固井胶塞的制作方法

本发明涉及石油钻井领域，尤其涉及一种固井胶塞。

背景技术：

在石油天然气(包括地热)钻井过程的固井作业中，固井胶塞常被用于隔离水泥浆与钻井液或隔离液。例如，先向套管内注入钻井液或隔离液，再将固井胶塞放入套管中，接着在固井胶塞的上方注入水泥浆，使得固井胶塞能将水泥浆与钻井液或隔离液隔离，待水泥凝固后，完成固井作业。

当需要再次采油或者采气时，通过钻头将固井胶塞及隔离在固井胶塞以下的水泥塞钻碎。碎屑在循环钻井液的作用下排出井口，进而使油气通道畅通。

目前，在钻头钻碎固井胶塞的过程中，固井胶塞会随钻头一起转动(同步或异步)，这样会使得固井胶塞较不易被钻头钻碎，耗时耗力；如果固井胶塞不能被彻底钻碎，容易造成井眼堵塞，从而延长了固井作业的时间，影响后续作业施工。

另外，固井胶塞的外侧壁上还设置有大体呈碗装的凸起部。该凸起部用于将套管内壁上的钻井液、油积泥以及水泥浆刮除，使得套管内壁上不会残留上述的物质，进而提高固井胶塞的密封性。但现有技术中的固井胶塞刮除套管内壁上的残留物的效果不显著，钻井液或水泥浆在套管内壁还有残留，在一定程度上影响了固井质量。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种固井胶塞，其用于解决上述问题中的至少一种。

为了实现上述目的，本发明提供的一种固井胶塞，包括第一塞体、第二塞体以及至少两个清洁部；

所述第一塞体包括：

第一本体，所述第一本体内设置有朝向下端开口的腔室，所述第一本体的上端设置有压力部，所述压力部能在承受的压力大于预设值时破裂，以使所述腔室与所述第一本体的上端连通；

防转部，所述防转部设置在所述第一本体的内壁上，所述防转部能与进入所述腔室内的水泥浆连接，以限制所述第一塞体转动；

所述第二塞体包括第二本体，所述第二本体的下端能与所述第一本体的上端连接，以将所述腔室的上端封堵；

至少两个所述清洁部分别设置在所述第一本体以及所述第二本体的外侧壁上，所述清洁部用于将套管内壁上的残留物刮除，其中，所述清洁部包括：

至少一个第一凸起，所述第一凸起相对水平面倾斜向上延伸；

至少一个第二凸起，所述第二凸起相对水平面倾斜向下延伸。

在一可选的实施方式中，所述第一凸起沿周向呈环状设置；

所述第二凸起为多个，多个所述第二凸起沿周向间隔设置。

在一可选的实施方式中，所述清洁部为多个，多个所述清洁部沿所述第一本体以及所述第二本体的长度方向分别设置在所述第一本体以及所述第二本体的外侧壁上。

在一可选的实施方式中，沿纵向上相邻的所述清洁部的所述第二凸起交错设置。

在一可选的实施方式中，设置在所述第一本体上的至少部分第二凸起的纵向投影呈环状；

设置在所述第二本体上的至少部分第二凸起的纵向投影呈环状。

在一可选的实施方式中，设置在所述第一本体和/或所述第二本体上的所述清洁部为3个。

在一可选的实施方式中，所述第一本体包括第一强化件，所述第一强化件由硬质材料制成，所述第一强化件位于所述腔室内并与所述第一本体的内壁固定连接，所述防转部设置在所述第一强化件的内壁上。

