CN206554872U - 一种投球憋压装置及具有该装置的固井工艺管柱 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种投球憋压装置及具有该装置的固井工艺管柱，投球憋压装置包括具有第一通道的壳体、滑移组件、球座体和球径互不相同的至少两个密封球；滑移组件上部能分离地连接在第一通道中，并与第一通道滑动密封配合，其下部外壁的外径小于第一通道内径，形成环形空间；滑移组件具有上部开口的容纳腔，容纳腔的侧壁上开设过流口，容纳腔通过过流口与环形空间连通；球座体能分离地连接在容纳腔中，并与容纳腔滑动密封配合；球座体位于过流口上方，且能滑过过流口并落入容纳腔底部；球座体上开设沿其轴向贯通且内径从上至下减缩的第二通道，各密封球从下到上落坐在第二通道中，且与第二通道密封配合。本实用新型提高了坐封成功率。

Description

一种投球憋压装置及具有该装置的固井工艺管柱

技术领域

本实用新型涉及固井作业的技术领域，特别涉及一种投球憋压装置及具有该装置的固井工艺管柱。

背景技术

为适应水平井、分支井、大位移井、小井眼井以及复杂井眼条件下的尾管固井要求，通常在井筒内投球憋压坐挂，但在现场实施尾管固井作业中，由于种种原因，投球憋压后，密封坐挂失败的情况时有发生，而且坐封失败后无法补救，悬挂器的坐封成功率不高。

实用新型内容

为解决固井作业中坐封成功率不高的技术问题，本实用新型提出一种投球憋压装置及具有该装置的固井工艺管柱，在球座体内可以进行至少两次密封，极大地提高了坐封成功率，从而可顺利进行投球憋压。

本实用新型提出一种投球憋压装置，所述投球憋压装置包括：

壳体，其具有贯通的第一通道；

滑移组件，其上部通过第一连接件能分离地连接在所述第一通道中；所述滑移组件的上部外壁与所述第一通道的内壁滑动密封配合，其下部外壁的外径小于所述第一通道的内径，所述滑移组件的下部与所述第一通道之间形成环形空间；所述滑移组件具有上部开口的容纳腔，在所述容纳腔的侧壁上开设贯通的至少一个过流口，所述容纳腔通过所述过流口与所述环形空间连通；

球座体，其通过第二连接件能分离地连接在所述容纳腔中，所述球座体的外壁与所述容纳腔的内壁滑动密封配合；所述球座体位于所述过流口的上方，所述球座体能滑过所述过流口并落入所述容纳腔的底部；所述球座体上开设沿所述容纳腔的轴向贯通的第二通道，所述第二通道的横截面呈圆形，且其内径从上至下减缩；

球径互不相同的至少两个密封球，各所述密封球能按球径从小到大的顺序从下到上依次落坐在所述第二通道中，且均能与所述第二通道的内壁密封配合。

进一步地，所述投球憋压装置还包括能落坐在所述容纳腔的上开口处的钻杆胶塞。

进一步地，所述滑移组件包括从上到下依次连接的呈筒状的滑动胶塞座和呈桶状的过流件，所述滑动胶塞座的下开口与所述过流件的上开口连通，形成所述容纳腔；

所述滑动胶塞座的上端通过所述第一连接件与所述第一通道的内壁能分离地连接，所述滑动胶塞座的外壁上设置轴肩，且其外壁呈上宽下窄的形状；

所述过流口设置在所述过流件上，所述过流件的上端套装在所述滑动胶塞座的外侧，所述过流件的外径小于所述第一通道的内径，所述过流件与所述第一通道之间形成所述环形空间。

更进一步地，所述滑移组件还包括滑动胶塞，所述滑动胶塞套装在所述滑动胶塞座的外侧，所述滑动胶塞的上端面抵靠在所述轴肩上，其下端面抵靠在所述过流件的上端面上。

更进一步地，所述过流件包括从上到下依次连接的连接段和限位段，所述连接段的上部套装在所述滑动胶塞座的下端外壁上，所述过流口设置在所述连接段的下部；所述限位段的内径小于所述连接段的内径，且大于或等于所述球座体的外径。

进一步地，各所述密封球相互间隔地落坐在所述第二通道中。

进一步地，各所述密封球均为空心球。

作为一种可实施的方式，所述密封球的数量为两个，位于上方的所述密封球的球径为位于下方的所述密封球的球径的1.7倍以上。

本实用新型还提出一种固井工艺管柱，所述固井工艺管柱包括悬挂器、上述的投球憋压装置和尾管；

所述悬挂器具有贯通的中心通道，所述悬挂器能悬挂在外层的套管内；所述投球憋压装置的壳体的上端连接在所述悬挂器的下端，且第一通道的上开口与所述中心通道的下开口对接；所述尾管的上端连接在所述壳体的下端，所述第一通道的下开口与所述尾管的上开口对接。

