CN114658387A - 一种防止二级注浆提前关闭的分级注水泥器 - Google Patents

一种防止二级注浆提前关闭的分级注水泥器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种防止二级注浆提前关闭的分级注水泥器，包括带循环孔的外套、在二级固井时可移动启闭循环孔的移动套、驱动移动套开启循环孔的开启组件，以及驱动移动套关闭循环孔的关闭组件，其中，所述开启组件和所述关闭组件均安装于所述移动套上；所述移动套设有连通孔，当所述连通孔与所述循环孔对接形成注浆通道时，所述外套与所述移动套之间形成有传压通道，所述传压通道连通所述注浆通道和所述开启组件的下部空间。本发明具有防止二级注浆提前关闭，且结构设计巧妙等优点。

Description

一种防止二级注浆提前关闭的分级注水泥器
技术领域
本发明涉及油气井固井领域，尤其涉及一种防止二级注浆提前关闭的分级注水泥器。
背景技术
石油工程行业油气井固井作业中，需要向井筒内注入水泥，并通过固井胶塞将井筒内的水泥挤入到裸眼与套管的环空空间内。然而，当井筒深度深时，全井注水泥作业存在的巨大压力会将地层压漏，给固井作业带来极大困难。为解决上述技术问题，现有技术通常采用分级注水泥器来实现两级或多级注水泥作业。
分级注水泥器包括液压式分级注水泥器和机械式分级注水泥器。其中，液压式分级注水泥器下入过程中的激荡压力易发生提前开孔、且一级固井必须碰压。而在井斜小于30°的情况下通常使用机械式分级注水泥器，常用的机械式分级注水泥器包含分体式和一体式两种结构，其中，分体式结构存在着提前关孔的风险、且关孔后密封防退效果差，如中国发明专利201210375995.0公开的一种分级注水泥器就存在上述问题；而一体式结构在开孔作业后，受井深和固井排量影响，分级注水泥器的挡块在二级固井过程中将始终受力，此时，挡块将挤压关闭塞座导致关闭塞座变形，挡块收缩与分级注水泥器本体脱离接触，关闭套整体下行造成分级注水泥器提前关孔，如中国发明专利201821019060.8公开的一种具有封隔功能的分级注水泥器就存在二级固井作业时提前关孔的风险。可见，现有的分级注水泥器通常存在固井过程中提前关孔的问题，其无法保证二级固定作业的顺利安全实施。
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，提供一种防止二级注浆提前关闭，且结构设计巧妙的防止二级注浆提前关闭的分级注水泥器。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种防止二级注浆提前关闭的分级注水泥器，包括带循环孔的外套、在二级固井时可移动启闭循环孔的移动套、驱动移动套开启循环孔的开启组件，以及驱动移动套关闭循环孔的关闭组件，其中，所述开启组件和所述关闭组件均安装于所述移动套上；所述移动套设有连通孔，当所述连通孔与所述循环孔对接形成注浆通道时，所述外套与所述移动套之间形成有传压通道，所述传压通道连通所述注浆通道和所述开启组件的下部空间。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述传压通道包括设于移动套外侧壁的移动套传压槽，以及设于外套内侧壁的外套传压槽，在所述循环孔开启时，所述移动套传压槽和所述外套传压槽对接连通。
所述移动套与所述外套之间设有防止水泥浆在循环孔开启状态时泄漏的第一密封件，所述第一密封件位于所述连通孔的上侧。
所述外套设有相互连通的剪钉安装槽和剪钉移动槽，所述移动套通过剪钉安装于所述剪钉安装槽内，所述剪钉在所述开启组件受压时剪断，并进入所述剪钉移动槽内；所述剪钉移动槽的长度等于所述连通孔的从固定至对接循环孔的移动距离；所述剪钉在所述关闭组件受压时二次剪断，所述连通孔下移关闭所述循环孔。
所述关闭组件包括关闭塞座和关闭塞，所述移动套的上端部设有防止关闭塞座与移动套因剪钉剪断脱离的防剪凹槽，所述关闭塞座通过所述剪钉安装于所述防剪凹槽内；所述关闭塞在所述循环孔需关闭时与所述关闭塞座密封配合。
