球座下端面之间构成中空的腔体，筛板上对应第一通孔位置设置有第二通孔，第二通孔和第一通孔大小相同。此外，筛板上还设置有供井内流体进入腔体中的筛孔。

所述固定螺套设置在筛板之下以将筛板与壳体固定。具体来讲，固定螺套可为圆环状，固定螺套外壁上可设置螺纹，壳体内壁上可设置对应的螺纹，固定螺套与壳体通过螺纹固定，固定螺套的上端与筛板下端面接触从而将筛板与壳体固定。

所述常开过流通道组件包括灌浆筒、憋压球、顶盖和限位螺套，其中，

所述灌浆筒包括固定连接的第一筒段和第二筒段，所述第一筒段的内径大于第二筒段的内径，所述第一筒段侧壁上设置有供流体通过的过流孔。这里，第二筒段内部空间与第一筒段内部空间连通，第一筒段内部空间与第一筒段筒体侧壁上过流孔连通，从而形成供流体通过的过流通道。

所述憋压球设置在所述第一筒段内并能够沿径向上下移动，且所述憋压球能够与第一筒段的下端或第二筒段上端形成密封。所述顶盖的直径小于等于灌浆筒的直径，所述顶盖固定设置在第一筒段上端以防止憋压球被顶出第一筒段。

所述第二筒段依次穿过第一通孔和第二通孔，第二筒段的部分筒身设置在第一通孔和第二通孔中，所述剪切部件固定套设设置在第二筒段上端且与球座上端面接触，所述限位螺套固定设置在第二筒段下端且与筛板下端面接触，从而将第二筒段与球座和筛板固定设置。

所述剪切部件能够使常开过流通道组件在承受大于剪切部件剪断压力时落入浮箍下方。例如，所述剪切部件包可括剪切套和多个剪钉，所述剪切套套设在灌浆筒外壁上，所述剪切套的直径大于第一通孔的直径，所述剪切套上沿周向均匀开设有供剪钉插入的多个通孔，所述灌浆筒外壁上设置有对应数量的多个剪切孔，所述多个剪钉中每个剪钉都设置在一个通孔中并进入对应的剪切孔中。当套管内憋压，憋压球将压力传递给第二筒段，第二筒段作用在多个剪钉上，当套管内压力大于多个剪钉的剪断力时，剪钉被剪断，憋压球、顶盖、灌浆筒以及限位组件向下运动落入井内。这里，多个剪钉的数量可以为2～6个。例如，憋压球可为密度不超过1.2g/cm³的高强度轻质球。

所述浮球设置在所述空腔内，所述浮球的直径大于所述第一通孔的直径且能够在井内流体中上浮与第一通孔下端形成密封。

在本示例性实施例中，所述浮箍还可可包括第一密封圈和第二密封圈，所述第一密封圈设置在所述壳体内壁与球座外壁之间，所述第二密封圈设置在第一通孔内壁与灌浆筒第二筒段外壁之间。具体来讲，可在壳体内壁或球座外壁上设置第一凹槽，将第一密封圈设置在第一凹槽中，以增加球座和壳体之间的密封性。同样，可在第一通孔内壁或第二筒段外壁上设置第二凹槽，将第二密封圈设置在第二凹槽中，增加灌浆筒和第一通孔之间的密封性。

在本示例性实施例中，所述球座底面可呈倒漏斗状设置且漏斗底部位于第一通孔下端。这里，将球座底面设置为倒漏斗状是为是浮球能够顺利上浮封堵第一通孔下端。

在本示例性实施例中，所述浮球可为密度小于1.0g/cm³的高强度轻质球。这里，浮球要能够在井内流体中上浮，而井内流体通常密度大于1.0g/cm³，则浮球的密度因小于1.0g/cm³。这里，所述浮球的直径大于第一通孔的直径，所述憋压球的直径小于第一通孔的直径。

