CN212716537U - 小套管固井组合装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种小套管固井组合装置，球座短节的下端旋接有浮箍短节和浮鞋短节，球座短节的上端旋接有胶塞密封筒，胶塞密封筒的上端与上方的小套管相旋接，胶塞密封筒的内壁设有多道可锁定大胶塞裙边的密封筒止退环槽，大胶塞的外径与小套管内径相适配；浮箍短节中设有浮箍密封座和浮箍阀芯，沿浮箍密封座的轴线设有上小下大的浮箍锥形密封面，浮箍阀芯的上端设有密封橡胶与浮箍锥形密封面实现软密封；浮鞋短节中设有浮鞋密封座和浮鞋阀芯，沿浮鞋密封座的轴线设有上小下大的浮鞋锥形密封面，浮鞋阀芯的上端设有硬质合金与浮鞋锥形密封面实现线密封。即使下小套管过程中不灌水，仍能打开浮鞋，避免中途需等待灌水，有效提高了工作时效。

Description

小套管固井组合装置

技术领域

本实用新型涉及一种修井工具，尤其涉及一种小套管固井组合装置，属于小套管固井工具技术领域。

背景技术

油田生产后期，由于套管损坏等因素造成原井无法开采，打加密井或更新井开采会使采油成本大幅上升。在原井套管中下小套管，可以降低成本，保证油田稳产、上产。

侧钻至预定深度后，新井眼中下小套管，下套管过程中需要分段向管柱内灌水，平衡油管和环空压差，小套管下至预定深度后，小套管的上端通过小套管悬挂器坐挂在原井套管中，小套管下部设有球座，且球座位于油层的下方，球座的下方设有浮箍，浮箍的下方设有浮鞋。

浮箍的作用是注水泥时用来控制胶塞的下行位置，使浮箍与浮鞋之间有一段水泥塞，并容纳套管内壁附着的杂质等，同时可作为防止水泥回流的备用，从而保证小套管与井眼之间的固井质量。浮鞋位于小套管的最下端，起引鞋和回压凡尔的作用，基本作用就是用来防止注水泥时水泥浆倒返的。

小套管固井时，通过在管柱内注入水泥浆，使用胶塞驱替水泥浆至井眼与套管之间，其中小胶塞在上将钻杆内的水泥浆向下推，大胶塞在下将小套管内的水泥浆向下推；运用浮箍和浮鞋球座反向密封，使顶替至环空的水泥浆不能倒流，经过一定的时间后，水泥浆凝固形成水泥环，将油气水层分隔开。

传统浮鞋为橡胶软密封结构，即球形软橡胶阀芯的顶部压在与喇叭口向下的锥形密封面上。管柱下井过程中，如果管柱内的灌水不及时，环空的水位高于管柱内的水位，在浮鞋的下腔与上腔之间产生压差。

下腔与上腔之间的压差比较小时，球形软橡胶阀芯的受力小，变形也小，浮鞋下腔的承压面积与上腔承压面积差距不大，浮鞋阀芯比较容易打开。当下腔与上腔之间的压差过大时，球形软橡胶阀芯的变形量大，被压紧在锥形密封面上的面积过大，甚至可以造成浮鞋下腔的承压面积达到上腔承压面积的三倍。致使管柱内外循环所需的钻井液压力很大，施工程序难以继续，甚至悬挂器可能提前坐挂，造成返工，增加作业成本，甚至造成施工事故。

因此传统下小套管的过程中，通常每十根就需要向管柱内灌满水，才能保证正常施工，这样做大大增加劳动强度，浪费时间，效率低下，加上现场施工设备的局限及施工条件限制，无法确保顺利进行，继而会导致后面工序可能失败。

压注水泥的胶塞运行至跟球座复合时，压力陡增，以此判断压注水泥结束。因为井下情况复杂，不可预计因素较多，卸压后常有底部浮箍与浮鞋不密封的现象发生，造成部分水泥浆返流，将胶塞向上浮起，跟水泥浆一起返高，球座上方也凝固有一段水泥柱。造成下一步钻灰工序的难度提高，工作量加大，影响小套管外周的固井质量，且很难判断小套管内外是否隔断密封。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种小套管固井组合装置，即使下小套管过程中不灌水，只要小压力就能打开浮鞋实现正常循环，避免下套管中途需等待灌水的问题，有效提高了工作时效。

