海洋深水钻井用远程无线控制固井专用设备的制造方法
【专利摘要】本发明涉及海洋深水钻井用远程无线控制固井专用设备。本发明包括筒状的固井设备主体，固井设备主体内设有胶塞筒，胶塞筒包括上端封闭的筒体，筒体内设有与筒体内壁密封接触的内滑套，筒体与固井设备主体之间形成用于液体流通的环形空间，内滑套中安装有上胶塞、下胶塞，内滑套下端口外壁处在筒体内壁设有容纳坐封球的凹腔，筒体、内滑套的壁上均设有可对应连通的入液口，筒体上设有与筒体内部相通的进气通道，进气通道中的气流推动内滑套沿筒体轴向向上滑动，使得对应入液口连通，并实现坐封球、胶塞的自动释放。本发明配合无线远程控制终端来控制进气通道内进气的压力即可实现坐封球、上胶塞、下胶塞的自动释放，劳动强度大大降低，安全性能得到极大提升。
【专利说明】
海洋深水钻井用远程无线控制固井专用设备
技术领域
[0001]本发明涉及石油天然气开发钻井领域，具体是涉及一种海洋深水钻井用远程无线控制固井专用设备。
【背景技术】
[0002]在石油天然气开发钻完井阶段，固井设备经常被用来向新钻的井眼与环空之间注入水泥，以此来加固井壁，保证继续钻进，封隔油、气和水层，保证开采过程中正常的油气生产。而随着陆上油气资源的逐渐减少，油气田开发开始从陆地向海上发展，海上油气开发具有高风险、高投入的特点，且各个国家和国际性组织对于HSE的要求越来越高。因此，常规的固井用设备已经不能完全适应当前的固井需求。目前，现有的固井专用设备多为人工操作投球与胶塞，操作不便且风险较大，而旋塞结构的固井专用设备需外接步进电机，且回转空间较大。
【发明内容】
[0003]为了解决上述技术问题，本发明提供一种海洋深水钻井用远程无线控制固井专用设备。
[0004]为了实现本发明的目的，本发明采用了以下技术方案:
[0005]—种海洋深水钻井用远程无线控制固井专用设备，包括筒状的固井设备主体，所述固井设备主体内设有胶塞筒，所述胶塞筒包括上端封闭的筒体，所述筒体内设有与筒体内壁密封接触的内滑套，所述筒体与固井设备主体之间形成用于液体流通的环形空间，所述筒体上设有与筒体内部相通的进气通道，所述进气通道中的气流推动所述内滑套沿所述筒体轴向向上滑动，所述内滑套中安装有上胶塞、下胶塞，位于所述内滑套下端口外壁处在所述筒体内壁设有用于容纳坐封球的凹腔，所述筒体的筒壁上设有沿自身轴向自下而上进行布置的第一入液口、第二入液口、第三入液口，所述内滑套的套壁上设有沿自身轴向自下而上进行布置的第四入液口、第五入液口、第六入液口，所述内滑套在筒体内向上滑动时以择一的方式依次连通所述第一入液口与第四入液口、第二入液口与第五入液口、第三入液口与第六入液口，所述上胶塞位于所述第五入液口与第六入液口之间，所述下胶塞位于所述第四入液口与第五入液口之间，所述坐封球位于所述第四入液口下方。
[0006]进一步的技术方案，所述筒体内壁处设有供所述内滑套滑动的滑道，所述内滑套外壁设有嵌入所述滑道内的凸轨，所述固井设备主体上端螺纹连接有构成液体总进口的上接头，所述筒体上端通过密封顶盖进行密封，所述进气通道沿所述筒体的筒壁布置于所述筒壁本体内部，所述进气通道的前端贯穿所述密封顶盖，所述进气通道的末端与所述滑道相通，所述气流通过作用于所述凸轨而推动所述内滑套沿所述筒体轴向向上滑动，所述密封顶盖上设有与所述进气通道相通的进气接口。
[0007]进一步的技术方案，所述筒体下端与固井设备主体之间通过第一O型密封圈密封配合，所述内滑套两端分别通过第二 O型密封圈与筒体内壁实现密封接触。
