CN203420668U - 固井用分级箍工具 - Google Patents
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Abstract
本实用新型为一种固井用分级箍工具，包括有中心筒、上接头、下接头、关闭套、打开套、上部压缩环、下部压缩环、上部自膨胀胶筒和下部自膨胀胶筒；该固井用分级箍工具结合了自膨胀橡胶技术，分级箍在管体外集成有两个自膨胀胶筒，现场完成分级注水泥施工后自膨胀橡胶筒受压缩座封；油气井投产后，当水泥环出现裂缝时，自膨胀橡胶筒遇油或遇水膨胀后封闭水泥环中的裂缝，防止窜槽的发生；该固井用分级箍工具可用于复杂结构井固井作业，能够有效提高井筒完整性，改善固井质量。
Description
技术领域
本实用新型是关于一种用于油气井固井注水泥作业的井下工具，尤其涉及一种固井用分级箍工具。
背景技术
完井是衔接钻井和采油的重要工程，目前油田水平井、大斜度井等复杂结构井大部分采用传统的下套管注水泥固井射孔的完井工艺。该工艺的主要问题是，钻井液顶替不彻底，在水平段有滞留，水泥环强度不够，水泥浆纵向窜槽，存在“持续套管压力”（SCP），降低了水泥封隔效果，影响了油气井的产量。国内已开始通过大规模推广应用水平井钻井和完井工艺技术来达到油气田持续上产的目的。因此，提高水平井的井筒完整性、改善固井质量对今后，提高并稳定单井产量具有重要意义。
目前，现场已开始广泛应用分级固井工艺，即分成两级注水泥固井。当现场有如下情况时会采用分级固井工艺：一次注水泥量过大；地层不能承受过大的液柱压力；封隔特殊层位；防止固井后环空气窜；封固段上下温差大，水泥浆性能不易调节；斜井及水平井。
现有技术中已经有一些分级箍工具，如：一种免钻式分级箍（申请号为201020251773.4），该分级箍包括外套、重力塞座、上接头、下滑套、关闭套和胶塞套，重力塞座下端为座体，上端为筒体，上端筒体连接胶塞套形成一体，重力塞座与外套之间通过下滑套和关闭套相隔开，下滑套在下，关闭套在上，通过第三销钉组和第四销钉组将重力塞座筒体与下滑套和关闭套连接，通过第一销钉组和第二销钉组将下滑套和关闭套与外套相连接，外套顶端口连接上接头。又如：一种投球液压式分级箍（申请号为201120388225.0），该分级箍包括芯轴、外筒、上接头和下接头；芯轴的上端外侧和外筒的上端内侧分别与上接头的下部内侧和下部外侧固定安装在一起；芯轴的下端外侧和外筒的下端内侧分别与下接头的上部内侧和上部外侧固定安装在一起；在芯轴、外筒、上接头与下接头之间形成环形的隔离空腔，在隔离空腔内自上而下安装有能向下移动的上隔离套和下隔离套。
上述现有传统的分级箍工具结构简单，在常规直井固井施工中可靠性高；但是，在复杂结构井中，对改善固井质量的作用有限。现场需要适用于水平井、大斜度井等复杂结构井的分级固井工具。
由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种固井用分级箍工具，以克服现有技术的缺陷。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种固井用分级箍工具，以用于复杂结构井固井作业，有效提高井筒完整性，改善固井质量。
