CN117927183B - 一种活塞式浮箍浮鞋 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油固井技术领域，提出了一种活塞式浮箍浮鞋，包括壳体、固定于壳体内且位于水泥浆入口端的承台、固定于壳体内且位于水泥浆出口端的隔板；本发明中在水泥浆注入时，壳体水泥浆入口端的正向压力推动第一锥形帽塞，而推动滑杆在套筒内向出口端滑动，这一过程中第二锥形帽塞向第一锥形帽塞方向运动直至与第一锥形帽塞相抵触，在当第一锥形帽塞与第二锥形帽塞相抵触时，第二锥形帽塞与隔板之间保持一段间隙而形成与导流孔相通的导流腔，使进入流道内的水泥浆能够沿着导流腔通入各导流孔，本发明采用双活塞的密封方式，相对于现有技术来说，解决了现有技术中活塞受到浮箍浮鞋水泥浆料入口及出口端的双重压力的问题。

Description

一种活塞式浮箍浮鞋

技术领域

本发明涉及石油固井技术领域，具体的，涉及一种活塞式浮箍浮鞋。

背景技术

浮箍浮鞋是一种能产生浮力的一种套管引鞋或接箍。由于浮鞋或浮箍耐高温，密封性和可钻性好，连接方便，因而可代替引鞋，套管鞋等。浮鞋或浮箍不仅可用于一般技术套管和油层套管，而且也可用于深井，超深井及特殊工艺井。而现有浮箍浮鞋在水泥注浆过程中其密封元件均暴露在泥浆循环通道中，因此耐冲刷性较差。浮箍浮鞋的密封结构一旦遭到破坏， 将无法形成有效地密封。

经检索，公告号为CN204738782U公开了一种活塞式浮箍浮鞋，包括本体和内阀，内阀中空形成内腔且其底部由孔板封闭，孔板上设有排液孔；内阀的上段与本体密封连接，其下段的外径小于本体的内径；内阀上、下段内腔的直径在连接处是上段内腔小；内阀下段的内腔内设有能自由滑动的活塞，活塞与内腔密封连接，且其与孔板之间设有弹簧；活塞的上侧边缘处设有环形凸起；对应的在内阀下段内腔的顶部设有容纳该环形凸起的环形凹槽；环形凹槽内还设有轴向密封装置；内阀下段靠近其与上段的连接处沿其周向设有多个循环孔；活塞关闭时，循环孔被关闭。该活塞式浮箍浮鞋，将密封元件隐藏在泥浆循环通道之外，不会被冲蚀，从而大幅提高浮箍浮鞋的使用寿命。

然而上述活塞式浮箍浮鞋仍存在以下问题：

1、上述活塞式浮箍浮鞋采用的是单个柱形活塞对内腔以及循环孔进行密封，即活塞受到浮箍浮鞋水泥浆料入口及出口端的双重压力，在压力差的作用下导致活塞的损耗较大；

2、上述活塞式浮箍浮鞋在停止注浆时，由于压力作用管井内水泥浆从孔板上的排液孔直接进入内腔中，而该部分水泥浆对弹簧的反作用力影响活塞的复位能力，进而影响浮箍浮鞋的密封灵活性。

