CN115306348B - 一种固井用自灌式浮箍浮鞋 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及固井技术领域，尤其涉及一种固井用自灌式浮箍浮鞋。油井内高温长时间使用会降低弹簧的弹性性能，影响阀芯与阀座之间的密封性，在注水泥的过程中，水泥会持续冲击阀芯导致阀芯表面磨损，导致阀芯与阀座贴合不彻底。一种固井用自灌式浮箍浮鞋包括有外壳，外壳内固接有支撑板，支撑板固接有导向壳体，导向壳体滑动连接有阀杆，阀杆固接有支撑盘，支撑盘与导向壳体之间铰接有弹簧片，阀杆通过对称分布的折杆固接有阀芯，外壳内固接有与阀芯密封配合的阀座。本发明通过周向设置的弹簧片，避免单一弹簧弹性性能降低，从而影响阀芯与阀座之间的密封性问题，通过注水泥浆时防护壳体对水泥浆的拦截，实现了更好的密封效果。
Description
技术领域
本发明涉及固井装置领域，尤其涉及一种固井用自灌式浮箍浮鞋。
背景技术
固井是钻完井作业过程中不可或缺的重要环节，固井包括下套管和注水泥，在下套管的过程中，通过在套管末端安装浮箍浮鞋来帮助套管下井，浮箍浮鞋起到回压凡尔的作用，用于防止固井作业时，水泥浆倒流，目前的浮箍浮鞋的反向密封主要采用压缩弹簧支撑式。
浮箍浮鞋多采用单一弹簧辅助阀芯进行密封，由于油井内高温长时间使用会降低弹簧的弹性性能，从而影响阀芯与阀座之间的密封性，并且在注水泥的过程中，水泥会持续冲击阀芯导致阀芯表面磨损，从而导致阀芯与阀座贴合不彻底，存在泄露情况，且水泥浆中的水泥颗粒会附着在阀芯与阀座的接触面之间，影响阀芯与阀座之间的密封性，在弹簧复位时，阀芯迅速上移撞击阀座，容易导致阀芯表面受损。
发明内容
本发明通过提供一种高密封性固井用自灌式浮箍浮鞋，解决了油井内高温、长时间使用等因素，会造成弹簧的弹性性能降低，从而影响阀芯与阀座之间的密封性，并且在注水泥的过程中，水泥会持续冲击阀芯导致阀芯表面受磨损，从而导致阀芯与阀座贴合不彻底，存在泄露情况的问题。
一种固井用自灌式浮箍浮鞋，包括有外壳，外壳底部设置有用于流通水泥浆的通孔，外壳内固接有支撑板，支撑板周向设置有导流槽，导流槽用于水泥浆流通，支撑板固接有导向壳体，导向壳体滑动连接有阀杆，阀杆固接有支撑盘，支撑盘与导向壳体之间铰接有弹簧片，阀杆通过对称分布的折杆固接有阀芯，弹簧片用于复位阀芯，外壳内固接有与阀芯密封配合的阀座，阀座的中部设置有进液孔，阀座内设置有环形空腔，弹簧片通过支撑盘、阀杆和折杆带动阀芯向上移动与阀座密封接触；导向壳体内设置有用于稳定阀杆的缓冲组件，缓冲组件包括有第一缓冲活塞，第一缓冲活塞位于导向壳体内并与阀杆固接，阀杆通过支杆固接有与第一缓冲活塞平齐的第二缓冲活塞，导向壳体内填充有用于缓冲第一缓冲活塞和第二缓冲活塞的阻尼油，第一缓冲活塞与第二缓冲活塞之间形成阶梯状缝隙，降低阀芯的复位速度。
优选地，阀芯设置为球形，用于增加阀芯与阀座之间的密封性。
优选地，外壳内设置有用于密封弹簧片的密封组件，密封组件包括有密封壳体，密封壳体周向设置有导流槽，密封壳体固接于外壳内并与导向壳体固接，密封壳体和支撑盘之间固接有波纹管。
优选地，外壳设置有用于对弹簧片限位的限位组件，限位组件包括有挡板，挡板滑动连接于外壳内，阀座固接有进液壳体，进液壳体周向设置有通孔，密封壳体周向等间距固接有L形杆，L形杆与阀座和密封壳体滑动连接，L形杆与密封壳体之间固接有第一弹簧，L形杆远离挡板的一端固接有限位块。
优选地，限位块靠近弹簧片的一侧与弹簧片外侧面的中部配合，对弹簧片进行限位，限位块的材质为弹性材料，增大限位块与弹簧片之间的挤压力。
优选地，阀座设置有用于防护阀芯上表面的防护组件，防护组件包括有齿条，齿条对称固接于阀座，阀杆的折杆转动连接有转杆，阀芯套设有与转杆固接的防护壳体，防护壳体设置为半球形，转杆固接有与齿条啮合的齿轮。
