一种固井胶塞的制作方法

本实用新型涉及油田机械领域，特别涉及一种固井胶塞。

背景技术：

在大位移井及水平井下滑套固井分段压裂完井的施工过程中，需要利用水泥浆来加固井壁，进而避免了裸露在液体中的井壁发生垮塌变形。目前固井的主要过程为：首先，由钻井队预先下入套管完井多段压裂水平井管柱，该管柱主要包括浮箍、浮鞋、液压开启装置、滑套、配套工具及套管等。然后使钻井液流经套管，并在水泥浆注入之前注入一定量的隔离液。最后注入水泥浆来封固套管和井壁之间的环形空间。但水泥浆为具有粘度的流体，容易附着在套管及滑套球座的内壁上，仅仅在重力的作用下不容易从套管中流出，并且在水泥浆全部流出套管后需要有装置碰压来封锁套管底部。目前主要通过在套管中注入适量的顶替液来使水泥浆流出套管。顶替液可以对水泥浆施加一定的顶力作用，但是顶替液容易与水泥浆混合，进而影响固井质量。因此，提供一种能够对顶替液和水泥浆起到隔离作用，还可以刮削清理套管及滑套球座内壁上的水泥浆，并在水泥浆完全流出套管后能够及时起到碰压的装置是十分必要的。

现有技术中主要通过固井胶塞来隔离顶替液和水泥浆。其中，固井胶塞主要由压帽、中心轴、碰压头、密封头及套装在中心轴上的皮碗组成。固井胶塞在顶压水泥浆的过程中，固井胶塞上的皮碗可以刮削清理套管内壁上附着的水泥浆，而且固井胶塞上皮碗的外径比滑套球座的内径大。当水泥浆全部流出套管后，固井胶塞在井底与浮箍碰压锁定，完成套管底部的锁封。

设计人发现现有技术中至少存在以下问题：

现有技术中使用的固井胶塞在套管中向下运动时，由于多次通过套管中的比皮碗直径小的滑套球座，易造成皮碗的碗体下部及碗底根部磨损或断裂，易使井筒内留有残余水泥，影响固井质量。

技术实现要素：

为了解决现有技术的问题，本实用新型实施例提供了一种能够降低皮碗的碗体下部及碗底根部磨损或断裂的固井胶塞。所述技术方案如下：

本实用新型提供了一种固井胶塞，所述固井胶塞包括：压帽、顶部大径皮碗、底部大径皮碗、多个小径皮碗、多个碗托皮、中心轴、碰压头、密封头；

所述顶部大径皮碗、所述底部大径皮碗、所述小径皮碗均包括碗体、设置在所述碗体底部下方的碗底根部、设置在所述碗体内部的套筒，且所述小径皮碗的碗体内径小于所述顶部大径皮碗和所述底部大径皮碗的碗体的内径；

所述碗托皮包括上碗托和下套筒，所述上碗托的内侧壁与水平方向成30°-45°夹角；

所述中心轴依次穿过所述顶部大径皮碗、多个所述小径皮碗和所述底部大径皮碗的套筒；相邻的两个皮碗之间均设置有一个所述碗托皮，所述碗托皮的下套筒套装在所述中心轴上，同时所述碗托皮的上碗托配合容纳所述碗托皮上方的皮碗的碗体下部和碗底根部，所述碗托皮的下套筒配合容纳所述碗托皮下方的皮碗的套筒；

