一种免钻双级注水泥器.pdf

本实用新型提供了一种免钻双级注水泥器，属于深井、超深井套管双级固井领域。本装置包括双级箍(101)、关闭塞(102)和下胶塞(103)，利用本装置在双级固井结束后，双级箍内的上下滑套及关闭塞连接为一体，通过压力作用自行掉入井底，无须完井后重下小尺寸钻杆及钻头；本装置可通过液压、机械双作用打开循环孔，同时能保证了循环孔顺利打开和关闭。另外，双级箍内的任何一个密封圈均能被准确检测出是否损坏。而且，双级箍本体与内套的有效厚度相对较厚，从而提高了双级箍的抗拉强度、抗内压和抗外挤强度。

1.  一种免钻双级注水泥器，包括双级箍(101)、关闭塞(102)和下胶塞(103)，其特征在于，
所述双级箍(101)包括上接头(1)、本体(2)、内套(5)、定位挡块(7)、定位卡簧(8)、上滑套(10)、下滑套(26)和收缩挡块(32)；
所述本体(2)、内套(5)、上滑套(10)和下滑套(26)均为圆筒状，在所述本体(2)的筒内设置有所述内套(5)，其与本体(2)通过外销钉(17)定位；在所述内套(5)的筒内，上滑套(10)通过内销钉(6)固定在内套(5)的上部，下滑套(26)通过所述收缩挡块(32)固定在内套(5)的下部；
在所述本体(2)的内壁开有上挡块槽，所述上挡块槽底部开有挡块槽下台肩(11)；在上挡块槽下方开有下挡块槽(14)；所述外销钉(17)位于所述下挡块槽(14)的下方；在所述外销钉(17)下方的本体(2)内壁开有本体卡簧槽(19)；在所述本体卡簧槽(19)下方开有贯通的本体循环孔(23)；在所述本体循环空(23)下方开有本体下台肩(30)，在本体下台肩(30)的下方开有收缩挡块槽(34)；
在所述内套(5)的管壁上，所述内销钉(6)下方设置有定位挡块(7)，所述定位挡块(7)开有下倒角(9)；在所述定位挡块(7)下方的内套(5)内壁开有内套卡簧槽(12)；在所述内套(5)的管壁上，内套卡簧槽(12)下方的内套(5)外壁设置有限位卡簧(16)；在所述限位卡簧(16)的下方内套(5)的管壁上开有贯通的内套循环孔(22)；所述收缩挡块(32)设置在所述内套循环孔(22)的下方；在所述收缩挡块(32)和内套循环孔(22)之间的内套(5)外壁上开有内套上台肩(24)；所述内套上台肩(24)与所述本体下台肩(30)之间形成容腔；
在所述上滑套(10)的外壁与所述定位挡块(7)对应的位置设置有定位卡簧(8)；
在所述下滑套(26)的内壁开有下滑套卡簧槽(25)；
所述定位挡块(7)向外突出于内套(5)的部分位于所述上挡块槽内；
所述内套循环孔(22)位于所述本体循环孔(23)的上方，其中心与本体循环孔(23)中心之间的距离等于所述定位挡块(7)的下倒角(9)到所述挡块槽下台肩(11)的距离；
所述关闭塞(102)包括塞体(45)和楔形柱塞(43)；所述塞体(45)的内壁上部设有上锥面(42)，所述楔形柱塞(43)在所述上锥面(42)上移动。

2.  根据权利要求1所述的免钻双级注水泥器，其特征在于，所述免钻双级注水泥器包括铜球(27)；在所述下滑套(26)内壁，所述下滑套卡簧槽(25)的下方开有下滑套锥面(29)。

3.  根据权利要求1或2所述的免钻双级注水泥器，其特征在于，在所述内套(5)与上滑套(10)之间设有上间隙环，所述上间隙环位于所述内套循环孔(22)上方；在所述内套(5)内壁设有上Yx密封槽，在所述上密封槽内装有上Yx密封圈(15)，所述上Yx密封圈(15)密封所述上间隙环；在所述内套(5)与下滑套(26)之间设有下间隙环，所述下间隙环位于所述内套循环空(22)下方；在所述内套(5)内壁设有下Yx密封槽，在所述下密封槽内装有下Yx密封圈(21)，所述下Yx密封圈(21)密封所述下间隙环；在所述内套(5)的下部设有销钉槽(37)，在所述销钉槽内装有防转销钉(36)，所述防转销钉(36)穿过所述本体(2)的管壁。

