胶塞预警碰压及限时振动固井装置的制作方法

本实用新型涉及油气井工程领域，具体涉及一种胶塞预警碰压及限时振动固井装置。

背景技术：

在固井过程中，振动水泥浆是提高固井质量的有效技术手段之一。已有的一种井下振动固井工具(ZL201520550191.9)能够在不改变常规固井工艺的情况下，使水泥浆在候凝阶段产生振动，从而有效提高固井质量。在振动固井作业中，胶塞起着隔离钻井液与水泥浆、刮掉套管内壁上的泥饼以及碰压的作用。由于注水泥设计及计算误差、现场计量误差或者井漏等问题，顶替液注入体积达到计算用量时没有发生压力升高，造成现场无法确认是否碰压。如果胶塞没有坐在胶塞座上，电路将无法接通，导致振动固井工具不会产生振动，套管内也会留下较长的水泥塞，增加了钻井作业成本。

综上所述，现有技术中存在以下问题：井下振动固井工具由于有时难以保证胶塞碰压，导致振动固井工具不会产生振动。

技术实现要素：

本实用新型提供一种胶塞预警碰压及限时振动固井装置，以解决振动固井工具因故障不会产生振动的问题。

为此，本实用新型提出一种胶塞预警碰压及限时振动固井装置，所述胶塞预警碰压及限时振动固井装置包括：井下振动固井工具和连接在所述井下振动固井工具上方的胶塞预警碰压指示器组件；

其中，所述胶塞预警碰压指示器组件包括：外套、外胶塞座、内胶塞座、胶塞体、骨架、压环、端环、螺钉、外套剪切销钉、内套剪切销钉、剪销上套、剪销下套、密封盖、密封圈和弹簧；

外胶塞座通过外套剪切销钉安装在外套的内部；外套和外套剪切销钉之间的缝隙通过密封圈和密封盖进行密封连接；外套剪切销钉径向外侧依次套设安装剪销上套和剪销下套，外套剪切销钉连接固定在剪销下套内部；剪销上套的下部安装弹簧，剪销上套通过所述弹簧坐落在外套的中部；剪销下套连接固定在外胶塞座的中部；内胶塞座通过内套剪切销钉安装在外胶塞座的内部；内胶塞座的径向依次安装压环、胶塞体和骨架；端环通过螺钉连接固定在内胶塞座的底端。

进一步地，所述弹簧为锥形弹簧。

进一步地，所述密封盖通过螺纹连接固定在外套的中部。

进一步地，所述外套剪切销钉与剪销上套之间是间隙配合。

进一步地，所述外套剪切销钉通过螺纹连接固定在剪销下套内部。

进一步地，所述井下振动固井工具和胶塞预警碰压指示器组件通过套管接箍和套管进行连接。

进一步地，套筒的外径为153.7mm，长度为330mm。

进一步地，外胶塞座内部中空，内孔直径为106mm。

进一步地，内胶塞座内部中空，内孔直径为54mm。

进一步地，所述胶塞预警碰压及限时振动固井装置还包括：控制所述井下振动固井工具进行限时振动的限时电路模块，固定在所述井下振动固井工具上，所述井下振动固井工具具有按压开关，所述限时电路模块与所述按压开关串联。

当胶塞下行到胶塞预警碰压指示器组件时，外胶塞座中的外套剪切销钉被剪断，剪销上套和剪断的外套剪切销钉上部因为锥形弹簧的弹力沿着径向外侧移动，保证了外套剪切销钉剪断前后的通径不会变小。井口压力表监测到压力波动，表示胶塞已经到达胶塞预警碰压指示器组件位置。如果由于胶塞预警碰压指示器组件故障无法剪断外套剪切销钉，继续加压，内胶塞座中的内套剪切销钉被剪断。冗余的销钉剪断设计确保了胶塞在胶塞预警碰压指示器组件位置能够顺利下行，保证胶塞碰压，解决了振动固井工具因故障不会产生振动的问题。