为解决以上技术问题，本实用新型的一种小套管固井组合装置，包括球座短节，所述球座短节的下端旋接有浮箍短节，所述浮箍短节的下方旋接有浮鞋短节，所述球座短节的上端旋接有胶塞密封筒，所述胶塞密封筒的上端与上方的小套管相旋接，所述胶塞密封筒的内壁设有多道可锁定大胶塞裙边的密封筒止退环槽，大胶塞的外径与小套管内径相适配；所述浮箍短节中设有浮箍密封座和浮箍阀芯，沿浮箍密封座的轴线设有上小下大的浮箍锥形密封面，所述浮箍阀芯的上端设有密封橡胶与浮箍锥形密封面实现软密封；所述浮鞋短节中设有浮鞋密封座和浮鞋阀芯，沿浮鞋密封座的轴线设有上小下大的浮鞋锥形密封面，所述浮鞋阀芯的上端设有硬质合金与浮鞋锥形密封面实现线密封。

相对于现有技术，本实用新型取得了以下有益效果：浮鞋阀芯采用硬质合金与浮鞋锥形密封面实现线密封，使得浮鞋下腔的承压面积始终与上腔的承压面积相等，即使连下五十根以上小套管才灌水，钻井液不需要太高的压力即可以打开浮鞋阀芯，实现钻井液循环，大大缩短了下小套管过程中的灌水等待时间，大大减少了工作量，且极大提高了工作时效。由于浮鞋阀芯已经承受了来自小套管环空的主要压力，其上方的浮箍阀芯所承受的下腔压力比较小，采用橡胶软密封也能顺利打开，且软密封浮箍在施工过程中，钻井液中含砂也能密封可靠，有效防止回流；顶替水泥浆过程中，砂、垢等能在一定压力下嵌入浮箍的软密封胶皮中，仍能保证密封可靠。小胶塞下部的插接头插入大胶塞上方连接座的承插口中，将大胶塞的中心孔封闭，两胶塞结合并锁定在一起共同下行，钻井液推动大胶塞下行，将小套管中的水泥浆继续向下挤压，水泥浆继续穿过浮箍和浮鞋，从小套管下端口进入小套管与井眼之间的环空中，并沿环空上行；当大胶塞抵靠到球座时停止下行，大碰压后卸压，注浆完成。此时大胶塞完全进入胶塞密封筒中，大胶塞的裙边嵌入密封筒止退环槽中。球座所在的位置即为小套管内的水泥顶部，球座上方即为油层。注浆完成卸压后，依靠小套管下部浮箍和浮鞋的反向密封作用防止小套管底部及环空的水泥浆向上返流。如果浮箍和浮鞋没有能够实现完全密封，胶塞将承受来自下方水泥浆的压力，由于本实用新型在球座上方设置了胶塞密封筒，将大胶塞牢牢锁定，使其不能上浮，使大碰压后的大胶塞实现二次利用。在浮箍与浮鞋两道密封的基础上，又增加了胶塞密封筒与大胶塞之间的密封，形成三重密封，在压注水泥工序结束后确保胶塞不会上浮，提高了小套管内外隔断密封的可靠性，基本杜绝因小套管不密封导致水泥浆回返的情况发生，避免了长井段钻灰的可能，既提高了固井质量，又减少了无效工作量，节约大量的钻井时间。

作为本实用新型的改进，大胶塞的中心设有贯通的大胶塞中心管，大胶塞中心管的内径大于钢球的直径，大胶塞中心管的上端旋接有连接座，所述连接座的承插口与小胶塞下端的插接头相适配，所述小胶塞的外径与钻杆的内径相适配。投入钢球后，钢球落在球座上坐封憋压，钻井液升压至9-12MPa，使小套管悬挂器坐挂在原套管中，继续升压至17-18MPa，将球座的剪钉剪断，将小胶塞放入钻杆中，钻井液推动小胶塞下行，将钻杆内的水泥浆向下推出，水泥浆从大胶塞的中心孔中通过。当小胶塞下行并穿过小套管悬挂器的中心孔后，小胶塞下部的插接头插入大胶塞上方连接座的承插口中，产生小碰压，将大胶塞的剪钉剪断，两胶塞结合并锁定在一起共同下行，大胶塞的中心孔被封闭，钻井液推动大胶塞下行，将小套管中的水泥浆继续向下挤压。

作为本实用新型的进一步改进，球座短节上端的内台阶上固定安装有静密封座，静密封座的上端面通过静密封座卡簧固定在球座短节中，所述静密封座的中心孔下端通过球座剪钉固定有承接钢球的球座。静密封座与球座短节的内壁之间实现静密封，静密封座卡簧和球座短节的内台阶实现静密封座的轴向固定；投入钢球后，钢球落在球座上坐封，产生的憋压可以使小套管顶部的小套管悬挂器实现坐挂。需要压注水泥时，加大憋压值将球座剪钉剪断，球座落下，将水泥浆的下行通道打开。