4.  根据权利要求3所述的免钻双级注水泥器，其特征在于，在所述上接头(1)和本体(2)之间装有密封圈；在所述内套(5)和本体(2)之间装有一组密封圈，其分别是位于所述上挡块槽和下挡块槽(14)之间的槽间密封圈(13)、位于所述内套循环孔(22)上方的孔上密封圈(18)、内套循环孔(22)下方的孔下密封圈(20)和位于所述本体下台肩(30)与收缩挡块(32)之间的肩下密封圈(31)；在所述本体(2)的管壁上开有两个传压孔，一个是位于所述槽间密封圈(13)和孔上密封圈(18)之间的上传压孔(38)，另一个是位于所述内套上台肩(24)与所述本体下台肩(30)之间的下传压孔(28)。

5.  根据权利要求4所述的免钻双级注水泥器，其特征在于，所述上滑套(10)、下滑套(26)与内套(5)之间的间隙差均为4mm。

6.  根据权利要求1所述的免钻双级注水泥器，其特征在于，所述上接头(1)为圆筒状，其上部内壁开有套管螺纹(50)，下部外壁通过外螺纹固定在本体(2)内的所述内套(5)的上方；在所述本体(2)的外壁下部开有套管螺纹(35)。

7.  根据权利要求1所述的免钻双级注水泥器，其特征在于，所述关闭塞(102)包括塞尾(39)、关闭塞密封圈(40)、胶碗(44)、锁紧环(46)；所述塞尾(39)内壁通过螺纹与塞体(45)的外壁上部连接；所述关闭塞密封圈(40)设置在所述塞尾(39)的外壁上；所述塞体(45)的外壁上有一组螺纹突起，所述胶碗(44)固定在所述塞体(45)螺纹突起的外壁上；在所述塞体(45)的下部设置有锁紧环(46)。

一种免钻双级注水泥器
技术领域
本实用新型属于深井、超深井套管双级固井领域，具体涉及一种免钻双级注水泥器。
背景技术
油田上所钻的油气水井，完钻下套管后，需要进行固井作业，遇有断层、渗漏井段时需分两次固井作业。对于超深井，由于地面设备动力有限，也需要先后固井，因此均需要双级注水泥器。
目前，常用的双级注水泥器工具包括双级箍本体及其配合工具，它主要包括本体、密封圈、关闭套、上滑套、下滑套、下接头、下胶塞、打开塞、关闭塞等等。这种结构的双级注水泥器的主要原理为：一级水泥浆注入后，释放下胶塞顶替水泥浆至双级箍下面的环孔间隙内；一级固井结束后，从井口投入打开塞，座于双级箍下滑套并形成密封，井口憋压减断打开剪钉，循环孔打开，套管内外建立循环，为二级注水泥做准备；当第二级注水泥结束后，压入关闭塞替泥浆，直至关闭塞座于双级箍上滑套上，憋压剪断关闭剪钉并使关闭套下行，实现双级箍循环孔永久关闭。侯凝结束后，下钻将双级箍内部的上滑套、下滑套、关闭塞、打开塞、下胶塞钻掉。这种双级注水泥器工具，当将其用与油层套管固井时，需多下一次钻，以钻除固井后套管内多余的部件，增加了钻井成本。另外，目前钻井多用φ127mm钻杆，其接头外径为φ165mm，而油层套管一般为φ140mm，这样就必须另外从基地送小钻杆，这不仅使钻杆施工单位承担额外的钻具租用费，也给钻井的组织工作带来了一定困难。