所述压帽套装在所述中心轴上且同时与所述顶部大径皮碗的套筒连接，所述中心轴的下端伸入到所述碰压头内，且所述底部大径皮碗、所述碰压头、所述密封头顺次连接。

具体的，作为优选，所述小径皮碗的数目为3个，由上自下分别称为第一小径皮碗、第二小径皮碗、第三小径皮碗；

相应地，所述碗托皮的数目为4个，由上自下分别称为第一碗托皮、第二碗托皮、第三碗托皮、第四碗托皮；

其中，所述第一碗托皮的上碗托配合容纳所述顶部大径皮碗的碗体下部和碗底根部，所述第一碗托皮的下套筒配合容纳所述第一小径皮碗的套筒；

所述第二碗托皮的上碗托配合容纳所述第一小径皮碗的碗体下部和碗底根部，所述第二碗托皮的下套筒配合容纳所述第二小径皮碗的套筒；

所述第三碗托皮的上碗托配合容纳所述第二小径皮碗的碗体下部和碗底根部，所述第三碗托皮的下套筒配合容纳所述第三小径皮碗的套筒；

所述第四碗托皮的上碗托配合容纳所述第三小径皮碗的碗体下部和碗底根部，所述第四碗托皮的下套筒配合容纳所述底部大径皮碗的套筒。

具体的，作为优选，所述压帽包括由顺次连接的压帽头和压帽筒构成，且所述顶部大径皮碗的套筒套装在所述压帽筒的内部。

具体的，作为优选，所述压帽头的内壁上设置有第一内螺纹，所述中心轴的上端外壁上设置有与所述第一内螺纹相配合的第一外螺纹；

所述压帽头与所述中心轴的上端螺纹连接。

具体的，作为优选，所述大径皮碗的大径碗体的侧壁以及所述小径皮碗的小径碗体的侧壁与水平方向的夹角均为30°-45°。

具体的，作为优选，所述上碗托包括：用于容纳所述碗体下部的上腔体和用于容纳所述碗底根部的下腔体；

所述上腔体呈倒立的圆锥台结构，且所述上腔体的内壁与水平方向的夹角为30°-45°；

所述下腔体呈圆柱结构，且所述下腔体的内径与所述上腔体的最小内径相同。

具体的，作为优选，所述碰压头包括：由上自下顺次连接的第一连接段、第二连接段、第三连接段、第四连接段和第五连接段；

所述第一连接段的内腔呈倒立的圆锥台结构，且所述第一连接段的内壁与水平方向的夹角为30°-45°；

所述第二连接段的内腔呈圆柱结构，且所述第二连接段的内腔的内径与所述第一连接段的内腔的最小内径相同；

所述第三连接段的内腔呈圆柱结构，且所述第三连接段能够容纳所述中心轴的下端；

所述第四连接段的外壁上设置有一圈凹槽；

所述第五连接段与所述密封头的上端连接。

具体的，作为优选，所述碰压头的所述第三连接段设置有第二内螺纹，所述中心轴的下端设置有与所述第二内螺纹相配合的第二外螺纹；

所述碰压头与所述中心轴的下端螺纹连接。

具体的，作为优选，所述固井胶塞还包括锁环，所述锁环卡套在所述第四连接处上的凹槽内，同时与所述密封头的上端锁接。

具体的，作为优选，所述碰压头的所述第五连接段设置有第三外螺纹，所述密封头的上端设置有与所述第三外螺纹相配合的第三内螺纹；

所述碰压头与所述密封头的上端螺纹连接。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本实用新型实施例提供了一种固井胶塞，该固井胶塞中相邻的两个皮碗之间均设置有一个碗托皮，碗托皮的上碗托配合容纳其上方的皮碗的碗体下部和碗底根部，这避免了滑套球座对皮碗碗体的下部和碗底根部的直接摩擦作用，同时还避免了水泥浆对其的直接冲刷作用，因而大大提高了皮碗的耐磨性能。而且在固定胶塞的两端分别设置顶部大径皮碗和底部大径皮碗可以刮削套管内壁的水泥浆，在其中部设置多个小径皮碗可以刮削滑套球座内壁的水泥浆。此外，将压帽、中心轴、碰压头、密封头顺次连接，增加了该固井胶塞的强度，避免了固井胶塞在水泥浆及顶替液的压力作用下发生变形，进而增加了该固井胶塞的使用寿命。可见，本实用新型实施例提供的固井胶塞具有耐磨性好、强度高、寿命长等特点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的固井胶塞的结构示意图；