在一可选的实施方式中，所述防转部包括至少一个肋条，所述肋条沿所述第一强化件的长度方向延伸设置。

在一可选的实施方式中，所述第一强化件呈筒状，所述肋条为3个，多个所述肋条相对所述第一强化件的轴向对称设置。

在一可选的实施方式中，所述第二本体的下端设置有导向部，所述第一本体的上端设置有与所述第二本体的导向部相配合的配合部。

在一可选的实施方式中，所述第一凸起的延伸方向和所述第二凸起的延伸方向之间的夹角大于90度且小于180度。

在一可选的实施方式中，所述第一凸起以及第二凸起的纵向截面呈翼状。

在一可选的实施方式中，与所述第一本体连接的所述清洁部与所述第一本体一体成型，与所述第二本体连接的所述清洁部与所述第二本体一体成型。

在一可选的实施方式中，所述第二本体还包括第二强化件，所述第二强化件由硬质材料制成，所述第二强化件设置在所述第二本体内。

在一可选的实施方式中，所述第一凸起的一端与所述第一本体/或第二本体的外侧壁连接，所述第二凸起的一端与所述第一本体的下侧面连接。

在一可选的实施方式中，所述第一凸起的一端与所述第一本体/或第二本体的外侧壁连接，所述第二凸起的一端与所述第一本体/或第二本体的外侧壁连接。

在一可选的实施方式中，所述第二凸起的一端与所述第一本体/或第二本体的外侧壁连接，所述第一凸起的一端与所述第二凸起的上侧面连接。

待水泥浆凝固后，腔室内的防转部能与水泥浆相连接，保证第一塞体能与水泥浆固定连接且第一塞体能对套管进行封堵，使得钻杆对第一塞体进行钻动破坏时，第一塞体不会跟随钻杆进行转动，以便钻杆将第一塞体钻碎，从而避免了现有技术中因固井胶塞不能被彻底钻碎而容易造成井眼堵塞的现象。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的实施方式提供的第一塞体的剖面结构示意图；

图2为本发明的实施方式提供的第二塞体的剖面结构示意图；

图3为本发明的实施方式提供的第一塞体的第一角度的整体结构示意图；

图4为本发明的实施方式提供的第一塞体的第二角度的整体结构示意图；

图5为本发明的实施方式提供的第一塞体泵入到套管内时的结构示意图；

图6为本发明的实施方式提供的第一塞体以及第二塞体处于工作状态时的结构以及位置示意图。

以上附图说明：

1、第一塞体；11、第一本体；12、腔室；13、压力部；14、防转部；2、第二塞体；21、第二本体；3、清洁部；31、第一凸起；32、第二凸起；4、第一强化件；5、第二强化件；6、水泥浆；7、钻井液。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案作详细说明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围内。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

参照图1以及图2所示，本发明的一实施方式公开了一种固井胶塞，包括第一塞体1、第二塞体2以及至少两个清洁部3，其中，第一塞体1包括：第一本体11，第一本体11内设置有朝向下端开口的腔室12，第一本体12的上端设置有压力部13，当压力部13承受的压力大于预设值时，压力部13破裂，腔室12与第一本体11的上端连通；防转部14，其设置在第一本体11的内壁上，防转部14能与进入腔室12内的水泥浆连接，以限制第一塞体1转动；第二塞体2包括：第二本体21，第二本体21的下端能与第一本体11的上端连接，以将腔室12的上端封堵；至少两个清洁部3分别设置在第一本体11以及第二本体21的外侧壁上，清洁部3用于将套管内壁上的残留物刮除，其中，清洁部3包括：至少一个第一凸起31，相对水平面倾斜向上延伸；至少一个第二凸起32，相对水平面倾斜向下延伸。

在现有技术中，第一本体11或第二本体21的外壁一般仅设置有朝上延伸的凸起。在将胶塞下入到套管的过程中，朝上延伸的凸起会因套管的内壁向其施加一向内的挤压力，使得凸起会向内收紧，此时，朝上延伸的凸起的外缘与套管的内壁会产生一定的间隙。由此，采用该种凸起结构的固井胶塞的清洁效果不佳。

相应的，在本申请的实施例中，第一本体11或第二本体21的外壁上设置有倾斜向上设置的第一凸起31和倾斜向下设置的第二凸起32。当清洁部3相对套管内壁下行时，第二凸起31的外缘与套管内壁可以维持在抵靠的状态，以保证清洁效果。当清洁过程结束后，第一凸起31以及第二凸起32可以与套管的内壁贴紧，将套管密封。

