固井用耐磨抗回流双胶塞系统及使用方法与流程

本发明公开了一种用于油气田固井施工作业的耐磨抗回流双胶塞系统及使用方法，属于油气田井下作业工具制造和使用技术领域。

背景技术：

在钻井工作完成以后，为了使今后能够顺利生产，需要进行固井作业，但是在实施固井作业之前，由于井内还有未返出地面的钻井泥浆，因此，实施常规固井作业，进行注水泥之前和之后，都需要使用胶塞将套管内的泥浆、注入的水泥浆以及顶替的泥浆分隔开，避免造成钻井泥浆和固井水泥浆的混浆，达到防止固井水泥浆被钻井泥浆污染的问题发生。放入井内的胶塞在固井泵注液体的推动下，从井口下行至碰压座处碰压，最终达到套管鞋处形成良好水泥封固质量的效果。

现有技术中，中国专利“200810102991.9”公开了一种防滑固井胶塞，所述防滑固井胶塞包括：塞头、底托、多级盘状翼和防滑层，在防滑层的下表面上分布有多个凹坑或突起。在注水泥作业中,防滑层的下表面与水泥接触,对于带有凹坑的防滑固井胶塞,水泥会填充进防滑层凹坑中。中国专利“cn203603840u”公开了一种固井用耐磨胶塞，所述固井用耐磨胶塞包括基座和胶塞体，所述胶塞体后部呈球体状或椭球状，前部呈筒状，胶塞体前部卡接在基座上，胶塞体前部外壁上设置有翼片。本实用新型进入套管内后，侧面与管壁接触面较大，且由于胶塞上部泵入液体的推动力，会始终保持侧面与管壁之间有较大的接触力和接触面积，形成磨损后的自动补偿效果。

现有常规固井胶塞，主要有二种类型。一种是单胶塞，只有一个碰压胶塞，固井时跟在入井水泥浆的后面，对水泥浆和泥浆进行隔离，并对套管壁上的水泥浆进行清洁，然后与井底的碰压座碰压，“200810102991.9”公开了防滑固井胶塞和“cn203603840u”公开了固井用耐磨胶塞都属于该类胶塞，能控制水泥塞的长度。这些胶塞在固井时不能对水泥浆和前面的泥浆进行隔离，水泥浆在套管内会与前面的泥浆形成大量的混浆，该混浆在固井结束时运行到环空的上部，不能凝固成致密的水泥石，影响环空上部的封固质量。

另一种是双胶塞，包括下胶塞和上胶塞，固井时，下胶塞投入在水泥浆的前面，上胶塞跟在水泥浆的后面，下胶塞到碰压座时一定压力下被击穿，可继续注入水泥浆，上胶塞到碰压座时，堵住流道，防止替空，保证水泥塞长度。上胶塞和下胶塞都对水泥浆和泥浆进行隔离，并对套管壁上的泥浆和水泥浆进行清洁，可以避免水泥浆的前部和后部在套管内与泥浆形成混浆，既提高环空上部的固井质量，又能保证了下水泥塞的准确控制。

目前使用的单胶塞和双胶塞，都存在技术上的不足，现场固井时，由于种种原因，有时会造成浮箍失效，又由于环空水泥浆的密度要高于泥浆的密度，环空压力要高于套管内的压力，水泥浆要回流，胶塞倒退，导致下水泥塞超长，还增加钻塞时间，同时，环空上部水泥浆缺失，漏封，固井质量就差。使用单胶塞固井，水泥浆前部在管内就形成大量混浆，运行到环空上部，也影响浮箍质量。上述情况，都会给给以后的油井生产埋下了隐患，甚至是引发固井事故。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种固井用耐磨抗回流双胶塞系统及使用方法。本发明进入套管后，在套管内实现水泥浆与前后的泥浆的有效隔离，特别是上胶塞，具有磨损自动补偿性，隔离效果更加优良，能实现长水平段井的高效隔离和管壁清洁，下胶塞穿过碰压座然后比击穿，上胶塞与碰压座碰压密封自锁，单级可靠自锁，即使浮箍失效，水泥浆也不会回流，从而实现水泥塞的精确控制。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种固井用耐磨抗回流双胶塞系统，其特征在于：包括耐磨抗回流上胶塞、下胶塞、碰压座和泄流篮；耐磨抗回流上胶塞上设置有翼片和密封头，密封头上设置有自锁齿，翼片具有后倾角；下胶塞上设置有具有后倾角的翼片；碰压座包括外壳和自锁碰压座，外壳和自锁碰压座均轴向贯通，自锁碰压座密封固定在外壳内，自锁碰压座内壁上设置有与密封头上的自锁齿相配合的自锁结构；所述下胶塞的翼片变形后，下胶塞翼片处的最大外径小于自锁碰压座内径；所述泄流篮在固井施工时与下胶塞配合形成流体通道。