在本示例性实施例中，所述第一通孔和第二通孔均可相对壳体轴线偏心设置。这里，通过将第一通孔和第二通孔偏心设置，可以在使第一通孔和第二通孔的直径尽量大的同时为在空腔中装入浮球预留足够空间，从而提高过流通道组件的直径，提高套管下入速率。

图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的浮球式自灌浆浮箍的结构示意图；图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的浮球式自灌浆浮箍憋压剪掉常开过流通道组件后的结构示意图。

在本发明的第二示例性实施例中，如图1和图2所示，所述自灌浆浮箍包括壳体1、球座2、浮球4、筛板5、固定螺套6、剪切部件和常开过流通道组件。

在本实施例中，所述壳体1为筒状结构，所述壳体1筒体的上端能够与上部套管下端固定连接，所述壳体1筒体的下端能够与下部套管上端固定连接。

在本实施例中，所述球座2固定密封设置在壳体1内部，所述球座2上沿壳体1轴向贯穿设置有第一通孔。筛板5设置球座2之下且与球座2呈平行设置，在筛板5上端面、壳体1内壁与球座2下端面之间形成能够容纳浮球4的空腔。筛板5上设置有第二通孔，所述第二通孔与所述第一通孔在壳体1轴向方向位置重合。筛板5上还设置有供流体通过的筛孔。所述第一通孔和第二通孔可相对壳体1轴线偏心设置，以使第一通孔和第二通孔的直径尽量大的同时为在空腔中装入浮球预留足够空间，从而提高过流通道组件的直径，提高套管下入速率。

在本实施例中，如图1所示，固定螺套6为圆环状，固定螺套6设置在筛板5之下以将筛板5与壳体1固定。例如，固定螺套6可与壳体1内部之间可通过螺纹固定连接，固定螺套6的上端面抵在筛板5下端面上，筛板5上端面与壳体1内壁上设置的台肩接触从而将筛板5固定。

在本实施例中，所述常开过流通道组件包括灌浆筒9、憋压球8、顶盖7和限位螺套13。

其中，灌浆筒9包括固定连接的第一筒段和第二筒段，所述第一筒段的内径大于第二筒段的内径，所述第一筒段侧壁上设置有供流体通过的过流孔。第二筒段的外壁与第一通孔内壁贴合形成密封。

憋压球8设置在所述第一筒段内并能够在第一筒段中上下移动，且所述憋压球8能够与第一筒段的下端或第二筒段上端形成密封。例如，第一筒段的内径大于第二筒段的内径，从而在第一筒段和第二筒段连接处形成台肩，所述憋压球表面与所述台肩贴合形成密封。

顶盖7的直径等于第一筒段的内径，顶盖7设置在第一筒段中，所述顶盖7固定设置在第一筒段上端以防止憋压球8被进入套管内液体顶出第一筒段。

第二筒段依次穿过第一通孔和第二通孔，所述剪切部件固定设置在第二筒段上端且与球座2上端面接触，所述限位螺套13固定设置在第二筒段下端且与筛板5下端面接触；

所述剪切部件能够使常开过流通道组件在承受大于剪切部件剪断压力时落入浮箍下方；

所述浮球4设置在所述空腔内，所述浮球4的直径大于所述第一通孔的直径且能够在井内流体中上浮与第一通孔下端形成密封。例如，所述浮球4可为密度小于1.0g/cm³的高强度轻质球。

在本示例性实施例中，如图1中所示，所述浮箍还可包括第一密封圈3和第二密封圈12，所述第一密封圈3设置在所述壳体1内壁与球座2外壁之间，所述第二密封圈12设置在第一通孔内壁与灌浆筒9第二筒段外壁之间。

