CN114427373A

CN114427373A - 用于分级注水泥器的打开塞和分级注水泥器

Info

Publication number: CN114427373A
Application number: CN202010972305.4A
Authority: CN
Inventors: 阮臣良; 秦金立; 郭朝辉; 刘明; 王建全; 梁晓阳; 杨德锴; 敖竹青; 袁大勇; 孔博
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering
Priority date: 2020-09-16
Filing date: 2020-09-16
Publication date: 2022-05-03
Anticipated expiration: 2040-09-16
Also published as: CN114427373B

Abstract

本发明提供了一种用于分级注水泥器的打开塞，包括塞头以及与塞头固定连接的塞尾。塞尾具有用于与分级注水泥器的塞座相接合的外锥面，在外锥面中设有密封件。其中，在塞尾中设有传压通道，其下端口处于密封件的下方而上端口处于密封件的上方。在传压通道内设置有爆破阀，其构造成在初始状态下封闭所压通道，并能够在设定的压力阈值下爆破而打开传压通道。本发明还提供了一种包括这种打开塞的分级注水泥器。

Description

用于分级注水泥器的打开塞和分级注水泥器

技术领域

本发明涉及石油固井技术，具体涉及一种用于分级注水泥器的打开塞，以及使用这种打开塞的分级注水泥器。

背景技术

固井技术是钻完井过程中的重要技术环节。固井质量直接影响后续的油气开采作业。

分级注水泥工艺是固井技术中的常用工艺，其中需要使用分级注水泥器。一般来说，深井或超深井所用的分级注水泥器都使用重力型打开塞，通过重力型打开塞与塞座的配合来带动内套产生运动，以打开外筒上的循环孔。

在这种分级注水泥器中使用的内套通常可分为分体式的内套和一体式的内套。对于分体式的内套来说，在循环孔打开后进行的二级注水泥结束之后，在关闭循环孔的瞬间存在小腔压缩的问题，这可能会导致循环孔的关闭不严。而对于一体式的内套来说，在进行二级注水泥过程中，会因为打开塞的上、下压差过大引起循环孔提前关闭。

因此，在分级注水泥工艺中需要一种新型的用于分级注水泥器的打开塞。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种用于分级注水泥器的打开塞，通过其能够避免传统分级注水泥器中循环孔关闭不严或提前关闭的问题。本发明还提供了一种包括这种打开塞的分级注水泥器。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于分级注水泥器的打开塞，包括塞头以及与所述塞头固定连接的塞尾。所述塞尾具有用于与分级注水泥器的塞座相接合的外锥面，在所述外锥面中设有密封件。其中，在所述塞尾中设有传压通道，所述传压通道的下端口处于所述密封件的下方，而所述传压通道的上端口处于所述密封件的上方。在所述传压通道内设置有爆破阀，所述爆破阀构造成在初始状态下封闭所述传压通道，并能够在设定的压力阈值下爆破而打开所述传压通道。

在一个优选的实施例中，所述传压通道的下端口处于所述外锥面中，所述传压通道的上端口处于所述塞尾的上端面中。

在一个优选的实施例中，所述传压通道包括具有所述下端口的水平孔和具有所述上端口的垂直孔，所述水平孔在所述密封件的下方延伸。

在一个优选的实施例中，所述传压通道在所述上端口处形成有扩大部，所述爆破阀通过螺纹配合密封式地安装在所述扩大部中。

在一个优选的实施例中，在所述爆破阀和所述扩大部的底面之间设置有密封垫，用于密封所述垂直孔。

在一个优选的实施例中，所述压力阈值设定成大于所述分级注水泥器的循环孔的打开压力。

在一个优选的实施例中，所述塞头具有内腔，在所述内腔中填充有重型金属。

在一个优选的实施例中，所述塞头包括圆柱体形状的本体、从所述本体中向下延伸的锥形部，以及形成在所述塞头的末端处的球头部。

在一个优选的实施例中，所述塞头的上端形成有内螺纹孔，用于与形成在所述塞尾的下端处的外螺纹接合，并且在所述塞尾的上端面处设置有吊钩。

根据本发明的第二方面，提供了一种分级注水泥器，包括外筒、内套、设置在所述内套中的塞座，以及能够与所述塞座形成密封接合的打开塞。其中，所述打开塞是如上所述的用于分级注水泥器的打开塞。

