CN117432367A - 一种碰压变径式尾管固井胶塞系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及明涉及石油、天然气固井工具领域，尤其涉及一种碰压变径式尾管固井胶塞系统，旨在解决现有胶塞因温度升高导致密封能力下降的问题。本发明包括芯轴组件、密封胶塞、抗压组件和套管；密封胶塞和抗压组件套装于芯轴组件并插装于套管；抗压组件包括同轴设置的压缩环、延展环和固定环，压缩环插装于固定环并与固定环围成第一环形凹槽，延展环安装于第一环形凹槽，第一环形凹槽的开口指向套管的内壁；密封胶塞受压后移动并推动压缩环，以使压缩环挤压延展环，进而延展环直径变大并抵接于套管的内壁以形成密封。本发明通过抗压组件抑制密封胶塞的有害变形，保证密封胶塞与套管内壁的可靠接触从而实现有效密封。

Description

一种碰压变径式尾管固井胶塞系统

技术领域

本发明涉及明涉及石油、天然气固井工具领域，尤其涉及一种碰压变径式尾管固井胶塞系统。

背景技术

固井过程中，尾管通过工作管柱下入到所需深度，并通过尾管悬挂器悬挂在先前安装的套管上，然后使用坐封工具将尾管悬挂器固定在先前安装的套管上，尾管悬挂器通过其外置于锥筒上的卡瓦与套管咬合。在启动尾管悬挂器后，将水泥浆泵入工作管柱，水泥浆进入尾管并从从尾管底部流出，随后进入尾管与井筒内表面之间的环空，进而将尾管固井到位。在尾管固井作业中，当水泥浆沿着工作管柱向下流动时，可以使用胶塞将水泥浆与其他流体隔离，即注入水泥浆后投入胶塞，再泵入钻井液，水泥浆从尾管底部流出，进入尾管与井筒内表面之间的环空，即通过胶塞将水泥浆和钻井液隔离。

胶塞通常具有安装在芯轴上的弹性体和承受套管内壁摩擦的弹性胶盘。弹性胶盘可以清除套管内壁上的泥浆固体和其他堆积的碎屑，防止水泥浆被污染。胶塞的有效性取决于至少有一个弹性胶盘对周围的套管或尾管形成密封，并且主体对芯轴形成密封。弹性体的材料通常需要具有一定的硬度，以保证结构的坚固性和抗磨损性，同时还需要具有足够的延展性，可以变形以提供必要的密封。然而，胶盘的硬度会随着温度的升高而降低，在井筒内温度升高时，弹性体和胶盘容易受到挤压变形，从而降低了的密封能力，导致密封失效，增加了井下风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碰压变径式尾管固井胶塞系统，旨在解决现有胶塞因温度升高导致密封能力下降的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案在于：

一种碰压变径式尾管固井胶塞系统，包括芯轴组件、密封胶塞、抗压组件和套管；密封胶塞和抗压组件套装于芯轴组件并插装于套管；抗压组件包括同轴设置的压缩环、延展环和固定环，压缩环插装于固定环并与固定环围成第一环形凹槽，延展环安装于第一环形凹槽，第一环形凹槽的开口指向套管的内壁；密封胶塞受压后移动并推动压缩环，以使压缩环挤压延展环，进而延展环直径变大并抵接于套管的内壁以形成密封。

进一步的，碰压变径式尾管固井胶塞系统还包括碰压环，多个碰压环沿套管的长度方向间隔设置；碰压环设置为双面螺旋结构，包括上波浪环和下波浪环，上波浪环和下波浪环同轴设置；上波浪环和下波浪环围成沿径向方向的碰压通孔，碰压通孔绕上波浪环的轴线均布。