具体的，在固井的作业中，参照图5所示，操作人员可以先将第一塞体1泵入套管内，第一塞体1的外侧壁的清洁部3可以将套管内壁上的残留物(钻井液、油积泥以及水泥浆)刮除，进而保证套管内壁的光滑，清洁部3能与套管内壁贴紧，从而保证固体胶塞密封性。

当将第一塞体1泵入到合适的位置时，可以向套管内泵入水泥浆。随着泵压的逐渐升高，当水泥浆的压力大于压力部13所能承受的最大压力值时，水泥浆可以顶破压力部13并进入到第一塞体1的腔室12内。待水泥浆凝固后，腔室12内的防转部14能与水泥浆相连接，保证第一塞体1能与水泥浆固定连接且第一塞体1能对套管进行封堵。当钻杆对第一塞体1进行钻动破坏时，第一塞体1进而不会跟随钻杆进行转动，方便了钻杆对第一塞体1的破坏，从而避免了现有技术中因固井胶塞不能被彻底钻碎，容易造成井眼堵塞的现象。

当第一塞体1设置完毕后，参照图6所示，操作人员可以泵入第二塞体2，实现对套管的二次密封以防止钻井液将水泥浆顶出。第二塞体2的外侧壁上可以设置有清洁部3。该清洁部3能将套管内壁上的残留物(钻井液、油积泥以及水泥浆)刮除，保证套管内壁的光滑。第二塞体2上的清洁部3再能与套管的内壁贴紧，从而保持固井胶塞的密封性。第二塞体2的下端可以与第一塞体1的上端通过水泥浆等粘结剂连接，进而保证钻杆在对第二塞体2进行钻动破坏时，第二塞体2因限位的作用而不会跟随钻头进行转动。

以下将结合附图对本申请的实施例提供的固井胶塞中的各部件以及各部件之间的配合方式进行说明，以使本领域的技术人员在阅读过以下说明书后能实施本发明。

参照图1以及图3所示，第一塞体1可以包括第一本体11。其中，第一本体11的结构可以为多种，例如，第一本体11的横向截面可以大体呈圆环状、矩形、多边形或者不规则形状等。较佳的，因套管的横向截面为圆环形，为了保证第一本体11能与套管的腔室12相配合，第一本体11的结构可以大体呈筒状(横向截面为圆环形)。

第一本体11内可以设置一腔室12。较佳的，该腔室12可以大体呈圆柱形。第一本体11的下端开口并与腔室12连通。第一本体11的上端设置有压力部13。该压力部13可以为一橡胶材质的薄膜，当泵入的水泥浆的压力达到预设值时，该薄膜可以破裂，水泥浆通过薄膜破裂的位置进入腔室12。

具体的，该薄膜可以在对第一本体11加工腔室12时形成，例如，第一本体11可以由橡胶等塑形材料制成。当对第一本体11加工腔室12时，可以设定腔室12上方与第一本体11端部之间的距离。该距离即为压力部13的厚度，厚度越厚，该压力部13的承压能力就越大。其中，该厚度能在实际的生产过程中可以根据具体的使用环境进行确定，本申请对此不作任何限定。

当第一塞体1泵入套管内后，压力部13没有破裂前，第一塞体1的上端封闭，进而保证第一塞体1能将套管进行密封，使得套管内的钻井液不会从套管中溢出。操作人员可以再向套管内泵入水泥浆，水泥浆会向压力部13施加一压力。随着泵入水泥浆的泵入压力逐渐的增大，压力部13会因承受的压力过大的原因而破裂。水泥浆进而能由第一塞体1的上端进入到第一塞体1的腔室12内。进入到腔室12内的水泥浆凝固后，第一塞体1和水泥浆共同将套管密封，进而防止套管内的钻井液溢出。

在本实施方式中，第一本体11的内壁上可以设置有防转部14。其中，防转部14可以为多个沿径向延伸的凸起。防转部14可以与腔室12内凝固后的水泥浆连接，进而保证第一塞体1与水泥浆之间能更牢固的连接。其中，防转部14由金属材质或者非金属材质(铝合金、铝塑以及高强度塑料等)制成。