进一步地，所述固井工艺管柱还包括碰压座，所述碰压座设置在所述尾管中，滑移组件从所述第一通道的下开口处伸出并抵靠在所述碰压座上。

本实用新型相比于现有技术的有益效果在于：本实用新型的投球憋压装置，采用至少两个密封球，在第二通道内形成了至少两级密封，极大地提高了坐封成功率，多级密封确保了密封可靠，从而可顺利进行投球憋压。

各密封球均为空心球，降低了密封球的重量，保证了密封球的强度，且其本身具有一定壁厚和刚度，增加密封球与第二通道接触位置的密封效果，尤其是在水平井段或大斜度井段座封时，这种密封效果更加明显。

本实用新型的固井工艺管柱，不需要增加单独的转换接头，增强了固井工艺管柱的灵活性。滑移组件从第一通道的下开口处伸出并抵靠在碰压座上，在作业过程中，投球憋压装置坐封后无需下钻钻除，由于密封球和球座体被收纳在滑移组件的容纳腔的底部，从而可直接进行固井作业，节省了工序，提高了效率。

另外，使球座体卡紧在过流件的底部，还能在固井作业中避免球座体发生反转、上窜等情况。

附图说明

图1为本实用新型的投球憋压装置的主视半剖示意图；

图2为本实用新型的投球憋压装置的立体示意图；

图3为本实用新型的投球憋压装置的球座体与密封球的配合关系的半剖示意图；

图4为本实用新型的投球憋压装置的球座体与密封球的配合关系的立体示意图；

图5为本实用新型的固井工艺管柱的主视半剖示意图；

图6为本实用新型的固井工艺管柱的立体示意图。

附图标记：

1-投球憋压装置；

10-壳体；12-第一通道；

20-滑移组件；

21-第一连接件；22-环形空间；

23-容纳腔；24-过流口；

26-滑动胶塞座；27-过流件；28-滑动胶塞；

30-球座体；32-第二连接件；34-第二通道；

40-密封球；

2-悬挂器。

具体实施方式

以下结合附图，对本实用新型上述的技术特征和优点进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的部分实施例，而不是全部实施例。

请参阅图1和图2所示，本实用新型提出一种投球憋压装置1，其包括壳体10、滑移组件20、球座体30和至少两个密封球40，各密封球40的球径互不相同。

壳体10具有贯通的第一通道12。滑移组件20的上部通过第一连接件21能分离地连接在第一通道12中；滑移组件20的上部外壁与第一通道12的内壁滑动密封配合，其下部外壁的外径小于第一通道12的内径，滑移组件20的下部与第一通道12之间形成环形空间22。滑移组件20具有上部开口的容纳腔23，在容纳腔23的侧壁上开设贯通的至少一个过流口24，容纳腔23通过过流口24与环形空间22连通。

球座体30通过第二连接件32能分离地连接在容纳腔23中，球座体30的外壁与容纳腔23的内壁滑动密封配合；球座体30位于过流口24的上方，球座体30能滑过过流口24并落入容纳腔23的底部。球座体30上开设沿容纳腔23的轴向贯通的第二通道34，第二通道34的横截面呈圆形，且其内径从上至下减缩。

请参阅图3和图4所示，各密封球40能按球径从小到大的顺序从下到上依次落坐在第二通道34中，且均能与第二通道34的内壁密封配合。

本实用新型提出一种投球憋压装置1，采用至少两个密封球40，在第二通道34内形成了至少两级密封，极大地提高了坐封成功率，多级密封确保了密封可靠，从而可顺利进行投球憋压，从第一通道12的上开口处打压后，在最上方的密封球40的上方憋压，直至剪断第二连接件32。

本实施例中，采用两个密封球40即可满足使用要求。坐封时投入一大一小两个密封球40，操作过程中先投小球，再投入大球进行二次密封，极大提高了坐封成功率，本实用新型提供了一种比较保险的坐封方式。如果小球密封失效，大球起到弥补作用；如果小球有效密封，大球可以再次进行密封。

较优地，球座体30的下端的厚度为20毫米以上，能够保证球座体30具有足够的强度，球座体30由铝合金材质制成，不仅满足了井下可靠使用的要求，还保证了施工结束后易于钻除。