在本示例性实施例中，如图1中所示，所述剪切部件包可括剪切套10和多个剪钉11，所述剪切套10套设在灌浆筒9外壁上，所述剪切套10的直径大于第一通孔的直径，所述剪切套10上沿周向均匀开设有供剪钉11插入的多个通孔，所述灌浆筒9外壁上设置有对应数量的多个剪切孔，所述多个剪钉11中每个剪钉11都设置在一个通孔中并进入对应的剪切孔中。这里，多个剪钉的数量可以为2～6个。憋压球可为密度不超过1.2g/cm³的高强度轻质球。

在本示例性实施例中，所述球座2底面可呈倒漏斗状设置且漏斗底部位第一通孔下端。

在本示例性实施例中，所述壳体1上端内壁上可设置有螺纹，壳体1下端外壁上可设置有螺纹，壳体1上端通过螺纹与上部套管下端固定连接，壳体1下端通过螺纹与下部套管上端固定连接。

在本发明的第三示例性实施例中，连续无间断下套管方法通过上述第一或第二示例性实施例所述的浮球式自灌浆浮箍来实现，且所述方法包括步骤：

将浮球式自灌浆浮箍上部套管固定连接，将带浮箍的套管下入井中，井内流体通过常开过流通道组件进入套管内，下套管过程连续无间断进行。具体来讲，在下套管过程中，将浮球式自灌浆浮箍通过螺纹连接在套管下部，按下套管要求下入井中，憋压球会被管外进入管内的流体顶起，使得泥浆不断灌入管内，下套管过程即可连续无间断地进行，无须进行专门的灌浆操作。

当套管下入深度达到设计要求后，通过管内憋压将进入套管中流体排出套管，常开过流通道组件的憋压球下降形成密封。继续憋压达到剪断压力，将剪切部件的剪钉剪断，使常开过流通道组件落入浮箍下方。具体来讲，当套管下入深度达到设计要求后，在固井施工作业前，通过管内憋压，使管内压力大于井下压力，在将套管中流体排出的同时憋压球随液体向下运动，与灌浆筒上的台肩形成密封，继续憋压达到剪断压力，将剪断剪切套上的剪钉，使灌浆筒连同憋压球、限位螺套落入浮箍下方。

停止憋压，井内液体上涌使浮球上浮堵住球座上的第一通孔，实现浮箍单向密封。具体来讲，常开过流通道组件落入浮箍下方后，停止憋压，井底压力大于管内压力，流体从下上涌，浮球即可随液体上浮堵住偏心球座上的第一通孔，实现浮箍单向密封功能。固井时通过管内注入水泥浆，浮球被流体推动向下移动，水泥浆从管内循环进入管外。完成水泥浆注入后，停泵，浮球再次浮起堵住过流孔，阻止水泥浆从环空返入套管内，实现浮箍单向阀功能。这里，所述剪断压力可为8～15Mpa。

综上所述，本发明的有益效果可包括一下内容中至少一项：

(1)本发明可通过预留的常开过流通道，使得浮箍在下入套管过程中不产生单流阀的作用，使得套管下入过程中不用进行灌浆操作，大大提高了套管下入效率；

(2)在下套管结束后，通过管内憋压即可剪断剪钉，使常开过流通道失效，浮球浮起封闭过流通道，恢复常规浮箍的单流阀效果，为下一步的固井注入水泥浆封隔环空间隙起到阻止环空水泥浆回流到套管内的作用；

(3)使用过程简便，通过管内憋压即可实现所述功能，安全可靠。

尽管上面已经结合附图和示例性实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。

Claims (10)

1.一种浮球式自灌浆浮箍，其特征在于，所述自灌浆浮箍包括壳体、球座、浮球、筛板、固定螺套、剪切部件和常开过流通道组件，其中，

所述壳体为筒状结构，所述壳体的上端能够与上部套管下端固定连接，所述壳体的下端能够与下部套管上端固定连接；

所述球座固定密封设置在壳体内部，所述球座上沿轴向贯穿设置有第一通孔；

所述筛板设置在球座之下，且所述筛板、壳体内壁与球座之间形成有能够容纳浮球的空腔，所述筛板上沿轴向设置有第二通孔以及供流体通过的筛孔，所述第二通孔与所述第一通孔在轴向方向位置重合；