防止二级注浆提前关闭的分级注水泥器还包括限制移动套在关闭循环孔后轴向位置的限位组件，所述限位组件包括卡簧和卡簧槽，其中，所述卡簧设于所述移动套上；所述卡簧槽设于所述外套上，并位于所述传压通道的下侧；所述移动套在移动至所述卡簧与所述卡簧槽配合时固定。
所述移动套与所述外套之间设有防止水泥浆在循环孔关闭状态时泄漏的第二密封件，所述第二密封件位于所述卡簧的两侧。
所述开启组件包括打开塞座和打开塞，所述打开塞座与所述移动套螺纹连接，所述打开塞在所述循环孔需开启时与所述打开塞座密封配合。
所述打开塞座与所述移动套之间设有防止水泥浆泄漏的第三密封件，所述第三密封件靠近所述打开塞座的上端设置。
所述外套的上端与外部管串螺纹连接，所述外套的下端与下接头螺纹连接。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明通过巧妙的结构设计，能够有效防止因排量、工具下深等因素造成的分级注水泥器提前关孔现象，保证了二级固井作业的顺利、安全实施。具体讲，本发明在连通孔移动至与循环孔对接形成注浆通道时，在外套与移动套之间形成有传压通道，传压通道连通注浆通道和开启组件的下部空间，其使得开启组件的上下空间连通，开启组件在二级固井过程中上下两侧的压力始终保持平衡，此时，完全避免了开启组件上侧的移动套等承压部件受力，承压部件不会发生因井深密度压力差以及排量循环摩阻而导致承压过大，移动套不损坏或变形也就不会下移封堵循环孔，其彻底解决了提前关孔造成的二级固井问题。同时，本发明在移动套上设有连通孔，通过连通孔与循环孔的对接连通或错位布置即可同时控制循环孔的启闭，高效可靠地完成二级固井，其结构设计巧妙、简单，且操作快速方便、作业成本低。
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是本发明分级注水泥器的结构示意图(二级注浆未开启状态)。
图2是本发明分级注水泥器的结构示意图(二级注浆开启状态)。
图3是本发明传压通道与注浆通道的位置关系示意图(二级注浆开启状态)。
图4是本发明分级注水泥器的压力传递示意图(二级注浆开启状态)。
图5是本发明分级注水泥器的结构示意图(二级注浆关闭状态)。
图中各标号表示：
1、外套；11、循环孔；12、剪钉安装槽；13、剪钉移动槽；2、移动套；21、连通孔；22、防剪凹槽；3、开启组件；31、打开塞座；32、打开塞；4、关闭组件；41、关闭塞座；5、传压通道；51、移动套传压槽；52、外套传压槽；6、密封部件；61、第一密封件；62、第二密封件；63、第三密封件；7、剪钉；8、限位组件；81、卡簧；82、卡簧槽；9、下接头；10、注浆通道。
具体实施方式
下面将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。
如图1至图5所示，本实施例的防止二级注浆提前关闭的分级注水泥器，包括外套1、移动套2、开启组件3和关闭组件4。其中，外套1上带有循环孔11，以实现二级固井过程中的注浆作业；移动套2安装于外套1上，在二级固井时可移动启闭循环孔11；开启组件3安装于移动套2的下端部，用于驱动移动套2移动以开启循环孔11；关闭组件4安装于移动套2的上端部，用于驱动移动套2移动以关闭循环孔11。本实施例中，移动套2设有连通孔21，移动套2在开启组件3的作用下开启移动，当连通孔21移动至与循环孔11对接形成注浆通道10时，外套1与移动套2之间形成有传压通道5，传压通道5连通注浆通道10和开启组件3的下部空间。
