双级复合固井胶塞

摘要

一种双级复合固井胶塞。为了克服固井胶塞不能满足复合套管固井要求，胶塞翼容易被剪切破坏的不足，本发明碰压胶塞总成的碰压胶塞安装在胶塞本体下端，胶塞本体的碰压胶塞下端依次固定安装有连接接头、浮箍插头；胶塞本体的上端固定安装有连接套、定位套；定位套、连接套、胶塞本体由不等径剪钉径向固定；定位套坐在碰压胶塞总成本体的限位面上；顶替胶塞总成的胶塞尾翼、顶替胶塞、锁紧件、连接插头由上至下依次固定连接；锁紧件的下端部外圆周上有插入密封环，插入密封环与碰压胶塞总成的胶塞本体上端部的连接密封环相配合固定连接。其有益效果是配套使用碰压胶塞短节与变径顶替胶塞组合，自锁密封结构可对套管内外实现永久性密封，提高复合套管固井施工成功率。

权利要求

1.一种双级复合固井胶塞，包括碰压胶塞、顶替胶塞，碰压胶塞固定安装在胶塞本体外圆的中部，胶塞本体内孔为通孔，其特征是：碰压胶塞总成本体(1)内孔为上大下小的阶梯孔，下端小直径孔的上端面为限位面(9)；

所述胶塞本体(4)的外圆为上大下小的阶梯轴，所述碰压胶塞(18)安装在胶塞本体(4)下端小直径轴上，胶塞本体(4)的碰压胶塞(18)下端依次固定安装有连接接头(6)、浮箍插头(8)；胶塞本体(4)的上端轴颈上径向依次固定安装有连接套(3)、定位套(2)；定位套(2)、连接套(3)、胶塞本体(4)由不等径剪钉(11)径向固定；胶塞本体(4)内孔的上端部为连接密封环(12)；

固定连接后的定位套(2)、连接套(3)、胶塞本体(4)中的定位套(2)坐在碰压胶塞总成本体(1)的限位面(9)上；所述碰压胶塞(18)位于碰压胶塞总成本体(1)下部的内孔中；

顶替胶塞总成的胶塞尾翼(13)、顶替胶塞(19)、锁紧件(15)、连接插头(17)由上至下依次固定连接；锁紧件(15)的下端部外圆周上有插入密封环(16)，插入密封环(16)与所述碰压胶塞总成的胶塞本体(4)上端部的连接密封环(12)相配合固定连接。

2.根据权利要求1所述双级复合固井胶塞，其特征是：所述碰压胶塞(18)的碰压胶塞翼(5)直径大于碰压胶塞总成本体(1)下端内孔直径；所述顶替胶塞(19)的顶替胶塞翼(14)为变径胶塞翼；

