多功能注水泥器的製作方法

2023-08-08 23:14:26

專利名稱：多功能注水泥器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種石油鑽井工程完井作業的注水泥裝置，尤其是涉及一種多功能注水泥器。
背景技術：
在直井、定向井、水平井實施上部固井、下部篩管完井作業中使用注水泥器，可提高固井質量，降低施工風險，為完井工程提供可靠的技術保證。目前，完井施工中使用的分級注水泥器大多需要向管柱內投塞憋壓關閉循環通道，完成注水泥固井作業。在投塞憋壓關閉循環通道時，由於液體不可壓縮，盲板至膠塞座之間的液體無法排除，易導致徑向注水泥循環通道關閉不嚴，使水泥漿倒灌從而影響固井質量。如2010年4月21日公開的中國實用新型專利《分級注水泥器》(公開號 CN201439701U)，該分級注水泥器的上接頭、工作筒、下接頭從上至下依次固定連接，活塞安裝在工作筒的下部，關閉活塞安裝在工作筒的上部，活塞上端與關閉活塞下端搭接，工作筒中部的徑向注水泥孔位於活塞上端部，活塞、關閉活塞通過徑向安裝的剪釘與工作筒連接， 膠塞座固定安裝在關閉活塞上端部的內孔中，活塞外圓為上大下小階梯軸，活塞的外圓、工作筒的內孔和下接頭的上端面形成環空；工作筒有徑向排液孔位於環空下端，工作筒下端安裝有錐形閥。該分級注水泥器結構合理，易於操作，但使用該分級注水泥器時，需要投塞憋壓才能關閉注水泥循環通道，易發生注水泥循環通道關閉不嚴，水泥漿倒灌從而影響固井質量的事故發生。

發明內容
為了克服現有注水泥器完成注水泥作業後，需要投塞憋壓關閉注水泥循環通道， 易發生注水泥循環通道關閉不嚴，水泥漿倒灌從而影響固井質量事故發生的不足，本發明提供一種多功能注水泥器。該多功能注水泥器減少了投膠塞、鑽膠塞等作業工序，縮短完井周期；解決了碰壓時難以關閉循環通道的弊端，有效提高了固井質量和作業施工效率。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是多功能注水泥器的上接頭、中心管、 下接頭由上至下依次固定連接組成固定管串；固定管串上端部的內孔安裝有活塞總成；固定管串外圓的上接頭與下接頭之間安裝有外開關閥；外開關閥上端面與上接頭下端面圓弧面接觸，外開關閥下端與下接頭固定連接。固定管串的內孔為上大下小階梯孔，活塞總成的關閉活塞、活塞由上至下依次安裝在固定管串內，關閉活塞由徑向安裝的剪釘I軸向固定在上接頭上，活塞由徑向安裝的剪釘II軸向固定在中心管上，活塞關閉中心管上的徑向注水泥孔；上接頭上徑向安裝的防轉螺釘前端位於關閉活塞的軸向長槽內下端；中心管下端內孔階梯限定活塞向下滑動位置。剪釘II的剪斷力小於剪釘I的剪斷力。關閉活塞上端部外圓周的卡簧槽內安裝有卡簧，關閉活塞的軸向長槽對應位置的上接頭內孔壁上有卡簧槽。外開關閥的關閉滑套、連接套、護套由上至下依次安裝；關閉滑套與連接套固定連
3接，護套下端與下接頭固定連接，連接套的下端部插入護套上端內孔；連接套的下端面與下接頭之間的中心管外圓上安裝有軸向彈簧。關閉滑套中部內孔與所述中心管外圓之間的環空內安裝有外活塞；環空上端部的關閉滑套上有徑向通孔，環空下端部的中心管上有徑向通孑L。上接頭下端面的圓弧形凸臺插入外開關閥上端關閉滑套上端面的圓弧形凹槽內。本發明的有益效果是，結構簡單合理，易於操作，減少作業程序，提高工作效率，注水泥通道開啟、關閉安全可靠。


圖1是本發明多功能注水泥器結構示意圖。圖2是本發明多功能注水泥器的注水泥後自動關閉注水泥孔示意圖。圖3是本發明多功能注水泥器的注水泥後投膠塞關閉注水泥孔示意圖。圖中1.上接頭，2.膠塞座，3.剪釘I，4.卡簧，5.關閉活塞，6.防轉螺釘，7.中心管，8.注水泥孔，9.關閉滑套，10.活塞，11.外活塞，12.剪釘II，13.連接套，14.彈簧， 15.護套，16.下接頭，17.膠塞，18.卡簧槽，19.環空，20.徑向通孔，21.固定管串，22.外開關閥，23.徑向通孔，24.活塞總成，25.軸向長槽。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。但是，本領域技術人員應該知曉的是，本發明不限於所列出的具體實施方式