进一步的，密封胶塞包括上胶盘、中胶盘和下胶盘；上胶盘设置于下胶盘远离抗压组件的一端，中胶盘设置于上胶盘和下胶盘之间；上胶盘、中胶盘和下胶盘均抵接于套管的内壁。

进一步的，第一环形凹槽的宽度由套管的内壁向套管的中心方向逐渐减小；延展环的厚度由套管的内壁向套管的中心方向逐渐减小。

进一步的，固定环的内壁设置有限位凸台，限位凸台远离压缩环的一端抵接于芯轴组件；限位凸台靠近压缩环的一端与固定环的内壁、芯轴组件的外壁围成第二环形凹槽，第二环形凹槽的开口向指向压缩环；压缩环靠近限位凸台的一端插装于第二环形凹槽。

进一步的，延展环选用弹性材料制成。

进一步的，芯轴组件包括芯轴本体，芯轴本体包括上芯轴、中芯轴和下芯轴，芯轴本体开设有沿自身轴线方向的贯通孔；中芯轴一端插装于上芯轴并与上芯轴螺纹连接，另一端套装于下芯轴并与下芯轴螺纹连接；密封胶塞套装于中芯轴和下芯轴，密封胶塞的内壁设置有限位台阶，限位台阶抵接于中芯轴；抗压组件套装于下芯轴。

进一步的，芯轴组件还包括下阀座和捕捉器；下阀座插装于下芯轴并与下芯轴连接，捕捉器插装于下阀座；捕捉器设置有贯通孔，球投入芯轴本体并落入捕捉器以封堵捕捉器的贯通孔。

进一步的，下阀座的侧壁开设有流通孔，捕捉器设置于流通孔靠近中芯轴的一端；捕捉器与下阀座通过销钉连接，销钉同时插装于捕捉器和下阀座；在流体的推动下销钉被剪断，球和捕捉器向远离中芯轴的方向移动并抵接于下阀座，球和捕捉器位于流通孔远离中芯轴的一端。

进一步的，芯轴组件还包括上阀座和固位器；上阀座插装于上芯轴并通过销钉连接，送入工具套装于上芯轴，固位器一端插装于送入工具，另一端插装于上芯轴的侧壁并抵接于上阀座的外壁；向芯轴组件投入钻杆胶塞，钻杆胶塞封堵上阀座，在流体的推动下销钉被上阀座剪断，上阀座和钻杆胶塞向靠近下芯轴的方向移动，上阀座的外壁与固位器脱离接触，固位器可向脱离送入工具的方向移动。

综合上述技术方案，本发明所能实现的技术效果在于：

本发明提供的碰压变径式尾管固井胶塞系统包括芯轴组件、密封胶塞、抗压组件和套管；密封胶塞和抗压组件套装于芯轴组件并插装于套管；抗压组件包括同轴设置的压缩环、延展环和固定环，压缩环插装于固定环并与固定环围成第一环形凹槽，延展环安装于第一环形凹槽，第一环形凹槽的开口指向套管的内壁；密封胶塞受压后移动并推动压缩环，以使压缩环挤压延展环，进而延展环直径变大并抵接于套管的内壁以形成密封。

本发明提供的碰压变径式尾管固井胶塞系统通过密封胶塞推动压缩环，使压缩环挤压延展环，即第一环形凹槽的宽度变小，进而使延展环厚度变小且直径变大，最终与套管内壁紧密贴合以形成密封。由于井下压力可对密封胶塞持续加压，因此延展环受压形成的密封可持续有效，在出现温度升高导致密封胶塞失效时，延展环可继续保持密封，即便延展环受高温影响发生变形，在密封胶塞的推动下延展环可继续变形以重新形成密封，保证了密封的可靠性。同时在压力作用和抗压组件的阻挡下，密封胶塞可发生进一步变形以重新形成密封。

此外，当套管内压力过大导致密封胶塞被挤压变形时，抗压组件可以限制密封组件的变形以使密封胶塞保持与套管内壁的接触，从而保持密封。简而言之，由于压力过大，密封胶塞可能发生较大变形，如果缺少抗压组件的阻挡，密封胶塞的长度变长同时直径变小，导致密封胶塞与套管的内壁脱离。因此，抗压组件可有效避免密封胶塞直径变小的情况以保证密封效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的碰压变径式尾管固井胶塞系统的结构示意图；