本实用新型的目的是这样实现的，一种固井用分级箍工具，所述分级箍包括有中心筒，位于中心筒外壁面的中部和底端分别设有中部凸缘和底端凸缘；位于中心筒上部和下部的外壁面上分别设有一组滑动槽，所述各组滑动槽分别由多个周向均布在中心筒筒壁上的长腰形透槽构成，所述长腰形透槽纵向与中心筒轴向平行设置；在邻近中部凸缘下方的中心筒外壁面上设有透孔；所述中心筒内由上向下分别设有具有中心孔的关闭套和打开套，所述关闭套和打开套分别由一组剪切销钉固定于中心筒内壁，关闭套的底端与打开套的顶端接触，打开套的顶端位于所述透孔的上方；所述各中心孔的上端分别形成渐扩的喇叭口，所述打开套中心孔的孔径小于关闭套中心孔的孔径；位于中心筒上部和下部的外壁面上分别设有一自膨胀胶筒，上部的自膨胀胶筒其底端卡止在中部凸缘上，下部的自膨胀胶筒其底端卡止在底端凸缘上；在中心筒上部和下部且对应各组滑动槽的外壁面上还分别设有一压缩环，各压缩环上设有传动销，传动销穿过对应的长腰形透槽并固定在关闭套和打开套的侧壁上。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述中心筒上对应各组滑动槽的一段轴向外壁面上分别设有一组倒梯形齿槽结构，所述倒梯形齿槽结构由多条间隔设置的、且齿顶向下倾斜的倒梯形环齿构成；所述各压缩环内表面也设有与所述倒梯形齿槽结构向配合的齿槽结构。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述中心筒的顶端和底端分别内接一上接头和一下接头，所述下接头的内径小于中心筒的内径；所述打开套底端与下接头顶端之间的距离大于打开套顶端与透孔之间的距离。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述上部自膨胀胶筒的顶端高于上部长腰形透槽的底端；所述下部自膨胀胶筒的顶端高于下部长腰形透槽的底端。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述上部压缩环上对应所述上部长腰形透槽的位置设有螺纹孔，所述传动销外端螺纹连接在该螺纹孔内，传动销内端穿过对应的上部长腰形透槽并螺纹固定在关闭套的侧壁上；所述下部压缩环上对应所述下部长腰形透槽的位置设有螺纹孔，所述传动销外端螺纹连接在该螺纹孔内，传动销内端穿过对应的下部长腰形透槽并螺纹固定在打开套的侧壁上。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述自膨胀胶筒的外径与中部凸缘和底端凸缘的外径相同。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述关闭套和打开套的外壁与中心筒内壁之间设有密封环。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述上接头和下接头与中心筒内壁之间设有密封环。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述自膨胀胶筒是由遇油或遇水膨胀橡胶材料制成的；自膨胀胶筒通过模压、硫化固定在中心筒的外壁上。
由上所述，本实用新型的固井用分级箍工具结合了自膨胀橡胶技术，分级箍在管体外集成有两个自膨胀胶筒，现场完成分级注水泥施工后自膨胀橡胶筒受压缩座封；其工作原理与常规分级箍基本相同，即先从地面投入打开胶塞，推动打开滑套，分级箍注液孔露出，管内与环空连通，水泥浆进入环空；当关闭胶塞落下时，关闭滑套被推动而下行，关闭注液孔，管内与环空之间隔离；关闭滑套下行的同时带动压缩环下行压缩自膨胀胶筒，使其扩张；油气井投产后，当水泥环出现裂缝时，自膨胀橡胶筒遇油或遇水膨胀后封闭水泥环中的裂缝，防止窜槽的发生；该固井用分级箍工具可用于复杂结构井固井作业，能够有效提高井筒完整性，改善固井质量。该固井用分级箍工具还可以与其它自膨胀封隔器串接使用，组成固井管柱，水泥环与分级箍工具、自膨胀封隔器等形成互补关系，有效提高井筒完整性，有利于后期分段采油、堵水措施作业。