附图说明

下面将参照附图并通过示意性的示例性实施例来对本发明进行更加详细的说明。在图中：

图1显示了根据本发明的一个具体实施例的用于分级注水泥器的打开塞的结构；

图2显示了图1所示的打开塞应用于分级注水泥器中的状态。

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

下面将结合说明书附图来对本发明作进一步的描述。在下文中，方向性用语“下”、“下游”、“向下”等指的是远离井口的方向，而“上”、“上游”、“向上”等指的是朝向井口的方向。

图1显示了根据本发明的用于分级注水泥器的打开塞100的结构示意图。如图1所示，用于分级注水泥器的打开塞100包括塞头10和塞尾30。塞头10具有圆柱体形状的本体12、从本体12中向下延伸的锥形部14，以及形成在塞头末端处的球头部16。通过这一构造，使得塞头10能够顺畅地下入到分级注水泥器中。另外，在塞头10内限定有内腔18，其中填充有重型金属20。重型金属20例如可为铅。通过在塞头10的内腔18中填充重型金属20，可以增加整个打开塞100的重量，提高下入速度。

在塞头10的上端设有内螺纹(未示出)，其能够与设置在塞尾30的下部的外螺纹(未示出)配合，从而使塞尾30和塞头10固定在一起。在塞尾30的上端面32上设置有吊钩90。可以通过吊钩90将根据本发明的打开塞100吊起，并投入到所要应用的分级注水泥器中。

塞尾30形成为一个大致圆柱体，其外侧面上设有外锥面35。在外锥面35内设有凹槽，其内安装有密封环38。这样，塞尾30的外锥面35能够通过密封环38而与分级注水泥器的塞座上对应的内锥面相配合，这将在下文中结合图2来进行详细的介绍。

根据本发明，在打开塞100的塞尾30中设置有传压通道40。该传压通道40具有两个敞开的端口，即上端口48和下端口46。在图1所示的实施例中，该传压通道40包括水平孔42和垂直孔44，其中，水平孔42朝向塞尾30的侧部敞开而具有下端口46，而垂直孔44朝向塞尾30的上端面32敞开而具有上端口48。水平孔42和垂直孔44在其底部相互连通，形成一个完整的通道。

根据本发明，在传压通道40的上端口48处形成有扩大部52，在该扩大部52内安装有爆破阀50。爆破阀是一种能够在一定压力下爆破的阀机构，是本领域的技术人员所熟知的。为了形成密封，扩大部52可形成有螺纹，使得爆破阀50可通过螺纹配合而密封式地连接在扩大部52上。另外，在爆破阀50和扩大部52的底面之间设有密封垫55，由此密封垂直孔44。

根据本发明，传压通道40设置成使得上端口48处于塞尾30的外锥面35中的密封环38之上，而下端口46处于塞尾30的外锥面35中的密封环38之下。在图1所示的具体实施例中，水平孔42整体上处于密封环38的下方，由此使得下端口46处于密封环38之下。同时，垂直孔44朝向塞尾30的上端面32敞开，使得上端口48处于塞尾30的上端面32中，因而处于密封环38之上。在初始状态下，由于设置在传压通道40的扩大部52内的爆破阀50的存在，传压通道40被封闭，即，上端口48和下端口46互不连通。

图2显示了图1所示的打开塞100下入到分级注水泥器中的状态。如图2所示，分级注水泥器200包括外筒201和设置在外筒201中的内套202。在外筒中设有循环孔220。在内套202中设置有塞座210，其具有内锥面215。这种分级注水泥器的结构是本领域的技术人员所熟知的。在一个优选的实施例中，该分级注水泥器可以是如本申请人的在先中国专利申请CN202010596606.1(发明名称为“分级注水泥装置”，申请日为2020年6月28日)中所描述的分级注水泥器。上述申请通过引用结合于本文中。

如图2所示，在分级注水泥器200中下入根据本发明的打开塞100。打开塞100在重力的作用下下落，从而与分级注水泥器200中的塞座210形成接合。具体地说，打开塞100的外锥面35借助于密封环38而与塞座210的内锥面形成接合，从而密封了分级注水泥器200的内腔。此时，传压通道40因爆破阀50的存在而处于关闭的初始状态。因此，在这种情况下便可进行憋压，导致内套202向下运动而打开循环孔220。此时的压力(即循环孔的打开压力)并不足以使爆破阀50爆破。也就是说，爆破阀50的爆破压力大于分级注水泥器200的循环孔220的打开压力。

