一種固井膠塞的製作方法

2023-06-03 20:22:31

本實用新型涉及油田機械領域，特別涉及一種固井膠塞。

背景技術：

在大位移井及水平井下滑套固井分段壓裂完井的施工過程中，需要利用水泥漿來加固井壁，進而避免了裸露在液體中的井壁發生垮塌變形。目前固井的主要過程為：首先，由鑽井隊預先下入套管完井多段壓裂水平井管柱，該管柱主要包括浮箍、浮鞋、液壓開啟裝置、滑套、配套工具及套管等。然後使鑽井液流經套管，並在水泥漿注入之前注入一定量的隔離液。最後注入水泥漿來封固套管和井壁之間的環形空間。但水泥漿為具有粘度的流體，容易附著在套管及滑套球座的內壁上，僅僅在重力的作用下不容易從套管中流出，並且在水泥漿全部流出套管後需要有裝置碰壓來封鎖套管底部。目前主要通過在套管中注入適量的頂替液來使水泥漿流出套管。頂替液可以對水泥漿施加一定的頂力作用，但是頂替液容易與水泥漿混合，進而影響固井質量。因此，提供一種能夠對頂替液和水泥漿起到隔離作用，還可以刮削清理套管及滑套球座內壁上的水泥漿，並在水泥漿完全流出套管後能夠及時起到碰壓的裝置是十分必要的。

現有技術中主要通過固井膠塞來隔離頂替液和水泥漿。其中，固井膠塞主要由壓帽、中心軸、碰壓頭、密封頭及套裝在中心軸上的皮碗組成。固井膠塞在頂壓水泥漿的過程中，固井膠塞上的皮碗可以刮削清理套管內壁上附著的水泥漿，而且固井膠塞上皮碗的外徑比滑套球座的內徑大。當水泥漿全部流出套管後，固井膠塞在井底與浮箍碰壓鎖定，完成套管底部的鎖封。

設計人發現現有技術中至少存在以下問題：

現有技術中使用的固井膠塞在套管中向下運動時，由於多次通過套管中的比皮碗直徑小的滑套球座，易造成皮碗的碗體下部及碗底根部磨損或斷裂，易使井筒內留有殘餘水泥，影響固井質量。

技術實現要素：

為了解決現有技術的問題，本實用新型實施例提供了一種能夠降低皮碗的碗體下部及碗底根部磨損或斷裂的固井膠塞。所述技術方案如下：

本實用新型提供了一種固井膠塞，所述固井膠塞包括：壓帽、頂部大徑皮碗、底部大徑皮碗、多個小徑皮碗、多個碗託皮、中心軸、碰壓頭、密封頭；

所述頂部大徑皮碗、所述底部大徑皮碗、所述小徑皮碗均包括碗體、設置在所述碗體底部下方的碗底根部、設置在所述碗體內部的套筒，且所述小徑皮碗的碗體內徑小於所述頂部大徑皮碗和所述底部大徑皮碗的碗體的內徑；

所述碗託皮包括上碗託和下套筒，所述上碗託的內側壁與水平方向成30°-45°夾角；

所述中心軸依次穿過所述頂部大徑皮碗、多個所述小徑皮碗和所述底部大徑皮碗的套筒；相鄰的兩個皮碗之間均設置有一個所述碗託皮，所述碗託皮的下套筒套裝在所述中心軸上，同時所述碗託皮的上碗託配合容納所述碗託皮上方的皮碗的碗體下部和碗底根部，所述碗託皮的下套筒配合容納所述碗託皮下方的皮碗的套筒；