图2是本实用新型又一实施例提供的皮碗的结构示意图；

图3是本实用新型又一实施例提供的碗托皮的结构示意图；

图4是本实用新型又一实施例提供的压帽的结构示意图；

图5是本实用新型又一实施例提供的碰压头的结构示意图。

其中，附图标记分别表示：

1 压帽，

101 压帽头，

102 压帽筒，

2 顶部大径皮碗，

3 底部大径皮碗，

4 小径皮碗，

2341 碗体，

2342 碗底根部，

2343 套筒，

5 碗托皮，

501 上碗托，

5011 上腔体，

5012 下腔体，

502 下套筒，

6 中心轴，

7 碰压头，

701 第一连接段，

702 第二连接段，

703 第三连接段，

704 第四连接段，

705 第五连接段，

8 密封头。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

本实用新型实施例提供了一种固井胶塞，如附图1所示，该固井胶塞包括：压帽1、顶部大径皮碗2、底部大径皮碗3、多个小径皮碗4、多个碗托皮5、中心轴6、碰压头7、密封头8。如附图2所示，顶部大径皮碗2、底部大径皮碗3、小径皮碗4均包括碗体2341、设置在碗体2341底部下方的碗底根部2342、设置在碗体2341内部的套筒2343，且小径皮碗4的碗体2341内径小于顶部大径皮碗2和底部大径皮碗3的碗体2341的内径。如附图3所示，碗托皮5包括上碗托501和下套筒502，上碗托501的内侧壁与水平方向成30°-45°夹角。中心轴6依次穿过顶部大径皮碗2、多个小径皮碗4和底部大径皮碗3的套筒2343。相邻的两个皮碗之间均设置有一个碗托皮5，碗托皮5的下套筒502套装在中心轴6上，同时碗托皮5的上碗托501配合容纳碗托皮5上方的皮碗的碗体2341 下部和碗底根部2342，碗托皮5的下套筒502配合容纳碗托皮5下方的皮碗的套筒2343。压帽1套装在中心轴6上且同时与顶部大径皮碗2的套筒2343连接，中心轴6的下端伸入到碰压头7内，且底部大径皮碗3、碰压头7、密封头8顺次连接。

本实用新型实施例提供了一种固井胶塞，该固井胶塞中相邻的两个皮碗之间均设置有一个碗托皮5，碗托皮5的上碗托501配合容纳其上方的皮碗的碗体2341下部和碗底根部2342，这避免了滑套球座对皮碗碗体2341的下部和碗底根部2342的直接摩擦作用，同时还避免了水泥浆对其的直接冲刷作用，因而大大提高了皮碗的耐磨性能。而且在固定胶塞的两端分别设置顶部大径皮碗2和底部大径皮碗3可以刮削套管内壁的水泥浆，在其中部设置多个小径皮碗4可以刮削滑套球座内壁的水泥浆。此外，将压帽1、中心轴6、碰压头7、密封头8顺次连接，增加了该固井胶塞的强度，避免了固井胶塞在水泥浆及顶替液的压力作用下发生变形，进而增加了该固井胶塞的使用寿命。可见，本实用新型实施例提供的固井胶塞具有耐磨性好、强度高、寿命长等特点。

可以理解的是，在本实用新型实施例中，顶部大径皮碗2、底部大径皮碗3、小径皮碗4的结构是一致的，区别仅仅在于其碗体2341内径的不同。更具体地，顶部大径皮碗2、底部大径皮碗3的碗体2341的内径相同，并大于小径皮碗4的碗体2341的内径。并且，碗体2341的结构为本领域所常见的，其内径由上自下逐渐减小，并且位于其进口处的内径为碗体2341的最大内径。