图2为密封胶塞的结构示意图；

图3为压缩环的结构示意图；

图4为延展环的结构示意图；

图5为固定环的结构示意图；

图6为下阀座的结构示意图；

图7为投球后的碰压变径式尾管固井胶塞系统的结构示意图；

图8为投球加压后的碰压变径式尾管固井胶塞系统的结构示意图；

图9为投入钻杆胶塞后的碰压变径式尾管固井胶塞系统的结构示意图；

图10为投入钻杆胶塞并加压后的碰压变径式尾管固井胶塞系统的结构示意图；

图11为碰压环的主视图；

图12为碰压环的立体图；

图13为碰压环碰撞发生的压力波动脉冲示意图。

图标：100-芯轴组件；110-芯轴本体；120-下阀座；130-捕捉器；140-上阀座；150-固位器；160-锁环；111-上芯轴；112-中芯轴；113-下芯轴；121-流通孔；200-密封胶塞；210-上胶盘；220-中胶盘；230-下胶盘；240-限位台阶；300-抗压组件；310-压缩环；320-延展环；330-固定环；331-限位凸台；400-套管；510-上波浪环；520-下波浪环；530-安装环；540-碰压通孔；60-球；70-钻杆胶塞；80-送入工具。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在尾管固井作业中，分隔水泥浆和钻井液的胶塞会出现因井筒内温度升高导致胶塞变形，进而引起密封失效，增加井下风险。

有鉴于此，本发明提供了一种碰压变径式尾管固井胶塞系统包括芯轴组件100、密封胶塞200、抗压组件300和套管400；密封胶塞200和抗压组件300套装于芯轴组件100并插装于套管400；抗压组件300包括同轴设置的压缩环310、延展环320和固定环330，压缩环310插装于固定环330并与固定环330围成第一环形凹槽，延展环320安装于第一环形凹槽，第一环形凹槽的开口指向套管400的内壁；密封胶塞200受压后移动并推动压缩环310，以使压缩环310挤压延展环320，进而延展环320直径变大并抵接于套管400的内壁以形成密封。

本发明提供的碰压变径式尾管固井胶塞系统通过密封胶塞200推动压缩环310，使压缩环310挤压延展环320，即第一环形凹槽的宽度变小，进而使延展环320厚度变小且直径变大，最终与套管400内壁紧密贴合以形成密封。由于井下压力可对密封胶塞200持续加压，因此延展环320受压形成的密封可持续有效，在出现温度升高导致密封胶塞200失效时，延展环320可继续保持密封，即便延展环320受高温影响发生变形，在密封胶塞200的推动下延展环320可继续变形以重新形成密封，保证了密封的可靠性。同时在压力作用和抗压组件300的阻挡下，密封胶塞200可发生进一步变形以重新形成密封。

此外，当套管400内压力过大导致密封胶塞200被挤压变形时，抗压组件300可以限制密封组件的变形以使密封胶塞200保持与套管400内壁的接触，从而保持密封。简而言之，由于压力过大，密封胶塞200可能发生较大变形，如果缺少抗压组件300的阻挡，密封胶塞200的长度变长同时直径变小，导致密封胶塞200与套管400的内壁脱离。因此，抗压组件300可有效避免密封胶塞200直径变小的情况以保证密封效果。

以下结合图1-图13对本实施例提供的碰压变径式尾管固井胶塞系统的结构和形状进行详细说明：

本实施例提供的碰压变径式尾管固井胶塞系统包括芯轴组件100、密封胶塞200、抗压组件300和套管400，如图1、图10所示。

本实施例的可选方案中，芯轴组件100包括芯轴本体110、下阀座120、捕捉器130、上阀座140、固位器150和锁环160。具体的，如图1所示，芯轴本体110包括依次连接的上芯轴111、中芯轴112和下芯轴113，中芯轴112一端插装于上芯轴111并与上芯轴111螺纹连接，另一端套装于下芯轴113并与下芯轴113螺纹连接，送入工具80套装于上芯轴111并与上芯轴111连接。芯轴本体110上开设有沿自身轴线方向的贯通孔，以用于安装其他零件以及流体通过。