本实用新型的投球憋压装置1，投入密封球40后，通过第一通道12的上开口注入流体，流体挤压各密封球40，各密封球40在第二通道34内挤压球体座30，第二连接件32被剪断，球座体30与滑移组件20分离，球座体30的外壁相对于容纳腔23的内壁滑动，球座体30能滑过过流口24并落入容纳腔23的底部，也就是说，球座体30和球座体30中放置的各密封球40均被收纳在过流口24的下方，容纳腔23的底部对球座体30进行收纳、限位，由于容纳腔23的底部封堵，流体经过流口24进入环形空间22。

进一步地，投球憋压装置1还包括能落坐在容纳腔23的上开口处的钻杆胶塞。本实用新型的投球憋压装置1，投入钻杆胶塞后，钻杆胶塞落坐在容纳腔23的上端，再通过第一通道12的上开口注入流体，流体挤压钻杆胶塞，钻杆胶塞在容纳腔23的上开口处挤压滑移组件20，第一连接件21被剪断，滑移组件20与壳体10分离，滑移组件20从第一通道12的下开口处伸出。

较优地，滑动胶塞座26的内壁呈阶梯状，其内径从上到下减缩，也就是说，容纳腔23的上开口呈喇叭口状，方便从容纳腔23的上开口处装入球座体30，还能使钻杆胶塞可靠地落坐在容纳腔23的上开口。

进一步地，如图1所示，滑移组件20包括从上到下依次连接的呈筒状的滑动胶塞座26和呈桶状的过流件27，滑动胶塞座26的下开口与过流件27的上开口连通，形成容纳腔23。过流件27呈桶状，即容纳腔23的底部封堵，用于承接落入其中的球座体30。

滑动胶塞座26的上端通过第一连接件21与第一通道12的内壁能分离地连接，滑动胶塞座26的外壁上设置轴肩，且滑动胶塞座26的外壁呈上宽下窄的形状。

过流口24设置在过流件27上，过流件27的上端套装在滑动胶塞座26的外侧，过流件27的外径小于第一通道12的内径，过流件27与第一通道12之间形成环形空间22。

本实施例中，在过流件27上沿其周向设置多个过流口24，使流体能通过多个过流口24均匀、快速地进入环形空间22。过流口24将容纳腔23与环形空间22连通，中心通道、第一通道12、容纳腔23与环形空间22从上到下依次连通，形成液体通道。

更进一步地，滑移组件20还包括滑动胶塞28，滑动胶塞28套装在滑动胶塞座26的外侧，滑动胶塞28的上端面抵靠在轴肩上，滑动胶塞28的下端面抵靠在过流件27的上端面上。当滑移组件20受到流体的压力后，在壳体10内沿第一通道12向下滑移时，滑动胶塞28能缓冲滑移组件20与壳体10之间的磕碰，使滑移组件20的运动平稳。

较优地，滑动胶塞28的外径等于第一通道12的内径，滑动胶塞28与第一通道12之间滑动密封配合，使滑动胶塞28与第一通道12可靠地密封，还能保护滑移组件20。

更进一步地，过流件27包括从上到下依次连接的连接段和限位段，连接段的上部套装在滑动胶塞座26的下端外壁上，过流口24设置在连接段的下部；限位段的内径小于连接段的内径，且大于或等于球座体30的外径。也就是说，过流件27的内壁呈阶梯状，其内径从上到下减缩，使落入过流件27的限位段中的球座体30的位置被限定，不会发生过大的晃动。

本实施例中，使限位段的内径略大于球座体30的外径，不仅能使球座体30顺畅地落入容纳腔23(限位段)的底部；较优地，在球座体30的外壁与限位段的内壁之间设置密封圈或卡簧，球座体30落入限位段后，密封圈或卡簧不仅可以限定球座体30的位置，还可以卡紧球座体30，避免球座体30受到冲击后发生振颤或旋转。

较优地，使限位段的高度大于或等于球座体30的高度，落入限位段中的球座体30不会遮挡过流口24，保证了液体通道的通畅。

进一步地，各密封球40相互间隔地落坐在第二通道34中。如图3所示，各密封球40在落坐后间隔一定的距离，避免了下面的密封球40会托住上面的密封球40，继而影响上面的密封球40与第二通道34的内壁之间的密封性。

进一步地，各密封球40均为空心球(未示出)。较优地，各密封球40由金属制成，本实施例中采用金属铜。空心铜球的空心结构降低了密封球40的重量，金属材质保证了密封球40的强度，还可以使密封球40具有一定的重量，增加密封球40与第二通道34接触位置的密封效果，尤其是在水平井段或大斜度井段座封时，这种密封效果更加明显。