作为本实用新型的进一步改进，所述球座的下方间隔一段距离设有球座挡板，所述球座挡板上设有多个通孔；球座挡板的上端抵靠在球座短节的内台阶上，球座挡板的下端通过挡板卡簧固定在球座短节的内壁。球座挡板上的通孔是钻井液或水泥浆保持畅通，球座落下后被球座挡板挡住，避免落入下方的小套管中。

作为本实用新型的进一步改进，大胶塞设有五道裙边且分别嵌入对应的密封筒止退环槽中。五道裙边同时嵌入对应的五道密封筒止退环槽中，产生的止退力巨大，可承受很大的上浮力。

作为本实用新型的进一步改进，所述小胶塞的插接头下端呈半球形，插接头的中部设有上细下粗的锥形缩径段，所述锥形缩径段套装有设有开口的弹性卡环，所述弹性卡环的内壁为上小下大的锥面，所述弹性卡环的外壁为圆柱面；所述连接座的承插口中段设有供弹性卡环嵌入的环形凹槽。小胶塞的插接头插入连接座的承插口中时，弹性卡环收缩在锥形缩径段，当插接头在连接座中插接到位后，弹性卡环在自身弹性作用下恢复并嵌入连接座的环形凹槽中，插接头即被锁定，实现小胶塞与大胶塞的固定结合。

作为本实用新型的进一步改进，所述浮鞋阀芯中插接有向下延伸的浮鞋阀杆，所述浮鞋阀杆的下端从浮鞋法兰的中心孔中穿出，所述浮鞋法兰上均布有通孔，所述浮鞋法兰的上端抵靠在所述浮鞋短节的台阶下方，所述浮鞋法兰的下端通过浮鞋卡簧固定在浮鞋短节的内壁，所述浮鞋阀杆的外周套装有浮鞋弹簧，所述浮鞋弹簧支撑在浮鞋阀芯与浮鞋法兰之间。当浮鞋上腔的压力大于下腔时，浮鞋阀芯被推开，浮鞋弹簧被压缩，浮鞋阀杆沿浮鞋法兰的中心孔下行，浮鞋通道被打开。当浮鞋下腔的压力大于上腔时，浮鞋阀芯被压紧在浮鞋锥形密封面上，阻断浮鞋通道。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明，附图仅提供参考与说明用，非用以限制本实用新型。

图1为本实用新型小套管固井组合装置压水泥浆前的结构示意图。

图2为本实用新型小套管固井组合装置水泥浆压注到位后的结构示意图。

图3为本实用新型中胶塞密封筒及球座短节部位的放大图。

图4为本实用新型中浮箍与浮鞋部位的放大图。

图中：1.浮鞋短节；1a.浮鞋密封座；1b.浮鞋阀芯；1c.浮鞋阀杆；1d.浮鞋法兰；1e.浮鞋弹簧；1f.浮鞋卡簧；2.浮箍短节；2a.浮箍密封座；2b.浮箍阀芯；3.球座短节；3a.静密封座；3b.静密封座卡簧；3c.球座；3d.球座剪钉；3e.球座挡板；3f.挡板卡簧；3g.钢球；4.胶塞密封筒；4a.密封筒止退环槽；5.大胶塞；5a.大胶塞中心管；5b.连接座；6.小胶塞；6a.插接头；6b.弹性卡环；7.小套管。

具体实施方式

如图1至图4所示，本实用新型的小套管固井组合装置包括球座短节3，球座短节3的下端旋接有浮箍短节2，浮箍短节2的下方旋接有浮鞋短节1，球座短节3的上端旋接有胶塞密封筒4，胶塞密封筒4的上端与上方的小套管7相旋接，胶塞密封筒4的内壁设有多道可锁定大胶塞裙边的密封筒止退环槽4a，大胶塞5的外径与小套管7内径相适配；浮箍短节2中设有浮箍密封座2a和浮箍阀芯2b，沿浮箍密封座2a的轴线设有上小下大的浮箍锥形密封面，浮箍阀芯2b的上端设有密封橡胶与浮箍锥形密封面实现软密封；浮鞋短节1中设有浮鞋密封座1a和浮鞋阀芯1b，沿浮鞋密封座1a的轴线设有上小下大的浮鞋锥形密封面，浮鞋阀芯1b的上端设有硬质合金与浮鞋锥形密封面实现线密封。