发明内容

本发明提出一种活塞式浮箍浮鞋，解决了现有技术中活塞受到浮箍浮鞋水泥浆料入口及出口端的双重压力、水泥浆进入而影响浮箍浮鞋密封灵活性的问题。

本发明的技术方案如下：一种活塞式浮箍浮鞋，包括壳体、固定于壳体内且位于水泥浆入口端的承台、固定于壳体内且位于水泥浆出口端的隔板，所述承台与隔板之间设有流道，且流道内设置有自封闭组件，所述自封闭组件包括朝向承台设置的第一锥形帽塞以及朝向隔板设置的第二锥形帽塞，所述承台上开设有与流道相通的中心流孔，所述隔板上开设有与流道相通的导流孔，所述第一锥形帽塞与第二锥形帽塞之间通过弹性部件弹性连接，所述隔板内固定嵌设有套筒，所述套筒内滑动设置有与第一锥形帽塞固定连接的滑杆，所述滑杆受到水泥浆入口端的正向压力大于水泥浆出口端压力时能够带动所述第一锥形帽塞将所述中心流孔打开，同时所述第二锥形帽塞通过所述弹性部件的弹力作用将所述导流孔打开，所述滑杆受到水泥浆入口端的正向压力小于水泥浆出口端压力时能够带动所述第一锥形帽塞将所述中心流孔关闭，同时所述第二锥形帽塞受所述顶压部件的作用将所述导流孔关闭，所述第二锥形帽塞滑动套设于套筒外，所述套筒与滑杆之间通过密封结构滑动密封。

优选的，所述承台靠近水泥浆入口端的一侧设有第一锥形凹面，所述承台的另一侧设有与第一锥形帽塞锥度一致的第二锥形凹面，所述第一锥形凹面沿水泥浆流进方向直径逐渐减小，所述第二锥形凹面沿水泥浆流进方向直径逐渐增大。

优选的，所述隔板为锥形结构，且隔板的锥度与第二锥形帽塞的锥度一致，所述隔板的内径沿水泥浆流进方向逐渐减小。

优选的，所述第一锥形帽塞靠近第二锥形帽塞的一端内径大于第二锥形帽塞靠近第一锥形帽塞的一端外径，所述第一锥形帽塞与第二锥形帽塞相抵触时，第二锥形帽塞与隔板之间保持一段间隙而形成与导流孔相通的导流腔。

优选的，所述导流孔设置有多个，多个所述导流孔周向排列在所述隔板上。

优选的，所述弹性部件包括弹簧，所述第一锥形帽塞的内锥面上固定有第一胶环，所述第二锥形帽塞的内锥面上固定有第二胶环，所述弹簧的两端分别固定于第一胶环与第二胶环上。

优选的，所述顶压部件包括一体连接的第一连接部、第二连接部与按压部，所述第二连接部内贯穿有转动连接于套筒的转轴，所述第一连接部上开设有腰形的限位孔，所述限位孔内贯穿有固定于滑杆的销轴，所述按压部的运动范围处于弹簧以及第二胶环以内，所述滑杆向水泥浆入口端滑动时，按压部挤压第二锥形帽塞至与隔板贴合。

优选的，所述密封结构包括两个环形密封垫圈，所述套筒的一侧端口处开设有第一环形凹槽，所述套筒的另一侧端口处开设有第二环形凹槽，两个所述环形密封垫圈分别固定嵌设于第一环形凹槽、第二环形凹槽内，所述滑杆的中部外侧设有与第一环形凹槽适配的第一环形凸起，所述滑杆靠近水泥浆出口端设有与第二环形凹槽适配的第二环形凸起。

优选的，所述滑杆上开设有与顶压部件对应的第一活动槽，所述套筒上开设有与顶压部件对应的第二活动槽。

本发明的有益效果为：

1、本发明在水泥浆注入时，壳体水泥浆入口端的正向压力推动第一锥形帽塞，而推动滑杆在套筒内向出口端滑动，这一过程中滑杆上销轴的挤压下使顶压部件能够以转轴为转动的中心旋转，而使按压部对第二锥形帽塞的压力逐渐减小，进而在第一弹簧的弹力作用下，能够拉动第二锥形帽塞向第一锥形帽塞方向运动直至与第一锥形帽塞相抵触，由于第一锥形帽塞靠近第二锥形帽塞的一端内径大于第二锥形帽塞靠近第一锥形帽塞的一端外径，在当第一锥形帽塞与第二锥形帽塞相抵触时，第二锥形帽塞与隔板之间保持一段间隙而形成与导流孔相通的导流腔，使进入流道内的水泥浆无法进入第一锥形帽塞与第二锥形帽塞的所围合形成的封闭空间，而只能够沿着导流腔通入各导流孔，进而通过浮箍浮鞋灌注至管井内，本发明采用双活塞的密封方式，相对于现有技术来说，解决了现有技术中活塞受到浮箍浮鞋水泥浆料入口及出口端的双重压力的问题；