所述耐磨抗回流上胶塞包括耐磨胶塞体、上胶塞芯、自锁齿和密封头，耐磨胶塞体上设置有多个具有后倾角的翼片，耐磨胶塞体固定套设在上胶塞芯上，密封头与上胶塞芯固定连接。

所述上胶塞芯外壁上间隔设置有多个环形槽，耐磨胶塞体对应环形槽设置有多个凸条，耐磨胶塞体通过凸条嵌入环形槽并硫化在上胶塞芯上。

所述耐磨胶塞体后部呈球体或椭球体，前部呈柱体，柱体上间隔设置有多个有后倾角的翼片。

所述密封头通过螺纹连接在上胶塞芯的前端，密封头前部为空心锥柱体，后端为封闭端，空心锥柱体的柱面上设置有环形槽，环形槽内设置有密封圈i。

所述自锁齿呈圆柱状，自锁齿的内圆柱面前端呈喇叭状，自锁齿的外壁为锯齿形螺纹或多个等距的锯齿形槽。

所述下胶塞包括普通胶塞体和下胶塞芯，普通胶塞体上设置有多个具有后倾角的翼片，普通胶塞体套设在下胶塞芯上，且套设后普通胶塞体外径与下胶塞芯外径相同。

所述下胶塞芯呈圆柱状，下胶塞芯的头部为球头，下胶塞芯上设置有环形凹槽，环形凹槽中设置有外螺纹，普通胶塞体嵌入硫化在下胶塞芯环形凹槽的外螺纹上。

所述泄流篮的顶部呈中间开孔的圆环状，底部开口，侧壁由多根筋条形成，多根筋条与顶部和底部连接形成泄流篮。

一种固井用耐磨抗回流双胶塞系统的使用方法，其特征在于：

套管串结构，从下到上依次为：引鞋+套管鞋+浮箍或浮鞋+套管串+浮箍+泄流篮+套管串+碰压座+套管串，碰压座位于水泥塞的顶部位置；

现场固井时，将套管串结构下入到井中，做好固井施工准备后，先注入前隔离液，然后投入下胶塞，再注入水泥浆；

水泥浆注完后，投入耐磨抗回流上胶塞，然后替入泥浆，下胶塞运行到碰压座时，普通胶塞体上的翼片发生变形，使下胶塞整体穿过碰压座继续运行，下胶塞运行到泄流篮时，普通胶塞体的球头进入泄流篮的开孔中，使翼片向前翻折，形成流体通道；

继续替浆，水泥浆通过下胶塞、泄流篮，进入环空，当耐磨抗回流上胶塞运行到碰压座时，密封头进入自锁碰压座内碰压自锁，自锁齿卡在自锁碰压座内，固井施工结束。

采用本发明的优点在于：

一、本发明胶塞体侧面与管壁接触面较大，在液力作用下，具有磨损补偿作用，且胶塞整体性好，摩阻较小，从而提高复杂井和长水平段井中胶塞的隔离和清洁效果，实现水泥塞准确控制，节约钻塞时间。

二、本发明中，所述下胶塞包括普通胶塞体和下胶塞芯，普通胶塞体为设置有多个（一般4～5个）有后倾角的翼片的柱体，所述下胶塞芯中间部位设置外螺纹，所述普通胶塞体嵌入硫化在下胶塞芯中间位置的外螺纹上，该下胶塞结构稳定可靠，能隔离入井水泥浆与前面的泥浆，防止水泥浆与前面的泥浆在管内形成混浆，可提高环空上部的固井质量。

三、本发明中，所述下胶塞柱面外径明显小于自锁碰压座内圆柱面的直径，所述泄流篮为一个侧壁由多根筋条把顶部的圆环和中间开孔的底部连接在一起的篮子状结构，该结构的优点在于，下胶塞能顺利通过碰压座，然后被泄流篮挡住，下胶塞的翼片被打翻，避免下胶塞运行到浮箍位置堵住管内流道，从而保持管内流道畅通，保证水泥浆顺利替入环空。

