CN115977581B - 一种油井施工用自动灌浆浮鞋装置及浇灌方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油井施工用自动灌浆浮鞋装置及浇灌方法，属于石油生产领域，包括连接件，连接件的下端固连中间管体，中间管体下端固连引鞋头；主阀组件，设置于中间管体内部，用于防止钻井液及水泥浆的回流，同时平衡管外环形空间的压强，以使得钻井液及水泥浆的顺利注入；包括开设于中间管体与连接件连接位置的进流口；中间管体内部靠近进流口的下方位置开设有主阀腔。利用防堵塞机构能够对外界污泥及泥浆进行及时阻隔，而防护机构则对内部灌注的钻井液及水泥浆进行分流，使得内部灌注的水泥浆及钻井液不经过弹簧等零件，不会对浮鞋内部的弹簧等部件造成影响，通过两者的配合，提高了浮鞋整体的防堵塞能力，对弹簧等零件进行了有效保护。

Description

一种油井施工用自动灌浆浮鞋装置及浇灌方法

技术领域

本发明涉及石油生产领域，更具体地说，涉及一种油井施工用自动灌浆浮鞋装置及浇灌方法。

背景技术

固井是指向油气井内下入套管，并在下管套的过程中向井眼和套管之间的环形空间注入水泥浆的施工作业，是钻、完井作业过程中不可缺少的一个重要环节。浮鞋是固井施工的必备工具，分为水泥结构和金属结构，一般套接在套管柱末端，起引鞋和回压凡尔的作用。

但是现有技术的浮鞋在工作时，浮鞋内的弹簧易沾染上水泥浆，泥浆硬化后，会影响弹簧的正常形变功能，进而导致弹簧不能正常工作，使得整个浆液灌注过程受阻，不利于整个浮鞋装置的正常工作。

针对上述技术问题，授权公告号为CN209799925U的中国专利公开了一种油井用加固灌浆浮鞋，该装置提出弹簧保护装置设计，在使用时第二筒体随着弹簧的压缩滑进第一筒体内，且在第一筒体和第二筒体连接处设置有第二密封圈，解决了浮鞋内的弹簧易沾染上泥浆，泥浆硬化后，导致弹簧不能正常工作的问题。

但是，在实际工作中，现有浮鞋出液口缺乏保护结构，当浮鞋在油井内下降期间，井内杂质容易进入浮鞋内部，造成内部堵塞和结构受损，影响浮鞋正常的引导及出液功能，另外，由于弹簧所处通道为泥浆的主流通道，即使在弹簧的外侧套上类似伸缩杆的外筒体与内筒体，水泥浆仍旧会在外筒体与内筒体的外表面硬化凝结，进而使得内筒体无法正常的收缩回外筒体内部，导致弹簧仍旧无法正常工作，没有从根本上解决前述问题。

为此，提出一种油井施工用自动灌浆浮鞋装置及浇灌方法。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种油井施工用自动灌浆浮鞋装置及浇灌方法，利用防堵塞机构及防护机构两者的配合，提高了浮鞋整体的防堵塞能力，对弹簧等零件进行了有效保护。

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种油井施工用自动灌浆浮鞋装置，包括连接件，连接件的下端固连中间管体，中间管体下端固连引鞋头；

主阀组件，设置于中间管体内部，用于防止钻井液及水泥浆的回流，同时平衡管外环形空间的压强，以使得钻井液及水泥浆的顺利注入；包括开设于中间管体与连接件连接位置的进流口；中间管体内部靠近进流口的下方位置开设有主阀腔；主阀腔上端设有阀体且阀体与主阀腔呈滑动密封设置，阀体下端固连一号弹簧，且一号弹簧下端与主阀腔底部固连；中间管体内部靠近主阀腔的下方位置开设有弹簧活动腔；阀体下表面中间位置固连阀杆，且阀杆贯穿一号弹簧、弹簧活动腔设置；引鞋头内部贯穿开设有出流口；