下阀座120插装于下芯轴113并与下芯轴113螺纹连接，捕捉器130插装于下阀座120，销钉同时插装于捕捉器130和下阀座120以使两者连接。捕捉器130和下阀座120均开设有沿自身轴线方向的贯通孔，如图6所示，下阀座120的侧壁开设有流通孔121，初始状态下，捕捉器130位于流通孔121的上方。其中，流通孔121设置为长孔，多个流通孔121绕下阀座120的轴线均布。

上阀座140插装于上芯轴111，销钉同时插装于上阀座140和上芯轴111以实现两者的连接，上阀座140开设有沿自身轴线方向的贯通孔以保证流体通过。固位器150插装于上芯轴111的侧壁，一端抵接于上阀座140的外壁，另一端插装于送入工具80，以实现上芯轴111与送入工具80的连接。固位器150为块状结构，可由圆环切割得到，即设置至少一个固位器150用于上芯轴111和送入工具80的连接，为保证受力均衡，可设置至少两个绕上芯轴111的轴线均布的固位器150。进一步的，固位器150插装于送入工具80的一端设置有倒角，送入工具80上开设有相应的凹槽，凹槽则设置有与倒角相应的斜面，倒角和斜面的设置可保证固位器150脱离送入工具80。

锁环160设置为C形环并套装于下芯轴113，锁环160同时卡接于下芯轴113和其他工具串以实现下芯轴113与其他工具串的连接。

本实施例中，芯轴组件100由刚性材料制成，例如金属、塑料或复合材料，且此刚性材料需容易被钻头钻除，具体的，芯轴组件100可选用铝、铝合金、聚四氟乙烯、合成树脂等材料中一种或多种制成。同样的，芯轴组件100可以由可降解材料制成，进而可以在相应的溶剂作用下溶解，具体的，可降解材料可选用水溶性镁合金如AZ31，溶剂为水性溶剂如氯化钾溶液。芯轴组件100的钻除可以保证后续施工的顺利进行，避免因难以钻除导致的施工问题。

本实施例的可选方案中，密封胶塞200上设置有上胶盘210、中胶盘220和下胶盘230，如图2所示，其中，密封胶塞200套装于芯轴本体110且与芯轴本体110为过盈配合，以保证密封胶塞200与芯轴本体110之间的可靠密封，上胶盘210、中胶盘220和下胶盘230均抵接于套管400的内壁。密封胶塞200采用弹性材料制成以提供抗变形能力，保证在载荷作用下具有足够的弹性屈服强度，以提升密封的可靠性。为保证与套管400内壁的可靠密封，密封胶塞200上可设置多个胶盘，本实施例中，设置有两个中胶盘220。

本实施例的可选方案中，为提升密封胶塞200的刚度，可在密封胶塞200内设置支撑件，即刚性骨架，刚性骨架可以由金属或复合材料制成，如铝、玻璃纤维等材料。

本实施例中，在下入套管400的过程中，下胶盘230用于对套管400内壁进行密封以及擦拭套管400内壁，中胶盘220主要用于对套管400内壁进行清洁，其次用于对套管400内壁进行密封，上胶盘210主要用于对套管400内壁进行密封，其次对套管400内壁进行清洁。