优选地，防护壳体内径与阀芯外径相等，用于刮除阀芯上表面的水泥浆。
优选地，阀座设置有用于清理水泥颗粒的清理组件，清理组件包括有拦截环，拦截环滑动连接于环形空腔内，拦截环与阀座之间固接有第二弹簧，阀座周向设置有与环形空腔连通的折形孔，阀座的折形孔靠近阀芯的一端固接有过滤水泥颗粒的过滤网。
本发明具有下述优点：
1、通过周向设置的弹簧片，避免单一弹簧弹性性能降低，从而影响阀芯与阀座之间的密封性问题，实现了更好的密封效果。
2、通过限位块对三个弹簧片进行限位，避免井下压力变化引起阀芯上下震动，导致三个弹簧片发生形变，使阀芯与阀座之间密封降低，同时由于限位块的材质为弹性材料，对弹簧片的外侧面进行挤压，避免弹簧片老化弹性降低，对支撑盘向上挤压力不足的问题。
3、通过缓冲组件使得阀芯与阀座之间实现快速打开和缓慢关闭的效果，避免阀芯表面受损影响其与阀座之间密封性，实现了更好的缓冲防护效果。
4、通过注水泥浆时防护壳体对水泥浆的拦截，以及经过滤后的水泥浆对阀芯与阀座之间接触面的冲击，避免了水泥浆对阀芯上表面以及阀芯与阀座接触面的影响，实现了更好的密封效果。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图。
图2为本发明的第一种立体结构部分剖面图。
图3为本发明的第二种立体结构部分剖面图。
图4为本发明的第三种立体结构部分剖面图。
图5为本发明A处放大的立体结构示意图。
图6为本发明限位组件的立体结构示意图。
图7为本发明B处放大的立体结构示意图。
图8为本发明防护组件的立体结构部分剖面图。
图9为本发明C处放大的立体结构示意图。
附图标记说明：1-外壳，2-支撑板，3-导向壳体，4-阀杆，5-支撑盘，6-弹簧片，7-阀芯，8-阀座，801-环形空腔，901-第一缓冲活塞，902-第二缓冲活塞，1001-密封壳体，1002-波纹管，1101-挡板，1102-进液壳体，1103-L形杆，1104-第一弹簧，1105-限位块，1201-齿条，1202-转杆，1203-防护壳体，1204-齿轮，1301-拦截环，1302-第二弹簧。
具体实施方式
外壳1通过螺纹连接在井筒的底部，以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
一种固井用自灌式浮箍浮鞋，如图1-图3所示，包括有外壳1，外壳1底部设置有用于流通水泥浆的通孔，外壳1内固接有支撑板2，支撑板2周向设置有导流槽，支撑板2的上表面固接有导向壳体3，导向壳体3的上部滑动连接有阀杆4，阀杆4固接有支撑盘5，支撑盘5与导向壳体3之间铰接有弹簧片6，阀杆4通过对称分布的折杆固接有阀芯7，弹簧片6用于复位阀芯7，外壳1内固接有与阀芯7密封配合的阀座8，阀芯7设置为球形，增加了阀芯7与阀座8之间的接触面积，实现了更好的密封效果，阀座8的中部设置有进液孔，阀座8内开设有环形空腔801，导向壳体3内设置有用于稳定阀芯7的缓冲组件，外壳1内设置有用于密封弹簧片6的密封组件，防止水泥浆与弹簧片6接触，影响弹簧片6的复位，外壳1设置有用于对弹簧片6限位的限位组件，避免井下压力变化引起阀芯7上下震动，导致三个弹簧片6发生形变，使阀芯7与阀座8之间密封降低，阀座8设置有用于防护阀芯7上表面的防护组件，避免水泥浆对阀芯7的上表面持续冲击，造成阀芯7表面磨损，阀座8设置有用于清理水泥颗粒的清理组件，通过储存起来的水泥浆的快速冲击，避免了阀芯7与阀座8接触面之间附着部分水泥颗粒，影响阀芯7与阀座8之间的密封性，弹簧片6通过支撑盘5、阀杆4和折杆带动阀芯7向上移动与阀座8接触，通过周向设置的弹簧片6，避免单一弹簧弹性性能降低，从而影响阀芯7与阀座8之间的密封性问题，实现了更好的密封效果。