防堵塞机构，对称设置于引鞋头内部，用于对出流口进行防护，防止外界泥浆进入引鞋头；

防护机构，设置于中间管体内部，用于防止外界污泥及内部灌注的水泥浆对一号弹簧的正常工作造成不良影响。

进一步的，防堵塞机构包括对称开设于引鞋头内部靠近出流口的机构活动槽；机构活动槽的内部一端固连二号弹簧，二号弹簧的一端固连有连接杆，连接杆的一端设有两个杆体，其中，位于上部的杆体一端固连有冲击块，且引鞋头内部对应冲击块的位置设有冲击块收纳槽；位于下端的杆体一端固连有阻隔块，且引鞋头内部对应阻隔块的位置设有阻隔块收纳槽。

进一步的，两个相对的冲击块侧表面均设为斜面，两个斜面呈V字型设置，用于提高钻井液对冲击块向两侧推开的效果。

进一步的，引鞋头内部靠近阻隔块收纳槽与冲击块收纳槽的中间位置开设有缓冲区，缓冲区内圆面呈锥形面设置，方便对外界进入的污泥进行排出。

进一步的，连接杆与二号弹簧的连接位置设有防护罩，且防护罩可以对二号弹簧所在槽体进行密封，防护罩为一种波纹管状构件，具有收缩功能。

进一步的，防护机构包括呈环形均匀开设于中间管体内部的四个水泥浆流道，且四个水泥浆流道上端均与主阀腔相连通；主阀腔内壁靠近水泥浆流道的下方位置呈环形均匀开设有四个钻井液流道，且四个钻井液流道的下端均与出流口相连通；中间管体内部对应四个钻井液流道的位置均设有用于对水泥浆流道进行封隔的封孔机构。

进一步的，四个水泥浆流道与四个钻井液流道两两交错设置，且两两之间的夹角均为45度。

进一步的，封孔机构包括开设于中间管体内部的移动槽，移动槽的内部一端固连有三号弹簧，三号弹簧的一端固连有推块，推块的一端固连有挤压头，推块的上表面呈斜面设置，中间管体内部靠近移动槽的上方位置里开设有顶杆活动槽，顶杆活动槽内部设有顶动杆，顶动杆底部放置于推块的斜面上，顶动杆的顶部固连封隔头，封隔头直径与水泥浆流道相配合。

进一步的，主阀腔内壁靠近挤压头的位置呈环形固连有四个隔膜，用于对两者连接位置进行密封，隔膜为一种橡胶材质的构件。

灌浆浮鞋装置浇灌方法，包括以下步骤：

S1：将浮鞋装置与外界套管通过螺纹进行连接；

S2:将套管柱及浮鞋放入井口，并向套管柱及浮鞋内部通入钻井液及水泥浆；

S3:利用防护机构对钻井液以及水泥浆进行分流，使得泥浆不会凝固在一号弹簧的外表面，保证一号弹簧的正常工作；

S4:在浮鞋及套管柱下降过程中，可以通过防堵塞机构来实现对钻井液的正常灌注，且能够保证外界泥浆不会进入到引鞋头内部；

S5:完成钻井液及水泥浆的灌注。

相比于现有技术，本发明的有益效果：

（1）首先，利用防堵塞机构能够对外界污泥及泥浆进行及时阻隔，而防护机构则对内部灌注的钻井液及水泥浆进行分流，使得内部灌注的水泥浆及钻井液不经过弹簧等零件，不会对浮鞋内部的弹簧等部件造成影响，通过两者的配合，提高了浮鞋整体的防堵塞能力，对弹簧等零件进行了有效保护；

（2）同时，防护机构通过对钻井液及水泥浆进行分流，水泥浆也不会经过防堵塞机构灌注，对防堵塞机构也进行了有效的保护，最后，通过设置封孔机构，能够提高防护机构的防堵塞能力，有效对外界污泥进行了隔绝。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的剖面结构示意图；