现有技术中，专利号为99200859.X的专利公开了一种自通径分级注水泥器，它的双级箍的打开和关闭循环孔是通过打开套和关闭套两个零部件共同完成的，其存在以下不足：关闭套上的密封圈在组装后是否损坏不能被有效检测；打开套上部密封圈要经过销钉剪切面，密封圈可能会被损伤导致密封失效；关闭套下行关闭循环空后，销钉会使本体内外相通；关闭套下行关闭后，没有防退装置，不能保证循环孔处于永久关闭状态；关闭塞本体内的球与关闭套本体之间不能形成自锁，这样再替浆过程中可能会出现替空现象。专利号为96204407.5的专利公开了一种双级注水泥器工具，其存在以下不足：此种双级注水泥器工具由内筒、外套和上内套及下内套三层组成，由于内外径是固定的，这样每层零部件有效厚度变薄，强度难以保证；在现场应用过程中，开口塞凹槽内存在大量沉积物而使上胶塞与开口塞很难复合，上胶塞无法到位，因此可能出现胶碗堵住传压孔的现象，从而导致关闭动作失败。专利号为89215982.0的专利公开了一种双级注水泥器，其存在以下不足：在开关套循环孔上部有两排密封圈，密封圈存在真空现象，同时组装后不能检测出密封圈是否损坏；在现场应用时，在打开错位孔的同时可能同时剪断剪销实现关闭错位孔，导致循环孔提前关闭。
实用新型内容
本实用新型的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种免钻双级注水泥器，用于油层套管固井，使用此装置无需完井后重新下小尺寸钻杆、钻头钻除双级箍及套管内部多余部件。
本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种免钻双级注水泥器，包括双级箍101、关闭塞102和下胶塞103。
所述双级箍101包括上接头1、本体2、内套5、定位挡块7、定位卡簧8、上滑套10、下滑套26和收缩挡块32。
所述本体2、内套5、上滑套10和下滑套26均为圆筒状，在所述本体2的筒内设置有所述内套5，其与本体2通过外销钉17定位；在所述内套5的筒内，上滑套10通过内销钉6固定在内套5的上部，下滑套26通过所述收缩挡块32固定在内套5的下部，收缩挡块32用于限制下滑套26上下蹿动。
在所述本体2的内壁开有上挡块槽，所述上挡块槽底部开有挡块槽下台肩11；在上挡块槽下方开有下挡块槽14；所述外销钉17位于所述下挡块槽14的下方；在所述外销钉17下方的本体2内壁开有本体卡簧槽19；在所述本体卡簧槽19下方开有贯通的本体循环孔23；在所述本体循环空23下方开有本体下台肩30，在本体下台肩30的下方开有收缩挡块槽34。
在所述内套5的管壁上，所述内销钉6下方设置有定位挡块7，所述定位挡块7开有下倒角9；在所述定位挡块7下方的内套5内壁开有内套卡簧槽12；在所述内套5的管壁上，内套卡簧槽12下方的内套5外壁设置有限位卡簧16；在所述限位卡簧16的下方内套5的管壁上开有贯通的内套循环孔22；所述收缩挡块32设置在所述内套循环孔22的下方；在所述收缩挡块32和内套循环孔22之间的内套5外壁上开有内套上台肩24；所述内套上台肩24与所述本体下台肩30之间形成容腔。
在所述上滑套10的外壁与所述定位挡块7对应的位置设置有定位卡簧8。定位卡簧8周向固定定位挡块7，防止定位挡块7在组装状态下向内收缩。
在所述下滑套26的内壁开有下滑套卡簧槽25。
所述定位挡块7向外突出于内套5的部分位于所述上挡块槽内。
所述内套循环孔22位于所述本体循环孔23的上方，其中心与本体循环孔23中心之间的距离等于所述定位挡块7的下倒角9到所述挡块槽下台肩11的距离。
所述关闭塞102包括塞体45和楔形柱塞43；所述塞体45的内壁上部设有上锥面42，所述楔形柱塞43在所述上锥面42上移动。