如图4和图5所示，缓冲组件包括有第一缓冲活塞901，第一缓冲活塞901位于导向壳体3内并与阀杆4固接，阀杆4通过三个支杆固接有与第一缓冲活塞901平齐的第二缓冲活塞902，导向壳体3内装填有用于缓冲第一缓冲活塞901和第二缓冲活塞902的阻尼油，第一缓冲活塞901与第二缓冲活塞902之间形成阶梯状缝隙，第一缓冲活塞901与第二缓冲活塞902向上移动的阻力大于向下移动的阻力，在配合阻尼油的阻尼效果，使得阀芯7与阀座8之间实现快速打开和缓慢关闭的效果，避免阀芯7表面受损影响其与阀座8之间密封性。
如图3和图4所示，密封组件包括有密封壳体1001，密封壳体1001周向开设有导流槽，密封壳体1001固接于外壳1内并与导向壳体3固接，密封壳体1001和支撑盘5之间固接有波纹管1002，通过波纹管1002始终保持密封壳体1001不与外界连通，防止水泥浆与弹簧片6接触，影响弹簧片6复位。
如图1、图2、图4、图6和图7所示，限位组件包括有挡板1101，挡板1101滑动连接于外壳1内上部，阀座8固接有进液壳体1102，进液壳体1102周向设置有通孔，密封壳体1001周向等间距焊接有L形杆1103，L形杆1103与阀座8和密封壳体1001滑动连接，L形杆1103与密封壳体1001之间固接有第一弹簧1104，L形杆1103远离挡板1101的一端固接有限位块1105，限位块1105靠近弹簧片6的一侧与弹簧片6外侧面的中部配合，通过限位块1105对三个弹簧片6进行限位，避免井下压力变化引起阀芯7上下震动，导致三个弹簧片6发生形变，降低阀芯7与阀座8之间的密封性，限位块1105的材质为弹性材料，对弹簧片6的外侧面进行挤压，避免弹簧片6老化弹性降低，对支撑盘5向上挤压力不足的问题（等同于对阀芯7向上挤压力不足），实现了更好的限位效果。
如图4和图8所示，防护组件包括有齿条1201，齿条1201对称固接于阀座8，阀杆4的折杆转动连接有转杆1202，阀芯7套设有与转杆1202固接的防护壳体1203，防护壳体1203设置为半球形，转杆1202固接有与齿条1201啮合的齿轮1204，齿轮1204通过转杆1202带动防护壳体1203转动，防护壳体1203对阀芯7的上表面进行防护，避免水泥浆对阀芯7的上表面冲击，实现了更好的防护效果，防护壳体1203内径与阀芯7外径相等，用于刮除阀芯7上表面的水泥浆，在防护壳体1203转至阀芯7上方时，防护壳体1203会刮除阀芯7上表面的水泥浆，避免了水泥浆残留在阀芯7上表面。
如图4和图9所示，清理组件包括有拦截环1301，拦截环1301滑动连接于环形空腔801内，拦截环1301与阀座8之间固接有第二弹簧1302，阀座8周向设置有与环形空腔801连通的折形孔，阀座8的折形孔靠近阀芯7的一端固接有过滤网，过滤网用于过滤水泥颗粒，第二弹簧1302复位带动拦截环1301向下移动，环形空腔801和折形孔内的水泥浆被压入阀芯7与阀座8之间，通过储存起来的水泥浆的快速冲击，避免了阀芯7与阀座8接触面之间附着部分水泥颗粒。
操作人员向井筒中注入水泥浆，水泥浆通过井筒与挡板1101接触后并带动其向下移动，第一弹簧1104被压缩，挡板1101通过L形杆1103带动限位块1105向下移动，由于限位块1105的材质为弹性材料，图7中限位块1105左侧面的上部受弹簧片6外侧面中部的限位发生变形，当挡板1101下表面与阀座8上表面接触时，挡板1101解除对进液壳体1102上通孔的封堵，水泥浆从进液壳体1102上的通孔进入其内，此时，限位块1105对弹簧片6的限位解除，限位块1105位于弹簧片6外侧面中部的下侧，水泥浆会通过阀座8中部的进液孔与阀芯7上表面接触，阀芯7上方压力增大，三个弹簧片6被压缩进行外扩，阀芯7通过折杆带动阀杆4和支撑盘5向下移动，水泥浆从阀芯7与阀座8之间的缝隙进入外壳1内，在阀芯7向下移动的过程中，折杆通过转杆1202带动防护壳体1203和齿轮1204向下移动，由于齿条1201与齿轮1204啮合，齿轮1204通过转杆1202带动防护壳体1203转动，防护壳体1203对阀芯7的上表面进行防护，避免水泥浆对阀芯7的上表面冲击，实现了更好的防护效果，由于防护壳体1203内径与阀芯7外径相等，在防护壳体1203转至阀芯7上方时，防护壳体1203会刮除阀芯7上表面的水泥浆，避免了水泥浆残留在阀芯7上表面。