四、本发明中，所述下胶塞柱面外径明显小于自锁碰压座内圆柱面的直径，所述上胶塞芯的前端连接有密封头和自锁齿，密封头和自锁齿与自锁碰压座配合。该结构的优点在于，下胶塞能顺利通过碰压座，耐磨抗回流上胶塞与碰压座单级碰压自锁，可靠性更好，密封压力更高，能防止浮箍失效时水泥浆回流，能适应大压差预应力固井，从而保证下水泥塞的准确控制，防止水泥浆回流环空上部水泥浆缺失，提高固井质量，也避免水泥浆回流措施高塞，节约钻塞时间。

五、本发明中，所述泄流篮为一个侧壁由多根筋条把顶部的圆环和中间开孔的底部连接在一起的篮子状结构，口朝下倒置安放在浮箍上的套管内，可避免下胶塞直接与浮箍接触堵住浮箍水眼。

综上，本发明能实现固井时套管内水泥浆与前面的泥浆和后面的泥浆分别进行隔离，上胶塞具有磨损自动补偿性，隔离效果更加优良，能适应长水平段井的有效隔离，上胶塞能与碰压座碰压密封自锁，能有效防止水泥浆回流，能提高固井质量，精确控制水泥塞。

附图说明

图1为本发明耐磨抗回流上胶塞结构示意图；

图2为本发明下胶塞结构示意图；

图3为本发明碰压座结构示意图；

图4为本发明泄流篮结构示意图；

图5为本发明耐磨抗回流上胶塞与碰压座碰压自锁后的结构示意图。

图中标记为：1、耐磨抗回流上胶塞，2、下胶塞，3、碰压座，4、泄流篮，5、耐磨胶塞体，6、上胶塞芯，7、自锁齿，8、密封头，9、密封圈i，10、普通胶塞体，11、下胶塞芯，12、外壳，13、自锁碰压座，14、密封圈ii。

具体实施方式

实施例1

一种固井用耐磨抗回流双胶塞系统，包括耐磨抗回流上胶塞1、下胶塞2、碰压座3和泄流篮4；耐磨抗回流上胶塞1上设置有翼片和密封头8，密封头8上设置有自锁齿7，翼片具有后倾角；下胶塞2上设置有具有后倾角的翼片；碰压座3包括外壳12和自锁碰压座13，外壳12和自锁碰压座13均轴向贯通，自锁碰压座13密封固定在外壳12内，自锁碰压座13内壁上设置有与密封头8上的自锁齿7相配合的自锁结构；所述下胶塞2的翼片变形后，下胶塞2翼片处的最大外径小于自锁碰压座13内径；所述泄流篮4在固井施工时与下胶塞2配合形成流体通道。

所述耐磨抗回流上胶塞1包括耐磨胶塞体5、上胶塞芯6、自锁齿7和密封头8，耐磨胶塞体5上设置有多个具有后倾角的翼片，耐磨胶塞体5固定套设在上胶塞芯6上，密封头8与上胶塞芯6固定连接。

所述上胶塞芯6外壁上间隔设置有多个环形槽，耐磨胶塞体5对应环形槽设置有多个凸条，耐磨胶塞体5通过凸条嵌入环形槽并硫化在上胶塞芯6上。

所述耐磨胶塞体5后部呈球体或椭球体，前部呈柱体，柱体上间隔设置有多个有后倾角的翼片。

所述密封头8通过螺纹连接在上胶塞芯6的前端，密封头8前部为空心锥柱体，后端为封闭端，空心锥柱体的柱面上设置有环形槽，环形槽内设置有密封圈i9。

所述自锁齿7呈圆柱状，自锁齿7的内圆柱面前端呈喇叭状，自锁齿7的外壁为锯齿形螺纹或多个等距的锯齿形槽。

所述下胶塞2包括普通胶塞体10和下胶塞芯11，普通胶塞体10上设置有多个具有后倾角的翼片，普通胶塞体10套设在下胶塞芯11上，且套设后普通胶塞体10外径与下胶塞芯11外径相同。

所述下胶塞芯11呈圆柱状，下胶塞芯11的头部为球头，下胶塞芯11上设置有环形凹槽，环形凹槽中设置有外螺纹，普通胶塞体10嵌入硫化在下胶塞芯11环形凹槽的外螺纹上。