[0008]进一步的技术方案，所述坐封球包括上下布置于筒体两侧的第一坐封球、第二坐封球，其中第一坐封球靠近所述内滑套的下端口，所述滑道中设有限制凸轨滑移的第一限位剪切销钉、第二限位剪切销钉、以及第三限位剪切销钉，所述第一限位剪切销钉、第二限位剪切销钉、第三限位剪切销钉沿所述筒体的轴向自下而上依次布置，所述凸轨滑动至第一限位剪切销钉时实现第一坐封球释放，所述凸轨滑动至第二限位剪切销钉时实现第二坐封球释放，所述凸轨滑动至第三限位剪切销钉时第二入液口与第五入液口连通。
[0009]进一步的技术方案，所述内滑套中设有分别用于支撑所述上胶塞、下胶塞的上挡塞阀瓣、下挡塞阀瓣，所述上挡塞阀瓣、下挡塞阀瓣分别通过第一扭簧、第二扭簧固定于所述内滑套的内壁上。
[0010]本发明的有益效果在于:
[0011](I)本发明在使用时，配合无线远程控制终端来控制进气通道内进气的压力即可实现坐封球、上胶塞、下胶塞的自动释放，劳动强度大大降低，安全性能得到极大提升。具体工作时:初始状态下，所述第一入液口与第四入液口相通，其他进液口处于关闭状态，液体由固井设备主体进入到所述环形空间中，并依次通过第一入液口、第四入液口进入所述内滑套中并下行，通过无线远程控制终端控制气动开关，压缩气体依次进入所述进气通道、筒体内部，并气力推动所述内滑套上行，在流体作用下，用于容纳坐封球的凹腔打开实现所述坐封球的释放;加压，内滑套继续上行，所述第二入液口与第五入液口处于连通状态，其他入液口关闭，所述液体自环形空间依次通过所述第二入液口、第五入液口再进入内滑套中并带动所述下胶塞下行，实现下胶塞的释放;继续加压，内滑套上行至筒体顶端，此时第三入液口与第六入液口相通，其他入液口关闭，所述液体自环形空间依次通过所述第三入液口、第六入液口再进入内滑套中并带动所述上胶塞下行，实现上胶塞的释放。本气源来自钻机气源，配套方便，工作介质为空气，使用后直接排入大气而无污染，节能高效，且动作迅速、反应快，维护简单。固井设备主体外无需外加其他设备，整体性更好。
[0012](2)本发明通过在筒体内壁处设置滑道、内滑套外壁处设置凸轨来控制内滑套的滑行路程，所述进气通道内气流通过推动所述凸轨来实现内滑套的滑动，所述进气通道的布置结构紧凑，所述进气接口便于与外部气路连接，本发明结构简单，易于操作。
[0013](3)本发明所述第一O型密封圈可以防止环形空间内的液体从筒体下端与固井设备主体之间的间隙流出，使得液体顺利地从密封空间经连通的入液口进入到所述内滑套中；所述第二 O型密封圈实现筒体内壁与内滑套外壁之间的密封，有效防止液体窜入筒体内壁与内滑套外壁之间的缝隙中，确保液体流通路径的准确性、可靠性。
[0014](4)本发明通过在滑道中设置第一限位剪切销钉、第二限位剪切销钉、以及第三限位剪切销钉，来控制所述第一入液口与第四入液口、第二入液口与第五入液口、第三入液口与第六入液口的连通状态，并实现所述第一坐封球、第二坐封球、上胶塞、下胶塞从下到上的依次释放，具体的使用情况为:所述内滑套上的凸轨上行到达至第一限位剪切销钉时，第一坐封球释放，所述凸轨剪断第一限位剪切销钉并上行到达至第二限位剪切销钉时，第二坐封球释放，所述凸轨剪断第二限位剪切销钉并上行到达至第三限位剪切销钉时，下胶塞释放，所述凸轨剪断所述第三限位剪切销钉继续上行至滑道顶端时，上胶塞释放。本发明结构简单合理，加工制造容易;截面大，具有高耐压、高承载、高承扭的特点，且便于维护保养；本发明能通过无线远程控制气力驱动所述内滑套的滑动，可靠、准确地控制相应入液口的连通情况，并实现坐封球、胶塞的自动释放，操作人员可远离I类危险区操作，劳动强度降低，安全性能得到极大提升。