随后水泥浆依次通过密封壳体1001的导流槽、支撑板2的导流槽和外壳1底部的通孔排出，当操作人员停止向井筒内注入水泥浆时，由于此时三个弹簧片6外侧面的中部均向外扩，阻碍了三个限位块1105向上移动复位，因此，三个弹簧片6带动支撑盘5、阀杆4、折杆和阀芯7复位，阀芯7与阀座8接触后将进液孔进行封堵，此时水泥浆仍为流体，避免水泥浆倒灌进入井筒内，由于阀芯7设置为球形，增加了阀芯7与阀座8之间的接触面积，实现了更好的密封效果，在弹簧片6完成复位后，第一弹簧1104通过L形杆1103带动挡板1101和限位块1105复位，进液壳体1102的通孔被封堵，通过先对弹簧片6进行复位后对限位块1105进行复位，避免了挡板1101先将进液壳体1102的通孔封堵造成阀芯7上方压力无法与井筒连通，从而影响阀芯7复位，通过周向设置的弹簧片6，避免单一弹簧弹性性能降低，从而影响阀芯7与阀座8之间的密封性问题，实现了更好的密封效果。
由于油井内高温、高压和长时间使用等因素，会造成弹簧片6的弹性性能降低，从而影响阀芯7与阀座8之间的密封性，因此通过限位块1105对三个弹簧片6进行限位，避免井下压力变化引起阀芯7上下震动，导致三个弹簧片6发生形变，使阀芯7与阀座8之间密封降低，同时由于限位块1105的材质为弹性材料，对弹簧片6的外侧面进行挤压，避免弹簧片6老化弹性降低，对支撑盘5向上挤压力不足的问题（等同于对阀芯7向上挤压力不足），实现了更好的限位效果，由于弹簧片6对限位块1105的限位（图7中限位块1105的左侧面的上部受弹簧片6右侧面的中部无法向下移动），也避免了当第一弹簧1104老化弹性性能降低时，L形杆1103带动限位块1105解除对弹簧片6限位的问题。
在阀芯7向上移动进行复位的过程中，由于弹簧片6的复位很迅速，为了避免弹簧片6迅速复位造成阀芯7快速撞击阀座8，导致阀芯7表面受损的问题，通过缓冲组件降低阀芯7上移的速度，阀芯7通过折杆带动阀杆4向上移动，阀杆4带动第一缓冲活塞901并通过支杆带动第二缓冲活塞902向上移动，由于第一缓冲活塞901与第二缓冲活塞902之间形成阶梯状缝隙，第一缓冲活塞901与第二缓冲活塞902向下移动对阻尼油聚合，便于阻尼油向上流动，第一缓冲活塞901与第二缓冲活塞902向上移动不利于阻尼油的聚合，第一缓冲活塞901与第二缓冲活塞902向上移动的阻力大于向下移动的阻力，在配合阻尼油的阻尼效果，使得阀芯7与阀座8之间实现快速打开和缓慢关闭的效果，避免阀芯7表面受损影响其与阀座8之间密封性，实现了更好的缓冲防护效果。
在阀芯7向下移动的过程中，由于水泥浆通过阀座8上的折形孔进入环形空腔801，拦截环1301下方压力增大，第二弹簧1302被压缩，由于折形孔内的过滤网将水泥浆中的水泥颗粒进行拦截，此时一部分经过滤的水泥浆被储存起来，当停止向井筒内注入水泥时，阀芯7上方压力降低，第二弹簧1302复位带动拦截环1301向下移动，环形空腔801和折形孔内的水泥浆被压入阀芯7与阀座8之间，通过储存起来的水泥浆的快速冲击，避免了阀芯7与阀座8接触面之间附着部分水泥颗粒，影响阀芯7与阀座8之间的密封性，通过注水泥浆时防护壳体1203对水泥浆的拦截，以及经过滤后的水泥浆对阀芯7与阀座8之间接触面的冲击，避免了水泥浆对阀芯7上表面以及阀芯7与阀座8接触面的影响，实现了更好的密封效果，密封组件防止水泥浆与弹簧片6接触，从而影响弹簧片6弹性的问题，通过设置波纹管1002始终保持密封壳体1001不与外界连通。
以上对本申请进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (8)