所述免钻双级注水泥器包括铜球27；在所述下滑套26内壁，所述下滑套卡簧槽25的下方开有下滑套锥面29。
在所述内套5与上滑套10之间设有上间隙环，所述上间隙环位于所述内套循环孔22上方；在所述内套5内壁设有上Yx密封槽，在所述上密封槽内装有上Yx密封圈15，所述上Yx密封圈15密封所述上间隙环；在所述内套5与下滑套26之间设有下间隙环，所述下间隙环位于所述内套循环空22下方；在所述内套5内壁设有下Yx密封槽，在所述下密封槽内装有下Yx密封圈21，所述下Yx密封圈21密封所述下间隙环。在所述内套5的下部设有销钉槽37，在所述销钉槽内装有防转销钉36，所述防转销钉36穿过所述本体2的管壁，用于防止内套循环孔22于本体循环孔23周向错位。所述上、下间隙环的设置是为了保证上滑套10和下滑套26与内套5之间具有间隙，这样，上滑套10和下滑套26容易脱落。
在所述上接头1和本体2之间装有密封圈；在所述内套5和本体2之间装有一组密封圈，其分别是位于所述上挡块槽和下挡块槽14之间的槽间密封圈13、位于所述内套循环孔22上方的孔上密封圈18、内套循环孔22下方的孔下密封圈20和位于所述本体下台肩30与收缩挡块32之间的肩下密封圈31；在所述本体2的管壁上开有两个传压孔，一个是位于所述槽间密封圈13和孔上密封圈18之间的上传压孔38，另一个是位于所述内套上台肩24与所述本体下台肩30之间的下传压孔28。所述上传压孔38用于防止槽间密封圈13和孔上密封圈18之间形成真空，而下传压孔28用于防止所述内套上台肩24与所述本体下台肩30之间的容腔形成死腔，从而保证液压的正常打开。
所述上滑套10、下滑套26与内套5之间的间隙差均为4mm。
所述上接头1为圆筒状，其上部内壁开有套管螺纹50，下部外壁通过外螺纹固定在本体2内的所述内套5的上方；在所述本体2的外壁下部开有套管螺纹35。
与套管螺纹35连接的套管和内套5是同一内径，因此，所述上、下间隙环的设置也是为了保证上滑套10及下滑套26与套管螺纹35连接的套管之间具有间隙，这样，上滑套10和下滑套26滑脱更容易。
所述关闭塞102包括塞尾39、关闭塞密封圈40、胶碗44、锁紧环46；所述塞尾39内壁通过螺纹与塞体45的外壁上部连接；所述关闭塞密封圈40设置在所述塞尾39的外壁上；所述塞体45的外壁上有一组突起，所述胶碗44固定在所述塞体45的突起外壁上；在所述塞体45的下部设置有锁紧环46。
在实际使用过程中，双级箍101通过套管螺纹与套管串连接并下到井中预定的位置。当注完第一级水泥后，把下胶塞103从井口投入套管内，注入泥浆使下胶塞103下行，穿过双级箍至井底碰压，当压力大到设定值时，内套5靠压差面(内套5上台肩24的截面面积)之间的压力差剪断外销钉17，定位挡块7的下倒角9运行至挡块槽下台肩11，此时本体循环孔23与内套循环孔22相通，即本体循环孔23打开，双级箍101内外建立循环；当压力无法建立而靠压差无法打开本体循环孔23时，投入铜球27，铜球27靠自身重力穿过泥浆落到下滑套26的下滑套锥面29上，形成密封，套管内憋压，剪断外销钉17，然后完成上述的本体循环孔23的打开动作。
循环畅通后，注第二级水泥。当注完第二级水泥后，将关闭塞102投入套管内，替泥浆，当关闭塞102的塞尾39运行至上滑套10，关闭塞密封圈40与上滑套10内壁形成密封，继续憋压，剪断内销钉6，关闭塞102与上滑套10下行至上滑套10的下断面与下滑套26的上断面接触，此时关闭塞102塞体45上的锁紧环46弹入下滑套26内的下滑套卡簧槽25内，上滑套10上的定位卡簧8弹入内套5上的内套卡簧槽12内，定位挡块7收缩，此时关闭塞102、上滑套10和下滑套26形成一体，在压力作用下，通过收缩挡块32带动内套5下行关闭本体循环孔23，此时内套5外壁的限位卡簧16弹入本体2上的本体卡簧槽19内，同时，收缩挡块32被推入本体2上的收缩挡块槽34内，定位挡块7是弹入下挡块槽14内。这样，关闭塞102、上滑套10和下滑套26等零部件通过套管内继续憋压而一同落入井底，使双级箍内无堵塞物，可进行后续作业。