如图4所示，在固井过程中，套管外水泥浆与管内泥浆的密度差造成的压力作用于打开塞32上，进而作用于移动套2和剪钉7上，随着机械式分级注水泥器下深不断增加、循环排量不断增大，移动套2和剪钉7处压力不断增大，当剪钉7超过承受能力失效后，将使移动套2下移提前关孔。而本发明通过巧妙的结构设计，能够有效防止因排量、工具下深等因素造成的分级注水泥器提前关孔现象，保证了二级固井作业的顺利、安全实施。具体讲，本发明在连通孔21移动至与循环孔11对接形成注浆通道10时，在外套1与移动套2之间形成有传压通道5，传压通道5连通注浆通道10和开启组件3的下部空间，其使得开启组件3的上下空间连通，开启组件3在二级固井过程中上下两侧的压力始终保持平衡，此时，完全避免了开启组件3上侧的移动套2和剪钉7等承压部件受力，承压部件不会发生因井深密度压力差以及排量循环摩阻而导致承压过大，移动套2和剪钉7不损坏或变形也就不会下移封堵循环孔11，其彻底解决了提前关孔造成的二级固井问题。同时，本发明在移动套2上设有连通孔21，通过连通孔21与循环孔11的对接连通或错位布置即可同时控制循环孔11的启闭，高效、可靠地完成二级固井，其结构设计巧妙、简单，且操作快速方便、作业成本低。
如图3所示，进一步地，传压通道5包括移动套传压槽51和外套传压槽52。其中，移动套传压槽51设于移动套2的外侧壁，外套传压槽52设于外套1的内侧壁；在循环孔11开启时，移动套传压槽51和外套传压槽52对接连通。本发明采用移动套传压槽51和外套传压槽52组合设置的形式，无需改变原有分级注水泥器的结构布局，即可在形成注浆通道10时快速实现开启组件3上部空间的泄压，其设计巧妙，结构简单、成本低。
更进一步地，移动套2与外套1之间设有第一密封件61，第一密封件61位于连通孔21的上侧。第一密封件61的设置有效防止了水泥浆在循环孔11开启状态时发生泄漏，保证了二级注浆可靠、安全运行。
如图2和图5所述，外套1设有相互连通的剪钉安装槽12和剪钉移动槽13，剪钉安装槽12的深度大于剪钉移动槽13的深度。移动套2通过剪钉7安装于剪钉安装槽12内，剪钉7在开启组件3受压时剪断，并进入剪钉移动槽13内，使得移动套2开启下移。剪钉移动槽13的长度等于连通孔21的从固定至对接循环孔11的移动距离，使得连通孔21在移动套2移动至剪钉移动槽13末端时正好与循环孔11对接。同时，剪钉7在关闭组件4受压时二次剪断，移动套2继续下移，此时，连通孔21下移以关闭循环孔11。本发明剪钉安装槽12、剪钉移动槽13和剪钉7分级剪断的形式设置使得通过一移动套2即可实现循环孔11的有效启闭，避免了采用多个启闭套结构复杂、操作复杂的问题。
本实施例中，关闭组件4包括关闭塞座41和关闭塞，移动套2的上端部设有防剪凹槽22。关闭塞座41通过剪钉7安装于防剪凹槽22内，防剪凹槽22的设置可有效防止关闭塞座41与移动套2因剪钉7剪断而相互脱离，保证二级注浆安全运行。同时，关闭塞在循环孔11需关闭时与关闭塞座41密封配合，当压力达到剪钉7的承载压力时，剪钉7从剪钉移动槽13位置剪断，移动套2下移完成循环孔11的关闭。
进一步地，防止二级注浆提前关闭的分级注水泥器还包括限位组件8，限位组件8包括卡簧81和卡簧槽82。其中，卡簧81呈压缩状设于移动套2上，且卡簧81位于连通孔21的下侧；卡簧槽82设于外套1上，且卡簧槽82位于传压通道5的下侧。移动套2在移动至卡簧81与卡簧槽82配合时固定，以有效限制移动套2在关闭循环孔11后的轴向位置，保证后续作业的顺利进行，其结构简单、可靠性高。在其他实施例中，只要能限制移动套2轴向位置的结构均应在本发明的保护范围内。
更进一步地，移动套2与外套1之间设有第二密封件62，第二密封件62位于卡簧81的两侧，以防止水泥浆在循环孔11关闭状态时发生泄漏，保证后续作业的顺利进行。
如图2所示，开启组件3包括打开塞座31和打开塞32，打开塞座31与移动套2螺纹连接。打开塞32在循环孔11需开启时与打开塞座31密封配合，当压力达到剪钉7的承载压力时，剪钉7从剪钉安装槽12位置剪断并进入剪钉移动槽13内，此时，移动套2下移完成循环孔11的开启。
进一步地，打开塞座31与移动套2之间设有第三密封件63，第三密封件63靠近打开塞座31的上端设置，以防止水泥浆泄漏，保证了二级注浆可靠、安全运行。本实施例中，密封部件6均为密封圈。