本实施例中，密封胶塞200的内壁设置有限位台阶240，限位台阶240抵接于中芯轴112，以使芯轴组件100可推动密封胶塞200移动。

本实施例的可选方案中，抗压组件300包括压缩环310、延展环320和固定环330，如图1所示，压缩环310插装于固定环330并与固定环330围成第一环形凹槽，延展环320安装于第一环形凹槽，第一环形凹槽的开口指向套管400的内壁。其中，第一环形凹槽的宽度由套管400的内壁向套管400的中心方向逐渐减小；相应的，如图4所示，延展环320的厚度由套管400的内壁向套管400的中心方向逐渐减小，即延展环320与第一环形凹槽的上下两个接触面为斜面，此斜面接触有助于引导延展环320在受锁环160挤压后沿直径变大的方向延展，并保证具有与套管400内壁有更长的接触距离以提升密封性。

本实施例中，固定环330的内壁设置有限位凸台331，如图1、图5所示，限位凸台331远离压缩环310的一端抵接于芯轴组件100，压缩环310的一端与固定环330的内壁、芯轴组件100的外壁围成第二环形凹槽，第二环形凹槽的开口指向压缩环310；压缩环310靠近限位凸台331的一端插装于第二环形凹槽。在密封胶塞200向下推动压缩环310时，压缩环310沿插入第二环形凹槽的方向移动。压缩环310的下端保持插入第二环形凹槽，以保证第一环形凹槽的完整，从而避免延展环320在自身弹性作用下回弹而导致密封失效。

本实施例中，延展环320由弹性材料制成，具体可选用聚四氟乙烯，以保证抗弯强度以及耐撕裂性能，也可选用橡胶制成。此外，延展环320由可热解降解弹性材料组成，可通过各种工艺热解降解，其上下表面呈圆锥形，分别与压缩环310、固定环330贴合。此弹性材料可以是聚异戊二烯IR和异丁烯异戊二烯HR，热解催化剂为金属离子的可溶性脂肪酸盐，如铜、锰、镍等，这些催化剂可加速热氧化分解。

本实施例中，各连接处设置相应的密封圈，如上阀座140与中芯轴112之间，中芯轴112与下芯轴113之间，捕捉器130与下芯轴113之间。

本实施例中，为避免固井施工时由于水泥车流量计误差大、泵效波动、标称与实际套管几何形状之间的差异、循环损失、套管变形和流体损失等不确定因素造成顶替过程中替量不准或者失效，进而导致固井施工出现水泥浆顶替不到位、替空或顶替过程中压漏地层等情况，造成管内水泥塞过长、管外无水泥浆封固或水泥浆返高达不到设计要求，碰压变径式尾管固井胶塞系统还包括碰压环，多个碰压环沿套管的长度方向间隔设置以定位密封胶塞200和抗压组件300的位置的位置。如图11、图12所示，碰压环设置为双面螺旋结构，包括上波浪环510、下波浪环520和安装环530，上波浪环510、下波浪环520和安装环530同轴设置；安装环530套装于上波浪环510和下波浪环520以用于固定在套管上，上波浪环510和下波浪环520围成沿径向方向的碰压通孔540，碰压通孔540绕上波浪环510的轴线均布。即上波浪环510和下波浪环520沿周向形成波浪且峰谷相对，峰谷相互远离处形成碰压通孔540，峰谷相互靠近处连接以分隔相邻的碰压通孔540。在密封胶塞200和抗压组件300向下移动的过程中与碰压环相碰，并在碰压环双面螺旋结构的作用下发生往复旋转，在旋转冲击力的作用下碰压环破碎，由于受到轴向冲击力及径向旋转冲击的双重作用，碰压环的破碎颗粒更小，小颗粒会随液体流动返出井口，避免其污染钻井液和泥浆以及在底部堆积，保证固井工作顺利进行。