在使用过程中，当关闭塞上部压力高时，楔形柱塞43与关闭塞的塞体45自锁，保证循环孔顺利关闭，同时避免替浆过程中出现替空现象，当关闭塞等部件自行下落时，下部压力高，楔形柱塞43被顶起，上下形成同一通道，关闭塞等部件无阻力下行至井底。
本实用新型中，轴用Yx密封圈单向密封，保证循环孔顺利打开和关闭，具体来说，下Yx密封圈21用于保证在机械打开时建立压力，打开循环孔；上Yx密封圈15用于保证在关闭塞102进入上滑套10后建立压力，关闭循环孔。所述各密封圈的作用是：在打开循环孔前处于密封状态保证打开过程中能够建立压力；在关闭循环孔后处于密封状态保证套管内外不相通。另外，在本实用新型中，因为各个密封圈之间均设有传压孔或者循环孔，所以通过组装后的试压就可准确检测出密封圈是否处于完好状态。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：(1)双级固井结束后，双级箍内的上下滑套及关闭塞连接为一体，通过压力作用自行掉入井底，无须完井后重下小尺寸钻杆及钻头；(2)液压、机械双作用打开循环孔；(3)定位挡块与定位卡簧共同作用，保证了循环孔完全打开；轴用Yx密封圈单向密封，保证了循环孔顺利打开和关闭；收缩挡块保证了循环孔完全关闭；(4)双级箍内的任何一个密封圈均能被准确检测出是否损坏；(5)双级箍内外径固定，因此本体与内套的有效厚度相对较厚，从而提高了双级箍的抗拉强度、抗内压和抗外挤强度。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述：
图1是本实用新型双级箍的主视图。
图2是本实用新型关闭塞的主视图。
图3是本实用新型下胶塞的主视图。
具体实施方式
一种免钻双级注水泥器，包括双级箍101、关闭塞102和下胶塞103。
所述双级箍101如图1所示，包括上接头1、本体2、内套5、定位挡块7、定位卡簧8、上滑套10、下滑套26和收缩挡块32。
所述本体2、内套5、上滑套10和下滑套26均为圆筒状，在所述本体2的筒内设置有所述内套5，其与本体2通过外销钉17定位；在所述内套5的筒内，上滑套10通过内销钉6固定在内套5的上部，下滑套26通过所述收缩挡块32固定在内套5的下部，收缩挡块32用于限制下滑套26上下蹿动。
在所述本体2的内壁开有上挡块槽，所述上挡块槽底部开有挡块槽下台肩11；在上挡块槽下方开有下挡块槽14；所述外销钉17位于所述下挡块槽14的下方；在所述外销钉17下方的本体2内壁开有本体卡簧槽19；在所述本体卡簧槽19下方开有贯通的本体循环孔23，所述本体循环孔23有6个，周向均布在本体2的管壁上；在所述本体循环空23下方开有本体下台肩30，在本体下台肩30的下方开有收缩挡块槽34。
在所述内套5的管壁上，所述内销钉6下方设置有定位挡块7，所述定位挡块7开有下倒角9；在所述定位挡块7下方的内套5内壁开有内套卡簧槽12；在所述内套5的管壁上，内套卡簧槽12下方的内套5外壁设置有限位卡簧16；在所述限位卡簧16的下方内套5的管壁上开有贯通的内套循环孔22，所述内套循环孔22有6个，周向均布在内套5的管壁上；所述收缩挡块32设置在所述内套循环孔22的下方；在所述收缩挡块32和内套循环孔22之间的内套5外壁上开有内套上台肩24；所述内套上台肩24与所述本体下台肩30之间形成容腔。