当胶塞下行到一种井下振动固井工具位置碰压，开关上杆下行，使电路导通。由于电路导通，电机振动组件工作，偏心块沿电机轴旋转，产生径向振动。电路导通后，限时电路模块开始计时，这样，保证了准确的振动时间，造成固井质量达到最优。

附图说明

图1为本实用新型的胶塞预警碰压及限时振动固井装置的整体结构示意图；

图2为本实用新型的胶塞预警碰压指示器组件的结构示意图；

图3示出了本实用新型的胶塞预警碰压指示器组件的预警碰压状态；

图4示出了本实用新型的胶塞预警碰压指示器组件的外套销钉剪断的状态；

图5示出了本实用新型的胶塞预警碰压指示器组件的内套销钉剪断的状态。

附图标号说明：

1-胶塞预警碰压指示器组件，2-套管接箍，3-套管，4-井下振动固井工具，5-限时电路模块

201-外套，202-外胶塞座，203-内胶塞座，204-胶塞体，205-骨架，206-压环，207-端环，208-螺钉，209-外套剪切销钉，210-内套剪切销钉，211-剪销上套，212-剪销下套，213-密封盖，214-密封圈，215-弹簧

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型。

如图1所示，本实用新型的胶塞预警碰压及限时振动固井装置包括：井下振动固井工具4和连接在所述井下振动固井工具4上方的胶塞预警碰压指示器组件1；井下振动固井工具4可以采用专利号为201520550191.9、名称为一种井下振动固井工具的中国实用新型专利；

其中，如图2所示，所述胶塞预警碰压指示器组件1包括：外套201、外胶塞座202、内胶塞座203、胶塞体204、骨架205、压环206、端环207、螺钉208、外套剪切销钉209、内套剪切销钉210、剪销上套211、剪销下套212、密封盖213、密封圈214和弹簧215；

内胶塞座203设置在外胶塞座202内，外胶塞座202和内胶塞座203同轴设置，外胶塞座202和内胶塞座203均设有容纳胶塞的进入的入口或容纳胶塞通过的通道；外胶塞座202通过外套剪切销钉209安装在外套201的内部；外套201和外套剪切销钉209之间的缝隙通过密封圈214和密封盖213进行密封连接(静密封)；外套剪切销钉209径向外侧依次套设安装剪销上套211和剪销下套212，外套剪切销钉209连接固定在剪销下套212内部；剪销上套211的下部安装弹簧215，剪销上套211通过所述弹簧215坐落在外套201的中部；剪销下套212连接固定在外胶塞座202的中部；内胶塞座203通过内套剪切销钉210安装在外胶塞座202的内部；内胶塞座203的径向依次安装压环206、胶塞体204和骨架205；骨架205为环形支架，起支撑作用；端环207通过螺钉208连接固定在内胶塞座203的底端，螺钉208限制端环的径向旋转。

本实用新型最佳实施例的使用过程如图3所示：在注入水泥浆工艺过程中，当胶塞与胶塞预警碰压指示器组件1碰压时，外胶塞座202中的外套剪切销钉209被剪断，如图4所示，剪销上套211和剪断的外套剪切销钉209上部因为(锥形)弹簧215的弹力沿着径向外侧移动，保证了外套剪切销钉209剪断前后外套201的通径不会变小。井口压力表监测到压力波动，表示胶塞已经到达胶塞预警碰压指示器组件位置1。如果由于胶塞预警碰压指示器组件1故障无法剪断外套剪切销钉209，继续加压，如图5所示，内胶塞座203中的内套剪切销钉210被剪断。冗余的销钉剪断设计确保了胶塞在胶塞预警碰压指示器组件1位置能够顺利下行。