在一可选的实施方式中，第一塞体1还包括：第一强化件4，该第一强化件4设置在腔室12内并与第一本体11固定连接。具体的，第一强化件4可以为硬质材料。例如，第一强化件4可以为一呈筒状的金属件或者非金属件(铝合金、铝塑以及高强度塑料等)。

当然，第一强化件4还可以为其它形状。例如，第一强化件4的形状可以根据腔室12的形状进行确定，进而保证第一强化件4能套设在第一本体11内且第一强化件4的外侧壁和第一本体11的内部可以固定连接。

第一强化件4与第一本体11之间的固定连接的方式可以为在第一强化件4的外侧壁上设置有若干个凸起部。第一本体11的内壁上可以设置有与凸起部相配合的凹槽。凸起部可以与凹槽相配合，以使第一强化件4和第一本体11之间可以固定连接。在实际的生产过程中，第一本体11的材质可以为橡胶材质，第一本体11进而可以在第一强化件4上通过模具成型，也可以直接在第一强化件4上包裹一层橡胶材质而形成，以使第一本体11能与第一强化件4固定连接。

参照图4所示，当第一本体11内设置有第一强化件时，防转部14可以为设置在第一强化件4的内壁上的至少一个肋条，肋条可以沿第一强化件4的长度方向延伸设置。

具体的，肋条的长度可以与第一强化件4的长度相适配。当水泥浆注入到第一本体11的腔室12后，第一强化件4内也填充有水泥浆。肋条可以被嵌入在凝固的水泥浆中，进而保证第一本体11与水泥浆之间固定连接。为了保证第一强化件4与水泥浆之间的连接强度，较佳的，肋条的数量可以为三个。三个肋条可以相对第一强化件4的轴向对称设置。

套管的内壁上一般会残留有钻井液、油积泥以及水泥浆等残留物。当固井胶塞设置在套管内或者水泥浆注入到套管内后，因为套管的内壁上有残留物的原因，固井胶塞或者凝固后的水泥浆不能很好地与套管内壁进行接触，使得固井胶塞或者凝固后的水泥浆与套管内壁之间的摩擦力较小。当套管内的钻井液压力大于一定值后，可能将固井胶塞或者水泥浆顶开，影响固井效果。

鉴于上述的问题，在本实施方式中，第一本体11上可以设置有多个清洁部3，该清洁部3可以沿第一本体11的长度方向设置在第一本体11的外侧壁上，用于将套管内壁上的残留物刮除，进而保证套管内壁的清洁。

参照图1到图4中任意一幅图所示，清洁部3为多个，多个清洁部3沿第一本体11以及第二本体21的长度方向分别设置在第一本体11以及第二本体21的外侧壁上。

在本实施方式中，当第一本体11、第二本体21以及清洁部3由橡胶等塑形材质制成时，与第一本体11连接的清洁部3与第一本体11可以一体成型。与第二本体21连接的清洁部3与第二本体21也可以一体成型。

具体的，清洁部3可以包括第一凸起31以及第二凸起32。第一凸起31可以相对水平面倾斜向上延伸，其中水平面可以为使用状态下垂直与第一本体11的面。第二凸起32可以相对水平面倾斜向下延伸。其中，第一凸起31的延伸方向和第二凸起32的延伸方向之间的夹角可以大于90度且小于180度。

在本实施方式中，参照图3以及图4所示，第一凸起31可以沿第一本体11的周向连续设置，即第一凸起31可以大体为一胶碗状的结构并套设在第一本体11上。第二凸起32可以为多个。第二凸起32可以设置在第一凸起31的下方并沿第一本体11的周向间隔预设距离设置。

当第一凸起31和第二凸起32都为连续结构时，第一凸起31和第二凸起32的一圈都与套管的内壁贴紧。第一塞体1在泵入套管的过程中会受到较大的阻力，不方便泵入。因此，第二凸起32可以采用间隔设置的结构，即第二凸起32之间形成有开口，当下入第一塞体1时，因此有开口的存在，第一塞体1下方的气体会通过开口排出，保证第一塞体1下入时受到气体压力造成的阻力较小。

