专利名称：一种尾管固井用球座式胶塞系统的制作方法
技术领域：
本发明属于石油天然气工程中的固井领域，具体涉及一种尾管固井用球座式胶塞系统。
背景技术：
随着石油工业的发展和油田的开发、大位移井越来越多。如何保证这些复杂井的尾管固井质量，是现场作业者面临的一大难题。目前，国内尾管固井工具通常为液压尾管悬挂器。在固井过程中，为了封堵压力通道，产生液压力坐挂悬挂器，需要进行投球作业。而在球落入球座的过程中，由于球在管柱内下落时可能产生碰撞而影响密封效果。另外，球下落距离的长短也直接影响固井作业时间。而目前常规的尾管固井工艺在固井管串排列上，通常是把球座的位置设计在尾管底部。 因此，随着深井、超深井的深度的不断延长，球下落的时间和距离也越来越长。而在下落过程中球和管串的碰撞次数也越来越多，密封效果受到很大影响。在大位移井中，由于球座安放于管串底部，球在从井口落下时，不但要经过直井段，同样还要经过斜井段，甚至是水平段，这就加大了球下落时的风险系数。更有甚者，投几个球都落不到球座位置，无法形成密封，因而造成固井作业失败。在固井作业中，注完水泥后用钻杆胶塞替浆，钻杆胶塞替出钻具后和尾管胶塞复合，复合后液压力剪脱尾管胶塞一起下行，下落到尾管底部球座处。在尾管胶塞和钻杆胶塞复合时，目前常用的工作方式是钻杆胶塞卡进尾管胶塞后锁紧，成为一体后下落。在固井后钻除时由于无防转机构而使钻除时间增加。钻除效率极低，有时还需要更换钻头后重新下钻，造成了时间和资源上的浪费。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种尾管固井用球座式胶塞系统，减少球的下落时间，解决大位移井中憋压球过尾管底部造斜段或稳斜段时容易粘卡的难题，减少附件钻除时间。本发明是通过以下技术方案实现的一种尾管固井用球座式胶塞系统，包括钻杆胶塞、尾管胶塞和承托座4，钻杆胶塞在替浆时从井口投入，而尾管胶塞安放于送入工具下方，承托座4位于尾管底部，其特征在于所述尾管胶塞为球座式尾管胶塞，其底部装有底端为弹性收口结构的膨胀球座 13。所述的尾管胶塞从上至下依次包括上接头5、挡块6、芯体7、尾管胶塞皮碗8、挡圈 9、滑套10、连接体11、剪钉12、膨胀球座13和防转卡簧14 ；其中，所述的上接头5和送入工具相连接；所述膨胀球座13顶端的外壁固定在连接体 11的下部内，且在连接体11的下部外壁上装有防转卡簧14作为尾管胶塞的锁紧机构。CN 102536160 A
所述芯体7为中空结构，所述芯体7的上端通过挡块6固定在上接头5的下部，下端通过螺纹连接到连接体11内。在芯体7内套装有滑套10，所述滑套10通过下部外壁上的一组剪钉12固定在连接体11的上部内壁。在所述上接头5和芯体7的重叠处的上接头5上和芯体7上分别开有挡块槽和挡块孔，所述挡块6置于所述挡块孔中、一端抵在滑套10上、另一端卡入挡块槽中。在所述上接头5和连接体11之间的芯体7的外表面上硫化有尾管胶塞皮碗8，在相邻两个尾管胶塞皮碗8之间装有挡圈9。在所述滑套10上端的内孔中加工有肋条。所述钻杆胶塞包括钻杆胶塞硫化皮碗1、钻杆胶塞本体2和防退卡簧3 ；其中，在所述的钻杆胶塞本体2下部的导向位置处设有防退卡簧3 ；在所述的钻杆胶塞本体2上最大外圆处加工有肋条作为钻杆胶塞的防转机构。所述的尾管胶塞下部设有尾管胶塞防转机构16 ；所述尾管胶塞防转机构16为外圆上的斜向凸出的肋条；所述承托座4的内孔中设有承托座防转机构17和承托座锁紧机构18 ；所述承托座防转机构17为内孔里的斜向凸出的肋条；所述承托座锁紧机构18为卡簧槽。