所述壓帽套裝在所述中心軸上且同時與所述頂部大徑皮碗的套筒連接，所述中心軸的下端伸入到所述碰壓頭內，且所述底部大徑皮碗、所述碰壓頭、所述密封頭順次連接。

具體的，作為優選，所述小徑皮碗的數目為3個，由上自下分別稱為第一小徑皮碗、第二小徑皮碗、第三小徑皮碗；

相應地，所述碗託皮的數目為4個，由上自下分別稱為第一碗託皮、第二碗託皮、第三碗託皮、第四碗託皮；

其中，所述第一碗託皮的上碗託配合容納所述頂部大徑皮碗的碗體下部和碗底根部，所述第一碗託皮的下套筒配合容納所述第一小徑皮碗的套筒；

所述第二碗託皮的上碗託配合容納所述第一小徑皮碗的碗體下部和碗底根部，所述第二碗託皮的下套筒配合容納所述第二小徑皮碗的套筒；

所述第三碗託皮的上碗託配合容納所述第二小徑皮碗的碗體下部和碗底根部，所述第三碗託皮的下套筒配合容納所述第三小徑皮碗的套筒；

所述第四碗託皮的上碗託配合容納所述第三小徑皮碗的碗體下部和碗底根部，所述第四碗託皮的下套筒配合容納所述底部大徑皮碗的套筒。

具體的，作為優選，所述壓帽包括由順次連接的壓帽頭和壓帽筒構成，且所述頂部大徑皮碗的套筒套裝在所述壓帽筒的內部。

具體的，作為優選，所述壓帽頭的內壁上設置有第一內螺紋，所述中心軸的上端外壁上設置有與所述第一內螺紋相配合的第一外螺紋；

所述壓帽頭與所述中心軸的上端螺紋連接。

具體的，作為優選，所述大徑皮碗的大徑碗體的側壁以及所述小徑皮碗的小徑碗體的側壁與水平方向的夾角均為30°-45°。

具體的，作為優選，所述上碗託包括：用於容納所述碗體下部的上腔體和用於容納所述碗底根部的下腔體；

所述上腔體呈倒立的圓錐臺結構，且所述上腔體的內壁與水平方向的夾角為30°-45°；

所述下腔體呈圓柱結構，且所述下腔體的內徑與所述上腔體的最小內徑相同。

具體的，作為優選，所述碰壓頭包括：由上自下順次連接的第一連接段、第二連接段、第三連接段、第四連接段和第五連接段；

所述第一連接段的內腔呈倒立的圓錐臺結構，且所述第一連接段的內壁與水平方向的夾角為30°-45°；

所述第二連接段的內腔呈圓柱結構，且所述第二連接段的內腔的內徑與所述第一連接段的內腔的最小內徑相同；

所述第三連接段的內腔呈圓柱結構，且所述第三連接段能夠容納所述中心軸的下端；

所述第四連接段的外壁上設置有一圈凹槽；

所述第五連接段與所述密封頭的上端連接。

具體的，作為優選，所述碰壓頭的所述第三連接段設置有第二內螺紋，所述中心軸的下端設置有與所述第二內螺紋相配合的第二外螺紋；

所述碰壓頭與所述中心軸的下端螺紋連接。

具體的，作為優選，所述固井膠塞還包括鎖環，所述鎖環卡套在所述第四連接處上的凹槽內，同時與所述密封頭的上端鎖接。

具體的，作為優選，所述碰壓頭的所述第五連接段設置有第三外螺紋，所述密封頭的上端設置有與所述第三外螺紋相配合的第三內螺紋；

所述碰壓頭與所述密封頭的上端螺紋連接。

本實用新型實施例提供的技術方案帶來的有益效果是：

本實用新型實施例提供了一種固井膠塞，該固井膠塞中相鄰的兩個皮碗之間均設置有一個碗託皮，碗託皮的上碗託配合容納其上方的皮碗的碗體下部和碗底根部，這避免了滑套球座對皮碗碗體的下部和碗底根部的直接摩擦作用，同時還避免了水泥漿對其的直接衝刷作用，因而大大提高了皮碗的耐磨性能。而且在固定膠塞的兩端分別設置頂部大徑皮碗和底部大徑皮碗可以刮削套管內壁的水泥漿，在其中部設置多個小徑皮碗可以刮削滑套球座內壁的水泥漿。此外，將壓帽、中心軸、碰壓頭、密封頭順次連接，增加了該固井膠塞的強度，避免了固井膠塞在水泥漿及頂替液的壓力作用下發生變形，進而增加了該固井膠塞的使用壽命。可見，本實用新型實施例提供的固井膠塞具有耐磨性好、強度高、壽命長等特點。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本實用新型實施例提供的固井膠塞的結構示意圖；

