CN107975352B - 分级注水泥器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分级注水泥器。该分级注水泥器包括本体和受控滑动地设置在本体的内部的贯穿式的内套，在本体上设置有第一循环孔，在内套上设置有第二循环孔。在本体和内套之间受控滑动式轴向设置有关闭套和打开套，关闭套处于打开套的上游并且关闭套和打开套在轴向上能相对彼此而运动。在第一状态中，第二循环孔与第一循环孔对齐并且通过关闭套和打开套之间存在间隙连通。在第二状态中，关闭套与本体相连，关闭套和打开套轴向接触并且封闭第一循环孔。从第二状态，将内套从本体内打捞出来以实现分级注水泥器的内部贯通。

Description

分级注水泥器

技术领域

本发明涉及石油天然气勘探开发领域，特别是涉及一种用于固井的分级注水泥器。

背景技术

在油气井固井施工时，需要向井筒内注入固井水泥，然后在井内下入水泥塞以将井筒内的固井水泥挤压到裸眼井壁与油管之间的空间内。然而，当井筒的深度较深时例如井深超过5000米，会给水泥塞的下入带来极大的困难。另外，下入水泥塞的巨大压力甚至会将地层压漏，导致固井水泥大量漏到地层内。这些因素会给固井和后期采油造成极大的困难。

为了解决上述困难，在现有技术中，通常使用分级注水泥器，其中最常用的是机械式分级注水泥器。机械式分级注水泥器的内部构造有内部附件以实现憋压和分级注水泥。在注水泥结束后，需要将这些内部附件钻除才能实现井筒贯通。钻除作业不但会导致完井周期延长，而且有可能导致钻偏、钻漏分级注水泥器等，这会极大地影响后期采油操作。

发明内容

针对上述问题，本发明打捞了一种分级注水泥器。根据本发明的分级注水泥器，在完成分级注水泥之后，可以将其内部的附件打捞到井筒之外，从而实现分级注水泥器贯通和井筒贯通。

根据本发明的分级注水泥器包括：本体和受控滑动地设置在本体的内部的贯穿式的内套。在本体上设置有第一循环孔，在内套上设置有第二循环孔。在本体和内套之间受控滑动式轴向设置有关闭套和打开套，关闭套处于打开套的上游并且关闭套和打开套在轴向上能相对彼此而运动。在第一状态中，第二循环孔与第一循环孔对齐并且通过关闭套和打开套之间存在间隙连通；在第二状态中，关闭套和打开套轴向接触并且封闭式隔开第一循环孔和第二循环孔，关闭套与本体相连。从第二状态，将内套从本体内打捞出来以实现分级注水泥器的内部贯通。

本发明的分级注水泥器安装在油管上并且根据井的状况而处于井内的某一位置处。在固井期间，首先完成向处于分级注水泥器下游的井段环空内注入水泥。然后，使分级注水泥器处于第一状态，此时可以通过第一循环孔和第二循环孔清洗处于分级注水泥器上游的井段环空并向其内部注入水泥。完成注水泥后，使分级注水泥器处于第二状态，关闭套和打开套恒定地与本体相连并且封闭了第一循环孔。最后，将内套从本体内打捞出来，实现了分级注水泥器的内部贯通。由于关闭套和打开套封闭了第一循环孔，方便了后期的采油作业。

在一个实施例中，打开套通过第一剪钉与本体相连，并且通过第二剪钉与内套相连；在内套上设置有第一卡簧，在打开套的下游部分设置有第一卡簧台阶，在内套的外表面上构造有第一卡簧槽。关闭套通过第三剪钉与本体相连，并且通过第四剪钉与内套滑动式配合。在初始状态中，第一剪钉、第二剪钉、第三剪钉和第四剪钉未被剪断，第一卡簧由第一卡簧台阶承接，第一卡簧槽处于第一卡簧台阶的下游，第二循环孔与第一循环孔被封闭式隔开。在初始状态之后的第一状态中，第一剪钉被剪断；在第二状态中，第三剪钉和第二剪钉被剪断；在打捞内套期间，第四剪钉被剪断并且第一卡簧进入到第一卡簧槽内。这种连接结构非常简单，仅需要使第一剪钉、第二剪钉、第三剪钉和第四剪钉的剪切强度不同即可。由此，方便了分级注水泥器的生产，而且易于在固井施工期间使用。

在一个实施例中，在内套的外表面上构造有滑槽，第四剪钉通过剪钉套与滑槽滑动式配合。剪钉套增大了第四剪钉与滑槽的接触面积降低了压强，避免了第四剪钉嵌入到滑槽内的风险。在一个优选的实施例中，在内套的上游端部设置有打捞套，打捞套的外径大于内套的外径。