[0015](5)本发明所述上胶塞、下胶塞下行的过程中在流体压力作用下分别将上挡塞阀瓣、下挡塞阀瓣压开，即上挡塞阀瓣、下挡塞阀瓣分别相对第一扭簧、第二扭簧转动，并使得上胶塞、下胶塞可以顺利由内滑套下端出口释放进入下个阶段。
【附图说明】
[0016]图1为本发明的结构示意图。
[0017]图2、3为本发明中胶塞筒筒体结构示意图。
[0018]图4为本发明中内滑套结构示意图。
[0019]图5为本发明中挡塞瓣阀结构示意图。
[0020]图6为第一坐封球释放状态示意图。
[0021 ]图7为第二坐封球释放状态示意图。
[0022]图8为下胶塞释放状态示意图。
[0023]图9为上胶塞释放状态示意图。
[0024]附图中标记的含义如下
[0025]10-固井设备主体11-上接头20-胶塞筒21-筒体211-滑道
[0026]212-进气通道213-凹腔214-第一入液口 215-第二入液口
[0027]216-第三入液口 217-第一O型密封圈218a_第一限位剪切销钉
[0028]218b-第二限位剪切销钉218c-第三限位剪切销钉22-内滑套
[0029]221-凸轨222-第四入液口 223-第五入液口 224-第六入液口
[0030]225-第二O型密封圈23-密封顶盖231-进气接口 24a_上胶塞
[0031]24b-下胶塞25a-上挡塞阀瓣25b_下挡塞阀瓣26a_第一扭簧
[0032]26b-第二扭簧31-第一坐封球32-第二坐封球A-环形空间
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图对本发明技术方案做出说明:
[0034]本发明包括筒状的固井设备主体10，所述固井设备主体10内设有胶塞筒20，所述胶塞筒20包括上端封闭的筒体21，所述筒体21内设有与筒体21内壁密封接触的内滑套22，所述筒体21与固井设备主体10之间形成用于液体流通的环形空间A，所述筒体21上设有与筒体内部相通的进气通道212，所述进气通道212中的气流推动所述内滑套22沿所述筒体21轴向向上滑动，所述内滑套22中安装有上胶塞24a、下胶塞24b，位于所述内滑套22下端口外壁处在所述筒体21内壁设有用于容纳坐封球的凹腔213，所述筒体21的筒壁上设有沿自身轴向自下而上进行布置的第一入液口 214、第二入液口 215、第三入液口 216，所述内滑套22的套壁上设有沿自身轴向自下而上进行布置的第四入液口 222、第五入液口 223、第六入液口 224，所述内滑套22在筒体21内向上滑动时以择一的方式依次连通所述第一入液口 214与第四入液口 222、第二入液口 215与第五入液口 223、第三入液口 216与第六入液口 224，所述上胶塞24a位于所述第五入液口 223与第六入液口 224之间，所述下胶塞24b位于所述第四入液口 222与第五入液口 223之间，所述坐封球位于所述第四入液口 222下方。即本发明在使用时，配合无线远程控制终端来控制进气通道212内进气的压力即可实现坐封球、上胶塞24a、下胶塞24b的自动释放，劳动强度大大降低，安全性能得到极大提升。