尤其在于，施工时在密封胶塞200后方泵入流体，通过密封胶塞200的位置准确判断水泥浆注入量，从而精准控制注入量。原理在于，密封胶塞200穿过套管串内部时会产生压力波动脉冲，当密封胶塞200和抗压组件300通过碰压环时由于碰压环的阻碍会产生明显的压力增大，进而产生一个更为明显的压力波动脉冲，如图13所示，密封胶塞200和抗压组件300在流体中移动会产生压力波动，当其与碰压环碰撞时，螺旋结构会先激发一个较小的压力波动，随着碰撞的进行，会产生一个明显的超出正常移动时的波峰，碰压环破裂后，在继续下移的过程中通过破碎不完全的位置时继续产生一个较小的压力波动，从而形成一个特定的压力波动脉冲以与正常移动时产生的脉冲相区别，进而避免误判。压力传感器则可检测和记录压力波动脉冲，并将压力数据传输到压力数据采集系统，对压力数据通过卡尔曼滤波算法分析，可确定密封胶塞200的位置。即碰压环的双面螺旋结构可以在碰撞过程中产生相对于无阻情况下更为明显的压力波动脉冲，且此脉冲具有特异性，易与其他异物和正常移动产生的脉冲进行区分，避免误报密封胶塞200的位置导致注入量判断不准；尤其在与碰压环碰撞时，在螺旋结构的作用下，密封胶塞200等可随之发生旋转以产生压力波动，随着冲击破碎的进行，压力波动逐渐增强，产生相对于无阻情况下更为明显的压力波动脉冲，从而避免干扰，进行精准定位。

即通过对密封胶塞200的精准定位，对其位置进行跟踪，从而准确判断注浆量，提高替浆计量准确度，从而及时发现可能出现的风险并采取适当的补救措施，为精准固井保驾护航。避免如水泥浆漏失、流量计误差、泵效波动等因素导致泥浆注入量不准，造成固井质量差，甚至固井失败。通过对密封胶塞200的精准定位可准确判断水泥浆注入量，以便于及时进行补充并避免注入量过多，保证固井工作及后续施工顺利进行。

本实施例提供的碰压变径式尾管固井胶塞系统的工作过程如下：

入井时，送入工具80带动芯轴组件100以推动密封胶塞200下移，到达密封位置后，密封胶塞200在流体的推动下继续向下移动并推动压缩环310，使压缩环310挤压延展环320，进而延展环320直径变大并抵接于套管400内壁形成密封，同时上胶盘210、中胶盘220和下胶盘230可在流体压力下向下弯曲以加强与套筒内壁的抵接，从而形成更为可靠的密封。即通过流体压力、密封胶塞200对抗压组件300的碰撞挤压使密封胶塞200和延展环320直径变大，实现碰压变径。

在需要触发其他工具时，向芯轴本体110内投入球60，球60随流体或在重力作用下落入捕捉器130以封堵捕捉器130上的贯通孔，如图7所示，此时通过泵送流体加压可触发其他工具。随着泵送压力增加到阈值后，连接捕捉器130和下阀座120的销钉被剪断，球60和捕捉器130向下移动至位于流通孔121的下方，捕捉器130的下端可抵接于下阀座120内壁的台阶以避免捕捉器130和球60脱落，此时通过流通孔121建立流体循环通道。

当需要将胶塞系统留在井筒内时，再向芯轴本体110投入钻杆胶塞70即可，钻杆胶塞70将插装于上阀座140并将上阀座140的贯通孔封堵，在泵送流体的压力作用下，连接上阀座140和上芯轴111的销钉被剪断，钻杆胶塞70和上阀座140向下移动使固位器150与上阀座140的外壁脱离接触，此时上提送入工具80即可推动固位器150向上芯轴111内部移动，进而使固位器150脱离送入工具80，实现送入工具80与胶塞系统的脱离，将胶塞系统留在井筒内以保证密封的完整性，从而便于后续的施工作业。

本实施例提供的碰压变径式尾管固井胶塞系统通过上胶盘210、中胶盘220和下胶盘230的设置，在下入过程可以有效清除粘附在套管400内壁的岩屑等杂质，当下入到指定位置时可有效实现密封，起到隔离钻井液与其他流体的作用。