图3为本发明图2中防堵塞机构的放大结构示意图；

图4为本发明图1的局部结构示意图；

图5为本发明图4中A处的放大结构示意图；

图6为本发明图1的俯视剖面结构示意图；

图7为本发明的方法流程图。

图中标号说明：

1、连接件；2、中间管体；3、防护机构；31、钻井液流道；32、水泥浆流道；33、移动槽；34、三号弹簧；35、推块；36、挤压头；37、隔膜；38、顶动杆；39、封隔头；310、顶杆活动槽；4、引鞋头；5、进流口；6、阀体；7、阀杆；8、一号弹簧；9、防堵塞机构；91、机构活动槽；92、二号弹簧；93、防护罩；94、连接杆；95、冲击块收纳槽；96、冲击块；97、缓冲区；98、阻隔块；99、阻隔块收纳槽；10、弹簧活动腔；11、出流口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

请参阅图1至图7，一种油井施工用自动灌浆浮鞋装置，

本申请材料相关要求：

（1）水泥

1、应根据施工图纸，选用灌浆用的水泥品种。水泥强度等级不应低于PC42.5。2、帷幕灌浆的水泥细度要求通过80um孔筛，其筛余量不大于5%，或采用细水泥或超细水泥等特种水泥。3、灌浆用的水泥必须符合规定的质量标准，已由有资质的试验单位试验合格，不得使用受潮结块的水泥，水泥不应存放过久，出厂期超过三个月的水泥不应使用。

（2）水

灌浆用水应符合有关规定，拌浆水的温度不得高于40摄氏度。

（3）掺合料 在水泥浆液中掺入砂、黏性士、粉煤灰和水玻璃等渗合料时，各种渗合料质量应符合SL62-94第2.1.6条规定，其掺入量应通过试验确定。

（4）外加剂 在水泥浆液中掺入速凝剂、减水剂、稳定剂以及其他外加剂时，各种外加剂的质量应符合S162一94第2.1.7条规定，其最优掺加量应通过室内试验和现场灌浆试验确定后方可渗加，所有溶于水的外加剂应以水溶液状态加入。

包括连接件1，连接件1的下端固连中间管体2，中间管体2下端固连引鞋头4；

主阀组件，设置于中间管体2内部，用于防止钻井液及水泥浆的回流，同时平衡管外环形空间的压强，以使得钻井液及水泥浆的顺利注入；包括开设于中间管体2与连接件1连接位置的进流口5；中间管体2内部靠近进流口5的下方位置开设有主阀腔；主阀腔上端设有阀体6且阀体6与主阀腔呈滑动密封设置，阀体6下端固连一号弹簧8，且一号弹簧8下端与主阀腔底部固连；中间管体2内部靠近主阀腔的下方位置开设有弹簧活动腔10；阀体6下表面中间位置固连阀杆7，且阀杆7贯穿一号弹簧8、弹簧活动腔10设置；引鞋头4内部贯穿开设有出流口11；

防堵塞机构9，对称设置于引鞋头4内部，用于对出流口11进行防护，防止外界泥浆进入引鞋头4；

防护机构3，设置于中间管体2内部，用于防止外界污泥及内部灌注的水泥浆对一号弹簧8的正常工作造成不良影响。

如图2及图3所示，防堵塞机构9包括对称开设于引鞋头4内部靠近出流口11的机构活动槽91；机构活动槽91的内部一端固连二号弹簧92，二号弹簧92的一端固连有连接杆94，连接杆94的一端设有两个杆体，其中，位于上部的杆体一端固连有冲击块96，且引鞋头4内部对应冲击块96的位置设有冲击块收纳槽95；位于下端的杆体一端固连有阻隔块98，且引鞋头4内部对应阻隔块98的位置设有阻隔块收纳槽99。