附图说明
以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：
图1A：为本实用新型固井用分级箍工具的外部结构示意图。
图1B：为本实用新型固井用分级箍工具的剖视结构示意图。
图1C：为图1B中A处放大结构示意图。
图1D：为图1B中B处放大结构示意图。
图2A：为本实用新型中心筒的剖视结构示意图。
图2B：为本实用新型中心筒的外部结构示意图。
图3A：为本实用新型关闭套的剖视结构示意图。
图3B：为本实用新型关闭套的外部结构示意图。
图4A：为本实用新型打开套的剖视结构示意图。
图4B：为本实用新型打开套的外部结构示意图。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。
如图1A、图1B、图1C和图1D所示，本实用新型提出一种固井用分级箍工具100，所述分级箍工具包括有中心筒1，所述中心筒1的顶端和底端分别内接一上接头2和一下接头3，用于连接两端的套管，所述上接头2和下接头3与中心筒1内壁之间设有密封环，所述下接头3的内径小于中心筒1的内径，位于中心筒1外壁面的中部和底端分别设有中部凸缘11和底端凸缘12；如图2A、图2B所示，位于中心筒1上部的外壁面上设有一组上部滑动槽13，位于中心筒1下部的外壁面上设有一组下部滑动槽14，所述各组滑动槽分别由多个周向均布在中心筒1筒壁上的长腰形透槽131、141构成，在本实施方式中，每组滑动槽中分别设置四个长腰形透槽；如图1A、图1B所示，所述长腰形透槽131、141纵向与中心筒轴向平行设置；在邻近中部凸缘11下方的中心筒外壁面上设有透孔15，在本实施方式中，所述透孔15也是围绕筒壁周向均匀设置四个；在所述中心筒内由上向下分别设有具有中心孔的关闭套4和打开套5（如图3A、图3B、图4A、图4B所示），所述关闭套4和打开套5分别由一组剪切销钉61、62固定于中心筒1内壁上，所述关闭套4和打开套5的外壁与中心筒1内壁之间设有密封环；关闭套4的底端与打开套5的顶端接触，打开套5的顶端位于所述透孔15的上方，所述打开套5底端与下接头3顶端之间的距离大于打开套5顶端与透孔15之间的距离；所述打开套5的中心孔51的孔径小于关闭套4的中心孔41的孔径，所述各中心孔41、51的上端分别形成渐扩的喇叭口411、511；位于中心筒1上部的外壁面上设有一上部自膨胀胶筒71，位于中心筒1下部的外壁面上设有一下部自膨胀胶筒72，上部自膨胀胶筒71其底端卡止在中部凸缘11上，下部自膨胀胶筒72其底端卡止在底端凸缘12上，所述自膨胀胶筒71、72的外径与中部凸缘11和底端凸缘12的外径相同；所述自膨胀胶筒71、72是由遇油或遇水膨胀橡胶材料制成的，并通过模压、硫化固定在中心筒1的外壁上；所述上部自膨胀胶筒71的顶端高于上部长腰形透槽131的底端；所述下部自膨胀胶筒72的顶端高于下部长腰形透槽141的底端；在中心筒上部且对应上部滑动槽13的外壁面上设有一上部压缩环81，在中心筒下部且对应下部滑动槽14的外壁面上设有一下部压缩环82；上部压缩环81上设有传动销811，传动销811穿过对应的长腰形透槽131固定在关闭套4的侧壁上；下部压缩环82上设有传动销821，传动销821穿过对应的长腰形透槽141固定在打开套5的侧壁上；在本实施方式中，如图1B所示，所述上部压缩环81上对应所述上部长腰形透槽131的位置设有螺纹孔，所述传动销811外端螺纹连接在该螺纹孔内，传动销811内端穿过对应的上部长腰形透槽131并螺纹固定在关闭套4的侧壁上；所述下部压缩环82上对应所述下部长腰形透槽141的位置设有螺纹孔，所述传动销821外端螺纹连接在该螺纹孔内，传动销821内端穿过对应的下部长腰形透槽141并螺纹固定在打开套5的侧壁上。