尤其是在高温高压井中遇到密封胶塞200失效时，在井内液柱压力的作用下可使密封胶塞200进一步变形，同时在抗压组件300的阻挡下使下胶盘230与套管400内壁保持密封接触，从而保证对套管400内壁的密封分隔，减少了井下风险，提高了井筒后期作业的安全性。即通过抗压组件300抑制胶盘的有害变形趋势，保证了密封的完整性，同时抗压组件300可提供密封，从而与密封胶塞200组成双重密封。

当套管400内压力过大，导致密封胶塞200过渡变形时，抗压组件300可抑制变形，保证下胶盘230与套管400内壁的密封。即压力过大时，下胶盘230受流体推动发生弯曲变形，下胶盘230的直径变小从而与套管400内壁脱离接触，而抗压组件300可以阻挡下胶盘230向下移动，使其保持原有状态从而保证密封性能。即无论压力如何变化，都能保证抗压组件300对密封胶塞200的阻挡，避免其有害变形，保证与套管400内壁的密封性能。需要注意的是，为保证下胶盘230能够有效密封，下胶盘230的厚度大于中胶盘220和上胶盘210，从而保证其具有足够的变形量以形成密封。

本实施例提供的碰压变径式尾管固井胶塞系统有效避免了高温情况下由于密封胶塞200发生有害变形而造成与套管400密封性不好的问题，同时胶塞系统提供了对套管400或尾管内表面的有力刮削，保证了后续施工的安全。

本实施例提供的碰压变径式尾管固井胶塞系统下入过程可以有效清除粘附在套管400内壁的岩屑等杂质，当下入到指定位置时可有效实现密封，起到隔离钻井液与其他流体的作用，尤其是在高温高压井中当遇到密封橡胶失效时，该胶塞系统可利用井内液柱压力的作用实现对套管的密封分隔，减少了井下风险，提高了后期作业的安全性。

尤其在于通过碰压环的设置，实现了以特定压力波动脉冲对密封胶塞200的位置进行精准定位，从而实现对注浆量的监控以便于进行修正，保证固井工作顺利完成，避免出现替量不准或失效。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种碰压变径式尾管固井胶塞系统，其特征在于，包括芯轴组件（100）、密封胶塞（200）、抗压组件（300）和套管（400）；

所述密封胶塞（200）和所述抗压组件（300）套装于所述芯轴组件（100）并插装于所述套管（400）；

所述抗压组件（300）包括同轴设置的压缩环（310）、延展环（320）和固定环（330），所述压缩环（310）插装于所述固定环（330）并与所述固定环（330）围成第一环形凹槽，所述延展环（320）安装于所述第一环形凹槽，所述第一环形凹槽的开口指向所述套管（400）的内壁；

所述密封胶塞（200）受压后移动并推动所述压缩环（310），以使所述压缩环（310）挤压所述延展环（320），进而所述延展环（320）直径变大并抵接于所述套管（400）的内壁以形成密封。

2.根据权利要求1所述的碰压变径式尾管固井胶塞系统，其特征在于，还包括碰压环，多个所述碰压环沿所述套管（400）的长度方向间隔设置；

所述碰压环设置为双面螺旋结构，包括上波浪环（510）和下波浪环（520），所述上波浪环（510）和所述下波浪环（520）同轴设置；所述上波浪环（510）和所述下波浪环（520）围成沿径向方向的碰压通孔（540），所述碰压通孔（540）绕所述上波浪环（510）的轴线均布。