2、本发明在当水泥浆注入完毕时，壳体水泥浆入口端的负向压力作用于第一锥形帽塞，而使第一锥形帽塞向水泥浆入口端运动直至贴合于承台的第二锥形凹面上，这一过程中滑杆上销轴的挤压下使顶压部件能够以转轴为转动的中心旋转，而使按压部对第二锥形帽塞的压力逐渐增大，进而使导流腔的间隙被压缩至最大程度，同时由第二锥形帽塞将隔板上的导流孔封堵，防止水泥浆导流吸入浮箍浮鞋或上喷回流，通过上述过程能够实现浮箍浮鞋在水泥入口与出口处的封闭，本发明相对于现有技术来说，能够防止注浆停止时水泥浆倒吸入浮箍浮鞋内，解决了现有技术中水泥浆进入而影响浮箍浮鞋密封灵活性的问题；

3、本发明在水泥浆进入与停止灌注的过程中，滑杆会随着压力变化往复浮动，在当滑杆向水泥浆出口端移动时，滑杆上的第一环形凸起滑动至与第一环形凹槽内的环形密封垫圈相抵触，在当滑杆向水泥浆入口端移动时，滑杆上的第二环形凸起滑动至与第二环形凹槽内的环形密封垫圈相抵触，进而实现滑杆的滑动密封，同时避免环形密封垫圈与水泥浆长期接触造成的冲蚀现象发生，提高环形密封垫圈的使用寿命。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明提出的一种活塞式浮箍浮鞋半剖面结构示意图；

图2为本发明提出的一种活塞式浮箍浮鞋半剖立体结构示意图；

图3为本发明提出的壳体半剖结构示意图；

图4为本发明提出的第一锥形帽塞与第二锥形帽塞半剖立体结构示意图；

图5为本发明提出的滑杆半剖立体结构示意图；

图6为本发明提出的顶压部件结构示意图；

图中：1、壳体；2、承台；21、第一锥形凹面；22、第二锥形凹面；23、中心流孔；3、隔板；31、导流孔；4、滑杆；41、第一环形凸起；42、第二环形凸起；43、第一活动槽；5、第一锥形帽塞；6、第二锥形帽塞；7、弹性部件；71、弹簧；72、第一胶环；73、第二胶环；8、顶压部件；81、第一连接部；82、第二连接部；83、按压部；84、限位孔；85、转轴；86、销轴；9、套筒；91、第一环形凹槽；92、第二环形凹槽；93、环形密封垫圈；94、第二活动槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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，都涉及本发明保护的范围。

请参阅图1与图2，本发明提供一种技术方案：一种活塞式浮箍浮鞋，包括壳体1、固定于壳体1内且位于水泥浆入口端的承台2、固定于壳体1内且位于水泥浆出口端的隔板3，承台2与隔板3之间设有流道，且流道内设置有自封闭组件，自封闭组件包括朝向承台2设置的第一锥形帽塞5以及朝向隔板3设置的第二锥形帽塞6，承台2上开设有与流道相通的中心流孔23，隔板3上开设有与流道相通的导流孔31，第一锥形帽塞5与第二锥形帽塞6之间通过弹性部件7弹性连接，隔板3内固定嵌设有套筒9，套筒9内滑动设置有与第一锥形帽塞5固定连接的滑杆4，滑杆4受到水泥浆入口端的正向压力大于水泥浆出口端压力时能够带动第一锥形帽塞5将中心流孔23打开，同时第二锥形帽塞6通过弹性部件7的弹力作用将导流孔31打开，滑杆4受到水泥浆入口端的正向压力小于水泥浆出口端压力时能够带动第一锥形帽塞5将中心流孔23关闭，同时第二锥形帽塞6受顶压部件8的作用将导流孔31关闭，第二锥形帽塞6滑动套设于套筒9外，套筒9与滑杆4之间通过密封结构滑动密封。

