机械式水泥承留器、水泥承留器坐封工具及其控制装置的制作方法

本发明涉及一种机械式水泥承留器、水泥承留器坐封工具及其控制装置，属于油气井封堵工具。

背景技术：

1、利用枯竭油气藏建设储气库，为保证储气库气密封的完整性，需要将区块内的老井不利用油气层或废弃井进行封堵。目前国内储气库老井或废弃井封堵主要采用机械式水泥承留器，机械式水泥承留器主要由水泥承留器和坐封工具组成。

2、例如授权公告号为cn201065749y的中国实用新型专利公开的一种水泥承留器坐封工具，再例如授权公告号为cn203835327u的中国实用新型专利公开的一种水泥承留器，机械式水泥承留器通过旋转和上提管柱坐封，其结构如图1所示，包括坐封中心管200、套设在坐封中心管200外部的扶正装置400，坐封中心管200上端设有上端接头100，扶正装置400上端设有上端衬套300，坐封中心管200与扶正装置400之间可旋转是水泥承留器坐封必要的结构特点，由于这个特点，水泥承留器入井过程常有中途坐封现象发生，也即中途坐封发生的原因是坐封中心管200与扶正装置400发生了旋转。因此，水泥承留器入井过程中，坐封中心管200与扶正装置400不能发生旋转。但当作业机提升系统大钩打钮或人工操作不当或井身不规则时，旋转会发生，当坐封中心管200与扶正装置400之间旋转超过一定角度(10圈)时，卡瓦控制套500和水泥承留器600的上卡瓦601出现分离，上卡瓦601不受控制，在内弹簧的弹力作用下径向撑开于套管内壁，接油管单根时，上提管柱就会出现水泥承留器中途坐封。

3、目前处理中途坐封，通常需要重新下管柱磨铣，费工、费时。还有一种预防防转措施，在现场水泥承留器入井过程中，要求每下放10-15根油管，需要用管钳手动反方向旋转管柱，费力、费时且效果不佳。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种水泥承留器坐封工具控制装置，以解决现有机械式水泥承留器在入井过程中坐封工具容易发生中途坐封、且采用管钳手动反方向旋转管柱而导致费时费力且效果不佳的问题；本发明的目的还在于提供一种水泥承留器坐封工具，以配合水泥承留器坐封工具控制装置解决上述问题；本发明的目的还在于提供一种机械式水泥承留器，以解决上述问题。

2、为实现上述目的，本发明中的水泥承留器坐封工具控制装置采用如下技术方案：

3、水泥承留器坐封工具控制装置，包括：控制中心管、套设在控制中心管外部的定位机构、扶正机构、上连接套和下连接套，控制中心管的上端用于连接管柱、下端用于连接水泥承留器坐封工具的上端接头；定位机构位于扶正机构上方且两者固定连接，定位机构包括键套、设置在键套内且用于弹性顶压控制中心管外壁的定位键，控制中心管上设有用于供定位键嵌入以对定位机构进行锁定的定位槽；扶正机构包括扶正体、安装在扶正体上且用于弹性顶压套管内壁的摩擦件；上连接套连接在扶正机构下方且上连接套上安装有轨道销钉，控制中心管的外周面上设有分别供轨道销钉嵌入的长轨道槽、短轨道槽以及位于长轨道槽和短轨道槽下方的换向槽，换向槽用于在控制中心管上提和下放时使轨道销钉在长轨道槽和短轨道槽之间切换，以使轨道销钉具有位于短轨道槽上端的第一上死点位置和位于长轨道槽上端的第二上死点位置，轨道销钉处于第二上死点位置时所述定位键嵌入定位槽中；下连接套用于连接水泥承留器坐封工具的上端衬套，下连接套和上连接套之间设置有用于上下导向且周向止转的配合结构，上连接套具有在水泥承留器下井过程中使轨道销钉处于第一上死点位置、同时通过配合结构与下连接套在周向上止转配合的止转工位，上连接套还具有在水泥承留器到位后通过上提和下放管柱使轨道销钉切换至第二上死点位置、同时与下连接套脱离的脱离工位。

4、上述技术方案的有益效果在于：由于控制中心管的上端用于连接管柱、下端用于连接水泥承留器坐封工具的上端接头，因此控制装置能够和水泥承留器坐封工具进行连接，并且随管柱一起下井；由于下连接套用于连接水泥承留器坐封工具的上端衬套，因此下连接套与坐封工具建立了连接关系，且由于上端衬套属于坐封工具的扶正装置的零部件，因此即坐封工具的扶正装置与控制装置的下连接套建立连接关系；下井过程中，上连接套处于止转工位，上连接套上的轨道销钉位于短轨道槽内并处于第一上死点位置，同时上连接套通过配合结构与下连接套在周向上止转配合，因此下连接套无法相对于上连接套转动，而因轨道销钉位于控制中心管外周面的短轨道槽内，上连接套无法相对于控制中心管旋转，因此间接实现了坐封工具的扶正装置无法相对于坐封中心管和控制中心管进行旋转的目的，这样就可以避免坐封工具发生中途坐封，控制十分方便，不需要用管钳手动反方向旋转管柱，解决了现有技术中费时费力且效果不佳的问题。

