井底防气窜固井保障装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及油气钻井【技术领域】，是一种井底防气窜固井保障装置，其包括接箍、上接头、剪切套、筒体、滑套、充填封隔器、阻挡环、自膨胀胶筒和固定环，在筒体的上部设有循环孔，与循环孔对应的筒体的内侧设有第一环槽，在第一环槽下方的筒体的外侧设有第二环槽，与第二环槽上端对应的筒体上设有充填孔，在滑套的中部外侧设有环形突起，剪切套通过剪切销钉固定安装在筒体上，第二环槽内设有充填封隔器、自膨胀胶筒和固定环，充填封隔器的轴向内部设有与充填孔连通的充填腔。本实用新型结构合理而紧凑，可以在固井前通过充填封隔器隔离自膨胀胶筒和固井管串，固井结束后，自膨胀胶筒自行膨胀，阻挡油层中的油气侵入水泥环间隙。
【专利说明】井底防气窜固井保障装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及油气钻井【技术领域】，是一种井底防气窜固井保障装置。
【背景技术】
[0002]在油气钻井过程中，完井后的交井验收有严格的标准。对于技术套管而言，在保证油层套管寿命的同时，还必须保证油气层中的油气不能侵入固井技术套管的水泥环中，更不能通过水泥环间隙导致井口环空带压。目前，消除井口环空带压的常用做法是从固井工艺及套管结构入手，通过改善水泥浆性能以及增加管外封隔器来隔绝套管间的环空，防止气窜的发生。但是，由于地层承压能力低、施工条件限制等因素，并达不到完全封隔的效果，不能有效阻止油层段中的油气进入水泥环间隙。
【发明内容】
[0003]本实用新型提供了一种井底防气窜固井保障装置，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有存在的费时费力、施工效率较低、存在安全隐患的问题。
[0004]本实用新型的技术方案是通过以下措施来实现的:一种井底防气窜固井保障装置，包括接箍、上接头、剪切套、筒体、滑套、充填封隔器、阻挡环、自膨胀胶筒和固定环，接箍的下端与上接头的上端固定安装在一起，上接头的下端与筒体的上端固定安装在一起，在筒体的上部设有循环孔，与循环孔对应的筒体的内侧设有第一环槽，在第一环槽下方的筒体的外侧设有第二环槽，与第二环槽上端对应的筒体上设有充填孔，在滑套的中部外侧设有环形突起，能沿第一环槽上下移动的环形突起位于第一环槽内并能使滑套挡住充填孔，挡住循环孔且与滑套固定安装在一起的剪切套位于环形突起上端的第一环槽内并通过剪切销钉固定安装在筒体上，剪切套的上端面与上接头的下端面之间留有间隙，滑套的上端横截面的面积大于滑套的下端横截面的面积，第二环槽的中部固定安装有阻挡环，第二环槽的底部固定安装有固定环，位于阻挡环上端的第二环槽内设有充填封隔器，位于阻挡环和固定环之间的第二环槽内设有自膨胀胶筒，充填封隔器的轴向内部设有与充填孔连通的充填腔。
[0005]下面是对上述实用新型技术方案的进一步优化或/和改进:
[0006]上述接箍与上接头之间、上接头与筒体之间、剪切套与滑套之间、筒体与固定环之间均通过螺纹固定安装在一起，阻挡环与筒体焊接在一起。
[0007]上述上接头与筒体之间设有密封圈、滑套与筒体之间设有密封圈、剪切套与筒体之间设有密封圈、剪切套与滑套之间设有密封圈、滑套与筒体之间设有密封圈。
[0008]上述充填封隔器的外径小于阻挡环的外径，自膨胀胶筒的外径分别小于阻挡环和固定环的外径。
[0009]上述筒体的下端设有套管螺纹；或/和，自膨胀胶筒为遇水自膨胀式胶筒。
[0010]本实用新型结构合理而紧凑，使用方便，在固井施工前，可以通过充填封隔器隔离自膨胀胶筒和固井管串，等到固井结束后，自膨胀胶筒缓慢自行膨胀，阻挡油层中的油、气、水侵入水泥环间隙，有效避免由于固井质量不佳导致的环空气窜问题，具有安全、省力、简便、高效的特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]附图1为本实用新型最佳实施例上半段的主视半剖视结构示意图。
[0012]附图2为本实用新型最佳实施例下半段的主视半剖视结构示意图。
[0013]附图中的编码分别为:I为接箍，2为上接头，3为密封圈，4为剪切销钉，5为剪切套，6为循环孔，7为筒体，8为滑套，9为充填孔，10为充填封隔器，11为充填腔，12为阻挡环，13为自膨胀胶筒，14为固定环，15为第一环槽，16为环形突起。
【具体实施方式】
