一种固井循环工具及使用该工具的分支井用固井装置的制作方法

本实用新型涉及一种固井循环工具及使用该工具的分支井用固井装置。

背景技术：

目前，分支井是在一个主井眼中钻出一个以上的分支井眼，是当前挖掘剩余油气潜力、提高采收率、增大泄流面积、实现多层开发的重要手段之一。国内外的分支井眼固井主体工艺是在分支井眼完钻后，通过分支井眼的井径测量预估水泥浆量，之后固井。但由于井径测量无法精确反应井筒情况，所以水泥浆量预计不够精确，在水泥浆量预计偏多时，水泥浆会从分支井进入主井眼；在水泥浆量预计偏少时，分支井眼的上部将无法封固。因而水泥浆量的预估量不准，使得固井施工措施受限，固井质量无法保证，难以满足后期作业要求。

中国专利文献CN 202417417 U公开了一种分支井固井管外封隔器，包括中心管及其外周上套装的胶筒，胶筒的上端通过上挡环挡止在中心管上端连接的上接头上，胶筒的下端顶压装配有滑动密封套装在中心管的外周上的外筒，外筒和中心管之间设有阻止外筒相对于中心管向下移动的止退结构和用于带动外筒滑动的活塞，并在中心管的管壁上开设有供压力液流入中心管和外筒之间而向上推动活塞的传压孔。在使用时，该封隔器连接在分支井完井管柱的套管上部下放到位后，通过向完井管柱中打压，使得压力液通过活塞向上推动外筒，外筒挤压胶筒而实现坐封，然后向完井管柱中注入水泥浆进行固井。但在固井过程中，完井管柱和井壁之间的井套环空的顶部是被封隔器封堵的，且井套环空和完井管柱的管腔只能通过底部连通，这样在水泥浆的用量比实际用量多时，将出现水泥浆在井套环空中将封隔器向上顶推移位及水泥浆没有完全进行井套环空，其中前者将导致封隔器在分支井的井口位置密封失效，水泥浆依然会进入主井眼中；后者将导致固井作业无法实现碰压，使得完井管柱的底部将形成水泥塞，影响后期作业。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种固井循环工具，旨在解决现有技术中水泥浆在分支井的井套环空中多余的部分引起的憋压问题。另外，本实用新型的另一目的是提供一种使用该固井循环工具的分支井用固井装置。

为了实现以上目的，本实用新型中固井循环工具的技术方案如下：

固井循环工具，包括用于连接在套管串上的管状的工具主体，工具主体的外周上有用于在胀开时封上井套环空的顶部的胶筒，工具主体上设有贯通内外的循环通道，循环通道的外端口处于胶筒的下方。

工具主体包括中心管，所述胶筒套装在中心管的外周上，胶筒的一端挡止设置有处于中心管外周上的定支撑环、另一端顶推设置有滑动装配在中心管的外周上的动支撑环，动支撑环的远离胶筒的一端设置有活塞，活塞外滑动密封套装有设置在中心管外周上的缸套，缸套内设有处于活塞远离胶筒的一端的压力腔，并在中心管上开设有连通压力腔和中心管的管腔的传压孔。

定支撑环处于胶筒的上方，动支撑环处于胶筒的下方，所述循环通道的外端口处于缸套上、并与压力腔连通，所述循环通道由外端口、压力腔和传压孔依次连通而成，外端口上和/或外端口和压力腔之间设有供流体自外向内单向流动的单流开关。

外端口包括处于活塞下方的导流孔，导流孔的内端口连通压力腔、外端口处于缸套的表面上，导流孔内设置有所述单流开关。

外端口包括处于活塞上方的循环孔，循环孔的外端孔口处于缸套的外周面上、内端孔口连通活塞和动支撑环之间的过流腔，并在活塞上开设外端连通过流腔、内端连通压力腔的过流孔，过流孔内设有所述单流开关。

活塞和动支撑环固定连接或一体设置而形成滑动密封装配在中心管和缸套之间的推筒，推筒的内壁和中心管的外壁之间和/或推筒的外壁和缸套的内壁之间设有用于阻止推动在中心管上向远离胶筒的方向移动的止退结构。

止退结构包括设置在推筒上的动锁环和设置在中心管或缸套上的定锁环，定锁环上设置有牙顶向靠近胶筒的方向倾斜的定止退锯齿，动锁环上设有与定止退锯齿适配的动止退锯齿。

推筒上还设有用于向动锁环施加沿径向靠近定锁环的弹性压力的橡胶环。

循环通道的内、外端口均有两个以上，各内、外端口均在工具主体的周向上间隔均布。

本实用新型中分支井用固井装置的技术方案如下：

分支井用固井装置，包括用于下放到分支井眼中的套管串和用于插入套管串中的注浆管串，套管串上连接有用于下放到分支井眼的顶部的固井循环工具，固井循环工具包括用于连接在套管串上的管状的工具主体，工具主体的外周上有用于在胀开时封上井套环空的顶部的胶筒，工具主体上设有贯通内外的循环通道，循环通道的外端口处于胶筒的下方。