具体的，顶部大径皮碗2的碗体2341和底部大径皮碗3的碗体2341的最大内径一般稍大于套管内壁的内径，以便于顶部大径皮碗2的碗体2341及底部大径皮碗3的碗体2341的最大内径处的碗壁外侧与套管内壁无缝接触。同时小径皮碗4的碗体2341的最大内径一般稍大于滑套球座的内径，以便于小径皮碗4的碗体2341的最大内径处的碗壁外侧与滑套球座的内壁无缝接触。顶部大径皮碗2的碗体2341和底部大径皮碗3的碗体2341的最大内径比小径皮碗4的碗体2341的最大内径大。如此设置可以使顶部大径皮碗2和底部大径皮碗3将套管内壁上的水泥浆刮削干净，小径皮碗4将滑套球座内壁上的水泥浆刮削干净。而且顶部大径皮碗2、底部大径皮碗3及小径皮碗4的套筒2343的内径均与中心轴6的外径的大小相同，这便于顶部大径皮碗2、底部大径皮碗3及小径皮碗4牢固的套装在中心轴6上。

作为优选，如附图1所示，本实用新型实施例提供的固井胶塞中的小径皮碗4的数目为3个，由上自下分别称为第一小径皮碗4、第二小径皮碗4、第三小径皮碗4。相应地，碗托皮5的数目为4个，由上自下分别称为第一碗托皮5、第二碗托皮5、第三碗托皮5、第四碗托皮5。其中，第一碗托皮5的上碗托501配合容纳顶部大径皮碗2的碗体2341下部和碗底根部2342，第一碗托皮5的下套筒502配合容纳第一小径皮碗4的套筒2343；第二碗托皮5的上碗托501配合容纳第一小径皮碗4的碗体2341下部和碗底根部2342，第二碗托皮5的下套筒502配合容纳第二小径皮碗4的套筒2343；第三碗托皮5的上碗托501配合容纳第二小径皮碗4的碗体2341下部和碗底根部2342，第三碗托皮5的下套筒502配合容纳第三小径皮碗4的套筒2343；第四碗托皮5的上碗托501配合容纳第三小径皮碗4的碗体2341下部和碗底根部2342，第四碗托皮5的下套筒502配合容纳底部大径皮碗3的套筒2343。在顶部大径皮碗2和底部大径皮碗3的中间设置的3个小径皮碗4，这样保证了该固井胶塞在套管内下行的过程中，顶部大径皮碗2和底部大径皮碗3可以在刮削套管内壁上的水泥浆的同时，小径皮碗4也可以刮削滑套球座内壁上的水泥浆。而且相邻的两个皮碗之间均设置有一个碗托皮5，其中每个碗托皮5的上碗托501在配合容纳顶部皮碗的碗体2341下部和碗底根部2342的同时，碗托皮5的下套筒502配合容纳皮碗的套筒2343，这样碗托皮5将皮碗牢牢的固定连接起来。而且碗托皮5还可以避免滑套球座内壁对皮碗碗体2341的下部和碗底根部2342的直接摩擦作用及水泥浆的直接冲刷作用，因而大大提高了本实用新型实施例提供的固井胶塞上的皮碗的耐磨性能。此外，还可以根据固井胶塞的具体使用情况设置不同数目的小径皮碗4或大径皮碗，例如可以将小径皮碗4的个数设置为4个、5个等，还可以在顶部大径皮碗2和底部大径皮碗3的中间增加一个大径皮碗等。

具体的，如附图4所示，压帽1包括由顺次连接的压帽头101和压帽筒102构成，且顶部大径皮碗2的套筒2343套装在压帽筒102的内部。压帽1的结构如此设置满足了压帽头101可以与中心轴6连接的同时，压帽筒102还可以将顶部大径皮碗2的套筒2343容纳在压帽筒102的内部，进而与顶部大径皮碗2的套筒2343牢固的固定连接。更为详细的是，压帽头101的内壁上设置有第一内螺纹，中心轴6的上端外壁上设置有与第一内螺纹相配合的第一外螺纹；压帽头101与中心轴6的上端螺纹连接。通过螺纹连接将压帽头101与中心轴6 的上端连接便于固井胶塞中压帽1或皮碗的拆卸与安装。