圖2是本實用新型又一實施例提供的皮碗的結構示意圖；

圖3是本實用新型又一實施例提供的碗託皮的結構示意圖；

圖4是本實用新型又一實施例提供的壓帽的結構示意圖；

圖5是本實用新型又一實施例提供的碰壓頭的結構示意圖。

其中，附圖標記分別表示：

1 壓帽，

101 壓帽頭，

102 壓帽筒，

2 頂部大徑皮碗，

3 底部大徑皮碗，

4 小徑皮碗，

2341 碗體，

2342 碗底根部，

2343 套筒，

5 碗託皮，

501 上碗託，

5011 上腔體，

5012 下腔體，

502 下套筒，

6 中心軸，

7 碰壓頭，

701 第一連接段，

702 第二連接段，

703 第三連接段，

704 第四連接段，

705 第五連接段，

8 密封頭。

具體實施方式

為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本實用新型實施方式作進一步地詳細描述。

本實用新型實施例提供了一種固井膠塞，如附圖1所示，該固井膠塞包括：壓帽1、頂部大徑皮碗2、底部大徑皮碗3、多個小徑皮碗4、多個碗託皮5、中心軸6、碰壓頭7、密封頭8。如附圖2所示，頂部大徑皮碗2、底部大徑皮碗3、小徑皮碗4均包括碗體2341、設置在碗體2341底部下方的碗底根部2342、設置在碗體2341內部的套筒2343，且小徑皮碗4的碗體2341內徑小於頂部大徑皮碗2和底部大徑皮碗3的碗體2341的內徑。如附圖3所示，碗託皮5包括上碗託501和下套筒502，上碗託501的內側壁與水平方向成30°-45°夾角。中心軸6依次穿過頂部大徑皮碗2、多個小徑皮碗4和底部大徑皮碗3的套筒2343。相鄰的兩個皮碗之間均設置有一個碗託皮5，碗託皮5的下套筒502套裝在中心軸6上，同時碗託皮5的上碗託501配合容納碗託皮5上方的皮碗的碗體2341 下部和碗底根部2342，碗託皮5的下套筒502配合容納碗託皮5下方的皮碗的套筒2343。壓帽1套裝在中心軸6上且同時與頂部大徑皮碗2的套筒2343連接，中心軸6的下端伸入到碰壓頭7內，且底部大徑皮碗3、碰壓頭7、密封頭8順次連接。

本實用新型實施例提供了一種固井膠塞，該固井膠塞中相鄰的兩個皮碗之間均設置有一個碗託皮5，碗託皮5的上碗託501配合容納其上方的皮碗的碗體2341下部和碗底根部2342，這避免了滑套球座對皮碗碗體2341的下部和碗底根部2342的直接摩擦作用，同時還避免了水泥漿對其的直接衝刷作用，因而大大提高了皮碗的耐磨性能。而且在固定膠塞的兩端分別設置頂部大徑皮碗2和底部大徑皮碗3可以刮削套管內壁的水泥漿，在其中部設置多個小徑皮碗4可以刮削滑套球座內壁的水泥漿。此外，將壓帽1、中心軸6、碰壓頭7、密封頭8順次連接，增加了該固井膠塞的強度，避免了固井膠塞在水泥漿及頂替液的壓力作用下發生變形，進而增加了該固井膠塞的使用壽命。可見，本實用新型實施例提供的固井膠塞具有耐磨性好、強度高、壽命長等特點。

可以理解的是，在本實用新型實施例中，頂部大徑皮碗2、底部大徑皮碗3、小徑皮碗4的結構是一致的，區別僅僅在於其碗體2341內徑的不同。更具體地，頂部大徑皮碗2、底部大徑皮碗3的碗體2341的內徑相同，並大於小徑皮碗4的碗體2341的內徑。並且，碗體2341的結構為本領域所常見的，其內徑由上自下逐漸減小，並且位於其進口處的內徑為碗體2341的最大內徑。