与现有技术相比，本发明的有益效果是(1)应用本发明中的球座式胶塞系统，能够使球座位置上移到尾管串顶部，使球不经过整个尾管串即可到达球座实现憋压，减少了球的下落时间，减少了球在下落中和尾管串的碰撞次数，解决了大位移井中憋压球过尾管底部造斜段或稳斜段时容易粘卡的难题， 保护了球体，提高了密封效果，同时也节省了固井作业时间；(2)尾管胶塞和钻杆胶塞之间、尾管胶塞和承托座之间都具有锁紧机构，在钻除作业时能有效地防止胶塞转动，减少钻除时间，和无防转机构的附件相比可节约钻时20-50% 左右，大大降低了固井成本；(3)利用本发明不仅可以提高深井、超深井、大位移井等复杂井尾管固井质量，解决复杂井固井难题，而且也推进了复杂井况的尾管固井工艺技术的国产化过程。
图1是本发明的钻杆胶塞结构示意图。图2是本发明的承托座的结构示意图。图3是本发明的尾管胶塞结构示意图。图4-1是本发明中尾管胶塞的防转机构和锁紧机构示意图。图4-2是本发明中承托座的防转机构和锁紧机构示意图。图4-3是本发明中尾管胶塞与承托座在工作过程中的配合示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详细描述本发明中的球座式胶塞系统根据在固井管串中的安放位置不同而分成三个部分，即在替浆时从井口投入的钻杆胶塞，安放于送入工具下方的尾管胶塞和位于尾管底部的承托座。本发明的创新点在于尾管胶塞的托球机构、钻杆胶塞和尾管胶塞的锁紧及防转机构，尾管胶塞和承托座的防转和锁紧机构，具体结构如下1，如图1所示，钻杆胶塞包括钻杆胶塞硫化皮碗1、钻杆胶塞本体2和防退卡簧3。 其中，本发明的钻杆胶塞硫化皮碗1为整体硫化而成，即所有橡胶材料均硫化在钻杆胶塞本体2上(所谓整体硫化是指钻杆胶塞硫化皮碗1在经过高温后粘到钻杆胶塞本体2 上，二者成为一体。)，整体硫化具有高强度，难扯断的特点，能有效防止意外脱落，使钻杆胶塞硫化皮碗1不会胶落，完全避免了以前在固井过程中出现的钻杆胶塞皮碗脱落的固井事故。在钻杆胶塞本体2下部的导向位置安装有防退卡簧3，在钻杆胶塞本体2上有防转机构，具体来说，所述钻杆胶塞的防转机构为在钻杆胶塞本体2上最大外圆上加工有数条肋条(实施例中可采用4条肋条，加工方法可采用铣的方式)，在所述尾管胶塞的滑套10 上端的内孔中同样加工有相等数量的肋条，当钻杆胶塞和尾管胶塞复合后，两部分的肋条交叉在一起，形成自锁，防止胶塞周向转动，同时，钻杆胶塞中的防退卡簧3为开口环状结构，套于钻杆胶塞中的胶塞本体上，当钻杆胶塞和尾管胶塞复合后，防退卡簧3会卡进尾管胶塞中的滑套10中，防止钻杆胶塞上下移动，这样防转机构和防退卡簧3同时作用，当钻杆胶塞进入尾管胶塞后会完全锁死，且在钻除过程中不会转动，能够防止钻杆胶塞和尾管胶塞之间的相对运动，大大提高了钻杆胶塞的可靠性。2，如图3所示，球座式尾管胶塞包括挡块6、芯体7、尾管胶塞皮碗8、挡圈9、滑套 10、连接体11、剪钉12、膨胀球座13和防转卡簧14。所述球座式尾管胶塞的上部通过上接头5和送入工具相连接，底部装有底端为弹性收口结构的膨胀球座13。所述芯体7为中空结构，所述芯体7的上端通过挡块6固定在上接头5的下部，下端通过螺纹连接到连接体11内；在芯体7内套装有滑套10，所述滑套10通过下部外壁上的一组(实施例中采用6个沿圆周均布)剪钉12固定在连接体11的上部内壁；在所述上接头5和芯体7的重叠处的上接头5上和芯体7上分别开有挡块槽和挡块孔，所述挡块6置于所述挡块孔中，所述挡块6的一端抵在滑套10上，另一端卡入挡块槽中。所述膨胀球座13顶端的外壁通过螺纹固定在连接体11的下部内；且在连接体11 的下部外壁上装有防转卡簧14作为尾管胶塞的锁紧机构。