浮鞋阀芯1b采用硬质合金与浮鞋锥形密封面实现线密封，使得浮鞋下腔的承压面积始终与上腔的承压面积相等，即使连下五十根以上小套管才灌水，钻井液不需要太高的压力即可以打开浮鞋阀芯1b，实现钻井液循环，大大缩短了下小套管7过程中的灌水等待时间，大大减少了工作量，且极大提高了工作时效。由于浮鞋阀芯1b已经承受了来自小套管7环空的主要压力，其上方的浮箍阀芯2b所承受的下腔压力比较小，采用橡胶软密封也能顺利打开，且软密封浮箍在施工过程中，钻井液中含砂也能密封可靠，有效防止回流；顶替水泥浆过程中，砂、垢等能在一定压力下嵌入浮箍的软密封胶皮中，仍能保证密封可靠。

小胶塞6下部的插接头6a插入大胶塞5上方连接座5b的承插口中，将大胶塞5的中心孔封闭，两胶塞结合并锁定在一起共同下行，钻井液推动大胶塞5下行，将小套管7中的水泥浆继续向下挤压，水泥浆继续穿过浮箍和浮鞋，从小套管下端口进入小套管7与井眼之间的环空中，并沿环空上行；当大胶塞5抵靠到球座3c时停止下行，大碰压后卸压，注浆完成。此时大胶塞5完全进入胶塞密封筒4中，大胶塞5的裙边分别嵌入对应的密封筒止退环槽4a中。

球座所在的位置即为小套管7内的水泥顶部，球座上方即为油层。注浆完成卸压后，依靠小套管7下部浮箍和浮鞋的反向密封作用防止小套管7底部及环空的水泥浆向上返流。如果浮箍和浮鞋没有能够实现完全密封，胶塞将承受来自下方水泥浆的压力，由于在球座3c上方设置了胶塞密封筒4，将大胶塞5牢牢锁定，使其不能上浮，使大碰压后的大胶塞5实现二次利用。在浮箍与浮鞋两道密封的基础上，又增加了胶塞密封筒4与大胶塞5之间的密封，形成三重密封，在压注水泥工序结束后确保胶塞不会上浮，提高了小套管7内外隔断密封的可靠性，基本杜绝因小套管7不密封导致水泥浆回返的情况发生，避免了长井段钻灰的可能，既提高了固井质量，又减少了无效工作量，节约大量的钻井时间。

大胶塞5的中心设有贯通的大胶塞中心管5a，大胶塞中心管5a的内径大于钢球3g的直径，大胶塞中心管5a的上端旋接有连接座5b，连接座5b的承插口与小胶塞6下端的插接头6a相适配，小胶塞6的外径与钻杆的内径相适配。投入钢球3g后，钢球3g落在球座3c上坐封憋压，钻井液升压至9-12MPa，使小套管悬挂器坐挂在原套管中，继续升压至17-18MPa，将球座3c的剪钉剪断，将小胶塞6放入钻杆中，钻井液推动小胶塞6下行，将钻杆内的水泥浆向下推出，水泥浆从大胶塞5的中心孔中通过。当小胶塞6下行并穿过小套管悬挂器的中心孔后，小胶塞6下部的插接头6a插入大胶塞5上方连接座5b的承插口中，产生小碰压，将大胶塞5的剪钉剪断，两胶塞结合并锁定在一起共同下行，大胶塞5的中心孔被封闭，钻井液推动大胶塞5下行，将小套管中的水泥浆继续向下挤压。

球座短节3上端的内台阶上固定安装有静密封座3a，静密封座3a的上端面通过静密封座卡簧3b固定在球座短节3中，静密封座3a的中心孔下端通过球座剪钉3d固定有承接钢球3g的球座3c。静密封座3a与球座短节3的内壁之间实现静密封，静密封座卡簧3b和球座短节3的内台阶实现静密封座3a的轴向固定；投入钢球3g后，钢球3g落在球座3c上坐封，产生的憋压可以使小套管顶部的小套管悬挂器实现坐挂。需要压注水泥时，加大憋压值将球座剪钉3d剪断，球座3c落下，将水泥浆的下行通道打开。

球座3c的下方间隔一段距离设有球座挡板3e，球座挡板3e上设有多个通孔；球座挡板3e的上端抵靠在球座短节3的内台阶上，球座挡板3e的下端通过挡板卡簧3f固定在球座短节3的内壁。球座挡板3e上的通孔是钻井液或水泥浆保持畅通，球座3c落下后被球座挡板3e挡住，避免落入下方的小套管中。