在一可选的实施方式中，参照图1所示，第一凸起31和第二凸起32的纵向截面可以呈翼状(三角结构)。同时，第一凸起31和第二凸起32可以有橡胶等弹性材料制成，使得第一凸起31和第二凸起32具有一定的变形空间，当清洁部3对内壁进行清洁时，第一凸起31和第二凸起32能与套管的内壁抵靠，方便刮除套管内壁上的残留物。当清洁完毕后，第一凸起31和第二凸起32能与套管的内壁贴紧，进而保证固井胶塞的密封性。

参照图4所示，当多个第二凸起32为间隔设置的结构时，在同一周向上两个第二凸起32之间存在有开口，为了保证第二凸起32能将该处的残留物刮除，相邻清洁部3上的第二凸起32在纵向上交错设置，例如，相邻设置的上下两个第二凸起32，位于上方的第二凸起32可以设置在下方第二凸起32具有开口的位置，进而保证上方的第二凸起32能将下方第二凸起32不能刮除的残留物刮除干净。

较佳的，设置在第一本体11上的至少部分的第二凸起32在纵向上的投影呈环状，即清洁部3上的第二凸起32部能完整地覆盖套管内壁，尽量避免套管内壁上存在无法刮除干净的问题。

在本实施方式中，第一凸起31和第二凸起32之间的相对位置具有多种。例如，第一凸起31第一凸起31可以设置在第一本体11上，即第一凸起31的端部与第一本体11的外侧壁相连接。第二凸起32可以设置在第一凸起31朝向下方的外侧壁上。

又例如，第一凸起31与第二凸起32都可以设置在第一本体11上，即第一凸起31以及第二凸起32的端部均与第一本体11的侧壁相连接且第一凸起31位于第二凸起32的上方。

又例如，第二凸起32可以设置在第一本体11上，即第二凸起32的端部与第一本体11的外侧壁相连接，且第一凸起31可以设置在第二凸起32朝向上方的外侧壁上。

在一可选的实施方式中，清洁部3的数量可以为三个，各清洁部3沿着第一本体11的长度方向设置。

本实施方式中，参照图2所示，第二塞体2可以包括第二本体21。其中，第二本体21的结构可以为多种，例如，第二本体21的横向截面可以大体圆环状、矩形、多边形或者不规则形状等。

因为套管的横向截面基本为圆环形，较佳的，第二本体21的结构可以大体呈筒状(横向截面为圆环形)，进而保证第二本体21能与套管的腔室12相配合，进而对套管进行密封。为了保证第二塞体2的密封性，第二本体21可以为橡胶材质，进而保证第二塞体2具有一定的变形空间，以将第二本体21和套管内壁之间可能存在的间隙封堵，进而提高第二塞体2的密封性。

第二本体21上可以设置有多个清洁部3。清洁部3沿第二本体21的长度方向设置在第二本体21的外侧壁上，用于将套管内壁上的残留物刮除，进而保证套管内壁的清洁。其中，该清洁部3中的第一凸起31以及第二凸起32与上述设置在第一本体11上的清洁部3的结构和设置方式均相同，技术人员可以参照清洁部3设置在第一本体11上的方式进行实施，在此不再赘述。

在一可选的实施方式中，清洁部3的数量可以为三个，各清洁部3沿着第二本体21的长度方向设置。

在本实施方式中，第二本体21内还设置有第二强化件5，该第二强化件5可以为金属材质或者非金属材质的硬质材料(铝合金、铝塑以及高强度塑料等)。

在本实施方式中，第二本体21的下端可以设置有导向部，第一本体11的上端设置有与第二本体21的导向部相配合的配合部。其中，导向部可以为一从上自下直径不断减小的变径部。配合部可以为一具有与变径部的形状相适配的腔室12的敞口部，使得导向部和配合部之间能相互适配。同时，配合部和导向部之间还形成有一定的空间。水泥浆可以位于该空间内，进而保证第一本体11和第二本体21之间可以相互连接。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为发明人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。