在所述上接头5和连接体11之间的芯体7的外表面上硫化有尾管胶塞皮碗8，在相邻两个尾管胶塞皮碗8之间装有挡圈9，挡圈9的作用是固定和支撑胶塞皮碗。在所述滑套10上端的内孔中加工有肋条。3，如图2所示，承托座4的主要作用为接球和胶塞，当球15从尾管中下落到承托座4处，承托座4的下方的花篮会接住球，防止球下落到浮箍上方；当钻杆胶塞和尾管胶塞复合后一起下落，落入尾管底部的承托座4中，如图4-3所示，此时尾管胶塞的防转卡簧14 会卡入承托座4内形成自锁，同时尾管胶塞上的防转机构也会和承托座4的防转机构啮合， 这样两者之间无相对运动。具体结构如图4-1所示，尾管胶塞设有尾管胶塞防转机构16和
5锁紧机构，其中尾管胶塞防转机构16为外圆上的数条(实施例中采用2条)斜向凸出的肋条，而锁紧机构即为带锯齿的防转卡簧14。所述承托座4的外壳和套管相连接，如图4-2所示，和尾管胶塞配合使用的部位是承托座防转机构17和承托座锁紧机构18，其中，承托座防转机构17为内孔里斜向凸出的肋条，肋条数量与尾管胶塞防转机构16中肋条的数量相等，承托座锁紧机构18为锯齿形卡簧槽。当尾管胶塞落入承托座4以后，尾管胶塞防转机构16和承托座防转机构17的肋条交叉在一起，形成锁紧，防止胶塞周向转动，而防转卡簧 14卡入承托座的锯齿形卡簧槽中，形成锁紧，防止胶塞轴向窜动，这样固井后所有附件均可进行快速钻除。本发明的工作过程如下在悬挂器下到设计井位后，投球，此时由于球座式尾管胶塞在钻具的底部、尾管的顶部，故球15的下落距离仅为钻具的长度，大大缩短了球15的下落距离。当球15落入球座式尾管胶塞的膨胀球座13后，形成密封，继续加压，坐挂悬挂器。 继续加压，丢手机构脱手，继续加压，当膨胀球座13受到的压力达到一定程度后(一定程度是指压力达到18_20Mpa，此压力值为钻井循环系统提供的压力。)，发生塑性变形，球15会从膨胀球座13中露出，落入尾管底部的承托座4中，形成循环通道。在用钻杆胶塞替浆时，当钻杆胶塞落入球座式尾管胶塞后，钻杆胶塞落于滑套10 之中，并与之自锁，使钻杆胶塞不能上下移动或轴向转动；同时钻杆胶塞和球座式尾管胶塞一起作用，封堵了循环通道，产生了压力差，随着压力的增大，剪钉12被剪断，滑套10向下滑行，让出挡块6的位置，使挡块6收缩，球座式尾管胶塞和钻杆胶塞一起下落到井底承托座4处，在此过程中具有自保护功能，即如无钻杆胶塞落入球座式尾管胶塞中，则球座式尾管胶塞不受力，剪钉12不会剪断，球座式尾管胶塞无法下落，这样避免了在固井施工过程中由于压力激荡或瞬时高压而使球座式尾管胶塞提取脱落的可能。钻杆胶塞硫化皮碗1和尾管胶塞皮碗8的主要作用是密封套管或钻杆；多重自锁机构和防退机构(即钻杆胶塞与尾管胶塞的自锁和防退以及尾管胶塞与承托座4的自锁和防退)，具体来说，防退卡簧3、滑套10、防转卡簧14和承托座4能够形成多重自锁，使尾管胶塞、钻杆胶塞和承托座4之间既不能上下运动，也不能周向转动；球15的作用是憋压坐挂悬挂器和其它的一些液压操作。总之，本发明的系统能够较好地实现固井作业中的各项功能。通过对本发明的样机试验，测得球座憋压达到lSMI^a后憋通球座，建立循环；防转自锁机构将钻杆胶塞、尾管胶塞和承托座4锁死，无周向转动或轴向窜动。和普通尾管胶塞相比，减少了球的下落距离，节省了作用时间，提高了密封效果，减少了钻除时间。上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式
所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选地，而并不具有限制性的意义。
权利要求