请参阅图3，承台2靠近水泥浆入口端的一侧设有第一锥形凹面21，承台2的另一侧设有与第一锥形帽塞5锥度一致的第二锥形凹面22，而在当水泥浆注入完毕时，壳体1水泥浆入口端的负向压力作用于第一锥形帽塞5，而使第一锥形帽塞5向水泥浆入口端运动直至贴合于承台2的第二锥形凹面22上，实现浮箍浮鞋在水泥浆入口处的密封，第一锥形凹面21沿水泥浆流进方向直径逐渐减小，第二锥形凹面22沿水泥浆流进方向直径逐渐增大，隔板3为锥形结构，且隔板3的锥度与第二锥形帽塞6的锥度一致，隔板3的内径沿水泥浆流进方向逐渐减小，在当水泥浆注入完毕时，第二锥形帽塞6受到顶压部件8的压力逐渐增大，由第二锥形帽塞6将隔板3上的导流孔31封堵，防止水泥浆导流吸入浮箍浮鞋或上喷回流，实现浮箍浮鞋在水泥浆出口处的密封。

请参阅图4，第一锥形帽塞5靠近第二锥形帽塞6的一端内径大于第二锥形帽塞6靠近第一锥形帽塞5的一端外径，第一锥形帽塞5与第二锥形帽塞6相抵触时，第二锥形帽塞6与隔板3之间保持一段间隙而形成与导流孔31相通的导流腔，导流孔31设置有多个，多个导流孔31周向排列在隔板3上，该设计能够使进入流道内的水泥浆无法进入第一锥形帽塞5与第二锥形帽塞6的所围合形成的封闭空间，而只能够沿着导流腔通入各导流孔31，进而通过浮箍浮鞋灌注至管井内。

弹性部件7包括弹簧71，第一锥形帽塞5的内锥面上固定有第一胶环72，第二锥形帽塞6的内锥面上固定有第二胶环73，弹簧71的两端分别固定于第一胶环72与第二胶环73上，为进一步提高密封性，在其他实施例中可采用弹性硅胶管代替弹簧。

请参阅图6，顶压部件8包括一体连接的第一连接部81、第二连接部82与按压部83，第二连接部82内贯穿有转动连接于套筒9的转轴85，第一连接部81上开设有腰形的限位孔84，限位孔84内贯穿有固定于滑杆4的销轴86，按压部83的运动范围处于弹簧71以及第二胶环73以内，滑杆4向水泥浆入口端滑动时，按压部83挤压第二锥形帽塞6至与隔板3贴合。

请参阅图4与图5，密封结构包括两个环形密封垫圈93，套筒9的一侧端口处开设有第一环形凹槽91，套筒9的另一侧端口处开设有第二环形凹槽92，两个环形密封垫圈93分别固定嵌设于第一环形凹槽91、第二环形凹槽92内，滑杆4的中部外侧设有与第一环形凹槽91适配的第一环形凸起41，滑杆4靠近水泥浆出口端设有与第二环形凹槽92适配的第二环形凸起42，在上述水泥浆进入与停止灌注的过程中，滑杆4会随着压力变化往复浮动，如图1所示，在当滑杆4向右侧水泥浆出口端移动时，滑杆4上的第一环形凸起41滑动至与第一环形凹槽91内的环形密封垫圈93相抵触，在当滑杆4向左侧水泥浆入口端移动时，滑杆4上的第二环形凸起42滑动至与第二环形凹槽92内的环形密封垫圈93相抵触，进而实现滑杆4的滑动密封，同时避免环形密封垫圈93与水泥浆长期接触造成的冲蚀现象发生，提高环形密封垫圈93的使用寿命。