具体工作时:初始状态下，所述第一入液口 214与第四入液口 222相通，其他进液口处于关闭状态，液体由固井设备主体10进入到所述环形空间A中，并依次通过第一入液口214、第四入液口222进入所述内滑套22中并下行，通过无线远程控制终端控制气动开关，高压气体依次进入所述进气通道212、筒体21内部，并气力推动所述内滑套22上行，在流体作用下，用于容纳坐封球的凹腔213打开实现所述坐封球的释放;加压，内滑套22继续上行，所述第二入液口 215与第五入液口 223处于连通状态，其他入液口关闭，所述液体自环形空间A依次通过所述第二入液口215、第五入液口 223再进入内滑套22中并带动所述下胶塞24b下行，实现下胶塞24b的释放；继续加压，内滑套22上行至筒体21顶端，此时第三入液口 216与第六入液口 224相通，其他入液口关闭，所述液体自环形空间A依次通过所述第三入液口 216、第六入液口 224再进入内滑套22中并带动所述上胶塞24a下行，实现上胶塞24a的释放。所述气源来可由钻机气源提高，配套方便，工作介质为空气，使用后直接排入大气而无污染，节能高效，且动作迅速、反应快，维护简单。固井设备主体10外无需外加其他设备，整体性更好。
[0035]所述筒体21内壁处设有供所述内滑套22滑动的滑道211，所述内滑套22外壁设有嵌入所述滑道211内的凸轨221，所述固井设备主体10上端螺纹连接有构成液体总进口的上接头11，所述筒体21上端通过密封顶盖23进行密封，所述进气通道212沿所述筒体的筒壁布置于所述筒壁本体内部，所述进气通道212的前端贯穿所述密封顶盖23，所述进气通道212的末端与所述滑道211相通，所述气流通过作用于所述凸轨221而推动所述内滑套22沿所述筒体21轴向向上滑动，所述密封顶盖23上设有与所述进气通道212相通的进气接口 231。即本发明通过在筒体21内壁处设置滑道211、内滑套22外壁处设置凸轨221来控制内滑套22的滑行路程，所述进气通道212内气流通过推动所述凸轨221来实现内滑套22的滑动，所述进气通道212的布置结构紧凑，所述进气接口 231便于与外部气路连接，本发明结构简单，易于操作。
[0036]所述筒体21下端与固井设备主体10之间通过第一 O型密封圈217密封配合，所述内滑套22两端分别通过第二 O型密封圈225与筒体21内壁实现密封接触。即本发明所述第一 O型密封圈217可以防止环形空间A内的液体从筒体21下端与固井设备主体10之间的间隙流出，使得液体顺利地从密封空间A经连通的入液口进入到所述内滑套22中；所述第二 O型密封圈225实现筒体21内壁与内滑套22外壁之间的密封，有效防止液体窜入筒体21内壁与内滑套22外壁之间的缝隙中，确保液体流通路径的准确性、可靠性。
[0037]所述坐封球包括上下布置于筒体21两侧的第一坐封球31、第二坐封球32，其中第一坐封球31靠近所述内滑套22的下端口，所述滑道211中设有限制凸轨221滑移的第一限位剪切销钉218a、第二限位剪切销钉218b、以及第三限位剪切销钉218c，所述第一限位剪切销钉218a、第二限位剪切销钉218b、第三限位剪切销钉218c沿所述筒体21的轴向自下而上依次布置，所述凸轨221滑动至第一限位剪切销钉218a时实现第一坐封球31释放，所述凸轨221滑动至第二限位剪切销钉218b时实现第二坐封球32释放，所述凸轨221滑动至第三限位剪切销钉218c时第二入液口 215与第五入液口 223连通。即本发明通过在滑道211中设置第一限位剪切销钉218a、第二限位剪切销钉218b、以及第三限位剪切销钉218c，来控制所述第一入液口 214与第四入液口 222、第二入液口 215与第五入液口 223、第三入液口 216与第六入液口 224的连通状态，并实现所述第一坐封球31、第二坐封球32、上胶塞24a、下胶塞24b从下到上的依次释放，具体的使用情况为:所述内滑套22上的凸轨221上行到达至第一限位剪切销钉218a时，第一坐封球31释放，所述凸轨221剪断第一限位剪切销钉218a并上行到达至第二限位剪切销钉218b时，第二坐封球32释放，所述凸轨221剪断第二限位剪切销钉218b并上行到达至第三限位剪切销钉218c时，下胶塞24b释放，所述凸轨221剪断所述第三限位剪切销钉218c继续上行至滑道211顶端时，上胶塞24a释放。