进一步地，所述弹簧215为锥形弹簧，用于对剪断后销钉和剪销上套沿径向外侧移动。

进一步地，所述密封盖213通过螺纹连接固定在外套201的中部，这样，便于安装制作。

进一步地，所述外套剪切销钉209与剪销上套211之间是间隙配合，以保证合适的配合关系。

进一步地，所述外套剪切销钉209通过螺纹连接固定在剪销下套212内部，便于安装制作。

进一步地，所述井下振动固井工具和胶塞预警碰压指示器组件通过套管接箍2和套管3进行连接，以便与井下振动固井工具形成配合。

进一步地，套筒的外径为153.7mm，长度为330mm，但不限于此尺寸。

进一步地，外胶塞座内部中空，内孔直径为106mm，但不限于此尺寸。

进一步地，内胶塞座内部中空，内孔直径为54mm，但不限于此尺寸。

进一步地，所述胶塞预警碰压及限时振动固井装置还包括：控制所述井下振动固井工具4进行限时振动的限时电路模块5，固定在所述井下振动固井工具4上，所述井下振动固井工具4具有按压开关，所述限时电路模块5与所述按压开关串联。

其中，井下振动固井工具4采用专利号为201520550191.9、名称为一种井下振动固井工具的中国实用新型专利，该井下振动固井工具包括:电机振动组件，用于产生径向振动，电机振动组件含有电机；电池供电组件，用于为电机振动组件供电，电池供电组件含有电池；按压开关，用于开关电机振动组件，该按压开关与电机振动组件和电池供电组件连接。限时电路模块5与所述按压开关串联，因而，无需外来电源，便可实现电源供给。

井下振动固井工具4的按压开关包括动触头、静触头和用于使动触头复位的复位部件，静触头与电池供电组件固定连接，静触头位于所述动触头的下方，所述动触头能够上下往复移动。电池供电组件包括本体和筒形的上盖，上盖固定于本体的上端，上盖的内壁设有安装环，电池设置于本体内，静触头的下端与电池的两级中的一极电连接，所述动触头插接于安装环，所述动触头通过线缆与电机的两级中的一极电连接，电池的两级中的另一极通过线缆与电机的两级中的另一极电连接。本体含有内筒和外筒，该内筒套设于该外筒内，多个电池设置于所述内筒和外筒之间的环形空间内，所述动触头包括开关下杆和插头，开关下杆沿竖直方向设置，插头固定于开关下杆的下端，插头位于安装环的下方，开关下杆密封插接于安装环，该内筒的上端与安装环密封连接，该外筒的上部与上盖的下端密封连接。上盖的上端内插接有筒形的胶塞座，胶塞座的侧壁内插接有开关上杆，开关上杆沿竖直方向设置，开关上杆能够上下移动，开关上杆的下端与开关下杆的上端连接，当电机振动组件处于关闭状态时，开关上杆的上端露出胶塞座的侧壁。

胶塞下行到井下振动固井工具4位置碰压开关上杆，开关上杆下行，使井下振动固井工具4的电路导通。由于电路导通，电机振动组件工作，偏心块沿电机轴旋转，产生径向振动。电路导通后，限时电路模块5开始计时。限时电路模块5内设有计时或限时装置，计时或限时装置连接按压开关，能够控制按压开关断电。限时电路模块5可以采用现有的各种合适的限时控制装置，或者从市场上购得，用于限制井下振动固井工具4的振动时间。根据不同的井况，限时电路模块5设置的计时或限时时间范围为10min～30min。到时后，限时电路模块5通过计时或限时装置控制按压开关断电，因而保证了准确的振动时间。该装置无需地面线缆供电就可在井下完成水泥浆候凝阶段的预警碰压和限时振动。

本实用新型主要用于胶塞碰压和振动固井，如果无法剪断胶塞预警碰压指示器组件外套剪切销钉时，可以继续加压剪断内套剪切销钉，通过胶塞预警碰压指示器组件位置准确校核顶替液注入体积。可以预估出胶塞下行到达一种井下振动固井工具位置碰压所需的时间，确保胶塞碰压。该装置在候凝阶段产生的振动时间可以设置，能够使固井质量达到最优。同时本实用新型不需要改变现有固井工艺、设计简单、加工成本较低、装配方便。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。为本实用新型的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。