工具主体包括中心管，所述胶筒套装在中心管的外周上，胶筒的一端挡止设置有处于中心管外周上的定支撑环、另一端顶推设置有滑动装配在中心管的外周上的动支撑环，动支撑环的远离胶筒的一端设置有活塞，活塞外滑动密封套装有设置在中心管外周上的缸套，缸套内设有处于活塞远离胶筒的一端的压力腔，并在中心管上开设有连通压力腔和中心管的管腔的传压孔。

定支撑环处于胶筒的上方，动支撑环处于胶筒的下方，所述循环通道的外端口处于缸套上、并与压力腔连通，所述循环通道由外端口、压力腔和传压孔依次连通而成，外端口上和/或外端口和压力腔之间设有供流体自外向内单向流动的单流开关。

外端口包括处于活塞下方的导流孔，导流孔的内端口连通压力腔、外端口处于缸套的表面上，导流孔内设置有所述单流开关。

外端口包括处于活塞上方的循环孔，循环孔的外端孔口处于缸套的外周面上、内端孔口连通活塞和动支撑环之间的过流腔，并在活塞上开设外端连通过流腔、内端连通压力腔的过流孔，过流孔内设有所述单流开关。

活塞和动支撑环固定连接或一体设置而形成滑动密封装配在中心管和缸套之间的推筒，推筒的内壁和中心管的外壁之间和/或推筒的外壁和缸套的内壁之间设有用于阻止推动在中心管上向远离胶筒的方向移动的止退结构。

止退结构包括设置在推筒上的动锁环和设置在中心管或缸套上的定锁环，定锁环上设置有牙顶向靠近胶筒的方向倾斜的定止退锯齿，动锁环上设有与定止退锯齿适配的动止退锯齿。

推筒上还设有用于向动锁环施加沿径向靠近定锁环的弹性压力的橡胶环。

循环通道的内、外端口均有两个以上，各内、外端口均在工具主体的周向上间隔均布。

本实用新型中循环通道能够将工具主体的内外空间连通，这样在从注浆管串向井套环空之间注入水泥浆时，多余的水泥浆可从循环通道进入注浆管串和套管串之间的管套环空，这实际上是将多余的水泥浆置于套管串中，以避免多余的水泥浆在井套环空中的憋压，使得这部分水泥浆不会再套管串的底部形成水泥塞或将固井循环工具顶推移位，因而本实用新型中固井循环工具具有便于分支井的固井和固井可靠的优点。

进一步的，循环通道的压力腔和传压孔同时也是供压力液压动活塞的传压通道的一部分，并通过单流开关在外端口上的单向截流，这样在坐封时，在压力液从传压孔向压力腔流动的状态下，单流开关处于关闭状态，使得循环通道的外端口关闭，压力液在压力腔中憋压而推动活塞；在注浆阶段，水泥浆将从循环通道的外向内流动，这样单流开关将处于打开状态，使得多余的水泥浆可从循环通道进入中心管内，从而该单流开关保证了循环通道可在坐封和注浆过程中均起到过流作用，又保证了在坐封过程中外端口不会打开，因而实现了循环通道的多功能性，并进一步提高了固井的可靠性。

附图说明

图1是本实用新型的固井装置的实施例中固井循环工具的结构示意图；

图2是图1中A处的局部放大图。

图中：1.上接头；2.中心管；3.定支撑环；4.胶筒；5.隔环；6.推筒；7.缸套；8. 循环孔；9.过流腔；10.橡胶环；11.动锁环；12.定锁环，13.上单流开关；14.压力腔；15.传压孔；16. 下单流开关；17.导流孔；18.下接头。

具体实施方式

本实用新型中固井装置的实施例：该固井装置是采用内插法进行分支井固井的分支井用固井装置，主要由套管串和注浆管串组成，以在固井阶段，套管串携带固井循环工具下放到分支井眼中，在下放到位后，将固井循环工具坐封在分支井眼的顶部，然后将注浆管串下放到套管串内，直至注浆管串的底部注浆口插入套管串的底部，这样可在注浆管串和套管串之间形成底部封闭的管套环空，使得水泥浆可从注浆管串中反向注入套管串和井壁之间的井套环空，而注浆碰压后，可通过上提注浆管串而反清洗管套环空内残留的泥饼。

如图1和图2所示，该固井循环工具是分支井用机械式固井循环工具，包括自上而下依次螺纹连接的上接头1、中心管2和下接头18，中心管2的外周上自上而下而下依次套装有定支撑环3、坐封组件、液压缸。定支撑环3为固定在中心管2的外周上的锥形支撑环，定支撑环3挡止在坐封组件的上端上。坐封组件由若干上下间隔设置的坐封胶筒4和隔设在相邻两坐封胶筒4之间的坐封隔环5组成，坐封胶筒4和坐封隔环5的内壁面均与中心管2的外周面滑动密封配合。液压缸包括套装在中心管2外的推筒6，推筒6的上端为顶推在坐封组件的下端下放的动支撑环，该动支撑环又是滑动密封套装在中心管2的外周上的调节支撑环；推筒6的下端为滑动密封装配在中心管2的外周上的活塞；推筒6的内壁和中心管2的外周之间设有阻止推筒6相对于中心管2下落的止退结构，该止退结构包括固定在中心管2的外周上的定锁环12和限位装配在推筒6的内壁上卡槽的动锁环11，定锁环12上设置有牙顶向上倾斜的定止退锯齿，动锁环11处于活塞和动支撑环之间的环形避让槽中、并设有与定止退锯齿适配的动止退锯齿，并在推筒6内壁的卡槽中还装配有套装在动锁环11的外周上的橡胶环10，该橡胶环10向动锁环11施加沿径向向内的弹性压力；推筒6的外壁上开设有处于活塞和动支撑环之间的环形的过流槽，并在推筒6外套装有固定在中心管2的外周上的缸套7，缸套7具有处于活塞下方的环形的下翻沿、滑动密封套装在活塞的外周上的套体和滑动密封装配在过流槽上段中的环形的上翻沿。