如图3所示，两个相对的冲击块96侧表面均设为斜面，两个斜面呈V字型设置，用于提高钻井液对冲击块96向两侧推开的效果。

如图3所示，引鞋头4内部靠近阻隔块收纳槽99与冲击块收纳槽95的中间位置开设有缓冲区97，缓冲区97内圆面呈锥形面设置，方便对外界进入的污泥进行排出。

如图3所示，连接杆94与二号弹簧92的连接位置设有防护罩93，且防护罩93可以对二号弹簧92所在槽体进行密封，防护罩93为一种波纹管状构件，具有收缩功能。

针对现有技术中井内杂质容易进入浮鞋内部，造成内部堵塞和结构受损的问题；

本发明通过设置防堵塞机构9来对上述技术问题进行解决，防堵塞机构9具体工作时，在正常进行灌注的过程中，钻井液经过连接件1进入中间管体2，而后由防护机构3进行流道的分配，钻井液进入出流口11，而后在钻井液的冲击作用下，两个呈V字型设置的冲击块96向两侧移动并收入冲击块收纳槽95中，且分别带动与之固连的两个连接杆94在机构活动槽91内向两侧移动，此时，二号弹簧92受压收缩，连接杆94下端连接的杆体则同时带动两个阻隔块98向两侧移动并收入阻隔块收纳槽99中，使得出流口11整体处于打开状态，钻井液得以从出流口11处正常流出，而在钻井液压力发生变化，或在停止灌注钻井液时，此时井内污泥及泥浆较容易进入出流口11，传统技术无法防止污泥及泥浆进入浮鞋内部，而在本申请中，在钻井液压力发生变化或在停止灌注钻井液时，首先两个呈V字型设置的冲击块96受到的冲击力发生变化，在二号弹簧92的作用下向出流口11中间位置闭合，同时通过连接杆94会带动两个阻隔块98闭合，此时外界进入泥浆及污泥会被阻隔在缓冲区97内，在下次钻井液开始灌注时，能够轻易将污泥及泥浆冲出，使得泥浆不会进入浮鞋内部，进而防止浮鞋内部发生堵塞的问题，同时也对内部弹簧等结构进行了保护，同时在本申请中，还通过设置防护罩93，可以防止污泥凝结在二号弹簧92表面，实现了对二号弹簧92的保护。

如图4及图5所示，防护机构3包括呈环形均匀开设于中间管体2内部的四个水泥浆流道32，且四个水泥浆流道32上端均与主阀腔相连通；主阀腔内壁靠近水泥浆流道32的下方位置呈环形均匀开设有四个钻井液流道31，且四个钻井液流道31的下端均与出流口11相连通；中间管体2内部对应四个钻井液流道31的位置均设有用于对水泥浆流道32进行封隔的封孔机构。

如图4及图6所示，四个水泥浆流道32与四个钻井液流道31两两交错设置，且两两之间的夹角均为45度。

如图5所示，封孔机构包括开设于中间管体2内部的移动槽33，移动槽33的内部一端固连有三号弹簧34，三号弹簧34的一端固连有推块35，推块35的一端固连有挤压头36，推块35的上表面呈斜面设置，中间管体2内部靠近移动槽33的上方位置开设有顶杆活动槽310，顶杆活动槽310内部设有顶动杆38，顶动杆38底部放置于推块35的斜面上，顶动杆38的顶部固连封隔头39，封隔头39直径与水泥浆流道32相配合。

如图6所示，主阀腔内壁靠近挤压头36的位置呈环形固连有四个隔膜37，用于对两者连接位置进行密封，隔膜37为一种橡胶材质的构件。

上述实施例虽然通过设置防堵塞机构9实现了对外界污泥的防进入效果，但是依照现有技术的传统流道设置，在灌注水泥浆时，由于水泥浆相比较钻井液较为粘稠，水泥浆依旧会对一号弹簧8及防堵塞机构9造成影响，凝结在其表面，对机构造成损坏，影响装置的正常工作，本实施例通过设置防护机构3对此问题进行解决；