5、当水泥承留器到位后，通过上提和下放管柱的操作，利用换向槽使轨道销钉切换至长轨道槽内并处于第二上死点位置，此时定位机构中的定位键刚好卡入控制中心管的定位槽内，实现对定位机构的锁定，此后定位机构、扶正机构、轨道销钉以及上连接套将无法再相对于控制中心管上下移动；并且在上提管柱的过程中以及下放管柱的前面行程中，下连接套和上连接套通过配合结构在上下方向上导向配合，而由于扶正机构撑紧在套管内壁上，也即扶正机构、定位机构、上连接套相对于套管固定不动，因此在下放管柱的行程中，控制中心管相对于扶正机构、定位机构、上连接套不断向下移动，在下放管柱的后面行程中，控制中心管带动下连接套与上连接套脱离，最终定位键卡入定位槽内，上连接套处于脱离工位。此后，通过正常操作管柱，即可实现水泥承留器的坐封。

6、进一步地，摩擦件为摩擦块，扶正机构还包括顶装在摩擦块和扶正体之间的第一弹性件；扶正体上沿周向间隔设置有至少两个开口朝向径向外侧且用于安装摩擦块的安装槽，摩擦块的上下两端分别设置有挡边，扶正体的上下两端分别固定有与挡边挡止配合以将摩擦块限位在扶正体上的上压环和下压环。

7、上述技术方案的有益效果在于：通过第一弹性件方便实现摩擦块弹性顶压套管内壁；通过在扶正体上设置安装槽，方便了摩擦块的安装；通过在摩擦块的上下两端分别设置挡边，同时在扶正体的上下两端分别固定上压环和下压环，与挡边挡止配合，将摩擦块限位在扶正体上，可以避免摩擦块脱出，保证较好的使用效果。

8、进一步地，上连接套的上端设置有环形凸台，所述轨道销钉安装在环形凸台上，环形凸台位于扶正体的下方，下压环的内侧设置有朝上的用于支撑环形凸台的台阶面。

9、上述技术方案的有益效果在于：环形凸台不仅方便了轨道销钉的安装，而且通过支撑在下压环内侧的台阶面上，实现了上连接套连接在扶正机构下方，同时也方便扶正机构和上连接套之间的相对转动。

10、进一步地，下压环包括与扶正体螺纹连接的限钉压环和与限钉压环螺纹连接的挡环，限钉压环与摩擦块下端的挡边挡止配合，所述台阶面设置在挡环上，所述轨道销钉插装在环形凸台上，轨道销钉的一端嵌入长轨道槽或短轨道槽中，另外一端位于限钉压环内侧且与限钉压环挡止配合。

11、上述技术方案的有益效果在于：下压环由分体的限钉压环和挡环组成，且连接方式均为螺纹连接，方便加工制造、安装以及拆卸检修；轨道销钉插装在环形凸台上，结构简单，方便安装；轨道销钉的一端嵌入长轨道槽或短轨道槽中，另外一端位于限钉压环内侧且与限钉压环挡止配合，可以避免轨道销钉脱出。

12、进一步地，键套为一体式套体结构，键套上设置有沿径向延伸的用于安装定位键的定位键槽，键套上与定位键槽对应的位置还固定有压板。

13、上述技术方案的有益效果在于：方便键套的安装，同时通过设置定位键槽也方便了定位键的安装，键套上固定的压板可以防止定位键脱出。

14、进一步地，定位机构还包括顶装在压板和定位键之间的第二弹性件。

15、上述技术方案的有益效果在于：方便实现对控制中心管外壁的弹性顶压，也便于控制中心管相对于定位机构下移时，定位键顺利卡入定位槽中。

16、进一步地，键套上还设置有沿轴向延伸的用于安装压板的压板槽，压板通过固定螺钉安装在压板槽内。

17、上述技术方案的有益效果在于：通过设置压板槽方便了压板的固定，同时也能够避免压板凸出；压板通过固定螺钉安装在压板槽内，方便安装和拆卸。

18、进一步地，配合结构包括设置在上连接套的外周面上且沿上下方向延伸的配合槽，配合结构还包括固定在下连接套的上端且与配合槽匹配的配合键。

19、上述技术方案的有益效果在于：配合结构形式简单，方便加工制造和使用。

20、为实现上述目的，本发明中的水泥承留器坐封工具采用如下技术方案：

21、水泥承留器坐封工具，包括坐封中心管和套设在坐封中心管外部的上端衬套，坐封中心管的上端设置有用于与水泥承留器坐封工具控制装置的控制中心管进行连接的上端接头，上端衬套上设置有用于与水泥承留器坐封工具控制装置的下连接套进行连接的衬套接头，上端接头的外径小于衬套接头的外径，以使水泥承留器坐封工具控制装置的下连接套能够套过上端接头实现与衬套接头的连接。