3.根据权利要求1所述的碰压变径式尾管固井胶塞系统，其特征在于，所述密封胶塞（200）包括上胶盘（210）、中胶盘（220）和下胶盘（230）；

所述上胶盘（210）设置于所述下胶盘（230）远离所述抗压组件（300）的一端，所述中胶盘（220）设置于所述上胶盘（210）和所述下胶盘（230）之间；

所述上胶盘（210）、所述中胶盘（220）和所述下胶盘（230）均抵接于所述套管（400）的内壁。

4.根据权利要求3所述的碰压变径式尾管固井胶塞系统，其特征在于，所述第一环形凹槽的宽度由套管（400）的内壁向套管（400）的中心方向逐渐减小；

所述延展环（320）的厚度由套管（400）的内壁向套管（400）的中心方向逐渐减小。

5.根据权利要求4所述的碰压变径式尾管固井胶塞系统，其特征在于，所述固定环（330）的内壁设置有限位凸台（331），所述限位凸台（331）远离所述压缩环（310）的一端抵接于所述芯轴组件（100）；

所述限位凸台（331）靠近所述压缩环（310）的一端与所述固定环（330）的内壁、所述芯轴组件（100）的外壁围成第二环形凹槽，所述第二环形凹槽的开口向指向所述压缩环（310）；

所述压缩环（310）靠近所述限位凸台（331）的一端插装于所述第二环形凹槽。

6.根据权利要求5所述的碰压变径式尾管固井胶塞系统，其特征在于，所述延展环（320）选用弹性材料制成。

7.根据权利要求1所述的碰压变径式尾管固井胶塞系统，其特征在于，所述芯轴组件（100）包括芯轴本体（110），所述芯轴本体（110）包括上芯轴（111）、中芯轴（112）和下芯轴（113），所述芯轴本体（110）开设有沿自身轴线方向的贯通孔；

所述中芯轴（112）一端插装于所述上芯轴（111）并与所述上芯轴（111）螺纹连接，另一端套装于所述下芯轴（113）并与所述下芯轴（113）螺纹连接；

所述密封胶塞（200）套装于所述中芯轴（112）和所述下芯轴（113），所述密封胶塞（200）的内壁设置有限位台阶（240），所述限位台阶（240）抵接于所述中芯轴（112）；

所述抗压组件（300）套装于所述下芯轴（113）。

8.根据权利要求7所述的碰压变径式尾管固井胶塞系统，其特征在于，所述芯轴组件（100）还包括下阀座（120）和捕捉器（130）；

所述下阀座（120）插装于所述下芯轴（113）并与所述下芯轴（113）连接，所述捕捉器（130）插装于所述下阀座（120）；

所述捕捉器（130）设置有贯通孔，球（60）投入所述芯轴本体（110）并落入所述捕捉器（130）以封堵所述捕捉器（130）的贯通孔。

9.根据权利要求8所述的碰压变径式尾管固井胶塞系统，其特征在于，所述下阀座（120）的侧壁开设有流通孔（121），所述捕捉器（130）设置于所述流通孔（121）靠近所述中芯轴（112）的一端；

所述捕捉器（130）与所述下阀座（120）通过销钉连接，销钉同时插装于所述捕捉器（130）和所述下阀座（120）；

在流体的推动下销钉被剪断，所述球（60）和所述捕捉器（130）向远离所述中芯轴（112）的方向移动并抵接于所述下阀座（120），所述球（60）和所述捕捉器（130）位于所述流通孔（121）远离所述中芯轴（112）的一端。

10.根据权利要求9所述的碰压变径式尾管固井胶塞系统，其特征在于，所述芯轴组件（100）还包括上阀座（140）和固位器（150）；

所述上阀座（140）插装于所述上芯轴（111）并通过销钉连接，送入工具（80）套装于所述上芯轴（111），所述固位器（150）一端插装于所述送入工具（80），另一端插装于所述上芯轴（111）的侧壁并抵接于所述上阀座（140）的外壁；

向所述芯轴组件（100）投入钻杆胶塞（70），所述钻杆胶塞（70）封堵所述上阀座（140），在流体的推动下销钉被所述上阀座（140）剪断，所述上阀座（140）和所述钻杆胶塞（70）向靠近所述下芯轴（113）的方向移动，所述上阀座（140）的外壁与所述固位器（150）脱离接触，所述固位器（150）可向脱离所述送入工具（80）的方向移动。