如果采用普通的实心球进行坐封，在竖直井中使用时，往往由于球的自重过大砸坏球座体30。而在水平井段或大斜度井段，由于自重较大的原因，很难保证实心球完全密封球座体30，从而使坐封到位。本实用新型采用两级或多级密封，保证了坐封可靠，密封球40采用空心铜球，铜球的自重相对较小，且其本身具有一定壁厚和刚度，受到冲击力不会轻易晃动或损坏，避免或减小球座体30受到冲蚀磨损作用而导致的泚漏破坏，密封失效。

作为一种可实施的方式，密封球40的数量为两个，位于上方的密封球40的球径为位于下方的密封球40的球径的1.7倍以上。

较优地，第一连接件21和第二连接件32均为剪切销钉。

较优地，第二通道34的内壁包括从上至下依次连接的锥筒段和直筒段，锥筒段呈倒置的截锥状，直径最小(即坐封在最下方)的密封球40的球径小于直筒段的内径。

请参阅图5和图6所示，本实用新型还提出一种固井工艺管柱，其包括悬挂器2、上述的投球憋压装置1和尾管(未示出)。悬挂器2具有贯通的中心通道，悬挂器2能悬挂在外层的套管内；投球憋压装置1的壳体10的上端连接在悬挂器2的下端，且第一通道12的上开口与中心通道的下开口对接；尾管的上端连接在壳体10的下端，第一通道12的下开口与尾管的上开口对接。

本实用新型的固井工艺管柱，如图1和图5所示，投球憋压装置1的壳体10的上端设置内螺纹，并与悬挂器2的下端的外螺纹连接。壳体10的下端设置外螺纹，并与尾管上端的内螺纹直接连接，在投球憋压装置1与尾管之间不需要增加单独的转换接头，使安装更简便。

本实用新型的固井工艺管柱，在投球憋压装置1坐封后不需下钻钻除，由于密封球40和球座体30被收纳在滑移组件20的容纳腔23的底部(即过流件27或滑移组件20的底部)，从而可直接进行固井作业，节省了工序，提高了效率。密封球40为铜球，球座体30采用铝合金材质，这些内部零件均具有良好的可钻性，施工结束后能较容易地下钻钻除，适用于固井作业。

进一步地，固井工艺管柱还包括碰压座，碰压座设置在尾管中，滑移组件20从第一通道12的下开口处伸出并抵靠在碰压座上。

较优地，投球憋压装置还包括至少一个卡簧，在碰压座上设置凹槽，卡簧的一端连接在过流件27的外壁上，当滑移组件20抵靠在碰压座上，卡簧的另一端进入碰压座的凹槽并卡紧，保证了滑移组件20不会上行。

将本实用新型的投球憋压装置1连接在悬挂器2的下端，尾管连接在投球憋压装置1的下端，然后下入至预定井段。悬挂器2下放到位后，进行投球憋压，先投入直径最小的密封球40，再按照直径从小到大的顺序依次投入其他的密封球40。各密封球40沿中心通道一直进入第一通道12、容纳腔23和第二通道34，直至坐封在球座体30上。

连接好地面管线后进行打压，各密封球40在高压液体的压力下与球座体30之间实现密封。增大压力至悬挂器2的启动压力，悬挂器2在液压作用下启动，悬挂在外层的套管上。悬挂器2的工作原理属于现有技术，在此不再赘述。

悬挂器2悬挂牢固后，继续增大压力，因各密封球40的密封作用，将液体下行的通道堵住，各密封球40承受较大的压力。当压力达到球座体30与滑动胶塞座26之间的第二连接件32的剪切压力后，第二连接件32被剪断，球座体30下行并卡紧在过流件27的底部，露出过流口24。

过流口24将容纳腔23与环形空间22连通，中心通道、第一通道12、容纳腔23与环形空间22从上到下依次连通，形成液体通道，液体通道用于清洗液、水泥浆前置液、水泥浆等材料的注入。此时，球座体30卡紧在过流件27的底部，还能在固井作业中避免球座体30发生反转、上窜等情况。

通过液体通道从上到下注入水泥，注完固井水泥后，投入钻杆胶塞，钻杆胶塞卡坐在滑动胶塞座26上，钻杆胶塞密封后再次增大压力。当压力达到滑动胶塞座26与壳体10之间的第一连接件21的剪切压力后，第一连接件21被剪断，滑动胶塞座26下行，发生碰压说明固井水泥已全部挤入环空。此时，过流件27卡紧在尾管中，滑移组件20无法上行，可防止固井水泥回返。