本发明结构简单合理，加工制造容易；截面大，具有高耐压、高承载、高承扭的特点，且便于维护保养;本发明能通过无线远程控制气力驱动所述内滑套22的滑动，可靠、准确地控制相应入液口的连通情况，并实现坐封球、胶塞的自动释放，操作人员可远离I类危险区操作，劳动强度降低，安全性能得到极大提升。
[0038]所述内滑套22中设有分别用于支撑所述上胶塞24a、下胶塞24b的上挡塞阀瓣25a、下挡塞阀瓣25b，所述上挡塞阀瓣25a、下挡塞阀瓣25b分别通过第一扭簧26a、第二扭簧26b固定于所述内滑套22的内壁上。本发明所述上胶塞24a、下胶塞24b下行的过程中在流体压力作用下分别将上挡塞阀瓣25a、下挡塞阀瓣25b压开，即上挡塞阀瓣25a、下挡塞阀瓣25b分别相对第一扭簧26a、第二扭簧26b转动，并使得上胶塞24a、下胶塞24b可以顺利由内滑套22下端出口释放进入下个阶段。
[0039]本发明具体使用方法:
[0040]初始状态下，所述第一入液口214与第四入液口 222相通，其他进液口处于关闭状态，液体由固井设备主体10的上接头11进入到所述环形空间A中，并依次通过第一入液口214、第四入液口 222进入所述内滑套22中并下行，通过电脑终端无线控制气动开关，压缩气体由进气接口 231依次进入所述进气通道212、滑道211内部，并气力推动凸轨221使得所述内滑套22上行，当到达第一限位剪切销钉218a处，用于容纳第一坐封球31的凹腔打开，第一坐封球31落下，此时液体带着第一坐封球下行;加压，内滑套22上凸轨221剪断第一限位剪切销钉218a继续上行到第二限位剪切销钉218b处，用于容纳第二坐封球32的凹腔打开，第二坐封球32落下，且液体带动所述第二坐封球32下行;继续加压，内滑套22剪断第二限位剪切销钉218b继续上行到第三限位剪切销钉218c处，此时第二入液口 215与第五入液口 223连通，其他入液口关闭，流体从环形空间A依次经第二入液口215与第五入液口 223进入到内滑套22中，此时下胶塞24b在流体压力作用下压开下挡塞瓣阀25b下行，实现下胶塞24b的释放;进一步加压，令内滑套22剪断第三限位剪切销钉218c继续上行到滑道211的顶端，此时第三入液口 216与第六入液口 224连通，其他进液口关闭，流体从环形空间A依次经过第三入液口216、第六入液口224进入内滑套22中，此时上胶塞24a在流体压力作用下压开上挡塞瓣阀25a下行，实现上胶塞24a的释放。
【主权项】
1.一种海洋深水钻井用远程无线控制固井专用设备，其特征在于:包括筒状的固井设备主体(10)，所述固井设备主体(10)内设有胶塞筒(20)，所述胶塞筒(20)包括上端封闭的筒体(21)，所述筒体(21)内设有与筒体(21)内壁密封接触的内滑套(22)，所述筒体(21)与固井设备主体(10)之间形成用于液体流通的环形空间(A)，所述筒体(21)上设有与筒体内部相通的进气通道(212)，所述进气通道(212)中的气流推动所述内滑套(22)沿所述筒体(21)轴向向上滑动，所述内滑套(22)中安装有上胶塞(24a)、下胶塞(24b)，位于所述内滑套(22)下端口外壁处在所述筒体(21)内壁设有用于容纳坐封球的凹腔(213)，所述筒体(21)的筒壁上设有沿自身轴向自下而上进行布置的第一入液口(214)、第二入液口(215)、第三入液口(216)，所述内滑套(22)的套壁上设有沿自身轴向自下而上进行布置的第四入液口(222),第五入液口(223)、第六入液口( 