所述泄流篮4的顶部呈中间开孔的圆环状，底部开口，侧壁由多根筋条形成，多根筋条与顶部和底部连接形成泄流篮。

一种固井用耐磨抗回流双胶塞系统的使用方法，其特征在于：

套管串结构，从下到上依次为：引鞋+套管鞋+浮箍或浮鞋+套管串+浮箍+泄流篮+套管串+碰压座+套管串，碰压座位于水泥塞的顶部位置；

现场固井时，将套管串结构下入到井中，做好固井施工准备后，先注入前隔离液，然后投入下胶塞，再注入水泥浆；

水泥浆注完后，投入耐磨抗回流上胶塞，然后替入泥浆，下胶塞运行到碰压座时，普通胶塞体上的翼片发生变形，使下胶塞整体穿过碰压座继续运行，下胶塞运行到泄流篮时，普通胶塞体的球头进入泄流篮的开孔中，使翼片向前翻折，形成流体通道；

继续替浆，水泥浆通过下胶塞、泄流篮，进入环空，当耐磨抗回流上胶塞运行到碰压座时，密封头进入自锁碰压座内碰压自锁，自锁齿卡在自锁碰压座内，固井施工结束。

实施例2

如图所示，一种固井用耐磨抗回流双胶塞系统，包括耐磨抗回流上胶塞1、下胶塞2、碰压座3、泄流篮4，耐磨抗回流上胶塞1包括耐磨胶塞体5、上胶塞芯6、自锁齿7和密封头8等，下胶塞2包括普通胶塞体10和下胶塞芯11，碰压座3包括外壳12和自锁碰压座13。所述耐磨胶塞体5后部呈球体或椭球体，前部呈柱体，柱体上间隔设置有多个有后倾角的翼片，所述上胶塞芯6外壁后部间隔设置有多个环形槽，前部外壁为锥柱体，耐磨胶塞体嵌入硫化在上胶塞芯6上。

所述密封头8通过螺纹连接在上胶塞芯6的前端，所述密封头8前部为空心锥柱体，空心锥柱体的柱面上设置有环形槽，环形槽内设置有密封圈i9。

所述自锁齿7的内圆柱面前端倒大角，所述自锁齿7的外壁为锯齿形螺纹或多个等距的锯齿形槽，所述自锁齿7侧壁轴向设置有贯通缺口，所述自锁齿7安装在密封头8中部的小圆柱面上，所述密封头8中部的小圆柱面与前部的柱面锥面过度。

所述自锁碰压座13通过螺纹安装在外壳内，并设置有密封圈ii14，所述自锁碰压座13内圆柱面直径较大，且内圆柱面的后端倒大角，内壁圆柱面上还设置有与密封头相互配合的锯齿形螺纹或多个等距的锯齿形斜槽。

所述普通胶塞体10为设置有多个（一般4～5个）有后倾角的翼片的柱体，所述下胶塞芯11中间部位设置外螺纹，其头部为球头（也可为锥台形头），其尾部为柱体，所述普通胶塞体10的柱体外径与下胶塞芯11的尾部的柱体和头部的球头外径一致，且明显小于自锁碰压座13内圆柱面的直径，所述普通胶塞体10嵌入硫化在下胶塞芯11中间位置的外螺纹上。

所述泄流篮4为一个侧壁由多根筋条把顶部的圆环和中间开孔的底部连接在一起的篮子状结构。

一种固井用耐磨抗回流双胶塞系统的使用方法，现场使用套管串结构，从下到上依次为：引鞋+套管鞋+浮箍（浮鞋）+套管串+浮箍+泄流篮4（口朝下倒置）+套管串+碰压座3+套管串，碰压座3安放在水泥塞的顶部位置，现场固井时，按上述套管串结构下入到井中，做好固井施工准备后，先注入前隔离液，然后投入下胶塞2，再注入水泥浆，水泥浆注完后，投入耐磨抗回流上胶塞1，然后替入泥浆，下胶塞2运行到碰压座3时，普通胶塞体10上的翼片发生更大的变形，下胶塞2整体穿过碰压座3继续运行，下胶塞2运行到泄流篮4时，普通胶塞体10上的翼片向前翻折，形成流体通道，继续替浆，水泥浆通过下胶塞2、泄流篮4，进入环空，当耐磨抗回流上胶塞1运行到碰压座3时，密封头8进入自锁碰压座13内，自锁齿7卡在自锁碰压座13内，如图5所示，密封头8与碰压座3实现碰压自锁双向密封，从而实现固井施工正向碰压和方向抗回流，固井施工结束。