具體的，頂部大徑皮碗2的碗體2341和底部大徑皮碗3的碗體2341的最大內徑一般稍大於套管內壁的內徑，以便於頂部大徑皮碗2的碗體2341及底部大徑皮碗3的碗體2341的最大內徑處的碗壁外側與套管內壁無縫接觸。同時小徑皮碗4的碗體2341的最大內徑一般稍大於滑套球座的內徑，以便於小徑皮碗4的碗體2341的最大內徑處的碗壁外側與滑套球座的內壁無縫接觸。頂部大徑皮碗2的碗體2341和底部大徑皮碗3的碗體2341的最大內徑比小徑皮碗4的碗體2341的最大內徑大。如此設置可以使頂部大徑皮碗2和底部大徑皮碗3將套管內壁上的水泥漿刮削乾淨，小徑皮碗4將滑套球座內壁上的水泥漿刮削乾淨。而且頂部大徑皮碗2、底部大徑皮碗3及小徑皮碗4的套筒2343的內徑均與中心軸6的外徑的大小相同，這便於頂部大徑皮碗2、底部大徑皮碗3及小徑皮碗4牢固的套裝在中心軸6上。

作為優選，如附圖1所示，本實用新型實施例提供的固井膠塞中的小徑皮碗4的數目為3個，由上自下分別稱為第一小徑皮碗4、第二小徑皮碗4、第三小徑皮碗4。相應地，碗託皮5的數目為4個，由上自下分別稱為第一碗託皮5、第二碗託皮5、第三碗託皮5、第四碗託皮5。其中，第一碗託皮5的上碗託501配合容納頂部大徑皮碗2的碗體2341下部和碗底根部2342，第一碗託皮5的下套筒502配合容納第一小徑皮碗4的套筒2343；第二碗託皮5的上碗託501配合容納第一小徑皮碗4的碗體2341下部和碗底根部2342，第二碗託皮5的下套筒502配合容納第二小徑皮碗4的套筒2343；第三碗託皮5的上碗託501配合容納第二小徑皮碗4的碗體2341下部和碗底根部2342，第三碗託皮5的下套筒502配合容納第三小徑皮碗4的套筒2343；第四碗託皮5的上碗託501配合容納第三小徑皮碗4的碗體2341下部和碗底根部2342，第四碗託皮5的下套筒502配合容納底部大徑皮碗3的套筒2343。在頂部大徑皮碗2和底部大徑皮碗3的中間設置的3個小徑皮碗4，這樣保證了該固井膠塞在套管內下行的過程中，頂部大徑皮碗2和底部大徑皮碗3可以在刮削套管內壁上的水泥漿的同時，小徑皮碗4也可以刮削滑套球座內壁上的水泥漿。而且相鄰的兩個皮碗之間均設置有一個碗託皮5，其中每個碗託皮5的上碗託501在配合容納頂部皮碗的碗體2341下部和碗底根部2342的同時，碗託皮5的下套筒502配合容納皮碗的套筒2343，這樣碗託皮5將皮碗牢牢的固定連接起來。而且碗託皮5還可以避免滑套球座內壁對皮碗碗體2341的下部和碗底根部2342的直接摩擦作用及水泥漿的直接衝刷作用，因而大大提高了本實用新型實施例提供的固井膠塞上的皮碗的耐磨性能。此外，還可以根據固井膠塞的具體使用情況設置不同數目的小徑皮碗4或大徑皮碗，例如可以將小徑皮碗4的個數設置為4個、5個等，還可以在頂部大徑皮碗2和底部大徑皮碗3的中間增加一個大徑皮碗等。

具體的，如附圖4所示，壓帽1包括由順次連接的壓帽頭101和壓帽筒102構成，且頂部大徑皮碗2的套筒2343套裝在壓帽筒102的內部。壓帽1的結構如此設置滿足了壓帽頭101可以與中心軸6連接的同時，壓帽筒102還可以將頂部大徑皮碗2的套筒2343容納在壓帽筒102的內部，進而與頂部大徑皮碗2的套筒2343牢固的固定連接。更為詳細的是，壓帽頭101的內壁上設置有第一內螺紋，中心軸6的上端外壁上設置有與第一內螺紋相配合的第一外螺紋；壓帽頭101與中心軸6的上端螺紋連接。通過螺紋連接將壓帽頭101與中心軸6 的上端連接便於固井膠塞中壓帽1或皮碗的拆卸與安裝。