液压缸内具有由活塞、中心管2、缸套7的套体和下翻沿围成的压力腔14，该压力腔14也是处于套体和中心管2之间的压力环腔。中心管2上开设有贯通管壁的传压孔15，传压孔15将压力腔14和中心管2的管腔连通。下翻沿上开设有上下贯通的单流孔17，单流孔17的上端口为连通压力腔14的内端口、下端口为处于下翻沿的下环端面上的连通井套环空的外端口，单流孔17有若干个、并在下翻沿的周向间隔均布，各单流孔17内均装配有供液流由外向内单向流动的下单流开关16。活塞的外周边缘上开设有连通在压力腔14和过流槽之间的过流孔，该过流孔的上端口为连通过流槽的外端口、下端口为连通压力腔14的内端口，且该过流孔也有若干个、并在活塞的周向上间隔均布，各个过流孔内均装配有供液流自外向内单向流动的上单流开关13。套体的内壁面封堵在过流槽的槽口上，以由套体、上翻沿和过流槽的槽壁围成环形的过流腔9。套体上开设有处于活塞上方的循环孔8，该循环孔8沿径向贯通套体，循环孔8的内端口连通过流腔9、外端口处于套体的外壁面上并连通井套环空，循环孔8以沿套体轴向布置的两个为一列，且循环孔8有多列，各列循环孔8在套体的周向上间隔均布。循环孔8和单流孔17分别以通过过流通道间接连通压力腔14和直接连通压力腔14的方式，通过压力腔14连通传压孔15，以形成由循环孔8和单流孔17组成外端口、压力腔14作为中间段、传压孔15作为内端口的循环通道。

本实施例中动、定锁环11、12均采用钢材，动、定止退锯齿的牙尖朝向相反，以在相互锁定状态下起到对动支撑环撑托的作用。上接头1的上端采用正旋的母扣接头，下接头18的下端采用反旋的公扣接头，以用于串接在套管串中，同时减少中心管2的内径，增加固井循环工具与井壁的间隙，减少固井注浆阶段的压耗。单流孔17采用圆孔。

该固井装置的工作过程是：

1，钻完分支井眼后，确定固井封固段长，编排套管串，将固井循环工具连接在套管串中，上接头1与上部套管串连接，下接头18与下部套管串相连，连接后下入预定位置；

2，采用内插法固井，以钻具作为注浆管柱而插入套管串的底部，在钻具和套管串之间的管套环空打压，液体通过传压孔15，进入压力腔14，压力推动推筒6上移，依靠动锁环11和定锁环12实现下调节支撑环定位，促使胶筒4膨胀，实现胀封，封隔中心管2和地层环空；

3，泄压；

4，向钻具内注入固井液，液体从井底上返至套管串和井壁之间的井套环空，上单流开关13和下单流开关16打开，通过通道一（单流孔17、下单流开关16、压力腔14、传压孔15）和通道二（循环孔8、过流腔9、上单流开关13、压力腔14、传压孔15）进入钻具和套管串之间的管套环空；

5，固井碰压，上提钻具洗出多余水泥浆，提出钻具，候凝。

本实用新型的固井装置的另一实施例：本实施例与上述实施例的区别在于，液压缸处于胶筒的上方，但循环通道需仍然处于胶筒的下方，此时循环通道与液压缸上的传压通道需相对独立设置。

本实用新型的固井装置其他实施例，固井循环工具的坐封方式也可以采用液压式坐封、换向式坐封（即通过上提或下放管柱的方式进行坐封）、自膨胀坐封等坐封方式，对应的整个固井循环工具的工具主体结构与对应封隔器的主体结构一致，而需保证的是循环通道处于胶筒的下方。尤其在工具主体采用换向式坐封和自膨胀坐封形式的封隔器主体结构时，循环通道中单流开关也可以取消，这是因为在坐封阶段无需打压，所以也无需单流开关在循环通道中单流截流的作用。插入套管串中注浆管串除采用钻具外，还可以采用普通的油管串。

本实用新型中固井循环工具的实施例：本实施例中固井循环工具的结构与上述实施例中固井循环工具的结构相同，因此不再赘述。但该固井循环工具除了可以使用在分支井以外，还可以使用在普通井眼中，即也可以采用在主井中。