在所述上滑套10的外壁与所述定位挡块7对应的位置设置有定位卡簧8。定位卡簧8周向固定定位挡块7，防止定位挡块7在组装状态下向内收缩。
在所述下滑套26的内壁开有下滑套卡簧槽25。
所述定位挡块7向外突出于内套5的部分位于所述上挡块槽内。
所述内套循环孔22位于所述本体循环孔23的上方，其中心与本体循环孔23中心之间的距离等于所述定位挡块7的下倒角9到所述挡块槽下台肩11的距离。
所述关闭塞102，如图2所示，包括塞体45和楔形柱塞43；所述塞体45的内壁上部设有上锥面42，所述楔形柱塞43在所述上锥面42上移动。
所述免钻双级注水泥器包括铜球27；在所述下滑套26内壁，所述下滑套卡簧槽25的下方开有下滑套锥面29。
在所述内套5与上滑套10之间设有上间隙环，所述上间隙环位于所述内套循环孔22上方；在所述内套5内壁设有上Yx密封槽，在所述上密封槽内装有上Yx密封圈15，所述上Yx密封圈15密封所述上间隙环；在所述内套5与下滑套26之间设有下间隙环，所述下间隙环位于所述内套循环空22下方；在所述内套5内壁设有下Yx密封槽，在所述下密封槽内装有下Yx密封圈21，所述下Yx密封圈21密封所述下间隙环；在所述内套5的下部设有销钉槽37，在所述销钉槽内装有防转销钉36，所述防转销钉36穿过所述本体2的管壁，用于防止内套循环孔22于本体循环孔23周向错位。
在所述上接头1和本体2之间装有密封圈；在所述内套5和本体2之间装有一组密封圈，其分别是位于所述上挡块槽和下挡块槽14之间的槽间密封圈13、位于所述内套循环孔22上方的孔上密封圈18、内套循环孔22下方的孔下密封圈20和位于所述本体下台肩30与收缩挡块32之间的肩下密封圈31；在所述本体2的管壁上开有两个传压孔，一个是位于所述槽间密封圈13和孔上密封圈18之间的上传压孔38，另一个是位于所述内套上台肩24与所述本体下台肩30之间的下传压孔28。所述上传压孔38用于防止槽间密封圈13和孔上密封圈18之间形成真空，而下传压孔28用于防止所述内套上台肩24与所述本体下台肩30之间的容腔形成死腔，从而保证液压的正常打开。
所述内套台肩24到所述本体下台肩30的距离等于所述内套下端33到所述本体台肩51的距离，此距离为所述内套打开及关闭过程中总的运行行程。
所述上滑套10、下滑套26与内套5之间的间隙差均为4mm。
所述上接头1为圆筒状，其上部内壁开有套管螺纹50，下部外壁通过外螺纹固定在本体2内的所述内套5的上方；在所述本体2的外壁下部开有套管螺纹35。
所述关闭塞102包括塞尾39、关闭塞密封圈40、胶碗44、锁紧环46；所述塞尾39内壁通过螺纹与塞体45的外壁上部连接；所述关闭塞密封圈40设置在所述塞尾39的外壁上；所述塞体45的外壁上有一组碗状突起，所述胶碗44固定在所述塞体45的碗状突起外壁上；在所述塞体45的下部设置有锁紧环46。
上述技术方案只是本实用新型的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本实用新型公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本实用新型上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选地，而并不具有限制性的意义。