22、上述技术方案的有益效果在于：本发明提供的水泥承留器坐封工具与水泥承留器坐封工具控制装置配合使用，坐封中心管的上端设置有用于与水泥承留器坐封工具控制装置的控制中心管进行连接的上端接头，可以实现与水泥承留器坐封工具控制装置之间的连接，便于与水泥承留器坐封工具控制装置、管柱一起下井；同时，上端衬套上设置有用于与水泥承留器坐封工具控制装置的下连接套进行连接的衬套接头，上端接头的外径小于衬套接头的外径，使得水泥承留器坐封工具控制装置的下连接套能够套过上端接头实现与衬套接头的连接，这样在水泥承留器坐封工具控制装置的控制中心管下行时，下连接套和水泥承留器坐封工具可以同步下行，实现水泥承留器坐封工具控制装置的上连接套切换至脱离工位，保证下井过程中坐封工具不发生中途坐封，而在到位后又不影响水泥承留器的正常坐封。

23、为实现上述目的，本发明中的机械式水泥承留器采用如下技术方案：

24、机械式水泥承留器，包括水泥承留器，还包括水泥承留器坐封工具和水泥承留器坐封工具控制装置，水泥承留器坐封工具连接在水泥承留器的上方，水泥承留器坐封工具控制装置连接在水泥承留器坐封工具的上方，水泥承留器坐封工具包括坐封中心管和套设在坐封中心管外部的上端衬套，坐封中心管的上端设置有用于与水泥承留器坐封工具控制装置的控制中心管进行连接的上端接头，上端衬套上设置有用于与水泥承留器坐封工具控制装置的下连接套进行连接的衬套接头，上端接头的外径小于衬套接头的外径，以使水泥承留器坐封工具控制装置的下连接套能够套过上端接头实现与衬套接头的连接；水泥承留器坐封工具控制装置包括：控制中心管、套设在控制中心管外部的定位机构、扶正机构、上连接套和下连接套，控制中心管的上端用于连接管柱、下端用于连接水泥承留器坐封工具的上端接头；定位机构位于扶正机构上方且两者固定连接，定位机构包括键套、设置在键套内且用于弹性顶压控制中心管外壁的定位键，控制中心管上设有用于供定位键嵌入以对定位机构进行锁定的定位槽；扶正机构包括扶正体、安装在扶正体上且用于弹性顶压套管内壁的摩擦件；上连接套连接在扶正机构下方且上连接套上安装有轨道销钉，控制中心管的外周面上设有分别供轨道销钉嵌入的长轨道槽、短轨道槽以及位于长轨道槽和短轨道槽下方的换向槽，换向槽用于在控制中心管上提和下放时使轨道销钉在长轨道槽和短轨道槽之间切换，以使轨道销钉具有位于短轨道槽上端的第一上死点位置和位于长轨道槽上端的第二上死点位置，轨道销钉处于第二上死点位置时所述定位键嵌入定位槽中；下连接套用于连接水泥承留器坐封工具的上端衬套，下连接套和上连接套之间设置有用于上下导向且周向止转的配合结构，上连接套具有在水泥承留器下井过程中使轨道销钉处于第一上死点位置、同时通过配合结构与下连接套在周向上止转配合的止转工位，上连接套还具有在水泥承留器到位后通过上提和下放管柱使轨道销钉切换至第二上死点位置、同时与下连接套脱离的脱离工位。

25、上述技术方案的有益效果在于：由于控制中心管的上端用于连接管柱、下端用于连接水泥承留器坐封工具的上端接头，因此控制装置能够和水泥承留器坐封工具进行连接，并且随管柱一起下井；由于下连接套用于连接水泥承留器坐封工具的上端衬套，因此下连接套与坐封工具建立了连接关系，且由于上端衬套属于坐封工具的扶正装置的零部件，因此即坐封工具的扶正装置与控制装置的下连接套建立连接关系；下井过程中，上连接套处于止转工位，上连接套上的轨道销钉位于短轨道槽内并处于第一上死点位置，同时上连接套通过配合结构与下连接套在周向上止转配合，因此下连接套无法相对于上连接套转动，而因轨道销钉位于控制中心管外周面的短轨道槽内，上连接套无法相对于控制中心管旋转，因此间接实现了坐封工具的扶正装置无法相对于坐封中心管和控制中心管进行旋转的目的，这样就可以避免坐封工具发生中途坐封，控制十分方便，不需要用管钳手动反方向旋转管柱，解决了现有技术中费时费力且效果不佳的问题。

