专利名称：变径胶塞的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种油汽井尾管固井施工中使用的变径胶塞，属钻井工具类。
胶塞在固井作业中起着隔离替置液和水泥浆以及碰压等作用。现有技术中使用的胶塞有上胶塞、下胶塞、自锁胶塞和双级注胶塞等多种。这些胶塞使用在尾管固井施工中存在一个共同的缺点，就是外径能变化的范围太小。由于尾管固井作业的管柱内径差异很大，需要使用的胶塞必须随管柱的内径改变产生较大的变化，因此现有技术中的胶塞无法满足尾管固井作业的要求，特别是不适应在由钻杆柱组成的送入管柱中使用。采用大直径的胶塞，容易在小直径处发生蹩堵，采用小直径胶塞，又不能把管壁上的水泥浆刮尽，保证替置过程中水泥浆与替置液的可靠隔离，影响固井质量。
本实用新型的目的在于提供一种在尾管固井施工中，其外径能在较大范围内自动适应钻杆柱内径变化的新型变径胶塞。该胶塞既能顺利通过钻杆柱，又能刮尽管壁上的水泥浆，保证替置液与水泥浆的可靠隔离。
本实用新型的变径胶塞主要包括主胶塞，弹性片、中心管、导向头及副胶塞等。中心管是一个钢制管状零件，两端车有螺纹、其功用有二个，一是作为安装基管，二是作为传压导管。为了传压，其下部钻有传压孔。导向头制成流线型、圆弧型或大倒角的形式，以减少下行阻力，防止中途遇阻。导向头用螺纹连接在中心管的下端。导向头上面安装主胶塞，主胶塞由橡胶材料制成，具有多个翼片，其翼片的形状制成具有液压楔角的可液压启动自封式结构。主胶塞与导向头之间采用螺纹连接或粘接。主胶塞内装有弹性片，弹性片由金属弹性材料或其它具有高强度的弹性材料制成，贴合或硫化在胶塞内腔，并在内腔里形成一个可传递压力的液压腔室。中心管最上面安装副胶塞，副胶塞由金属芯、橡胶和帘布硫化制成，具有至少一个以上的翼片。
变径胶塞的变径是靠三种方式来实现的。一是依靠胶囊自身的弹性，二是依靠钢片弹性，三是依靠液压胶囊的液压压力。当变径胶塞从大直径向小直径处运移时，由于胶塞底部液压牵引力的作用，胶囊外的裙部首先缩径，达到一定程度后，胶囊挤压钢质弹性片，同时排出胶囊内的液体，使胶塞外径进一步缩小；当变径胶塞从小直径处向大直径处运移时，胶囊在液压和钢质弹性片弹力的作用下膨胀变大，直至胶塞裙部恢复原状。
变径胶塞的密封问题是由三种方式实现的自封式胶塞的裙部在上部液压作用下自动紧贴钻杆内壁；胶囊在橡胶弹力、钢质弹性片的弹力及作用在胶囊内壁的液压力作用下，使胶塞自始至终紧贴钻杆内壁；胶塞外径的过盈配合形成的预压力。上述三种密封方式的共同作用，保证了胶塞与钻杆内壁的可靠和有效密封。
钻杆内变径胶塞的运移方式一改以往单纯顶压推进式为顶底压推拉式，即胶塞在液压作用下，一部分作用在胶塞顶部的环形面积上，对胶塞产生推力；另一部分作用在胶塞底部的圆形面积上产生拉力，拖动胶塞下行，顶部推力一方面推动胶塞下行，另一方面对胶塞裙部产生密封力，作用在胶塞底部的拉力，则在牵动胶塞下行的同时，带动胶塞伸长，直径收缩，避免胶塞由大直径向小直径处运移时发生憋堵，保证胶塞在钻杆内顺利运移。
本实用新型的变径胶塞与现有技术相比具有如下优点和效果1.其外径在工作中能自动适应钻杆柱内径的变化，既能保证胶塞顺利通过钻杆柱，又能保证胶塞与钻杆内壁之间的可靠密封。
2.实现了替置过程中钻杆内水泥浆与替置液的完全隔离，与尾管内预装的空心胶塞配合使用，使固井后的尾管内不残留水泥塞，提高了固井质量，简化了施工工艺，缩短了工程周期，降低了钻井成本。
3.胶塞受力下行方式由传统的顶推式改为液压推拉式，防止了胶塞在小直径处弊死的故障发生。
附
图1是变径胶塞的结构示意图
以下结合附
图1所给出的实施例对本实用新型做进一步的描述。
实施例中的变径胶塞由付胶塞1、中心管2、自封式主胶塞3、金属弹性片4和球状导向头5等组成。胶塞的最上端是副胶塞1、副胶塞1用螺纹连接着中心管2，中心管2外是自封式主胶塞3，自封式主胶塞3内腔硫化粘合有金属弹性片4。自封式主胶塞3与金属弹性片4一起组成一个主胶塞总成。该总成与导向头5用螺纹相连并与中心管2之间留有传递压力的空间。导向头5的中间制有内螺纹，与中心管2下端的外螺纹相连。本实用新型在实际使用中与常用的固井胶塞一样，固井注水泥前预装于注水泥头内，注完水泥后，压胶塞、注替置液，当胶塞到达尾管顶部装置的空心胶塞后，憋压剪断固定空心胶塞的销钉，最后与空心胶塞一起下行至尾管底部的阻流环，碰压，替置过程结束，进行后续工作。
权利要求1.一种油气井尾管固井中使用的变径胶塞，包括密封部分和导向部分，其特征在于密封部分由安装在中心管(2)上的副胶塞(1)和自封式主胶塞(3)组成，自封式主胶塞(3)具有多个翼片，翼片的形状制成具有液压楔角的可液压启动自封式结构，副胶塞(1)由金属芯、橡胶和帘布硫化制成，具有至少一个以上的翼片。
2.根据权利要求1所述的变径胶塞，其特征在于自封式主胶塞(3)内装有弹性片(4)，弹性片(4)由金属材料或其它具有高强度的弹性材料制成，贴合式硫化在胶塞内腔，并在内腔里形成一个可传递压力的液压腔室，其压力由中心管(2)所开的传压孔传入。
3.根据权利要求2所述的变径胶塞，其特征在于该胶塞由付胶塞(1)、中心管(2)、自封式主胶塞(3)，金属弹性片(4)和球状导向头(5)组成，胶塞的最上端是副胶塞(1)、副胶塞(1)连在中心管(2)上，中心管(2)外是自封式主胶塞(3)，自封主胶塞(3)内腔硫合粘合有金属弹性片(4)，它们与导向头(5)相连，并与中心管(2)之间留有传递压力的空间，导向头(5)连接在中心管(2)的下端。
专利摘要本实用新型的变径胶塞是一种油气井尾管固井施工中使用的装置。它的外径能随钻杆柱内径的变化在较大的范围内变化,因此在保证胶塞顺利到达尾管的条件下,有效地分隔固井水泥浆和替置液,消除尾管固井中尾管内残留水泥塞的可能性。该胶塞由副胶塞1、中心管2、自封式主胶塞3、金属弹性片4和球状导向头5等组成。与现有技术相比,其优点是下行顺利,密封可靠。使用该胶塞可提高固井质量,简化施工工艺,缩短工作周期,降低成本。
文档编号E21B33/134GK2403892SQ9925067
公开日2000年11月1日 申请日期1999年12月16日 优先权日1999年12月16日
发明者余雷, 喻晨 申请人:辽河石油勘探局钻采技术服务公司