防护机构3在进行工作时，可将钻井液的灌注压力设置高于水泥浆的灌注压力，在此基础上，若进行水泥浆的灌注时，水泥浆通过连接件1进入进流口5，而后推动阀体6在主阀腔内向下移动，直到阀体6不再遮挡水泥浆流道32，此时，水泥浆通过水泥浆流道32流入外部套管与井壁形成的环形空间内，而在灌注钻井液时，由于设置钻井液压力大于水泥浆，此时，钻井液压动阀体6下降的深度大于水泥浆压动阀体6下降的深度，直到钻井液向下推动阀体6不再遮挡钻井液流道31，钻井液通过钻井液流道31流入出流口11，利用防堵塞机构9完成灌注工作，但是此时，水泥浆流道32流道也处于打开状态，钻井液也可以通过水泥浆流道32流道流出，而一旦钻井液压力发生变化或在停止灌注钻井液时，外界泥浆容易进入浮鞋内部，对内部通道造成堵塞以及会对零件造成影响，故通过设置封孔机构来对此进行解决，在进行钻井液的灌注时，钻井液冲压阀体6至隔膜37的位置，并对隔膜37、挤压头36进行挤压，在阀体6的挤压力作用下，推动推块35压缩三号弹簧34并向移动槽33内部移动，而顶动杆38设置于推块35上表面斜面处，在推块35移动时，顶动杆38会在顶杆活动槽310内向上移动，进而带动封隔头39对水泥浆流道32进行封闭，从而与外界通道进行隔开，能够防止外界污泥进入浮鞋内部，通过设置防护机构3与防堵塞机构9的配合，首先，利用防堵塞机构9能够对外界污泥及泥浆进行及时阻隔，而防护机构3则对内部灌注的钻井液及水泥浆进行分流，使得内部灌注的水泥浆及钻井液不经过弹簧等零件，不会对浮鞋内部的弹簧等部件造成影响，提高了浮鞋整体的防堵塞能力，对弹簧等零件进行了有效保护，同时，防护机构3通过对钻井液及水泥浆进行分流，水泥浆也不会经防堵塞机构9灌注，对防堵塞机构9也进行了有效的保护，最后，通过设置封孔机构，能够提高防护机构3的防堵塞能力，有效对外界污泥进行了隔绝。

如图7所示，灌浆浮鞋装置浇灌方法，包括以下步骤：

S1：将浮鞋装置与外界套管通过螺纹进行连接；

S2:将套管柱及浮鞋放入井口，并向套管柱及浮鞋内部通入钻井液及水泥浆；

S3:利用防护机构3对钻井液以及水泥浆进行分流，使得泥浆不会凝固在一号弹簧8的外表面，保证一号弹簧8的正常工作；

S4:在浮鞋及套管柱下降过程中，可以通过防堵塞机构9来实现对钻井液的正常灌注，且能够保证外界泥浆不会进入到引鞋头4内部；

S5:完成钻井液及水泥浆的灌注。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种油井施工用自动灌浆浮鞋装置，包括连接件（1），其特征在于：所述连接件（1）的下端固连中间管体（2），所述中间管体（2）下端固连引鞋头（4）；

主阀组件，设置于中间管体（2）内部，用于防止钻井液及水泥浆的回流，同时平衡管外环形空间的压强，以使得钻井液及水泥浆的顺利注入；包括开设于中间管体（2）与连接件（1）连接位置的进流口（5）；所述中间管体（2）内部靠近进流口（5）的下方位置开设有主阀腔；所述主阀腔上端设有阀体（6）且阀体（6）与主阀腔呈滑动密封设置，所述阀体（6）下端固连一号弹簧（8），且一号弹簧（8）下端与主阀腔底部固连；所述中间管体（2）内部靠近主阀腔的下方位置开设有弹簧活动腔（10）；所述阀体（6）下表面中间位置固连阀杆（7），且阀杆（7）贯穿一号弹簧（8）、弹簧活动腔（10）设置；所述引鞋头（4）内部贯穿开设有出流口（11）；