进一步，在本实施方式中，如图1B、图1C、图1D和图2A、图2B所示，所述中心筒1上对应上部滑动槽13的一段轴向外壁面上设有一组倒梯形齿槽结构16，中心筒1上对应下部滑动槽14的一段轴向外壁面上设有一组倒梯形齿槽结构17；所述倒梯形齿槽结构16、17是由多条间隔设置的、且齿顶向下倾斜的倒梯形环齿构成的；所述上部压缩环81和下部压缩环82的内表面也设有与所述倒梯形齿槽结构向配合的齿槽结构812和822。该结构的作用是当压缩环向下运动时，防止压缩环因意外原因而倒退、上行，保证压缩环运动的单向性。
本实用新型的固井用分级箍工具结合了自膨胀橡胶技术，分级箍在管体外集成有两个自膨胀胶筒，现场完成分级注水泥施工后自膨胀橡胶筒受压缩座封；其工作原理与常规分级箍基本相同，即先从地面投入打开胶塞，推动打开滑套，分级箍注液孔露出，管内与环空连通，水泥浆进入环空；当关闭胶塞落下时，关闭滑套被推动而下行，关闭注液孔，管内与环空之间隔离；关闭滑套下行的同时带动压缩环下行压缩自膨胀胶筒，使其扩张；油气井投产后，当水泥环出现裂缝时，自膨胀橡胶筒遇油或遇水膨胀后封闭水泥环中的裂缝，防止窜槽的发生；该固井用分级箍工具可用于复杂结构井固井作业，能够有效提高井筒完整性，改善固井质量。该固井用分级箍工具还可以与其它自膨胀封隔器串接使用，组成固井管柱，水泥环与分级箍工具、自膨胀封隔器等形成互补关系，有效提高井筒完整性，有利于后期分段采油、堵水措施作业。
本实用新型固井用分级箍工具的具体使用过程如下：
整个管串下入到位后，分级箍位于管串的中部（油气井的井身结构如同一系列同心圆柱，这些圆柱就是尺寸不同的套管串，从一开始的表层套管直到最后位于油气层内的油层套管，直径逐渐减小，这里的固井套管串就是指位于油气层内的油层套管串，它的上一级是直径较大的、位于油气层上方的技术套管串；固井套管串在最后的固井施工结束后，油气井才算完成全部完井作业）；第一级固井施工与常规工艺相同，即水泥浆从管柱底部流出，返至环形空间；第一级固井施工结束后，开始第二级固井作业，先从地面依次投入打开胶塞和关闭胶塞，两只胶塞之间是第二级固井用的水泥浆段塞；打开胶塞的头部外径尺寸比关闭胶塞的头部外径尺寸小，并与本实施方式中固井用分级箍工具的打开套5的锥面（喇叭口511）结构相匹配；打开胶塞座住打开套5的锥面，地面继续泵压，压力升高直至推动打开套5；打开套5下行，当露出出液孔（即：透孔15）时，中心筒1的管内与环空连通，水泥浆流入环空，同时由于内外压力达到平衡，打开套5不再下行；关闭胶塞推动水泥浆进入环空，并坐在关闭套4的上部锥面（喇叭口411）；地面继续加压，关闭胶塞推动关闭套4下行，经过出液孔（透孔15）后将其封住，水泥循环通道被关闭；在压力的作用下，关闭套4底端顶在打开套5的上端，二者共同下行直至下接头3的上端面；在关闭套4与打开套5共同下行时，分别带动上部压缩环81和下部压缩环82下行压缩上部自膨胀胶筒71和下部自膨胀胶筒72，使其扩张；自膨胀胶筒与凝固后的水泥环一起形成致密的套管外隔离屏障；当井筒完整性受损，水泥环出现裂缝后，地层的油、气或地层水沿裂缝向井口方向运动，当油、气或地层水遇到自膨胀胶筒时，自膨胀胶筒发生膨胀，体积变大，将裂缝逐渐堵住，逐渐恢复井筒完整性。
本实用新型固井用分级箍工具适用于各种需要固井完井的应用：（1）油气生产井，包括水平井、大斜度井、分支井、高温高压井等复杂结构井和特殊条件油气井；（2）注入井，包括采用水平井、大斜度井、分支井等进行完井的注水井、注蒸汽井等注入工艺井；（3）储气库井，这类井对井筒完整性和固井质量有更高的要求。