进一步地，外套1的两端设有内螺纹，外套1的上端与外部管串螺纹连接，外套1的下端与下接头9螺纹连接。其连接结构简单、可靠。
本实施例中，防止二级注浆提前关闭的分级注水泥器的工作过程为：在一级固井结束后，投入打开塞32，打开塞32下行与打开塞座31密封配合，向分级注水泥器的内腔泵压，促使剪钉7剪断，移动套2下移至连通孔21与循环孔11对接，此时，循环孔11开启进行二级固井。同时，由于传压通道5开启，使得开启组件3的上下空间连通，开启组件3在二级固井过程中上下两侧的压力始终保持平衡，不会发生二级注浆提前关闭的问题。在二级固井后，下入的关闭塞与关闭塞座41密封配合，在泵压过程中，当压力促动剪钉7剪断后，移动套2下行并关闭循环孔11，以保证分级注水泥器处于安全状态。
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)

1.一种防止二级注浆提前关闭的分级注水泥器，其特征在于，包括带循环孔的外套、在二级固井时可移动启闭循环孔的移动套、驱动移动套开启循环孔的开启组件，以及驱动移动套关闭循环孔的关闭组件，其中，所述开启组件和所述关闭组件均安装于所述移动套上；所述移动套设有连通孔，当所述连通孔与所述循环孔对接形成注浆通道时，所述外套与所述移动套之间形成有传压通道，所述传压通道连通所述注浆通道和所述开启组件的下部空间。
2.根据权利要求1所述的防止二级注浆提前关闭的分级注水泥器，其特征在于，所述传压通道包括设于移动套外侧壁的移动套传压槽，以及设于外套内侧壁的外套传压槽，在所述循环孔开启时，所述移动套传压槽和所述外套传压槽对接连通。
3.根据权利要求2所述的防止二级注浆提前关闭的分级注水泥器，其特征在于，所述移动套与所述外套之间设有防止水泥浆在循环孔开启状态时泄漏的第一密封件，所述第一密封件位于所述连通孔的上侧。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的防止二级注浆提前关闭的分级注水泥器，其特征在于，所述外套设有相互连通的剪钉安装槽和剪钉移动槽，所述移动套通过剪钉安装于所述剪钉安装槽内，所述剪钉在所述开启组件受压时剪断，并进入所述剪钉移动槽内；所述剪钉移动槽的长度等于所述连通孔的从固定至对接循环孔的移动距离；所述剪钉在所述关闭组件受压时二次剪断，所述连通孔下移关闭所述循环孔。
5.根据权利要求4所述的防止二级注浆提前关闭的分级注水泥器，其特征在于，所述关闭组件包括关闭塞座和关闭塞，所述移动套的上端部设有防止关闭塞座与移动套因剪钉剪断脱离的防剪凹槽，所述关闭塞座通过所述剪钉安装于所述防剪凹槽内；所述关闭塞在所述循环孔需关闭时与所述关闭塞座密封配合。
6.根据权利要求1至3中任意一项所述的防止二级注浆提前关闭的分级注水泥器，其特征在于，还包括限制移动套在关闭循环孔后轴向位置的限位组件，所述限位组件包括卡簧和卡簧槽，其中，所述卡簧设于所述移动套上；所述卡簧槽设于所述外套上，并位于所述传压通道的下侧；所述移动套在移动至所述卡簧与所述卡簧槽配合时固定。
7.根据权利要求5所述的防止二级注浆提前关闭的分级注水泥器，其特征在于，所述移动套与所述外套之间设有防止水泥浆在循环孔关闭状态时泄漏的第二密封件，所述第二密封件位于所述卡簧的两侧。
8.根据权利要求1至3中任意一项所述的防止二级注浆提前关闭的分级注水泥器，其特征在于，所述开启组件包括打开塞座和打开塞，所述打开塞座与所述移动套螺纹连接，所述打开塞在所述循环孔需开启时与所述打开塞座密封配合。
9.根据权利要去8所述的防止二级注浆提前关闭的分级注水泥器，其特征在于，所述打开塞座与所述移动套之间设有防止水泥浆泄漏的第三密封件，所述第三密封件靠近所述打开塞座的上端设置。
10.根据权利要求1至3中任意一项所述的防止二级注浆提前关闭的分级注水泥器，其特征在于，所述外套的上端与外部管串螺纹连接，所述外套的下端与下接头螺纹连接。
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