，只要符合本發明的精神，都應該包括於本發明的保護範圍內。在敘述應用本發明進行施工作業之前，所描述的為多功能注水泥器初始裝配狀態。參見圖1。本發明多功能注水泥器的上接頭1、中心管7、下接頭16由上至下依次固定連接組成固定管串21，中心管7兩端的外螺紋分別與上接頭1、下接頭16的內螺紋連接；固定管串21上端部的內孔安裝有活塞總成M ；固定管串21外圓的上接頭1與下接頭 16之間安裝有外開關閥22。外開關閥22上端面與上接頭1下端面圓弧面接觸，通常是接頭1下端面的圓弧形凸臺插入外開關閥22上端關閉滑套9上端面的圓弧形凹槽內。外開關閥22下端與下接頭16固定連接。固定管串21的內孔為上大下小階梯孔，且至少有三個階梯。活塞總成對主要包括關閉活塞5、活塞10等，關閉活塞5、活塞10由上至下依次安裝在固定管串21的內孔。關閉活塞5由徑向安裝的剪釘I 3軸向固定在上接頭1上，活塞10由徑向安裝的剪釘II 12 軸向固定在中心管7上；剪釘II 12的剪斷力小於剪釘I 3的剪斷力。稍低於活塞10上端面的中心管7上有徑向注水泥孔8，稍高於活塞10下端面的中心管7上有徑向通孔23，活塞10將徑向注水泥孔8和徑向通孔23關閉。中心管7下端內孔階梯限定活塞10向下滑動位置。關閉活塞5外圓中部有軸向長槽25 ；上接頭1上徑向安裝的防轉螺釘6前端位於軸向長槽25的下端，軸向長槽25限定關閉活塞5軸向移動距離。關閉活塞5上端部外圓周的卡簧槽內安裝有卡簧4，關閉活塞5的軸向長槽25對應位置的上接頭1內孔壁上有卡簧槽18。
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外開關閥22主要包括關閉滑套9、連接套13、護套15、彈簧14等，關閉滑套9、連接套13、護套15由上至下依次安裝；關閉滑套9與連接套13固定連接，護套15下端與下接頭16固定連接，連接套13的下端部插入護套15上端內孔中。連接套13的下端面與下接頭16之間的中心管7外圓上安裝有軸向彈簧14。關閉滑套9上端部與中心管7外圓滑動配合，關閉滑套9的上端面與中心管7上的徑向注水泥孔8同等高度或略低。關閉滑套9中部內孔與中心管7外圓之間為環空19，環空19內安裝有外活塞11 ； 外活塞11的上端部與關閉滑套9內孔滑動配合，下端部與中心管7外圓滑動配合；環空19 上端部的關閉滑套9上有徑向通孔20，環空19下端部的中心管7上有徑向通孔23，外活塞 11處於上位時將關閉滑套9上的徑向通孔20關閉；外活塞11處於下位時將中心管7上的徑向通孔23關閉。為了提高本發明多功能注水泥器在完成注水泥作業後，能夠有效關閉注水泥孔的可靠性，在關閉活塞5上端安裝有膠塞座2。膠塞座2的外凸臺卡在上接頭1內凸臺與關閉活塞5上端面之間。為了保證本發明多功能注水泥器具有良好的密封性能，上接頭1與關閉活塞5、中心管1與關閉滑套9、活塞10、外活塞11的接觸表面之間安裝有徑向密封圈。上接頭1與中心管7、護套15與下接頭15的螺紋連接處安裝有緊定螺釘，防止螺紋松扣。應用本發明多功能注水泥器實施注水泥作業，首先，將組裝完畢的本發明多功能注水泥器連接到固井管串上，通常該固井管串從下至上由引鞋、篩管、盲板、管外封隔器、多功能注水泥器、套管依次固定連接組成，將固井管串下入井筒至設計位置。然後，固井管串管柱內憋壓，脹封管外封隔器，防止固井水泥漿進入篩管。再繼續向管柱內加壓，壓力作用在活塞10上，直至將固定活塞10與中心管7的剪釘II 12剪斷後，活塞10向下移動坐在中心管7的內臺階端面上(即活塞10處於下位)； 活塞10向下移動後中心管7上的徑向循環水泥孔8打開；液體推動關閉滑套9、連接套13 下移，壓縮彈簧14 ；上接頭1下端面與關閉滑套9上端面脫離開，至此多功能注水泥器的內外貫通。此時，可以進行注水泥作業直至達到設計要求。注水泥作業完成後，不再向固井管串內加壓；由於此時固井管串外的水泥漿密度 (通常為1. 85 1. 90g/cm3)大於固井管串內的泥漿密度(通常為1. 20 1. 30g/cm3)，彈簧14、外活塞11在固井管串內外環空壓差的作用下，連接套13、關閉滑套9上行，直到關閉滑套9上端面凹型球與上接頭1下端面凸形球面接觸，關閉滑套9將中心管5上的徑向注水泥孔8關閉(參見圖2)。