224)，所述内滑套(22)在筒体(21)内向上滑动时以择一的方式依次连通所述第一入液口(214)与第四入液口(222)、第二入液口(215)与第五入液口(223)、第三入液口( 216)与第六入液口(224)，所述上胶塞(24a)位于所述第五入液口(223)与第六入液口(224)之间，所述下胶塞(24b)位于所述第四入液口(222)与第五入液口(223)之间，所述坐封球位于所述第四入液口(222)下方。2.如权利要求1所述的海洋深水钻井用远程无线控制固井专用设备，其特征在于:所述筒体(21)内壁处设有供所述内滑套(22)滑动的滑道(211)，所述内滑套(22)外壁设有嵌入所述滑道(211)内的凸轨(221)，所述固井设备主体(10)上端螺纹连接有构成液体总进口的上接头(11)，所述筒体(21)上端通过密封顶盖(23)进行密封，所述进气通道(212)沿所述筒体的筒壁布置于所述筒壁本体内部，所述进气通道(212)的前端贯穿所述密封顶盖(23)，所述进气通道(212)的末端与所述滑道(211)相通，所述气流通过作用于所述凸轨(221)而推动所述内滑套(22)沿所述筒体(21)轴向向上滑动，所述密封顶盖(23)上设有与所述进气通道(212)相通的进气接口(231)。3.如权利要求1所述的海洋深水钻井用远程无线控制固井专用设备，其特征在于:所述筒体(21)下端与固井设备主体(10)之间通过第一O型密封圈(217)密封配合，所述内滑套(22)两端分别通过第二O型密封圈(225)与筒体(21)内壁实现密封接触。4.如权利要求1所述的海洋深水钻井用远程无线控制固井专用设备，其特征在于:所述坐封球包括上下布置于筒体(21)两侧的第一坐封球(31)、第二坐封球(32)，其中第一坐封球(31)靠近所述内滑套(22)的下端口，所述滑道(211)中设有限制凸轨(221)滑移的第一限位剪切销钉(218a)、第二限位剪切销钉(218b)、以及第三限位剪切销钉(218c)，所述第一限位剪切销钉(218a)、第二限位剪切销钉(218b)、第三限位剪切销钉(218c)沿所述筒体(21)的轴向自下而上依次布置，所述凸轨(221)滑动至第一限位剪切销钉(218a)时实现第一坐封球(31)释放，所述凸轨(221)滑动至第二限位剪切销钉(218b)时实现第二坐封球(32)释放，所述凸轨(221)滑动至第三限位剪切销钉(218c)时第二入液口( 215)与第五入液口(223)连通。5.如权利要求1所述的海洋深水钻井用远程无线控制固井专用设备，其特征在于:所述内滑套(22)中设有分别用于支撑所述上胶塞(24a)、下胶塞(24b)的上挡塞阀瓣(25a)、下挡塞阀瓣(25b)，所述上挡塞阀瓣(25a)、下挡塞阀瓣(25b)分别通过第一扭簧(26a)、第二扭簧(26b)固定于所述内滑套(22)的内壁上。
【文档编号】E21B33/13GK105952415SQ201610327824
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月17日
【发明人】廉晓龙, 黄磊, 周波, 秦宗川, 胡佳宁, 张继红, 殷建国, 孙楠, 李申燕
【申请人】合肥通用机械研究院