小胶塞6的插接头6a下端呈半球形，插接头6a的中部设有上细下粗的锥形缩径段，锥形缩径段套装有设有开口的弹性卡环6b，弹性卡环6b的内壁为上小下大的锥面，弹性卡环6b的外壁为圆柱面；连接座5b的承插口中段设有供弹性卡环6b嵌入的环形凹槽。小胶塞6的插接头6a插入连接座5b的承插口中时，弹性卡环6b收缩在锥形缩径段，当插接头6a在连接座5b中插接到位后，弹性卡环6b在自身弹性作用下恢复并嵌入连接座5b的环形凹槽中，插接头6a即被锁定，实现小胶塞6与大胶塞5的固定结合。

浮鞋阀芯1b中插接有向下延伸的浮鞋阀杆1c，浮鞋阀杆1c的下端从浮鞋法兰1d的中心孔中穿出，浮鞋法兰1d上均布有通孔，浮鞋法兰1d的上端抵靠在浮鞋短节1的台阶下方，浮鞋法兰1d的下端通过浮鞋卡簧1f固定在浮鞋短节1的内壁，浮鞋阀杆1c的外周套装有浮鞋弹簧1e，浮鞋弹簧1e支撑在浮鞋阀芯1b与浮鞋法兰1d之间。当浮鞋上腔的压力大于下腔时，浮鞋阀芯1b被推开，浮鞋弹簧1e被压缩，浮鞋阀杆1c沿浮鞋法兰1d的中心孔下行，浮鞋通道被打开。当浮鞋下腔的压力大于上腔时，浮鞋阀芯1b被压紧在浮鞋锥形密封面上，阻断浮鞋通道。

以上所述仅为本实用新型之较佳可行实施例而已，非因此局限本实用新型的专利保护范围。除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围内。本实用新型未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述。

Claims (7)

1.一种小套管固井组合装置，包括球座短节，其特征在于：所述球座短节的下端旋接有浮箍短节，所述浮箍短节的下方旋接有浮鞋短节，所述球座短节的上端旋接有胶塞密封筒，所述胶塞密封筒的上端与上方的小套管相旋接，所述胶塞密封筒的内壁设有多道可锁定大胶塞裙边的密封筒止退环槽，大胶塞的外径与小套管内径相适配；所述浮箍短节中设有浮箍密封座和浮箍阀芯，沿浮箍密封座的轴线设有上小下大的浮箍锥形密封面，所述浮箍阀芯的上端设有密封橡胶与浮箍锥形密封面实现软密封；所述浮鞋短节中设有浮鞋密封座和浮鞋阀芯，沿浮鞋密封座的轴线设有上小下大的浮鞋锥形密封面，所述浮鞋阀芯的上端设有硬质合金与浮鞋锥形密封面实现线密封。

2.根据权利要求1所述的小套管固井组合装置，其特征在于：大胶塞的中心设有贯通的大胶塞中心管，大胶塞中心管的内径大于钢球的直径，大胶塞中心管的上端旋接有连接座，所述连接座的承插口与小胶塞下端的插接头相适配，所述小胶塞的外径与钻杆的内径相适配。

3.根据权利要求1所述的小套管固井组合装置，其特征在于：球座短节上端的内台阶上固定安装有静密封座，静密封座的上端面通过静密封座卡簧固定在球座短节中，所述静密封座的中心孔下端通过球座剪钉固定有承接钢球的球座。

4.根据权利要求3所述的小套管固井组合装置，其特征在于：所述球座的下方间隔一段距离设有球座挡板，所述球座挡板上设有多个通孔；球座挡板的上端抵靠在球座短节的内台阶上，球座挡板的下端通过挡板卡簧固定在球座短节的内壁。

5.根据权利要求3所述的小套管固井组合装置，其特征在于：大胶塞设有五道裙边且分别嵌入对应的密封筒止退环槽中。

6.根据权利要求2所述的小套管固井组合装置，其特征在于：所述小胶塞的插接头下端呈半球形，插接头的中部设有上细下粗的锥形缩径段，所述锥形缩径段套装有设有开口的弹性卡环，所述弹性卡环的内壁为上小下大的锥面，所述弹性卡环的外壁为圆柱面；所述连接座的承插口中段设有供弹性卡环嵌入的环形凹槽。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的小套管固井组合装置，其特征在于：所述浮鞋阀芯中插接有向下延伸的浮鞋阀杆，所述浮鞋阀杆的下端从浮鞋法兰的中心孔中穿出，所述浮鞋法兰上均布有通孔，所述浮鞋法兰的上端抵靠在所述浮鞋短节的台阶下方，所述浮鞋法兰的下端通过浮鞋卡簧固定在浮鞋短节的内壁，所述浮鞋阀杆的外周套装有浮鞋弹簧，所述浮鞋弹簧支撑在浮鞋阀芯与浮鞋法兰之间。

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