剪断第一连接件21后，开始顶替作业，钻杆胶塞顶着固井水泥沿已打通的液体通道全部进入固井工艺管柱与井壁之间的环空，直至完成固井作业。侯凝结束后，将整个投球憋压装置1钻除，恢复井眼通畅。

本实用新型不仅可直接固井，而且在作业过程中不必中途下钻钻除。较优地，投球憋压装置1的第一通道12的内通径与尾管的内通径一致，投球憋压装置1会被钻杆胶塞推至尾管的下开口处，也就是说，投球憋压装置1可以通过尾管的空腔直接落入井底，在注井作业过程中无需下钻钻除，最后一起钻除即可，节省了工序，提高了效率。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种投球憋压装置，其特征在于，所述投球憋压装置包括：

壳体，其具有贯通的第一通道；

滑移组件，其上部通过第一连接件能分离地连接在所述第一通道中；所述滑移组件的上部外壁与所述第一通道的内壁滑动密封配合，其下部外壁的外径小于所述第一通道的内径，所述滑移组件的下部与所述第一通道之间形成环形空间；所述滑移组件具有上部开口的容纳腔，在所述容纳腔的侧壁上开设贯通的至少一个过流口，所述容纳腔通过所述过流口与所述环形空间连通；

球座体，其通过第二连接件能分离地连接在所述容纳腔中，所述球座体的外壁与所述容纳腔的内壁滑动密封配合；所述球座体位于所述过流口的上方，所述球座体能滑过所述过流口并落入所述容纳腔的底部；所述球座体上开设沿所述容纳腔的轴向贯通的第二通道，所述第二通道的横截面呈圆形，且其内径从上至下减缩；

球径互不相同的至少两个密封球，各所述密封球能按球径从小到大的顺序从下到上依次落坐在所述第二通道中，且均能与所述第二通道的内壁密封配合。

2.根据权利要求1所述的投球憋压装置，其特征在于，所述投球憋压装置还包括能落坐在所述容纳腔的上开口处的钻杆胶塞。

3.根据权利要求1或2所述的投球憋压装置，其特征在于，所述滑移组件包括从上到下依次连接的呈筒状的滑动胶塞座和呈桶状的过流件，所述滑动胶塞座的下开口与所述过流件的上开口连通，形成所述容纳腔；

所述滑动胶塞座的上端通过所述第一连接件与所述第一通道的内壁能分离地连接，所述滑动胶塞座的外壁上设置轴肩，且其外壁呈上宽下窄的形状；

所述过流口设置在所述过流件上，所述过流件的上端套装在所述滑动胶塞座的外侧，所述过流件的外径小于所述第一通道的内径，所述过流件与所述第一通道之间形成所述环形空间。

4.根据权利要求3所述的投球憋压装置，其特征在于，所述滑移组件还包括滑动胶塞，所述滑动胶塞套装在所述滑动胶塞座的外侧，所述滑动胶塞的上端面抵靠在所述轴肩上，其下端面抵靠在所述过流件的上端面上。

5.根据权利要求3所述的投球憋压装置，其特征在于，所述过流件包括从上到下依次连接的连接段和限位段，所述连接段的上部套装在所述滑动胶塞座的下端外壁上，所述过流口设置在所述连接段的下部；所述限位段的内径小于所述连接段的内径，且大于或等于所述球座体的外径。

6.根据权利要求1所述的投球憋压装置，其特征在于，各所述密封球相互间隔地落坐在所述第二通道中。

7.根据权利要求1所述的投球憋压装置，其特征在于，各所述密封球均为空心球。

8.根据权利要求1所述的投球憋压装置，其特征在于，所述密封球的数量为两个，位于上方的所述密封球的球径为位于下方的所述密封球的球径的1.7倍以上。

9.一种固井工艺管柱，其特征在于，所述固井工艺管柱包括悬挂器、权利要求1至8任一项所述的投球憋压装置和尾管；

所述悬挂器具有贯通的中心通道，所述悬挂器能悬挂在外层的套管内；所述投球憋压装置的壳体的上端连接在所述悬挂器的下端，且第一通道的上开口与所述中心通道的下开口对接；所述尾管的上端连接在所述壳体的下端，所述第一通道的下开口与所述尾管的上开口对接。

10.根据权利要求9所述的固井工艺管柱，其特征在于，所述固井工艺管柱还包括碰压座，所述碰压座设置在所述尾管中，滑移组件从所述第一通道的下开口处伸出并抵靠在所述碰压座上。