防堵塞机构（9），对称设置于引鞋头（4）内部，用于对出流口（11）进行防护，防止外界泥浆进入引鞋头（4）；

防护机构（3），设置于中间管体（2）内部，用于防止外界污泥及内部灌注的水泥浆对一号弹簧（8）的正常工作造成不良影响；

所述防堵塞机构（9）包括对称开设于引鞋头（4）内部靠近出流口（11）的机构活动槽（91）；所述机构活动槽（91）的内部一端固连二号弹簧（92），所述二号弹簧（92）的一端固连有连接杆（94），所述连接杆（94）的一端设有两个杆体，其中，位于上部的杆体一端固连有冲击块（96），且引鞋头（4）内部对应冲击块（96）的位置设有冲击块收纳槽（95）；位于下端的杆体一端固连有阻隔块（98），且引鞋头（4）内部对应阻隔块（98）的位置设有阻隔块收纳槽（99）；

两个相对的所述冲击块（96）侧表面均设为斜面，两个斜面呈V字型设置，用于提高钻井液对冲击块（96）向两侧推开的效果；

所述引鞋头（4）内部靠近阻隔块收纳槽（99）与冲击块收纳槽（95）的中间位置开设有缓冲区（97），所述缓冲区（97）内圆面呈锥形面设置，方便对外界进入的污泥进行排出。

2.根据权利要求1所述的一种油井施工用自动灌浆浮鞋装置，其特征在于：所述连接杆（94）与二号弹簧（92）的连接位置设有防护罩（93），且防护罩（93）可以对二号弹簧（92）所在槽体进行密封，所述防护罩（93）为一种波纹管状构件，具有收缩功能。

3.根据权利要求1所述的一种油井施工用自动灌浆浮鞋装置，其特征在于：所述防护机构（3）包括呈环形均匀开设于中间管体（2）内部的四个水泥浆流道（32），且四个水泥浆流道（32）上端均与主阀腔相连通；所述主阀腔内壁靠近水泥浆流道（32）的下方位置呈环形均匀开设有四个钻井液流道（31），且四个钻井液流道（31）的下端均与出流口（11）相连通；所述中间管体（2）内部对应四个钻井液流道（31）的位置均设有用于对水泥浆流道（32）进行封隔的封孔机构。

4.根据权利要求3所述的一种油井施工用自动灌浆浮鞋装置，其特征在于：四个所述水泥浆流道（32）与四个钻井液流道（31）两两交错设置，且两两之间的夹角均为45度。

5.根据权利要求3所述的一种油井施工用自动灌浆浮鞋装置，其特征在于：所述封孔机构包括开设于中间管体（2）内部的移动槽（33），所述移动槽（33）的内部一端固连有三号弹簧（34），所述三号弹簧（34）的一端固连有推块（35），所述推块（35）的一端固连有挤压头（36），所述推块（35）的上表面呈斜面设置，所述中间管体（2）内部靠近移动槽（33）的上方位置里开设有顶杆活动槽（310），所述顶杆活动槽（310）内部设有顶动杆（38），所述顶动杆（38）底部放置于推块（35）的斜面上，所述顶动杆（38）的顶部固连封隔头（39），所述封隔头（39）直径与水泥浆流道（32）相配合。

6.根据权利要求5所述的一种油井施工用自动灌浆浮鞋装置，其特征在于：所述主阀腔内壁靠近挤压头（36）的位置呈环形固连有四个隔膜（37），用于对两者连接位置进行密封，所述隔膜（37）为一种橡胶材质的构件。

7.适用于权利要求1-6任意一项所述的灌浆浮鞋装置浇灌方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将浮鞋装置与外界套管通过螺纹进行连接；

S2:将套管柱及浮鞋放入井口，并向套管柱及浮鞋内部通入钻井液及水泥浆；

S3:利用防护机构（3）对钻井液以及水泥浆进行分流，使得泥浆不会凝固在一号弹簧（8）的外表面，保证一号弹簧（8）的正常工作；

S4:在浮鞋及套管柱下降过程中，可以通过防堵塞机构（9）来实现对钻井液的正常灌注，且能够保证外界泥浆不会进入到引鞋头（4）内部；

S5:完成钻井液及水泥浆的灌注。

Images