在一个实施例中，在打开套的上游部分设置有径向向里延伸的挡体；在打捞内套期间，挡体推动第一卡簧进入到第一卡簧槽内。

在一个实施例中，在本体和关闭套中的一个上构造有第二卡簧，在另一个上构造有与卡第二簧相匹配的第二卡簧槽。在第二状态中，第二卡簧与第二卡簧槽接合。在第二卡簧与第二卡簧槽分开期间，两者不会影响关闭套与本体之间的相对滑动。在第二卡簧与第二卡簧槽接合后，可以实现关闭套与本体的连接，以使得在打捞内套期间，关闭套和打开套能稳定地与本体相连并封住第一循环孔。

在一个实施例中，分级注水泥器还包括打开塞，在内套的内部设置有打开塞座。在将打开塞接合到打开塞座上后，通过井内憋压来推动内套和打开套一起向下游运动，以使得分级注水泥器进入第一状态中。

在一个实施例中，分级注水泥器还包括关闭塞，在内套的内部设置有关闭塞座，关闭塞座处于打开塞座的上游。在打开塞接合到打开塞座上后，再使关闭塞接合到关闭塞座上来推动内套和关闭套一起向下游运动，以使得分级注水泥器进入第一状态中。

在一个优选的实施例中，关闭塞包括刚性的主体和安装在主体上的柔性件。在一个具体的实施例中，柔性件可以为橡胶碗。在投入关闭塞期间，柔性件或胶碗可以将油管内壁和/或内套的内壁上附着的固井水泥刮掉，以保持油管和分级注水泥器内的清洁，这有助于后续的采油。

在一个实施例中，本体的下游与下接头相连，下接头的外径与打开套外径相匹配。在使用本发明的分级注水泥器期间，下接头承接打开套，以防止其掉到井底。

在本申请中，方向用语“上游”是指朝向地表的方向，“下游”是指与“上游”相反的方向。

与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)使用本发明的分级注水泥器，在完成分级注水泥之后，可以将其内部的附件打捞到井筒之外，从而实现分级注水泥器贯通和井筒贯通。(2)与现有技术中的注水泥器相比，本发明的分级注水泥器的结构简单、紧凑，特别是在提出其内部的附件后，没有显著减小分级注水泥器的内径，这有助于后期的采油操作。(3)本发明的分级注水泥器的操作简单，而且可靠性高。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1示意性地显示了根据本发明的一个实施例的分级注水泥器的结构；

图2示意性地显示了根据本发明的一个实施例的打开塞的结构；

图3示意性地显示了根据本发明的一个实施例的关闭塞的结构；

图4示意性地显示了根据本发明的一个实施例的打捞爪的结构；

图5到图10示意性地显示了根据本发明的一个实施例的分级注水泥器的使用过程。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1示意性地显示了根据本发明的一个实施例的分级住水泥器100。如图1所示，分级注水泥器100包括本体5、滑动式设置在本体5内的内套10，和滑动式设置在本体5和内套10之间的关闭套11和打开套14。本体5通过上接头1和下接头18与管串(未示出)相连。内套10为贯通的管状，其能受控地在本体5内朝向上游或下游运动。在内套10的下游部分还设置有打开塞座107，上游部分设置有关闭塞座112，其作用将在下文中描述。关闭套11和打开套14也可以受控地朝向上游或下游运动。具体来说，关闭套11处于打开套14的上游，在本体5和内套10的限制下，关闭套11和打开套14在轴向上能相对彼此而运动。在本体5上设置有第一循环孔101，在内套10上设置有第二循环孔102。随着内套10、关闭套11和打开套14的滑动，第一循环孔101和第二循环孔102可贯通(在分级住水泥器100的第一状态中)或封闭式隔开(在分级住水泥器100的第二状态中)。

下面来描述分级住水泥器100的细节结构和工作过程。

如图1所示，打开套14通过第一剪钉16与本体5相连，并且通过第二剪钉17与内套10相连。此外，在内套10上设置有第一卡簧15，在内套10的外表面上构造有第一卡簧槽104。在打开套14的下游部分设置有第一卡簧台阶105，在其上游部分设置有径向向里延伸的挡体111。第一卡簧15、第一卡簧台阶105、第一卡簧槽104和挡体111相互配合来控制内套10和打开套14之间的相对运动。在一个具体的实施例中，第一卡簧15为弹性钢圈。弹性钢圈15安装在内套10上后被撑开，从而两者通过摩擦力相对固定。