滑杆4上开设有与顶压部件8对应的第一活动槽43，套筒9上开设有与顶压部件8对应的第二活动槽94，具体来说，顶压部件8的第一连接部81限位于第一活动槽43内，而第二连接部82限位于第二活动槽94内。

本发明的工作原理及使用流程如下：在水泥浆注入时，壳体1水泥浆入口端的正向压力推动第一锥形帽塞5，而推动滑杆4在套筒9内向出口端滑动，这一过程中由滑杆4上销轴86对限位孔84的挤压下，能够使顶压部件8以转轴85为中心旋转，而使按压部83对第二锥形帽塞6的压力逐渐减小，进而在弹簧71的弹力作用下，能够拉动第二锥形帽塞6向第一锥形帽塞5方向运动直至与第一锥形帽塞5相抵触，由于第一锥形帽塞5靠近第二锥形帽塞6的一端内径大于第二锥形帽塞6靠近第一锥形帽塞5的一端外径，在当第一锥形帽塞5与第二锥形帽塞6相抵触时，第二锥形帽塞6与隔板3之间保持一段间隙而形成与导流孔31相通的导流腔，使进入流道内的水泥浆无法进入第一锥形帽塞5与第二锥形帽塞6的所围合形成的封闭空间，而只能够沿着导流腔通入各导流孔31，进而通过浮箍浮鞋灌注至管井内；

而在当水泥浆注入完毕时，壳体1水泥浆入口端的负向压力作用于第一锥形帽塞5，而使第一锥形帽塞5向水泥浆入口端运动直至贴合于承台2的第二锥形凹面22上，这一过程中由滑杆4上销轴86对限位孔84的挤压下，能够使顶压部件8以转轴85为中心反向旋转，而使按压部83对第二锥形帽塞6的压力逐渐增大，进而使导流腔的间隙被压缩至最大程度，同时由第二锥形帽塞6将隔板3上的导流孔31封堵，防止水泥浆导流吸入浮箍浮鞋或上喷回流，通过上述过程能够实现浮箍浮鞋在水泥入口与出口处的封闭；

在上述水泥浆进入与停止灌注的过程中，滑杆4会随着压力变化往复浮动，如图1所示，在当滑杆4向右侧水泥浆出口端移动时，滑杆4上的第一环形凸起41滑动至与第一环形凹槽91内的环形密封垫圈93相抵触，在当滑杆4向左侧水泥浆入口端移动时，滑杆4上的第二环形凸起42滑动至与第二环形凹槽92内的环形密封垫圈93相抵触，进而实现滑杆4的滑动密封，同时避免环形密封垫圈93与水泥浆长期接触造成的冲蚀现象发生，提高环形密封垫圈93的使用寿命。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种活塞式浮箍浮鞋，包括壳体（1）、固定于所述壳体（1）内且位于水泥浆入口端的承台（2）、固定于所述壳体（1）内且位于水泥浆出口端的隔板（3），所述承台（2）与所述隔板（3）之间设有流道，且所述流道内设置有自封闭组件，其特征在于，所述自封闭组件包括朝向所述承台（2）设置的第一锥形帽塞（5）以及朝向所述隔板（3）设置的第二锥形帽塞（6），所述承台（2）上开设有与所述流道相通的中心流孔（23），所述隔板（3）上开设有与所述流道相通的导流孔（31），所述第一锥形帽塞（5）与所述第二锥形帽塞（6）之间通过弹性部件（7）弹性连接，所述隔板（3）内固定嵌设有套筒（9），所述套筒（9）内滑动设置有与所述第一锥形帽塞（5）固定连接的滑杆（4），所述滑杆（4）上设置有若干个环形分布于弹性部件（7）内的顶压部件（8），所述顶压部件（8）包括一体连接的第一连接部（81）、第二连接部（82）与按压部（83），所述第二连接部（82）内贯穿有转动连接于所述套筒（9）的转轴（85），所述第一连接部（81）上开设有腰形的限位孔（84），所述限位孔（84）内贯穿有固定于所述滑杆（4）的销轴（86）；