所述顶替胶塞翼(14)直径大于碰压胶塞翼(5)直径。

3.根据权利要求2所述双级复合固井胶塞，其特征是：所述顶替胶塞(19)的顶替胶塞翼(14)直径尺寸至少有2个，由下至上按直径的大→小→大→小依次排列。

4.根据权利要求3所述双级复合固井胶塞，其特征是：所述顶替胶塞(19)的连续排列的小直径顶替胶塞翼(14)的数量为1个以上。

5.根据权利要求4所述双级复合固井胶塞，其特征是：所述浮箍插头(8)的上端部固定安装有碰压密封环(7)。

6.根据权利要求1所述双级复合固井胶塞，其特征是：所述碰压胶塞总成的连接套(3)的外径小于碰压胶塞总成本体(1)的最小内孔直径；

所述不等径剪钉(11)位于定位套(2)、连接套(3)之间的直径大于连接套(3)、胶塞本体(4)之间的直径；

所述连接套(3)与定位套(2)的径向之间安装有锁块(10)。

说明书

双级复合固井胶塞

技术领域

[0001] 本发明涉及一种油气开发工程固井作业装置，尤其是涉及一种双级复合固井胶塞。

背景技术

[0002] 常规固完井作业在下套管时预设浮箍(阻流环)，浮箍以上为通径，注水泥作业结束后用来确定胶塞下行位置，当套管内的上胶塞被钻井液顶至回压凡尔处(或与下胶塞相遇)，此时泵压会迅速升高，叫做“碰压”。现有胶塞多由橡胶和可钻性好的骨架材料硫化而成，碰压后建立人工井底，封隔固井泥浆和井内完井液。如2012年8月8日公开的中国发明专利申请《一种尾管固井胶塞复合碰压装置》(CN102628347A)，该装置的钻杆胶塞包括固定螺帽、连接杆、小胶碗和碗座，固定螺帽、连接杆、碗座、导向头从上至下顺次螺纹连接，连接杆外套装有小胶碗，碗座外侧安装有卡块，卡块内侧安装有复位弹簧；尾管空芯胶塞包括空芯连接体、大胶碗和空芯导向碗座，空芯连接体设计成中空，空芯连接体内壁上设计有与卡块相匹配的卡块槽，空芯连接体下端与空芯导向碗座螺纹连接，空芯连接体外侧套装有大胶碗。

[0003] 复合套管固井在解决复杂、低孔低渗储层特殊工艺井中的应用越来越广泛，套管内径上大下小，现有常规大直径胶塞不能满足施工需求，改进的小直径胶塞浮箍插头变小、胶塞翼变大，通过缩径(变径)位置时胶塞翼很容易被剪切破坏。不能将套管中的水泥浆刮削干净，且浮箍插头的居中程度不理想，直接影响碰压效果和后期作业。

发明内容

[0004] 为了克服现有固井胶塞不能满足复合套管固井要求，胶塞翼容易被剪切破坏的不足，本发明提供一种双级复合固井胶塞。

[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：双级复合固井胶塞包括碰压胶塞、顶替胶塞，碰压胶塞固定安装在胶塞本体外圆的中部，胶塞本体内孔为通孔。碰压胶塞总成本体内孔为上大下小的阶梯孔，下端小直径孔的上端面为限位面；胶塞本体的外圆为上大下小的阶梯轴，碰压胶塞安装在胶塞本体下端小直径轴上，胶塞本体的碰压胶塞下端依次固定安装有连接接头、浮箍插头；胶塞本体的上端轴颈上径向依次固定安装有连接套、定位套；定位套、连接套、胶塞本体由不等径剪钉径向固定；胶塞本体内孔的上端部为连接密封环；固定连接后的定位套、连接套、胶塞本体中的定位套坐在碰压胶塞总成本体的限位面上；碰压胶塞位于碰压胶塞总成本体下部的内孔中。顶替胶塞总成的胶塞尾翼、顶替胶塞、锁紧件、连接插头由上至下依次固定连接；锁紧件的下端部外圆周上有插入密封环，插入密封环与碰压胶塞总成的胶塞本体上端部的连接密封环相配合固定连接。

[0006] 碰压胶塞的碰压胶塞翼直径大于碰压胶塞总成本体下端内孔直径。顶替胶塞的顶替胶塞翼为变径胶塞翼；顶替胶塞翼直径大于碰压胶塞翼直径。顶替胶塞的顶替胶塞翼直径尺寸至少有2个，由下至上按直径的大→小→大→小依次排列；顶替胶塞的相邻小直径顶替胶塞翼的数量为1个或1个以上。

[0007] 浮箍插头的上端部固定安装有碰压密封环。

[0008] 碰压胶塞总成的连接套的外径小于碰压胶塞总成本体的最小内孔直径。不等径剪钉位于定位套、连接套之间的直径大于连接套、胶塞本体之间的直径；连接套与定位套的径向之间安装有锁块。

附图说明

[0009] 图1是本发明双级复合固井胶塞的碰压胶塞总成结构示意图。

[0010] 图2是本发明双级复合固井胶塞的顶替胶塞总成结构示意图。

[0011] 图3是本发明双级复合固井胶塞组合后的示意图。

[0012] 图中：1.碰压胶塞总成本体，2.定位套，3.连接套，4.胶塞本体，5.碰压胶塞翼，6.连接接头，7.碰压密封环，8.浮箍插头，9.限位面，10.锁块，11.不等径剪钉，12.连接密封环，13.胶塞尾翼，14.顶替胶塞翼，15.锁紧件，16.插入密封环，17.连接插头，18.碰压胶塞，19.顶替胶塞。

具体实施方式

[0013] 下面结合附图1～附图3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。

[0014] 本发明双级复合固井胶塞包括碰压胶塞总成、顶替胶塞总成。

[0015] 参见附图1。碰压胶塞总成本体1内孔为上大下小的阶梯孔，阶梯孔的台阶为限位面9。

[0016] 碰压胶塞总成的胶塞本体4外圆为上大下小的阶梯轴，碰压胶塞18固定安装在胶塞本体外圆小直径轴上，胶塞本体4的碰压胶塞18下端依次固定安装有连接接头6、浮箍插头8，将碰压胶塞18轴向固定。胶塞本体4内孔为通孔，内孔的上端部为连接密封环12。浮箍插头8的外圆上有碰压密封环7。