其中，顶部大径皮碗2和底部大径皮碗3的大径碗体2341的内侧壁以及小径皮碗4的小径碗体2341的内侧壁与水平方向的夹角均为30°-45°。设置皮碗的内侧壁与水平方向的夹角为30°-45°，可以使皮碗的碗体2341内部对水泥浆有一定的容纳量，便于将套管和滑套球座内壁上的水泥浆刮削干净。举例来说，顶部大径皮碗2、底部大径皮碗3及小径皮碗4的碗体2341的内侧壁与水平方向的夹角均可以设置为30°、32°、34°、36°、38°、40°、42°、45°等。

具体的，如附图3所示，上碗托501包括：用于容纳碗体2341下部的上腔体5011和用于容纳碗底根部2342的下腔体5012。其中，上腔体5011呈倒立的圆锥台结构，且上腔体5011的内壁与水平方向的夹角为30°-45°。下腔体5012呈圆柱结构，且下腔体5012的内径与上腔体5011的最小内径相同。上碗托501的结构如此设置便于上碗托501将皮碗的碗体2341下部和碗底根部2342牢固的固定，而且上腔体5011的内壁及皮碗的内侧壁与水平方向的夹角均相同，这样可以使上腔体5011的内壁与皮碗的碗体2341下部紧密连接。其中，圆锥台的结构为用一个平行于圆锥底面的平面截去圆锥的顶端，获得的底面与截面之间的部分，倒立的圆锥台结构由上到下其横截面的圆的直径逐渐减小。其中，上腔体5011的内壁与水平方向的夹角可以设置为在30°-45°范围内的任意角度，例如30°、32°、34°、36°、38°、40°、42°、45°等。

其中，如附图5所示，碰压头7包括：由上自下顺次连接的第一连接段701、第二连接段702、第三连接段703、第四连接段704和第五连接段705。碰压头7的五个连接段的共同作用可以使碰压头7与底部大径皮碗3、中心轴6、密封头8牢固的连接。

第一连接段701的内腔呈倒立的圆锥台结构，且第一连接段701的内壁与水平方向的夹角为30°-45°。第一连接段701的结构如此设置可以牢固的将底部大径皮碗3的碗体2341下部容纳在第一连接段701的内部。而且，第一连接段701的内壁与水平方向的夹角可以设置为30°、32°、34°、36°、38°、40°、42°、45°等，这与底部大径皮碗3的内侧壁与水平方向的夹角相同，这便满足了第一连接段701的内壁和底部大径皮碗3的碗体2341下部之间的无缝连接。

第二连接段702的内腔呈圆柱结构，且第二连接段702的内腔的内径与第一连接段701的内腔的最小内径相同。如此设置第二连接段702的结构便于将底部大径皮碗3的碗底根部2342容纳在第二连接段702的内部，这样可以牢固的将底部大径皮碗3与碰压头7连接。

第三连接段703的内腔呈圆柱结构，且第三连接段703能够容纳中心轴6的下端。第三连接段703的结构如此设置便于中心轴6的下端与第三连接段703牢固的固定连接。更为详细的是，碰压头7的第三连接段703设置有第二内螺纹，中心轴6的下端设置有与第二内螺纹相配合的第二外螺纹，碰压头7与中心轴6的下端螺纹连接。通过设置碰压头7与中心轴6螺纹连接，便于碰压头7和中心轴6的拆卸与安装。

第四连接段704的外壁上设置有一圈凹槽。锁环卡套在第四连接处上的凹槽内，同时与密封头8的上端锁接。设置锁环的目的是防止了固井胶塞在使用的过程中碰压头7与密封头8之间发生松动甚至分离。

第五连接段705与密封头8的上端连接。其中，碰压头7的第五连接段705设置有第三外螺纹，密封头8的上端设置有与第三外螺纹相配合的第三内螺纹；碰压头7与密封头8的上端螺纹连接。设置碰压头7的第五连接段705与密封头8上端的螺纹连接方式便于碰压头7及密封头8的连接与拆卸。

以上仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。