CN103912237A - 一种水泥承留器 - Google Patents

Abstract

一种水泥承留器，包括中心管、套于中心管外壁顶端的上卡瓦以及套于中心管外壁下部的下卡瓦，其特征在于:所述的中心管外径具有变径台阶，最大外径处设置有均布孔，有剪切销设置在均布孔内，所述的上、下卡瓦与中心管之间均具有间隙，有上、下锥体分别楔入上、下卡瓦与中心管间的间隙之中，所述的上、下锥体之间沿轴向布置有胶筒，所述的中心管外壁下端还连接有套阀，有一阀体一端设置在中心管内壁下端另一端延伸至该套阀内，所述的阀体与套阀内壁之间设有密封机构。本发明的独到之处在于：他不仅下管柱时不易中途坐封，而且坐封成功率高，封堵效果好。

Description

一种水泥承留器

技术领域

  本发明涉及一种石油钻采设备，特别是一种水泥承留器。

背景技术

油田开发中、后期由于油井水泥返高以上套管腐蚀穿孔，水泥固井段出现渗漏，使油层邻近高压水层的地层水流入井筒，或油层能量下降邻近高压水层与油层互窜造成油井含水上升或油层水淹，给油田开发带来严重困难。目前一些生产多年的老油井，长期高含水，处于关井状态，分析判断：一是经过长期开采，可能油层套管腐蚀穿孔，套管漏失造成油层水淹；二是可能高压注水井长期高压注水，与该井油层形成水头锥进而造成油层水淹。三是可能在油层附近有高压水层与油层互窜导致油层水淹。对这些井通过封隔器找漏排除了套管腐蚀穿孔漏失的可能。采用同位素测井，发现在油层下部有一邻近高压水层与油层互窜，使该井全部产水。

对于这种情况，常规的处理方法是先在高压水层射开工程孔，再对高压水层进行化学封堵——主要是水泥浆封堵。封堵完后再将水泥塞钻开，然后恢复油层的开采。但是该井的生产油层在高压水层之上并且相邻很近，使用常规的封堵方法不但在工程施工中带有很大的风险性，而且难以保证油层不被水泥浆堵塞，特别是对高压水层挤堵，有可能出现高压水层外吐水泥浆，使挤堵失败。所以只有采用下入工具将油层和与它相邻高压水层隔开，再对高压水层进行封堵。

水泥承留器已经被使用了很多年，传统的水泥承留器采用金属材质，通过钻杆或油管下入井内，虽然常规的水泥承留器密封性好，耐压差高，密封时间长，也可以磨铣，但是在磨铣时容易发生中途座封，磨铣时间花费较长，磨铣后的金属碎屑比重大，返排困难，因此有必要开发一种具在快速钻除性能的复合材料水泥承留器来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水泥承留器，他不仅下管柱时不易中途坐封，而且坐封成功率高，封堵效果好。

实现本发明目的的技术方案是: 一种水泥承留器，包括中心管、套于中心管外壁顶端的上卡瓦以及套于中心管外壁下部的下卡瓦，其特征在于:所述的中心管外径具有变径台阶，最大外径处设置有均布孔，有剪切销设置在均布孔内，所述的上、下卡瓦与中心管之间均具有间隙，有上、下锥体分别楔入上、下卡瓦与中心管间的间隙之中，所述的上、下锥体之间沿轴向布置有胶筒，所述的中心管外壁下端还连接有套阀，有一阀体一端设置在中心管内壁下端另一端延伸至该套阀内，所述的阀体与套阀内壁之间设有密封机构。

而且所述的上卡瓦由四片卡瓦组成，沿上卡瓦内壁设置有弹性钢带以及铝带，有卡箍套于该上卡瓦的外壁之上。

而且所述的下卡瓦为一体成型结构。

而且所述的所述上、下卡瓦与上、下锥体之间为锥面接触，其锥面的配合角度为12～20°。

而且所述的上锥体与中心管之间通过销钉连接，所述的下锥体与中心管为键配合并通过销钉固定。

而且所述的阀体上端沿轴向开有2～4个均布槽。

而且所述的密封机构由密封挡圈、密封阀背圈总成以及第二“O”形密封圈组成，该密封机构将套阀上端的一系列孔密封。

而且所述的上、下锥体与胶筒之间均设置有背圈，该背圈由内、外背圈组成，所述的外背圈上的突起部分与内背圈上的凹进部分相配合。

而且所述的胶筒与中心管之间还具有第一“O”形密封圈以及用于固定该第一“O”形密封圈的承留环。

本发明的优点在于:1.外径较小，下管柱时不易中途坐封，略大于套管内径的坐封工具的弧形弹簧式紧贴套管内壁利于完成坐封；2.上下各一组双向卡瓦能保证桥塞坐封的成功率，对井筒的封堵效果好；3.在水泥浆挤堵过程中，其内部的压力平衡阀可以成功地防止水泥浆上返，避免水泥浆卡钻和油管内水泥堵塞事故的发生。