在循环孔220打开之后，在二级固井的后期，打开塞100的上方和下方之间的压力差越来越大。当该压力差大于爆破阀50的爆破压力时，爆破阀50发生爆破。爆破阀50的爆破压力例如可以选择为比循环孔的打开压力更大，优选地大7-10MPa。此时，传压通道40的上端口48和下端口46彼此连通，传压通道40处于打开的状态。由于传压通道40的上端口48与处于打开塞100的上方的分级注水泥器200的内腔部分连通，而传压通道40的下端口46与处于打开塞100的下方的分级注水泥器200的内腔部分连通，因此打开塞100的上方和下方之间的压力差因传压通道40的打开而消失。

这样，如果分级注水泥器200的内套202采用的是一体式内套，则该一体式内套无向下作用力，不再存在内套提前关闭循环孔220的问题。而如果分级注水泥器200的内套202采用的是分体式内套，则该分体式内套之间也不存在小腔压缩问题，避免了密封不严的问题。因此，根据本发明的打开塞100能够有效地避免现有技术中内套可能发生的问题。

需要说明的是，尽管以上结合图1所示的实施例对打开塞的传压通道的结构进行了具体的说明，然而本领域的技术人员可以理解，只要传压通道内设置有爆破阀且传压通道的两个端口分设于密封环的上方和下方，传压通道的具体结构和爆破阀的位置都可以根据具体情况的需要而进行任意的选择。例如，爆破阀可以设置在邻近传压通道的下端口的位置处，或者埋入在传压通道内。另外，传压通道也可以不限于包括水平孔和垂直孔这两个部分，而是形成为一个单一的斜向孔，等等。

在本实施例中虽然已经参考优选地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，在不存在结构冲突的情况下，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

1.用于分级注水泥器的打开塞(100)，包括塞头(10)以及与所述塞头(10)固定连接的塞尾(30)，所述塞尾(30)具有用于与分级注水泥器的塞座相接合的外锥面(35)，在所述外锥面(35)中设有密封件(38)，

其中，在所述塞尾(30)中设有传压通道(40)，所述传压通道(40)的下端口(46)处于所述密封件(38)的下方，而所述传压通道(40)的上端口(48)处于所述密封件(38)的上方，

在所述传压通道(40)内设置有爆破阀(50)，所述爆破阀(50)构造成在初始状态下封闭所述传压通道(40)，并能够在设定的压力阈值下爆破而打开所述传压通道(40)。

2.根据权利要求1所述的用于分级注水泥器的打开塞(100)，其特征在于，所述传压通道(40)的下端口(46)处于所述外锥面(35)中，所述传压通道(40)的上端口(48)处于所述塞尾(30)的上端面(32)中。

3.根据权利要求2所述的用于分级注水泥器的打开塞(100)，其特征在于，所述传压通道(40)包括具有所述下端口(46)的水平孔(42)和具有所述上端口(48)的垂直孔(44)，所述水平孔(42)在所述密封件(38)的下方延伸。

4.根据权利要求3所述的用于分级注水泥器的打开塞(100)，其特征在于，所述传压通道(40)在所述上端口(48)处形成有扩大部(52)，所述爆破阀(50)通过螺纹配合密封式地安装在所述扩大部(52)中。

5.根据权利要求4所述的用于分级注水泥器的打开塞(100)，其特征在于，在所述爆破阀(50)和所述扩大部(52)的底面之间设置有密封垫(55)，用于密封所述垂直孔(44)。

6.根据权利要求1到5中任一项所述的用于分级注水泥器的打开塞(100)，其特征在于，所述压力阈值设定成大于所述分级注水泥器的循环孔的打开压力。

7.根据权利要求1到6中任一项所述的用于分级注水泥器的打开塞(100)，其特征在于，所述塞头(10)具有内腔(18)，在所述内腔(18)中填充有重型金属(20)。

8.根据权利要求1到7中任一项所述的用于分级注水泥器的打开塞(100)，其特征在于，所述塞头(10)包括圆柱体形状的本体(12)、从所述本体(12)中向下延伸的锥形部(14)，以及形成在所述塞头(10)的末端处的球头部(16)。

9.根据权利要求8所述的用于分级注水泥器的打开塞(100)，其特征在于，所述塞头(10)的上端形成有内螺纹孔，用于与形成在所述塞尾(30)的下端处的外螺纹接合，并且在所述塞尾(30)的上端面处设置有吊钩(90)。

10.分级注水泥器(200)，包括外筒(201)、内套(202)、设置在所述内套(202)中的塞座(210)，以及能够与所述塞座(210)形成密封接合的打开塞，其特征在于，所述打开塞是根据权利要求1到9中任一项所述的用于分级注水泥器的打开塞(100)。