最後，待固井管串外的水泥漿凝固後，鑽除固井管串上的盲板，即可完井。免除了投膠塞、鑽膠塞等作業環節，解決了投碰壓時難以關閉循環通道的問題。若因施工作業需要，還可以採用投膠塞方式關閉注水泥孔8。即向管串內投入膠塞 17，泵送膠塞17坐落在膠塞座2上，將固井管串內封閉；向固井管串內打壓，直至將固定關閉活塞5與上接頭1的剪釘I 3剪斷後，關閉活塞5向下滑動，直到關閉活塞5的下端面坐在活塞10的上端面上(參見圖幻；此時，注水泥孔8被二次關閉。同時，安裝在關閉活塞 5外圓的卡簧槽內卡簧4落入上接頭1內孔的卡簧槽18內，將關閉活塞5和上接頭1鎖為
5一體。待固井管串外的水泥漿凝固後，鑽除膠塞16以及盲板，即可完井。應該注意的是上述實施例是示例而非限制本發明，本領域技術人員將能夠設計很多替代實施例而不脫離附後的權利要求書的範圍。
權利要求
1.一種多功能注水泥器，包括上接頭、關閉活塞、活塞、下接頭，其特徵是上接頭(1)、 中心管(7)、下接頭(16)由上至下依次固定連接組成固定管串；固定管串上端部的內孔安裝有活塞總成04)；固定管串外圓的上接頭(1)與下接頭(16)之間安裝有外開關閥02)；外開關閥02)上端面與上接頭(1)下端面圓弧面接觸，外開關閥02)下端與下接頭(16)固定連接。
2.根據權利要求1所述多功能注水泥器，其特徵是所述固定管串的內孔為上大下小階梯孔，活塞總成04)的關閉活塞(5)、活塞(10)由上至下依次安裝在固定管串內，關閉活塞(5)由徑向安裝的剪釘1(3)軸向固定在上接頭⑴上，活塞(10)由徑向安裝的剪釘11(1 軸向固定在中心管(7)上，活塞(10)關閉中心管(7)上的徑向注水泥孔 ⑶；上接頭⑴上徑向安裝的防轉螺釘(6)前端位於關閉活塞(5)的軸向長槽05)內下端；所述中心管(7)下端內孔階梯限定活塞(10)向下滑動位置。
3.根據權利要求2所述多功能注水泥器，其特徵是所述剪釘II(12)的剪斷力小於剪釘I (3)的剪斷力。
4.根據權利要求3所述多功能注水泥器，其特徵是所述關閉活塞( 上端部外圓周的卡簧槽內安裝有卡簧G)，關閉活塞(5)的軸向長槽0 對應位置的上接頭(1)內孔壁上有卡簧槽(18)。
5.根據權利要求1所述多功能注水泥器，其特徵是所述外開關閥0 的關閉滑套 (9)、連接套(13)、護套(15)由上至下依次安裝；關閉滑套(9)與連接套(13)固定連接，護套(1 下端與下接頭(16)固定連接，連接套(1 的下端部插入護套(1 上端內孔；連接套(13)的下端面與下接頭(16)之間的中心管(7)外圓上安裝有軸向彈簧(14)。
6.根據權利要求5所述多功能注水泥器，其特徵是所述關閉滑套(9)中部內孔與所述中心管(7)外圓之間的環空(19)內安裝有外活塞(11)；環空(19)上端部的關閉滑套(9) 上有徑向通孔(20)，環空(19)下端部的中心管(7)上有徑向通孔03)。
7.根據上述權利要求1 6任一所述多功能注水泥器，其特徵是所述上接頭(1)下端面的圓弧形凸臺插入外開關閥0 上端關閉滑套(9)上端面的圓弧形凹槽內。
全文摘要
一種多功能注水泥器。為了克服現有注水泥器完成注水泥作業後，需要投塞憋壓關閉注水泥循環通道，易發生注水泥循環通道關閉不嚴，水泥漿倒灌從而影響固井質量事故發生的不足，本發明的上接頭(1)、中心管(7)、下接頭(16)由上至下依次固定連接組成固定管串(21)；固定管串(21)上端部的內孔安裝有活塞總成(24)；固定管串(21)外圓的上接頭(1)與下接頭(16)之間安裝有外開關閥(22)；外開關閥(22)上端面與上接頭(1)下端面圓弧面接觸，外開關閥(22)下端與下接頭(16)固定連接。其有益效果是結構簡單合理，易於操作，減少作業程序，提高工作效率，注水泥通道開啟、關閉安全可靠。
文檔編號E21B33/13GK102400659SQ201010275959
公開日2012年4月4日 申請日期2010年9月7日 優先權日2010年9月7日
發明者劉世強, 單桂棟, 呂金光, 張東亭, 徐濱, 王眉山, 聶上振, 趙慶 申請人:大港油田集團有限責任公司