CN102400659A - 多功能注水泥器 - Google Patents

Abstract

一种多功能注水泥器。为了克服现有注水泥器完成注水泥作业后，需要投塞憋压关闭注水泥循环通道，易发生注水泥循环通道关闭不严，水泥浆倒灌从而影响固井质量事故发生的不足，本发明的上接头(1)、中心管(7)、下接头(16)由上至下依次固定连接组成固定管串(21)；固定管串(21)上端部的内孔安装有活塞总成(24)；固定管串(21)外圆的上接头(1)与下接头(16)之间安装有外开关阀(22)；外开关阀(22)上端面与上接头(1)下端面圆弧面接触，外开关阀(22)下端与下接头(16)固定连接。其有益效果是结构简单合理，易于操作，减少作业程序，提高工作效率，注水泥通道开启、关闭安全可靠。

Description

多功能注水泥器

所属技术领域

本发明涉及一种石油钻井工程完井作业的注水泥装置，尤其是涉及一种多功能注水泥器。

背景技术

在直井、定向井、水平井实施上部固井、下部筛管完井作业中使用注水泥器，可提高固井质量，降低施工风险，为完井工程提供可靠的技术保证。

目前，完井施工中使用的分级注水泥器大多需要向管柱内投塞憋压关闭循环通道，完成注水泥固井作业。在投塞憋压关闭循环通道时，由于液体不可压缩，盲板至胶塞座之间的液体无法排除，易导致径向注水泥循环通道关闭不严，使水泥浆倒灌从而影响固井质量。如2010年4月21日公开的中国实用新型专利《分级注水泥器》(公开号CN201439701U)，该分级注水泥器的上接头、工作筒、下接头从上至下依次固定连接，活塞安装在工作筒的下部，关闭活塞安装在工作筒的上部，活塞上端与关闭活塞下端搭接，工作筒中部的径向注水泥孔位于活塞上端部，活塞、关闭活塞通过径向安装的剪钉与工作筒连接，胶塞座固定安装在关闭活塞上端部的内孔中，活塞外圆为上大下小阶梯轴，活塞的外圆、工作筒的内孔和下接头的上端面形成环空；工作筒有径向排液孔位于环空下端，工作筒下端安装有锥形阀。该分级注水泥器结构合理，易于操作，但使用该分级注水泥器时，需要投塞憋压才能关闭注水泥循环通道，易发生注水泥循环通道关闭不严，水泥浆倒灌从而影响固井质量的事故发生。

发明内容

为了克服现有注水泥器完成注水泥作业后，需要投塞憋压关闭注水泥循环通道，易发生注水泥循环通道关闭不严，水泥浆倒灌从而影响固井质量事故发生的不足，本发明提供一种多功能注水泥器。该多功能注水泥器减少了投胶塞、钻胶塞等作业工序，缩短完井周期；解决了碰压时难以关闭循环通道的弊端，有效提高了固井质量和作业施工效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：多功能注水泥器的上接头、中心管、下接头由上至下依次固定连接组成固定管串；固定管串上端部的内孔安装有活塞总成；固定管串外圆的上接头与下接头之间安装有外开关阀；外开关阀上端面与上接头下端面圆弧面接触，外开关阀下端与下接头固定连接。

固定管串的内孔为上大下小阶梯孔，活塞总成的关闭活塞、活塞由上至下依次安装在固定管串内，关闭活塞由径向安装的剪钉I轴向固定在上接头上，活塞由径向安装的剪钉II轴向固定在中心管上，活塞关闭中心管上的径向注水泥孔；上接头上径向安装的防转螺钉前端位于关闭活塞的轴向长槽内下端；中心管下端内孔阶梯限定活塞向下滑动位置。剪钉II的剪断力小于剪钉I的剪断力。关闭活塞上端部外圆周的卡簧槽内安装有卡簧，关闭活塞的轴向长槽对应位置的上接头内孔壁上有卡簧槽。

外开关阀的关闭滑套、连接套、护套由上至下依次安装；关闭滑套与连接套固定连接，护套下端与下接头固定连接，连接套的下端部插入护套上端内孔；连接套的下端面与下接头之间的中心管外圆上安装有轴向弹簧。关闭滑套中部内孔与所述中心管外圆之间的环空内安装有外活塞；环空上端部的关闭滑套上有径向通孔，环空下端部的中心管上有径向通孔。