26、当水泥承留器到位后，通过上提和下放管柱的操作，利用换向槽使轨道销钉切换至长轨道槽内并处于第二上死点位置，此时定位机构中的定位键刚好卡入控制中心管的定位槽内，实现对定位机构的锁定，此后定位机构、扶正机构、轨道销钉以及上连接套将无法再相对于控制中心管上下移动；并且在上提管柱的过程中以及下放管柱的前面行程中，下连接套和上连接套通过配合结构在上下方向上导向配合，而由于扶正机构撑紧在套管内壁上，也即扶正机构、定位机构、上连接套相对于套管固定不动，因此在下放管柱的行程中，控制中心管相对于扶正机构、定位机构、上连接套不断向下移动，在下放管柱的后面行程中，控制中心管带动下连接套与上连接套脱离，最终定位键卡入定位槽内，上连接套处于脱离工位。此后，通过正常操作管柱，即可实现水泥承留器的坐封。

27、进一步地，摩擦件为摩擦块，扶正机构还包括顶装在摩擦块和扶正体之间的第一弹性件；扶正体上沿周向间隔设置有至少两个开口朝向径向外侧且用于安装摩擦块的安装槽，摩擦块的上下两端分别设置有挡边，扶正体的上下两端分别固定有与挡边挡止配合以将摩擦块限位在扶正体上的上压环和下压环。

28、上述技术方案的有益效果在于：通过第一弹性件方便实现摩擦块弹性顶压套管内壁；通过在扶正体上设置安装槽，方便了摩擦块的安装；通过在摩擦块的上下两端分别设置挡边，同时在扶正体的上下两端分别固定上压环和下压环，与挡边挡止配合，将摩擦块限位在扶正体上，可以避免摩擦块脱出，保证较好的使用效果。

29、进一步地，上连接套的上端设置有环形凸台，所述轨道销钉安装在环形凸台上，环形凸台位于扶正体的下方，下压环的内侧设置有朝上的用于支撑环形凸台的台阶面。

30、上述技术方案的有益效果在于：环形凸台不仅方便了轨道销钉的安装，而且通过支撑在下压环内侧的台阶面上，实现了上连接套连接在扶正机构下方，同时也方便扶正机构和上连接套之间的相对转动。

31、进一步地，下压环包括与扶正体螺纹连接的限钉压环和与限钉压环螺纹连接的挡环，限钉压环与摩擦块下端的挡边挡止配合，所述台阶面设置在挡环上，所述轨道销钉插装在环形凸台上，轨道销钉的一端嵌入长轨道槽或短轨道槽中，另外一端位于限钉压环内侧且与限钉压环挡止配合。

32、上述技术方案的有益效果在于：下压环由分体的限钉压环和挡环组成，且连接方式均为螺纹连接，方便加工制造、安装以及拆卸检修；轨道销钉插装在环形凸台上，结构简单，方便安装；轨道销钉的一端嵌入长轨道槽或短轨道槽中，另外一端位于限钉压环内侧且与限钉压环挡止配合，可以避免轨道销钉脱出。

33、进一步地，键套为一体式套体结构，键套上设置有沿径向延伸的用于安装定位键的定位键槽，键套上与定位键槽对应的位置还固定有压板。

34、上述技术方案的有益效果在于：方便键套的安装，同时通过设置定位键槽也方便了定位键的安装，键套上固定的压板可以防止定位键脱出。

35、进一步地，定位机构还包括顶装在压板和定位键之间的第二弹性件。

36、上述技术方案的有益效果在于：方便实现对控制中心管外壁的弹性顶压，也便于控制中心管相对于定位机构下移时，定位键顺利卡入定位槽中。

37、进一步地，键套上还设置有沿轴向延伸的用于安装压板的压板槽，压板通过固定螺钉安装在压板槽内。

38、上述技术方案的有益效果在于：通过设置压板槽方便了压板的固定，同时也能够避免压板凸出；压板通过固定螺钉安装在压板槽内，方便安装和拆卸。

39、进一步地，配合结构包括设置在上连接套的外周面上且沿上下方向延伸的配合槽，配合结构还包括固定在下连接套的上端且与配合槽匹配的配合键。

40、上述技术方案的有益效果在于：配合结构形式简单，方便加工制造和使用。