所述固定螺套设置在筛板之下以将筛板与壳体固定；

所述常开过流通道组件包括灌浆筒、憋压球、顶盖和限位螺套，其中，

所述灌浆筒包括固定连接的第一筒段和第二筒段，所述第一筒段的内径大于第二筒段的内径，所述第一筒段侧壁上设置有供流体通过的过流孔；

所述憋压球设置在所述第一筒段内并能够上下移动，且所述憋压球能够与第一筒段的下端或第二筒段上端形成密封；

所述顶盖的直径小于等于灌浆筒的直径，所述顶盖固定设置在第一筒段上端以防止憋压球被顶出第一筒段；

所述第二筒段依次穿过第一通孔和第二通孔，所述剪切部件固定设置在第二筒段上端且与球座上端面接触，所述限位螺套固定设置在第二筒段下端且与筛板下端面接触；

所述剪切部件能够使常开过流通道组件在承受大于剪切部件剪断压力时落入浮箍下方；

所述浮球设置在所述空腔内，所述浮球的直径大于所述第一通孔的直径且能够在井内流体中上浮与第一通孔下端形成密封。

2.根据权利要求1所述的浮球式自灌浆浮箍，其特征在于，所述浮箍还包括第一密封圈和第二密封圈，所述第一密封圈设置在所述壳体内壁与球座外壁之间，所述第二密封圈设置在第一通孔内壁与灌浆筒第二筒段外壁之间。

3.根据权利要求1所述的浮球式自灌浆浮箍，其特征在于，所述剪切部件包括剪切套和多个剪钉，所述剪切套套设在灌浆筒外壁上，所述剪切套的直径大于第一通孔的直径，所述剪切套上沿周向均匀开设有供剪钉插入的多个通孔，所述灌浆筒外壁上设置有对应数量的多个剪切孔，所述多个剪钉中每个剪钉都设置在一个通孔中并进入对应的剪切孔中。

4.根据权利要求1所述的浮球式自灌浆浮箍，其特征在于，所述球座底面倒漏斗状设置且漏斗底部位于第一通孔下端。

5.根据权利要求3所述的浮球式自灌浆浮箍，其特征在于，所述多个剪钉的数量为2～6个。

6.根据权利要求1所述的浮球式自灌浆浮箍，其特征在于，所述壳体上端内部上设置有螺纹，壳体下端外壁上设置有螺纹，壳体上端通过螺纹与上部套管下端固定连接，壳体下端通过螺纹与下部套管上端固定连接。

7.根据权利要求1所述的浮球式自灌浆浮箍，其特征在于，所述浮球为密度小于1.0g/cm³的高强度轻质球。

8.根据权利要求1所述的浮球式自灌浆浮箍，其特征在于，所述第一通孔和第二通孔均相对壳体轴线偏心设置。

9.一种连续无间断下套管方法，其特征在于，所述方法通过如权利要求1～8任意一项所述的浮球式自灌浆浮箍来实现，且所述方法包括步骤：

将浮球式自灌浆浮箍与上部套管固定连接，将带浮箍的套管下入井中，井内流体通过常开过流通道组件进入套管内，下套管过程连续无间断进行；

当套管下入深度达到设计要求后，通过管内憋压将进入套管中流体排出套管，常开过流通道组件的憋压球下降形成密封；

继续憋压达到剪断压力，将剪切部件的剪钉剪断，使常开过流通道组件落入浮箍下方；

停止憋压，井内液体上涌使浮球上浮堵住球座上的第一通孔，实现浮箍单向密封。

10.根据权利要求9所述的一种连续无间断下套管方法，其特征在于，所述剪断压力为8～15Mpa。

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