本实用新型固井用分级箍工具应用于复杂结构井固井作业，可有效提高井筒完整性，改善固井质量。该技术具有以下特点：（1）结构简单：采用遇油或遇水膨胀橡胶材料，该材料遇油或水膨胀后封闭水泥环中的裂缝，机械结构比较简单，可靠性高；（2）对现有固井作业无影响：对传统的分级固井作业工艺没有特殊要求，分级箍胶筒膨胀对水泥浆流动没有影响，可按现有施工程序操作；（3）成本低：无复杂的机械结构，工具成本低，现场作业简单，服务作业费用较低，有利于推广应用。
以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。
Claims (9)
1.一种固井用分级箍工具，其特征在于：所述分级箍包括有中心筒，位于中心筒外壁面的中部和底端分别设有中部凸缘和底端凸缘；位于中心筒上部和下部的外壁面上分别设有一组滑动槽，所述各组滑动槽分别由多个周向均布在中心筒筒壁上的长腰形透槽构成，所述长腰形透槽纵向与中心筒轴向平行设置；在邻近中部凸缘下方的中心筒外壁面上设有透孔；所述中心筒内由上向下分别设有具有中心孔的关闭套和打开套，所述关闭套和打开套分别由一组剪切销钉固定于中心筒内壁，关闭套的底端与打开套的顶端接触，打开套的顶端位于所述透孔的上方；所述各中心孔的上端分别形成渐扩的喇叭口，所述打开套中心孔的孔径小于关闭套中心孔的孔径；位于中心筒上部和下部的外壁面上分别设有一自膨胀胶筒，上部的自膨胀胶筒其底端卡止在中部凸缘上，下部的自膨胀胶筒其底端卡止在底端凸缘上；在中心筒上部和下部且对应各组滑动槽的外壁面上还分别设有一压缩环，各压缩环上设有传动销，传动销穿过对应的长腰形透槽并固定在关闭套和打开套的侧壁上。
2.如权利要求1所述的固井用分级箍工具，其特征在于：所述中心筒上对应各组滑动槽的一段轴向外壁面上分别设有一组倒梯形齿槽结构，所述倒梯形齿槽结构由多条间隔设置的、且齿顶向下倾斜的倒梯形环齿构成；所述各压缩环内表面也设有与所述倒梯形齿槽结构向配合的齿槽结构。
3.如权利要求2所述的固井用分级箍工具，其特征在于：所述中心筒的顶端和底端分别内接一上接头和一下接头，所述下接头的内径小于中心筒的内径；所述打开套底端与下接头顶端之间的距离大于打开套顶端与透孔之间的距离。
4.如权利要求3所述的固井用分级箍工具，其特征在于：所述上部自膨胀胶筒的顶端高于上部长腰形透槽的底端；所述下部自膨胀胶筒的顶端高于下部长腰形透槽的底端。
5.如权利要求4所述的固井用分级箍工具，其特征在于：所述上部压缩环上对应所述上部长腰形透槽的位置设有螺纹孔，所述传动销外端螺纹连接在该螺纹孔内，传动销内端穿过对应的上部长腰形透槽并螺纹固定在关闭套的侧壁上；所述下部压缩环上对应所述下部长腰形透槽的位置设有螺纹孔，所述传动销外端螺纹连接在该螺纹孔内，传动销内端穿过对应的下部长腰形透槽并螺纹固定在打开套的侧壁上。
6.如权利要求1所述的固井用分级箍工具，其特征在于：所述自膨胀胶筒的外径与中部凸缘和底端凸缘的外径相同。
7.如权利要求1所述的固井用分级箍工具，其特征在于：所述关闭套和打开套的外壁与中心筒内壁之间设有密封环。
8.如权利要求3所述的固井用分级箍工具，其特征在于：所述上接头和下接头与中心筒内壁之间设有密封环。
9.如权利要求1所述的固井用分级箍工具，其特征在于：所述自膨胀胶筒是由遇油或遇水膨胀橡胶材料制成的；自膨胀胶筒通过模压、硫化固定在中心筒的外壁上。
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