上接头下端面的圆弧形凸台插入外开关阀上端关闭滑套上端面的圆弧形凹槽内。

本发明的有益效果是，结构简单合理，易于操作，减少作业程序，提高工作效率，注水泥通道开启、关闭安全可靠。

附图说明

图1是本发明多功能注水泥器结构示意图。

图2是本发明多功能注水泥器的注水泥后自动关闭注水泥孔示意图。

图3是本发明多功能注水泥器的注水泥后投胶塞关闭注水泥孔示意图。

图中：1.上接头，2.胶塞座，3.剪钉I，4.卡簧，5.关闭活塞，6.防转螺钉，7.中心管，8.注水泥孔，9.关闭滑套，10.活塞，11.外活塞，12.剪钉II，13.连接套，14.弹簧，15.护套，16.下接头，17.胶塞，18.卡簧槽，19.环空，20.径向通孔，21.固定管串，22.外开关阀，23.径向通孔，24.活塞总成，25.轴向长槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。但是，本领域技术人员应该知晓的是，本发明不限于所列出的具体实施方式，只要符合本发明的精神，都应该包括于本发明的保护范围内。在叙述应用本发明进行施工作业之前，所描述的为多功能注水泥器初始装配状态。

参见图1。本发明多功能注水泥器的上接头1、中心管7、下接头16由上至下依次固定连接组成固定管串21，中心管7两端的外螺纹分别与上接头1、下接头16的内螺纹连接；固定管串21上端部的内孔安装有活塞总成24；固定管串21外圆的上接头1与下接头16之间安装有外开关阀22。外开关阀22上端面与上接头1下端面圆弧面接触，通常是接头1下端面的圆弧形凸台插入外开关阀22上端关闭滑套9上端面的圆弧形凹槽内。外开关阀22下端与下接头16固定连接。

固定管串21的内孔为上大下小阶梯孔，且至少有三个阶梯。活塞总成24主要包括关闭活塞5、活塞10等，关闭活塞5、活塞10由上至下依次安装在固定管串21的内孔。关闭活塞5由径向安装的剪钉I 3轴向固定在上接头1上，活塞10由径向安装的剪钉II 12轴向固定在中心管7上；剪钉II 12的剪断力小于剪钉I 3的剪断力。稍低于活塞10上端面的中心管7上有径向注水泥孔8，稍高于活塞10下端面的中心管7上有径向通孔23，活塞10将径向注水泥孔8和径向通孔23关闭。中心管7下端内孔阶梯限定活塞10向下滑动位置。

关闭活塞5外圆中部有轴向长槽25；上接头1上径向安装的防转螺钉6前端位于轴向长槽25的下端，轴向长槽25限定关闭活塞5轴向移动距离。关闭活塞5上端部外圆周的卡簧槽内安装有卡簧4，关闭活塞5的轴向长槽25对应位置的上接头1内孔壁上有卡簧槽18。

外开关阀22主要包括关闭滑套9、连接套13、护套15、弹簧14等，关闭滑套9、连接套13、护套15由上至下依次安装；关闭滑套9与连接套13固定连接，护套15下端与下接头16固定连接，连接套13的下端部插入护套15上端内孔中。连接套13的下端面与下接头16之间的中心管7外圆上安装有轴向弹簧14。关闭滑套9上端部与中心管7外圆滑动配合，关闭滑套9的上端面与中心管7上的径向注水泥孔8同等高度或略低。

关闭滑套9中部内孔与中心管7外圆之间为环空19，环空19内安装有外活塞11；外活塞11的上端部与关闭滑套9内孔滑动配合，下端部与中心管7外圆滑动配合；环空19上端部的关闭滑套9上有径向通孔20，环空19下端部的中心管7上有径向通孔23，外活塞11处于上位时将关闭滑套9上的径向通孔20关闭；外活塞11处于下位时将中心管7上的径向通孔23关闭。

为了提高本发明多功能注水泥器在完成注水泥作业后，能够有效关闭注水泥孔的可靠性，在关闭活塞5上端安装有胶塞座2。胶塞座2的外凸台卡在上接头1内凸台与关闭活塞5上端面之间。

为了保证本发明多功能注水泥器具有良好的密封性能，上接头1与关闭活塞5、中心管1与关闭滑套9、活塞10、外活塞11的接触表面之间安装有径向密封圈。上接头1与中心管7、护套15与下接头15的螺纹连接处安装有紧定螺钉，防止螺纹松扣。

应用本发明多功能注水泥器实施注水泥作业，

首先，将组装完毕的本发明多功能注水泥器连接到固井管串上，通常该固井管串从下至上由引鞋、筛管、盲板、管外封隔器、多功能注水泥器、套管依次固定连接组成，将固井管串下入井筒至设计位置。