其中，頂部大徑皮碗2和底部大徑皮碗3的大徑碗體2341的內側壁以及小徑皮碗4的小徑碗體2341的內側壁與水平方向的夾角均為30°-45°。設置皮碗的內側壁與水平方向的夾角為30°-45°，可以使皮碗的碗體2341內部對水泥漿有一定的容納量，便於將套管和滑套球座內壁上的水泥漿刮削乾淨。舉例來說，頂部大徑皮碗2、底部大徑皮碗3及小徑皮碗4的碗體2341的內側壁與水平方向的夾角均可以設置為30°、32°、34°、36°、38°、40°、42°、45°等。

具體的，如附圖3所示，上碗託501包括：用於容納碗體2341下部的上腔體5011和用於容納碗底根部2342的下腔體5012。其中，上腔體5011呈倒立的圓錐臺結構，且上腔體5011的內壁與水平方向的夾角為30°-45°。下腔體5012呈圓柱結構，且下腔體5012的內徑與上腔體5011的最小內徑相同。上碗託501的結構如此設置便於上碗託501將皮碗的碗體2341下部和碗底根部2342牢固的固定，而且上腔體5011的內壁及皮碗的內側壁與水平方向的夾角均相同，這樣可以使上腔體5011的內壁與皮碗的碗體2341下部緊密連接。其中，圓錐臺的結構為用一個平行於圓錐底面的平面截去圓錐的頂端，獲得的底面與截面之間的部分，倒立的圓錐臺結構由上到下其橫截面的圓的直徑逐漸減小。其中，上腔體5011的內壁與水平方向的夾角可以設置為在30°-45°範圍內的任意角度，例如30°、32°、34°、36°、38°、40°、42°、45°等。

其中，如附圖5所示，碰壓頭7包括：由上自下順次連接的第一連接段701、第二連接段702、第三連接段703、第四連接段704和第五連接段705。碰壓頭7的五個連接段的共同作用可以使碰壓頭7與底部大徑皮碗3、中心軸6、密封頭8牢固的連接。

第一連接段701的內腔呈倒立的圓錐臺結構，且第一連接段701的內壁與水平方向的夾角為30°-45°。第一連接段701的結構如此設置可以牢固的將底部大徑皮碗3的碗體2341下部容納在第一連接段701的內部。而且，第一連接段701的內壁與水平方向的夾角可以設置為30°、32°、34°、36°、38°、40°、42°、45°等，這與底部大徑皮碗3的內側壁與水平方向的夾角相同，這便滿足了第一連接段701的內壁和底部大徑皮碗3的碗體2341下部之間的無縫連接。

第二連接段702的內腔呈圓柱結構，且第二連接段702的內腔的內徑與第一連接段701的內腔的最小內徑相同。如此設置第二連接段702的結構便於將底部大徑皮碗3的碗底根部2342容納在第二連接段702的內部，這樣可以牢固的將底部大徑皮碗3與碰壓頭7連接。

第三連接段703的內腔呈圓柱結構，且第三連接段703能夠容納中心軸6的下端。第三連接段703的結構如此設置便於中心軸6的下端與第三連接段703牢固的固定連接。更為詳細的是，碰壓頭7的第三連接段703設置有第二內螺紋，中心軸6的下端設置有與第二內螺紋相配合的第二外螺紋，碰壓頭7與中心軸6的下端螺紋連接。通過設置碰壓頭7與中心軸6螺紋連接，便於碰壓頭7和中心軸6的拆卸與安裝。

第四連接段704的外壁上設置有一圈凹槽。鎖環卡套在第四連接處上的凹槽內，同時與密封頭8的上端鎖接。設置鎖環的目的是防止了固井膠塞在使用的過程中碰壓頭7與密封頭8之間發生鬆動甚至分離。

第五連接段705與密封頭8的上端連接。其中，碰壓頭7的第五連接段705設置有第三外螺紋，密封頭8的上端設置有與第三外螺紋相配合的第三內螺紋；碰壓頭7與密封頭8的上端螺紋連接。設置碰壓頭7的第五連接段705與密封頭8上端的螺紋連接方式便於碰壓頭7及密封頭8的連接與拆卸。

以上僅為本實用新型的較佳實施例，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。