所述滑杆（4）受到水泥浆入口端的正向压力大于水泥浆出口端压力时能够带动所述第一锥形帽塞（5）将所述中心流孔（23）打开，同时所述第二锥形帽塞（6）通过所述弹性部件（7）的弹力作用将所述导流孔（31）打开，所述滑杆（4）受到水泥浆入口端的正向压力小于水泥浆出口端压力时能够带动所述第一锥形帽塞（5）将所述中心流孔（23）关闭，同时所述第二锥形帽塞（6）受所述顶压部件（8）的作用将所述导流孔（31）关闭，所述第二锥形帽塞（6）滑动套设于所述套筒（9）外，所述套筒（9）与所述滑杆（4）之间通过密封结构滑动密封。

2.根据权利要求1所述的一种活塞式浮箍浮鞋，其特征在于，所述承台（2）靠近水泥浆入口端的一侧设有第一锥形凹面（21），所述承台（2）的另一侧设有与所述第一锥形帽塞（5）锥度一致的第二锥形凹面（22），所述第一锥形凹面（21）沿水泥浆流进方向直径逐渐减小，所述第二锥形凹面（22）沿水泥浆流进方向直径逐渐增大。

3.根据权利要求1所述的一种活塞式浮箍浮鞋，其特征在于，所述隔板（3）为锥形结构，且所述隔板（3）的锥度与所述第二锥形帽塞（6）的锥度一致，所述隔板（3）的内径沿水泥浆流进方向逐渐减小。

4.根据权利要求1所述的一种活塞式浮箍浮鞋，其特征在于，所述第一锥形帽塞（5）靠近所述第二锥形帽塞（6）的一端内径大于所述第二锥形帽塞（6）靠近所述第一锥形帽塞（5）的一端外径，所述第一锥形帽塞（5）与所述第二锥形帽塞（6）相抵触时，所述第二锥形帽塞（6）与所述隔板（3）之间保持一段间隙而形成与所述导流孔（31）相通的导流腔。

5.根据权利要求1所述的一种活塞式浮箍浮鞋，其特征在于，所述导流孔（31）设置有多个，多个所述导流孔（31）周向排列在所述隔板（3）上。

6.根据权利要求1所述的一种活塞式浮箍浮鞋，其特征在于，所述弹性部件（7）包括弹簧（71），所述第一锥形帽塞（5）的内锥面上固定有第一胶环（72），所述第二锥形帽塞（6）的内锥面上固定有第二胶环（73），所述弹簧（71）的两端分别固定于所述第一胶环（72）与所述第二胶环（73）上。

7.根据权利要求6所述的一种活塞式浮箍浮鞋，其特征在于，所述按压部（83）的运动范围处于弹簧（71）以及第二胶环（73）以内，所述滑杆（4）向水泥浆入口端滑动时，所述按压部（83）挤压所述第二锥形帽塞（6）至与所述隔板（3）贴合。

8.根据权利要求1所述的一种活塞式浮箍浮鞋，其特征在于，所述密封结构包括两个环形密封垫圈（93），所述套筒（9）的一侧端口处开设有第一环形凹槽（91），所述套筒（9）的另一侧端口处开设有第二环形凹槽（92），两个所述环形密封垫圈（93）分别固定嵌设于所述第一环形凹槽（91）、所述第二环形凹槽（92）内，所述滑杆（4）的中部外侧设有与所述第一环形凹槽（91）适配的第一环形凸起（41），所述滑杆（4）靠近水泥浆出口端设有与所述第二环形凹槽（92）适配的第二环形凸起（42）。

9.根据权利要求1所述的一种活塞式浮箍浮鞋，其特征在于，所述滑杆（4）上开设有与所述顶压部件（8）对应的第一活动槽（43），所述套筒（9）上开设有与所述顶压部件（8）对应的第二活动槽（94）。