[0017] 胶塞本体4上端部外圆由径向依次固定安装有定位套2、连接套3，不等径剪钉11将定位套2、连接套3、胶塞本体4径向固定；不等径剪钉11直径位于定位套2、连接套3之间的直径大于连接套3、胶塞本体4之间的直径。连接套3的外径小于碰压胶塞总成的最小内孔直径，定位套2坐在胶塞本体4的限位面9上。为了防止因压力变化导致连接套3与定位套4之间的剪钉误剪断，连接套3和胶塞本体4的径向对应位置有锁块槽，锁块槽内安装有锁块10，将连接套3、胶塞本体4径向固定。

[0018] 碰压胶塞18位于碰压胶塞总成本体1下部的内孔中；碰压胶塞18的碰压胶塞翼5直径大于碰压胶塞总成本体1下端内孔直径，通常碰压胶塞翼5的直径比碰压胶塞总成本体1的内孔直径大20～30mm。

[0019] 所述顶替胶塞(19)的顶替胶塞翼(14)为变径胶塞翼；

[0020] 参见附图2。顶替胶塞总成的胶塞尾翼13、顶替胶塞19、锁紧件15、连接插头17由上至下依次固定连接；锁紧件15的下端部外圆周上有插入密封环16，插入密封环16与碰压胶塞总成中胶塞本体4上端部的连接密封环12相配合固定连接，通常密封环采用锥环(亦称倒齿马牙锁环)锁紧结构，随着压力的增加，插入密封环16与连接密封环12通过锥环锁紧，压力消失后不能分开，形成整体碰压。

[0021] 顶替胶塞19的顶替胶塞翼14为变径胶塞翼，通常顶替胶塞翼14直径尺寸至少有2个，由下至上按直径的大→小→大→小依次排列。顶替胶塞翼14小直径翼可以连续排列1个或1个以上，例如按1个大直径、2个小直径、1个大直径、1个小直径的顺序由下至上排列。顶替胶塞翼14直径大于碰压胶塞翼5直径。

[0022] 应用本发明双级复合固井胶塞施工作业过程为，

[0023] 首先，将碰压胶塞总成安装在浮箍上方，并随固井管柱下入井筒内，开始固井施工；

[0024] 待固井施工结束后，再从井口投入顶替胶塞总成，直至顶替胶塞总成下端的连接插头17插入碰压胶塞总成中胶塞本体4的上端部，顶替胶塞总成上的插入密封环16与胶塞本体4上端的连接密封环12啮合，顶替胶塞总成与碰压胶塞总成组合成双级复合固井胶塞；

[0025] 然后，向井筒内注入液体并加压，当压力升高剪断连接胶塞本体4、连接套3的剪钉11后，在压力的作用下顶替胶塞总成与胶塞本体4下行脱离碰压胶塞总成本体1，直至胶塞本体4下端的浮箍插头8插入浮箍，碰压密封环7与浮箍内的密封环连接，完成固井碰压施工；至此，碰压胶塞18的胶塞翼、顶替胶塞19的胶塞翼打开，在井筒内形成密封。

[0026] 本发明双级复合固井胶塞，利用碰压胶塞总成与顶替胶塞总成组合配套使用，自锁密封结构可对套管内外实现永久性密封。在固井施工作业中，位于碰压胶塞总成本体1内的碰压胶塞翼5不受损害；在下入顶替胶塞总成过程中，顶替胶塞19不等径的顶替胶塞翼14能够将固井施工时套管内的水泥刮削干净，即使顶替胶塞19上尺寸较大的顶替胶塞翼14受损，其中未受损的小直径顶替胶塞翼14与碰压胶塞18的碰压胶塞翼5也能够密封套管；大直径浮箍插头8碰压，提高套管固井施工成功率，特别是在复合套管固井作业中，本发明的优势更为突出。

[0027] 在本发明双级复合固井胶塞中的碰压胶塞总成设置定位套2，以及在定位套2与连接套3之间采用剪钉11与锁块10的固定连接方式，便于在后续的生产作业中根据作业需求，除去连接套3扩大管径。

[0028] 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本专利的权利要求范围。