还如图1所示，关闭套11通过第三剪钉12与本体5相连，并且通过第四剪钉7与内套10滑动式配合。如图1所示，在内套10的外表面上构造有滑槽108，第四剪钉7则在滑槽108内滑动。还如图1所示，在关闭套11上构造有第二卡簧8，在本体5上构造有第二卡簧槽106，其作用将下文中描述。

本发明的分级住水泥器100的初始状态(即，未使用之前的状态)就是图1所示的状态。在初始状态中，第一剪钉16、第二剪钉17、第三剪钉12和第四剪钉7未被剪断，本体5、内套10、关闭套11和打开套14相对于彼此不发生运动，并且关闭套11和打开套14彼此接触。第一卡簧15依靠摩擦力套设在内套10上并且由第一卡簧台阶105承接着，第一卡簧槽104处于第一卡簧台阶105的下游。第二卡簧8处于第二卡簧槽106的上游。在初始状态中，第二循环孔102处于第一循环孔101的上游，并且被关闭套11封闭式隔开。

在固井过程中，在保持分级注水泥100的初始状态下，首先完成向处于分级注水泥器100下游的井段环空内注入水泥(即，第一次注水泥)，处于分级注水泥器100上游的井段环空暂不注入水泥。

在完成第一次注水泥之后，向分级注水泥器100内投入打开塞201(如图2所示)。当打开塞201座接在打开塞座107上后，就将油管内部封闭了。在油管内憋压，以将第一剪钉16剪断。在压力作用下，打开塞201会带动内套10和打开套14朝向下游运动，直到第一循环孔101和第二循环孔102对齐，打开套14的下游端部会顶靠到下接头18上。在此期间，关闭套11仍然通过第三剪钉12与本体5固定相连而保持不动。这样，在打开套14和关闭套11之间就产生了间隙501，第一循环孔101和第二循环孔102通过间隙501直接连通，如图5所示。由此，分级注水泥器100进入其第一状态。应注意的是，在内套10向下游运动期间，第四剪钉7和滑槽108发生相对滑动。

在第一状态中，通过连通的第一循环孔101和第二循环孔102进行循环洗井，之后向处于分级注水泥器100上游的井段环空注入水泥(即，第二次注水泥)。

在完成第二次注水泥之后，向分级注水泥器100内投入关闭塞301(如图3所示)。当关闭塞301座接在关闭塞座112上后，油管内部就被再次封闭了，如图6所示。在油管内憋压，关闭塞301会带动内套10继续朝向下游运动。此内套10的此运动期间，第四剪钉7在滑槽108的上游缘的推动下朝向下游运动，由此带动关闭套11向下游运动直到与打开套14的上游端部再次接触。这样，第一循环孔101和第二循环孔102再次被封闭式隔开，第二卡簧8卡入到第二卡簧槽106内以关闭套11和本体5不可拆分地连接在一起，分级注水泥器100进入其第二状态，如图7所示。应注意的是，关闭套11的运动导致第三剪钉12被剪断。内套10的运动导致第二剪钉17被剪断，内套10和打开套14通过第一卡簧15连接，以防止内套10落到井底。

在第二次注水泥之后，油气井的注水泥过程就完成了。接下来，需要将内套10、打开塞201、关闭塞301从分级住水泥器100内打捞出来以实现分级注水泥器100的内部贯通和井筒贯通。

在内套10的上游端部构造有打捞套2。图4示意性地显示了一种打捞爪401。打捞爪401具有彼此分开的弹性接合片402，在接合片402上构造有与打捞套2相匹配的螺纹结构。这样，可容易地将打捞爪401与打捞套2接合到一起，如图8所示。向上提起打捞爪401，内套10会向上游运动，如图9所示。在此期间，由于第二卡簧8与第二卡簧槽106的配合，关闭套11和打开套14不能运动，使得第四剪钉7被滑槽108的下游缘剪断，第一卡簧15被挡体111推动而退到第一卡簧槽104内。这样，就可以方便地将内套10提到油气井之外，从而实现了分级注水泥器100和油管的内部贯通，如图10所示。

在一个优选的实施例中，打捞套2的外径大于内套10的外径，由此打捞套2可形成滑槽108的上游缘，如图1所示。

在另一个优选的实施例中，第四剪钉7通过剪钉套6与滑槽108滑动式配合。剪钉套6增大了第四剪钉7与滑槽108的接触面积降低了压强，避免了第四剪钉7嵌入到滑槽108内的风险。