[0014]本实用新型不受下述实施例的限制，可根据本实用新型的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
[0015]在本实用新型中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如:前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图1的布图方向来确定的。
[0016]下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步描述:
[0017]如附图1、2所示，该井底防气窜固井保障装置包括接箍1、上接头2、剪切套5、筒体
7、滑套8、充填封隔器10、阻挡环12、自膨胀胶筒13和固定环14，接箍I的下端与上接头2的上端固定安装在一起，上接头2的下端与筒体7的上端固定安装在一起，在筒体7的上部设有循环孔6，与循环孔6对应的筒体7的内侧设有第一环槽15，在第一环槽15下方的筒体7的外侧设有第二环槽，与第二环槽上端对应的筒体7上设有充填孔9，在滑套8的中部外侧设有环形突起16，能沿第一环槽15上下移动的环形突起16位于第一环槽15内并能使滑套8挡住充填孔9，挡住循环孔6且与滑套8固定安装在一起的剪切套5位于环形突起16上端的第一环槽15内并通过剪切销钉4固定安装在筒体7上，剪切套5的上端面与上接头2的下端面之间留有间隙，滑套8的上端横截面的面积大于滑套8的下端横截面的面积，第二环槽的中部固定安装有阻挡环12，第二环槽的底部固定安装有固定环14，位于阻挡环12上端的第二环槽内设有充填封隔器10，位于阻挡环12和固定环14之间的第二环槽内设有自膨胀胶筒13，充填封隔器10的轴向内部设有与充填孔9连通的充填腔11。
[0018]在进行固井作业时，将本工具连接在套管串的底部，筒体7的下端和球座或者盲板连接，在套管下至设计井深后，投球憋压或者直接憋压；水泥浆通过充填孔9进入充填腔11内，当套管内压力达到充填压力后，充填封隔器10开始膨胀充填，封隔本工具和井眼之间的环空；继续提高套管内压力，剪切销钉4在滑套8上下端压差的作用下被剪断，滑套8下行并将充填孔9密封，完成充填封隔器10的锁闭，同时循环孔6露出；压力降低至正常循环压力，钻井液通过循环孔6进行循环，进行正常的固井作业，由于充填封隔器10的隔离作用，在充填封隔器10以下的井段中没有水泥浆存在，完全为钻井液；自膨胀胶筒13通过钻井液中的水分不断膨胀，最终充填满本工具和井眼之间的环空，有效阻止油气层中的气体通过环空窜至井口 ；剪切套5的上端面与上接头2的下端面之间留有间隙，间接地增大了滑套8上端面横截面的面积，增大了滑套8上下端的压差，在套管内压力升高后，能够顺利地将剪切销钉4剪断，同时缩短了使用的剪切销钉4的长度，节约空间和成本，使本工具的结构更加紧凑。这样，在固井施工前，可以通过充填封隔器10隔离自膨胀胶筒13和固井管串，等到固井结束后，自膨胀胶筒13缓慢自行膨胀，阻挡油层中的油、气、水侵入水泥环间隙，有效避免由于固井质量不佳导致的环空气窜问题。
[0019]可根据实际需要，对上述井底防气窜固井保障装置作进一步优化或/和改进:
[0020]如附图1、2所示，上述接箍I与上接头2之间、上接头2与筒体7之间、剪切套5与滑套8之间、筒体7与固定环14之间均通过螺纹固定安装在一起，阻挡环12与筒体7焊接在一起。采用螺纹连接安全可靠，连接强度高，不易松脱，节省连接件的使用，节约空间，降低生产成本；阻挡环12与筒体7焊接在一起，操作方便，结构强度高，更加安全可靠。
[0021]如附图1、2所示，上述上接头2与筒体7之间设有密封圈3、滑套8与筒体7之间设有密封圈3、剪切套5与筒体7之间设有密封圈3、剪切套5与滑套8之间设有密封圈3、滑套8与筒体7之间设有密封圈3。密封圈3可以起到密封作用，防止泄漏，减少压力损失，提高液压效率，保证在正常憋压的情况下可将相应的剪切销钉4剪断。
[0022]如附图2所示，上述充填封隔器10的外径小于阻挡环12的外径，自膨胀胶筒13的外径分别小于阻挡环12和固定环14的外径。这样，阻挡环12可以更好地阻挡充填封隔器10在轴向方向上的变形，防止充填封隔器10脱落，保证充填封隔器10在径向上的充填效果；阻挡环12和固定环14能够更好地阻挡自膨胀胶筒13在轴向方向上的变形，避免自膨胀胶筒13挣脱阻挡环12和固定环14的约束，保证自膨胀胶筒13在径向上的封隔效果。
[0023]如附图2所示，上述筒体7的下端设有套管螺纹。这样，筒体7下端可以和固井球座、盲板、胶塞座等连接，施工方便，提高作业效率。