1.一种尾管固井用球座式胶塞系统，包括钻杆胶塞、尾管胶塞和承托座G)，钻杆胶塞在替浆时从井口投入，而尾管胶塞安放于送入工具下方，承托座(4)位于尾管底部，其特征在于所述尾管胶塞为球座式尾管胶塞，其底部装有底端为弹性收口结构的膨胀球座(13)。
2.根据权利要求1所述的尾管固井用球座式胶塞系统，其特征在于所述的尾管胶塞从上至下依次包括上接头( 、挡块(6)、芯体(7)、尾管胶塞皮碗(8)、 挡圈(9)、滑套(10)、连接体(11)、剪钉(12)、膨胀球座(13)和防转卡簧(14)；其中，所述的上接头( 和送入工具相连接；所述膨胀球座(1 顶端的外壁固定在连接体 (11)的下部内，且在连接体(11)的下部外壁上装有防转卡簧(14)作为尾管胶塞的锁紧机构。
3.根据权利要求2所述的尾管固井用球座式胶塞系统，其特征在于所述芯体(7)为中空结构，所述芯体(7)的上端通过挡块(6)固定在上接头(5)的下部，下端通过螺纹连接到连接体(11)内；在芯体(7)内套装有滑套(10)，所述滑套(10)通过下部外壁上的一组剪钉(1 固定在连接体(11)的上部内壁。
4.根据权利要求3所述的尾管固井用球座式胶塞系统，其特征在于在所述上接头( 和芯体(7)的重叠处的上接头( 上和芯体(7)上分别开有挡块槽和挡块孔，所述挡块(6)置于所述挡块孔中、一端抵在滑套(10)上、另一端卡入挡块槽中。
5.根据权利要求4所述的尾管固井用球座式胶塞系统，其特征在于在所述上接头( 和连接体(11)之间的芯体(7)的外表面上硫化有尾管胶塞皮碗 (8)，在相邻两个尾管胶塞皮碗(8)之间装有挡圈(9)。
6.根据权利要求5所述的尾管固井用球座式胶塞系统，其特征在于在所述滑套(10) 上端的内孔中加工有肋条。
7.根据权利要求1所述的尾管固井用球座式胶塞系统，其特征在于所述钻杆胶塞包括钻杆胶塞硫化皮碗(1)、钻杆胶塞本体( 和防退卡簧(3)；其中， 在所述的钻杆胶塞本体( 下部的导向位置处设有防退卡簧(3)； 在所述的钻杆胶塞本体( 上最大外圆处加工有肋条作为钻杆胶塞的防转机构。
8.根据权利要求1所述的尾管固井用球座式胶塞系统，其特征在于 所述的尾管胶塞下部设有尾管胶塞防转机构(16)；所述尾管胶塞防转机构(16)为外圆上的斜向凸出的肋条。
9.根据权利要求1所述的尾管固井用球座式胶塞系统，其特征在于所述承托座(4)的内孔中设有承托座防转机构(17)和承托座锁紧机构(18)； 所述承托座防转机构(17)为内孔里的斜向凸出的肋条； 所述承托座锁紧机构(18)为卡簧槽。
全文摘要
本发明提供了一种尾管固井用球座式胶塞系统。本发明包括钻杆胶塞、尾管胶塞和承托座(4)，钻杆胶塞在替浆时从井口投入，而尾管胶塞安放于送入工具下方，承托座(4)位于尾管底部，其特征在于所述尾管胶塞为球座式尾管胶塞，其底部装有膨胀球座(13)；所述膨胀球座(13)的底端为弹性收口结构，当压力满足要求时，所述弹性收口结构会因变形而打开。应用本发明能够减少球的下落时间，减少了球在下落中和尾管串的碰撞次数，解决了大位移井中憋压球过尾管底部造斜段或稳斜段时容易粘卡的难题，节省了作业时间，保护了球体，提高了密封效果。能够有效的提高顶替效率，提高固井成功率，节约钻除时间，降低钻井成本。
文档编号E21B33/134GK102536160SQ20101060397
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月24日 优先权日2010年12月24日
发明者吴姬昊, 姜向东, 尹慧博, 张金法, 阮臣良 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院