在另一个优选的实施例中，关闭塞301包括刚性的主体302和安装在主体302上的柔性件303。在一个具体的实施例中，柔性件303实施为橡胶碗。在投入关闭塞301后，关闭塞301通过柔性件303与内套10之间的摩擦力而稳定地保持在内套10中。在关闭塞301的下落期间，柔性件或胶碗303可以将油管内壁和/或内套10的内壁上附着的固井水泥刮掉，以保持油管和分级注水泥器100内的清洁，这有助于后续的采油。

在另一个实施例中，在关闭套11和内套10之间设置有密封圈9。密封圈9可防止污染物进入到滑槽108内而阻碍第四剪钉7的运动。此外，在关闭套11、打开套14与本体5之间还可以设置多个密封件4和13，以防止污染物进入到关闭套11、打开套14与本体5接触的区域内。

从整体上看，使用本发明的分级注水泥器100不但可以实现向井内分级注水泥，而且在固井结束之后，可以方便地将分级注水泥器100的附件(如，内套10、打开塞201、关闭塞301)提出到井之外，由此实现井内贯通。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (9)

1.分级注水泥器，包括：本体和受控滑动地设置在所述本体的内部的贯穿式的内套，在所述本体上设置有第一循环孔，在所述内套上设置有第二循环孔，

在所述本体和内套之间受控滑动式轴向设置有关闭套和打开套，所述关闭套处于所述打开套的上游并且所述关闭套和打开套在轴向上能相对彼此而运动；

在第一状态中，所述第二循环孔与所述第一循环孔对齐并且通过所述关闭套和打开套之间存在间隙连通；

在第二状态中，所述关闭套与所述本体相连，所述关闭套和打开套轴向接触并且封闭所述第一循环孔，

从所述第二状态，将所述内套从所述本体内打捞出来以实现所述分级注水泥器的内部贯通，

其中，所述打开套通过第一剪钉与所述本体相连，并且通过第二剪钉与所述内套相连；在所述内套上设置有第一卡簧，在所述打开套的下游部分设置有第一卡簧台阶，在所述内套的外表面上构造有第一卡簧槽，

所述关闭套通过第三剪钉与所述本体相连，并且通过第四剪钉与所述内套滑动式配合，

在初始状态中，所述第一剪钉、第二剪钉、第三剪钉和第四剪钉未被剪断，所述第一卡簧由所述第一卡簧台阶承接，所述第一卡簧槽处于所述第一卡簧台阶的下游，所述第二循环孔与所述第一循环孔被封闭式隔开；

在所述初始状态之后的所述第一状态中，所述第一剪钉被剪断；在所述第二状态中，所述第三剪钉和第二剪钉被剪断；在打捞所述内套期间，所述第四剪钉被剪断并且所述第一卡簧进入到所述第一卡簧槽内。

2.根据权利要求1所述的分级注水泥器，其特征在于，在所述内套的外表面上构造有滑槽，所述第四剪钉通过剪钉套与所述滑槽滑动式配合。

3.根据权利要求2所述的分级注水泥器，其特征在于，在所述内套的上游端部设置有打捞套，所述打捞套的外径大于所述内套的外径。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的分级注水泥器，其特征在于，在所述打开套的上游部分设置有径向向里延伸的挡体；在打捞所述内套期间，所述挡体推动所述第一卡簧进入到所述第一卡簧槽内。

5.根据权利要求1到3中任一项所述的分级注水泥器，其特征在于，在所述本体和所述关闭套中的一个上构造有第二卡簧，在另一个上构造有与所述第二卡簧相匹配的第二卡簧槽；在所述第二状态中，所述第二卡簧与所述第二卡簧槽接合。

6.根据权利要求1到3中任一项所述的分级注水泥器，其特征在于，所述分级注水泥器还包括打开塞，在所述内套的内部设置有打开塞座，

在将所述打开塞接合到所述打开塞座上后，通过井内憋压来推动所述内套和打开套一起向下游运动，以使得所述分级注水泥器进入所述第一状态中。

7.根据权利要求6所述的分级注水泥器，其特征在于，所述分级注水泥器还包括关闭塞，在所述内套的内部设置有关闭塞座，所述关闭塞座处于所述打开塞座的上游，

在所述打开塞接合到所述打开塞座上后，再使所述关闭塞接合到所述关闭塞座上来推动所述内套和关闭套一起向下游运动，以使得所述分级注水泥器进入所述第二状态中。

8.根据权利要求7所述的分级注水泥器，其特征在于，所述关闭塞包括刚性的主体和安装在所述主体上的柔性件。

9.根据权利要求6所述的分级注水泥器，其特征在于，所述本体的下游与下接头相连，所述下接头的外径与所述打开套外径相匹配。

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