附图说明

图1是水泥承留器的结构示意图；

图2是水泥承留器的使用状态参考图。

其中，1、上卡瓦2、卡箍，3、铆钉，4、弹性钢带，5、铝带，6、剪切销，7、销钉，8、锁环，9、上锥体，10、挡环，11、外背圈，12、内背圈，13、胶筒，14、承留环，15、第一“O”型密封圈， 18、下锥体，19、键，20、中心管，21、下卡瓦，22、紧定螺钉，23、套阀，24、第二“O”型密封圈， 25、阀体，26、密封挡圈，27、密封阀背圈总成，28、收剑套

 31、上端接头，32、坐封工具中心管，33、上端衬套，34、上端挡圈，35、第一内六角螺钉，36、弹簧片，37、轴向弹性挡圈，38、下端挡圈，39、下端衬套，40、控制套，41、第二内六角螺钉，42、第三内六角螺钉，43、控制螺母焊接总成，44、控制螺母挡圈，45、支撑套，46、坐封工具第一“O”型密封圈，47、紧定螺钉，48、凸轮块，49、销，50、复合弹簧，51、座封套，52、控制弹性接头，53、***接头，54、密封环总成，55、坐封工具第二“O”型密封圈，56、移相接头，57、第四内六角螺钉。

具体实施方式

参见图1～2以下将结合实施例对本发明做进一步说明。

一种石油钻采设备，特别是一种水泥承留器，包括中心管20、套于中心管20外壁顶端的上卡瓦1以及套于中心管20外壁下部的下卡瓦21，其特征在于:所述的中心管20外径具有变径台阶，最大外径处设置有均布孔，有剪切销6设置在均布孔内，所述的上、下卡瓦1、21与中心管20之间均具有间隙，有上、下锥体9、18分别楔入上、下卡瓦1、21与中心管20间的间隙之中，所述的上、下锥体9、18之间沿轴向布置有胶筒13，所述的中心管20外壁下端还连接有套阀23，有一阀体25一端设置在中心管20内壁下端另一端延伸至该套阀23内，所述的阀体25与套阀23内壁之间设有密封机构。

工作时，利用钻杆或油管输送水泥承留器和相应机械坐封工具，到达预定坐封位置后，将管柱上提0.6米，它提供了释放上卡瓦1及控制弹性接头52所必需的行程；充分右旋管柱，使用坐封工具右旋至少10圈以上，将控制螺母43从中心管20上的螺纹上旋出将控制套40释放出来；再次下放管柱到预定的坐封位置，弧型弹簧36与套管之间的摩擦力可以使控制套40与坐封套51保持不动，下放动作可将上卡瓦1从坐封套51中推出，此时，上卡瓦1内的弹性钢带4可使上卡瓦1紧贴在套管壁上，在上卡瓦1被释放出来的过程中，支撑套45从凸轮块48上脱开，凸轮块48被弹出，从而控制弹性接头52从***接头53上被释放出来，使得它们之间可以有一定的相对轴向运动；由于先前上卡瓦1在释放时已经紧贴套管内壁，缓慢上提管柱，使坐封工具承受相应的拉力，坐封工具通过控制弹性接头52连接水泥承留器的中心管20上端螺纹，中心管20带动阀套23上行，阀套23推动下端卡瓦21上行，下端卡瓦21剪断第二销钉29，推着下外背圈17、下内背圈16和胶筒13上行，胶筒13带着承留环14、上内背圈12和上外背圈11向上挤压上锥体9，上锥体9剪断第一销钉7后继续上行并挤压上卡瓦1，使上卡瓦1进一步咬入套管中，继续上提管柱，胶筒13进一步压缩并贴紧套管内壁，下端卡瓦21破裂并咬在套管内壁上，这时锁环8的锯齿锁在中心管20锯齿上，维持胶筒13座封；右旋机械坐封工具10圈以上，这将剪断水泥承留器上的剪切螺钉6，并使控制弹性接头52从水泥承留器旋出，再上提直至丢手；缓慢下放管柱，使插管打开阀体25，根据施工设计，开始混浆并挤注水泥，挤完水泥后，相对于承留器上提0.5米左右后，即可关闭阀体，反循环洗井，替出管柱内的多余泥浆。