然后，固井管串管柱内憋压，胀封管外封隔器，防止固井水泥浆进入筛管。

再继续向管柱内加压，压力作用在活塞10上，直至将固定活塞10与中心管7的剪钉II 12剪断后，活塞10向下移动坐在中心管7的内台阶端面上(即活塞10处于下位)；活塞10向下移动后中心管7上的径向循环水泥孔8打开；液体推动关闭滑套9、连接套13下移，压缩弹簧14；上接头1下端面与关闭滑套9上端面脱离开，至此多功能注水泥器的内外贯通。

此时，可以进行注水泥作业直至达到设计要求。

注水泥作业完成后，不再向固井管串内加压；由于此时固井管串外的水泥浆密度(通常为1.85～1.90g/cm³)大于固井管串内的泥浆密度(通常为1.20～1.30g/cm³)，弹簧14、外活塞11在固井管串内外环空压差的作用下，连接套13、关闭滑套9上行，直到关闭滑套9上端面凹型球与上接头1下端面凸形球面接触，关闭滑套9将中心管5上的径向注水泥孔8关闭(参见图2)。

最后，待固井管串外的水泥浆凝固后，钻除固井管串上的盲板，即可完井。免除了投胶塞、钻胶塞等作业环节，解决了投碰压时难以关闭循环通道的问题。

若因施工作业需要，还可以采用投胶塞方式关闭注水泥孔8。即向管串内投入胶塞17，泵送胶塞17坐落在胶塞座2上，将固井管串内封闭；向固井管串内打压，直至将固定关闭活塞5与上接头1的剪钉I 3剪断后，关闭活塞5向下滑动，直到关闭活塞5的下端面坐在活塞10的上端面上(参见图3)；此时，注水泥孔8被二次关闭。同时，安装在关闭活塞5外圆的卡簧槽内卡簧4落入上接头1内孔的卡簧槽18内，将关闭活塞5和上接头1锁为一体。

待固井管串外的水泥浆凝固后，钻除胶塞16以及盲板，即可完井。

应该注意的是上述实施例是示例而非限制本发明，本领域技术人员将能够设计很多替代实施例而不脱离附后的权利要求书的范围。

Claims (7)

1.一种多功能注水泥器，包括上接头、关闭活塞、活塞、下接头，其特征是：上接头(1)、中心管(7)、下接头(16)由上至下依次固定连接组成固定管串(21)；固定管串(21)上端部的内孔安装有活塞总成(24)；固定管串(21)外圆的上接头(1)与下接头(16)之间安装有外开关阀(22)；外开关阀(22)上端面与上接头(1)下端面圆弧面接触，外开关阀(22)下端与下接头(16)固定连接。

2.根据权利要求1所述多功能注水泥器，其特征是：所述固定管串(21)的内孔为上大下小阶梯孔，活塞总成(24)的关闭活塞(5)、活塞(10)由上至下依次安装在固定管串(21)内，关闭活塞(5)由径向安装的剪钉I(3)轴向固定在上接头(1)上，活塞(10)由径向安装的剪钉II(12)轴向固定在中心管(7)上，活塞(10)关闭中心管(7)上的径向注水泥孔(8)；上接头(1)上径向安装的防转螺钉(6)前端位于关闭活塞(5)的轴向长槽(25)内下端；所述中心管(7)下端内孔阶梯限定活塞(10)向下滑动位置。

3.根据权利要求2所述多功能注水泥器，其特征是：所述剪钉II(12)的剪断力小于剪钉I(3)的剪断力。

4.根据权利要求3所述多功能注水泥器，其特征是：所述关闭活塞(5)上端部外圆周的卡簧槽内安装有卡簧(4)，关闭活塞(5)的轴向长槽(25)对应位置的上接头(1)内孔壁上有卡簧槽(18)。

5.根据权利要求1所述多功能注水泥器，其特征是：所述外开关阀(22)的关闭滑套(9)、连接套(13)、护套(15)由上至下依次安装；关闭滑套(9)与连接套(13)固定连接，护套(15)下端与下接头(16)固定连接，连接套(13)的下端部插入护套(15)上端内孔；连接套(13)的下端面与下接头(16)之间的中心管(7)外圆上安装有轴向弹簧(14)。

6.根据权利要求5所述多功能注水泥器，其特征是：所述关闭滑套(9)中部内孔与所述中心管(7)外圆之间的环空(19)内安装有外活塞(11)；环空(19)上端部的关闭滑套(9)上有径向通孔(20)，环空(19)下端部的中心管(7)上有径向通孔(23)。

7.根据上述权利要求1～6任一所述多功能注水泥器，其特征是：所述上接头(1)下端面的圆弧形凸台插入外开关阀(22)上端关闭滑套(9)上端面的圆弧形凹槽内。

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