[0024]如附图2所示，上述自膨胀胶筒13为遇水自膨胀式胶筒。这样，自膨胀胶筒13在遇到含有水分的介质时就能自行膨胀，填满本工具与井眼之间的环空，有效阻止油气层中的气体通过环空窜至井口。
[0025]以上技术特征构成了本实用新型的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。
[0026]本实用新型最佳实施例的使用过程:
[0027]使用时，将本工具连接在套管串的底部，筒体7的下端和球座或者盲板相连，在套管下至设计井深后，如果是球座，投入憋压球，进行套管内的憋压，如果是盲板则可直接憋压。
[0028]水泥浆通过充填孔9进入充填腔11内，当套管内压力达到充填封隔器10的充填压力后，充填封隔器10开始膨胀充填，封隔本工具和井眼之间的环空。
[0029]继续提高套管内压力，由于压差作用，滑套8上下断面将承受不同的载荷，滑套8的上端载荷大于下端载荷，当这种载荷差达到剪切销钉4的剪断值后，滑套8向下拉动剪切套5，剪切销钉4被剪切套5和筒体7剪断，滑套8和剪切套5整体下行，滑套8下端的密封圈3将充填封隔器10的充填孔9密封，阻止水泥浆进入或流出充填封隔器10的充填腔11，完成充填封隔器10的锁闭，同时筒体7上的循环孔6露出。
[0030]压力降低至正常循环压力，钻井液通过循环孔6进行循环。进行正常的固井作业，由于充填封隔器10的隔离作用，在充填封隔器10以下的井段中没有水泥浆存在，完全为钻井液。[0031]自膨胀胶筒13将在未来的数天内通过钻井液中的水分不断膨胀，最终充填满本工具和井眼之间的环空，有效阻止油气层中的气体通过环空窜至井口。
【权利要求】
1.一种井底防气窜固井保障装置，其特征在于包括接箍、上接头、剪切套、筒体、滑套、充填封隔器、阻挡环、自膨胀胶筒和固定环，接箍的下端与上接头的上端固定安装在一起，上接头的下端与筒体的上端固定安装在一起，在筒体的上部设有循环孔，与循环孔对应的筒体的内侧设有第一环槽，在第一环槽下方的筒体的外侧设有第二环槽，与第二环槽上端对应的筒体上设有充填孔，在滑套的中部外侧设有环形突起，能沿第一环槽上下移动的环形突起位于第一环槽内并能使滑套挡住充填孔，挡住循环孔且与滑套固定安装在一起的剪切套位于环形突起上端的第一环槽内并通过剪切销钉固定安装在筒体上，剪切套的上端面与上接头的下端面之间留有间隙，滑套的上端横截面的面积大于滑套的下端横截面的面积，第二环槽的中部固定安装有阻挡环，第二环槽的底部固定安装有固定环，位于阻挡环上端的第二环槽内设有充填封隔器，位于阻挡环和固定环之间的第二环槽内设有自膨胀胶筒，充填封隔器的轴向内部设有与充填孔连通的充填腔。
2.根据权利要求1所述的井底防气窜固井保障装置，其特征在于接箍与上接头之间、上接头与筒体之间、剪切套与滑套之间、筒体与固定环之间均通过螺纹固定安装在一起，阻挡环与筒体焊接在一起。
3.根据权利要求1或2所述的井底防气窜固井保障装置，其特征在于上接头与筒体之间设有密封圈、滑套与筒体之间设有密封圈、剪切套与筒体之间设有密封圈、剪切套与滑套之间设有密封圈、滑套与筒体之间设有密封圈。
4.根据权利要求1或2所述的井底防气窜固井保障装置，其特征在于充填封隔器的外径小于阻挡环的外径，自膨胀胶筒的外径分别小于阻挡环和固定环的外径。
5.根据权利要求3所述的井底防气窜固井保障装置，其特征在于充填封隔器的外径小于阻挡环的外径，自膨胀胶筒的外径分别小于阻挡环和固定环的外径。
6.根据权利要求1或2所述的井底防气窜固井保障装置，其特征在于筒体的下端设有套管螺纹；或/和，自膨胀胶筒为遇水自膨胀式胶筒。
7.根据权利要求3所述的井底防气窜固井保障装置，其特征在于筒体的下端设有套管螺纹；或/和，自膨胀胶筒为遇水自膨胀式胶筒。
8.根据权利要求4所述的井底防气窜固井保障装置，其特征在于筒体的下端设有套管螺纹；或/和，自膨胀胶筒为遇水自膨胀式胶筒。
9.根据权利要求5所述的井底防气窜固井保障装置，其特征在于筒体的下端设有套管螺纹；或/和，自膨胀胶筒为遇水自膨胀式胶筒。
【文档编号】E21B33/127GK203742541SQ201420060587
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年2月10日 优先权日:2014年2月10日
【发明者】郭新超, 向欣, 帕尔哈提, 王文涛, 王浩, 颜斌 申请人:中国石油集团西部钻探工程有限公司