而且所述的上卡瓦1由四片卡瓦组成，沿上卡瓦1内壁设置有弹性钢带4以及铝带5，有卡箍2套于该上卡瓦1的外壁之上。

上卡瓦1通过弹性钢带4、铝带5以及卡箍2固定。

进一步的技术方案可以是所述的下卡瓦21为整体成型结构。

上卡瓦1的分瓣式结构相对于下卡瓦2整体成型结构，在坐封时，先是上卡瓦1推动上锥体9挤压胶筒13，当挤压力达到下卡瓦21破裂值时，下卡瓦21才破裂并咬在套管上，这样的坐封方式有利用于胶筒密封。

而且所述的所述上、下卡瓦1、21与上、下锥体9、18之间为锥面接触，其锥面的配合角度为12～20°。

锥面的配合角度为12～20°，小角度锥面有利于轴向力的传递，有利于胶筒的挤压及上、下卡瓦1、21咬住套管,而且该配合角度有利于卡瓦与锥体间的自锁。

而且所述的上锥体9与中心管20之间通过销钉7连接，所述的下锥体18与中心管20为键配合并通过销钉7固定。

上、下锥体9、18通过销钉7与中心管20连接，可以防止水泥承留器在下井过程中提前坐封。

进一步的技术方案也可以是所述的阀体25上端沿轴向开有2～4个均布槽。

在阀体25上端沿轴向开有2～4个均布槽，使阀体25的上端具有一定的弹性。

而且所述的密封机构由密封挡圈26、密封阀背圈总成27以及第二“O”形密封圈24组成，该密封机构将套阀23上端的一系列孔密封。

通过阀体25与套阀23之间的密封机构来密封套阀23上端的一系列孔密封。

而且所述的上、下锥体9、18与胶筒13之间均设置有背圈，该背圈由内、外背圈11、12组成，所述的外背圈11上的突起部分与内背圈12上的凹进部分相配合。

采用外背圈11上的突起部分与内背圈12上的凹进部分相配合的连接方式，结构稳固，不易松脱。

进一步的技术方案还可以是所述的胶筒13与中心管20之间还具有第一“O”形密封圈15以及用于固定该第一“O”形密封圈15的承留环14。

胶筒13在挤压时会产生鼓涨效应，胶筒13密封水泥承留器与套管环空和胶筒13与中心管20，同时胶筒13与承留环14密封，而第一“O”形密封圈15则被用来进一步密封承留环14与中心管20。

本发明专利申请已于同日，就同一主题申请了实用新型专利。

Claims (9)

1.一种水泥承留器，包括中心管、套于中心管外壁顶端的上卡瓦以及套于中心管外壁下部的下卡瓦，其特征在于:所述的中心管外径具有变径台阶，最大外径处设置有均布孔，有剪切销设置在均布孔内，所述的上、下卡瓦与中心管之间均具有间隙，有上、下锥体分别楔入上、下卡瓦与中心管间的间隙之中，所述的上、下锥体之间沿轴向布置有胶筒，所述的中心管外壁下端还连接有套阀，有一阀体一端设置在中心管内壁下端另一端延伸至该套阀内，所述的阀体与套阀内壁之间设有密封机构。

2.根据权利要求1所述的一种水泥承留器，其特征在于:所述的上卡瓦由四片卡瓦组成，沿上卡瓦内壁设置有弹性钢带以及铝带，有卡箍套于该上卡瓦的外壁之上。

3.根据权利要求1所述的的一种水泥承留器，其特征在于:所述的下卡瓦为一体成型结构。

4.根据权利要求1所述的一种水泥承留器，其特征在于:所述的所述上、下卡瓦与上、下锥体之间为锥面接触，其锥面的配合角度为12～20°。

5.根据权利要求1或4所述的一种水泥承留器，其特征在于: 所述的上锥体与中心管之间通过销钉连接，所述的下锥体与中心管为键配合并通过销钉固定。

6.根据权利要求1所述的一种水泥承留器，其特征在于:所述的阀体上端沿轴向开有2～4个均布槽。

7.根据权利要求1所述的一种水泥承留器，其特征在于:所述的密封机构由密封挡圈、密封阀背圈总成以及第二“O”形密封圈组成，该密封机构将套阀上端的一系列孔密封。

8.根据权利要求1所述的一种水泥承留器，其特征在于:所述的上、下锥体与胶筒之间均设置有背圈，该背圈由内、外背圈组成，所述的外背圈上的突起部分与内背圈上的凹进部分相配合。

9.根据权利要求1所述的一种水泥承留器，其特征在于:所述的胶筒与中心管之间还具有第一“O”形密封圈以及用于固定该第一“O”形密封圈的承留环。