1.一种固井用自灌式浮箍浮鞋，包括有外壳（1），外壳（1）底部设置有用于流通水泥浆的通孔，其特征在于：外壳（1）内固接有支撑板（2），支撑板（2）周向设置有导流槽，导流槽用于水泥浆流通，支撑板（2）固接有导向壳体（3），导向壳体（3）滑动连接有阀杆（4），阀杆（4）固接有支撑盘（5），支撑盘（5）与导向壳体（3）之间铰接有弹簧片（6），阀杆（4）通过对称分布的折杆固接有阀芯（7），弹簧片（6）用于复位阀芯（7），外壳（1）内固接有与阀芯（7）密封配合的阀座（8），阀座（8）的中部设置有进液孔，阀座（8）内设置有环形空腔（801），弹簧片（6）通过支撑盘（5）、阀杆（4）和折杆带动阀芯（7）向上移动与阀座（8）密封接触；导向壳体（3）内设置有用于稳定阀芯（7）的缓冲组件，缓冲组件包括有第一缓冲活塞（901），第一缓冲活塞（901）位于导向壳体（3）内并与阀杆（4）固接，阀杆（4）通过支杆固接有与第一缓冲活塞（901）平齐的第二缓冲活塞（902），导向壳体（3）内填充有用于缓冲第一缓冲活塞（901）和第二缓冲活塞（902）的阻尼油，第一缓冲活塞（901）与第二缓冲活塞（902）之间形成阶梯状缝隙，降低阀芯（7）的复位速度。
2.按照权利要求1所述的一种固井用自灌式浮箍浮鞋，其特征在于：阀芯（7）设置为球形，用于增加阀芯（7）与阀座（8）之间的密封性。
3.按照权利要求1所述的一种固井用自灌式浮箍浮鞋，其特征在于：外壳（1）内设置有用于密封弹簧片（6）的密封组件，密封组件包括有密封壳体（1001），密封壳体（1001）周向设置有导流槽，密封壳体（1001）固接于外壳（1）内并与导向壳体（3）固接，密封壳体（1001）和支撑盘（5）之间固接有波纹管（1002）。
4.按照权利要求1所述的一种固井用自灌式浮箍浮鞋，其特征在于：外壳（1）设置有用于对弹簧片（6）限位的限位组件，限位组件包括有挡板（1101），挡板（1101）滑动连接于外壳（1）内，阀座（8）固接有进液壳体（1102），进液壳体（1102）周向设置有通孔，密封壳体（1001）周向等间距固接有L形杆（1103），L形杆（1103）与阀座（8）和密封壳体（1001）滑动连接，L形杆（1103）与密封壳体（1001）之间固接有第一弹簧（1104），L形杆（1103）远离挡板（1101）的一端固接有限位块（1105）。
5.按照权利要求4所述的一种固井用自灌式浮箍浮鞋，其特征在于：限位块（1105）靠近弹簧片（6）的一侧与弹簧片（6）外侧面的中部配合，对弹簧片（6）进行限位，限位块（1105）的材质为弹性材料，增大限位块（1105）与弹簧片（6）之间的挤压力。
6.按照权利要求1所述的一种固井用自灌式浮箍浮鞋，其特征在于：阀座（8）设置有用于防护阀芯（7）上表面的防护组件，防护组件包括有齿条（1201），齿条（1201）对称固接于阀座（8），阀杆（4）的折杆转动连接有转杆（1202），阀芯（7）套设有与转杆（1202）固接的防护壳体（1203），防护壳体（1203）设置为半球形，转杆（1202）固接有与齿条（1201）啮合的齿轮（1204）。
7.按照权利要求6所述的一种固井用自灌式浮箍浮鞋，其特征在于：防护壳体（1203）内径与阀芯（7）外径相等，用于刮除阀芯（7）上表面的水泥浆。
8.按照权利要求1所述的一种固井用自灌式浮箍浮鞋，其特征在于：阀座（8）设置有用于清理水泥颗粒的清理组件，清理组件包括有拦截环（1301），拦截环（1301）滑动连接于环形空腔（801）内，拦截环（1301）与阀座（8）之间固接有第二弹簧（1302），阀座（8）周向设置有与环形空腔（801）连通的折形孔，阀座（8）的折形孔靠近阀芯（7）的一端固接有用于过滤水泥颗粒的过滤网。
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