CN209942785U - 一种防转复合式固井胶塞 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种防转复合式固井胶塞，包括上胶塞、下胶塞，所述上胶塞下端面设置上胶塞防转插头，下胶塞下端面设置下胶塞防转插头，所述下胶塞上端面开设下胶塞防转槽，所述上胶塞防转插头与下胶塞防转槽相对应匹配，即上胶塞防转插头能匹配式插入下胶塞防转槽中，所述下胶塞防转插头与下方井中部件顶部的防转槽相对应匹配，即下胶塞防转插头能匹配式插入下方井中部件顶部的防转槽中。本实用新型解决现有固井用胶塞存在的清理套管内壁不干净、密封效果不好致使顶替液窜入水泥浆以及在浮箍/浮鞋单向密封失效时，胶塞因环空反向压力而回退的问题以及胶塞不防转的问题。

Description

一种防转复合式固井胶塞

技术领域

本实用新型涉及钻井技术领域，具体地说是一种防转复合式固井胶塞。

背景技术

固井作业过程中，当泵入设计量的水泥浆后，需下入碰压胶塞，以顶替套管内水泥浆进入环空。正常情况下，碰压胶塞下行到浮箍位置(阻流环)时受阻，由于胶塞的密封作用，泵压升高(这一过程称为碰压)。在此过程中，碰压胶塞主要有三个作用：一是将套管内壁清理干净；二是将套管内水泥浆顶替到环空，不使顶替液与水泥浆互窜；三是当碰压胶塞下行到阻流环时，受阻导致泵压升高，施工结束标志。目前固井胶塞常出现以下问题：一是上部顶替液窜入下部水泥浆；二是套管内壁清理不干净；三是胶塞不防转，如钻水泥塞会浪费大量钻胶塞时间。

从节约钻井成本及后期油气井维护出发，提出了生产套管段采用大套管挂小套管的井身结构。目前常用固井胶塞只适合一种尺寸生产套管，不适用于两种尺寸的复合套管。

申请号：201320810664.5公开了一种井下作业注塞用套管胶塞，包括胶盘和铝芯，胶盘套在铝芯上，在所述胶盘和铝芯上开有沿胶塞轴向方向设置的通孔，胶盘的外径大于与之配套的套管的内径，在胶盘的上部设有球，胶盘上部的通孔位置处与所述球配合。本实用新型构思新颖、结构简单，应用于井下作业工艺中，尤其适用于超低压井易漏失油气井，在井内压井液液面远离井口时，不用堵漏也不下桥塞，也可以直接完成注塞，有效地解决了超低压漏失井注塞的难题。

申请号：201420342201.5公开了一种固井用套管复合胶塞，一种固井用套管复合胶塞，包括芯杆、套在芯杆上的多个胶盘和导引头，在相邻的两个胶盘之间设置有将相邻的两个胶盘与芯杆固定的定位机构。定位机构包括一对胶盘固定座、C形弹性卡圈和在芯杆外壁上形成的矩形卡槽，所述胶盘固定座为圆筒状，其内径正好套在芯杆上，圆筒内腔的一顶端形成第一扩径，第一扩径的直径正好套住胶盘的外壁，圆筒内腔的另一顶端形成第二扩径，一对胶盘固定座对称使用，使两个第二扩径形成一截面为矩形的环槽，环槽与芯杆外壁上形成的卡槽相对应形成一截面为矩形的通槽，C形弹性卡圈插在通槽中，使相邻的两个胶盘固定在芯杆上。将各个胶盘系统独立开，不会因一个胶盘损坏而导致整个胶塞散落。具有强度大，稳定性高等优点。

申请号：201711035157.8公开了一种可钻式空芯固井胶塞，由胶翼、可钻金属芯、金属芯空芯组成。可钻金属芯周围是硫化上去的橡胶胶翼，可钻金属芯周围呈矩形，与周围硫化的橡胶形成一体，不易脱落。可钻金属芯中间制成金属芯空芯，金属芯空芯长260mm、直径80mm。固井施工过程中胶塞下行，胶翼紧贴套管内壁，将水泥浆与顶替介质分隔开的同时，将套管内部上面的附着物刮干净。碰压候凝后，下钻头钻掉金属芯空芯、橡胶胶塞、碰压座等附件。由于可钻金属芯为空芯，钻掉容易，钻头磨损小，用时少，提高工作效率的同时降低了钻井安全风险。

申请号：201711209826.9公开了一种固井、压裂、生产一体化管柱用胶塞，使用时卡在浮箍处，包括本体、引导头、卡环、金属弹片和刮削翼；本体为柱状，其下端与引导头螺接，引导头沿周向设有凹槽，卡环安装在凹槽内；本体的外表面上形成凸台；刮削翼设置于凸台的上侧，包覆在本体的侧面；刮削翼为圆筒状，其外壁沿轴向设置有多个裙体；多个裙体全部或部分嵌入有金属弹片。该一种固井、压裂、生产一体化管柱用胶塞，在固井作业过程中，胶塞刮削翼有足够强度能够刮削套管内壁的水泥，同时，其具有良好的收缩性能，能通过管柱上有变径的压裂滑套，同时卡环、引导头与浮箍结构的配合，既能实现防转动功能，又能实现限位功能。

申请号：201721415887.6公开了一种防转防退固井胶塞，包括胶塞本体，自胶塞本体底面设有多个沿轴向向下延伸形成的固定爪，且多个固定爪沿圆周方向均布设置在胶塞本体的底面上；在每个固定爪的外侧侧壁均开设有一个设置有锁止机构的凹槽，锁止机构包括设置在凹槽底部的弹簧和压配在弹簧顶面上的挡块，挡块与凹槽的尺寸相适应，且在位于凹槽外侧的壁面上形成有径向截面自上而下逐渐减小的卡台；锁止机构通过硫化在固定爪外侧侧壁上的橡胶层固定在凹槽内；该防转防退固井胶塞能够利用锁止机构与浮箍锁定为一体，防止固井胶塞在使用过程中发生转动和脱落，不会在碰压后因浮箍浮鞋密封不严导致的被倒返泥浆冲开，有效保证了固井质量。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种防转复合式固井胶塞，解决现有固井用胶塞存在的清理套管内壁不干净、密封效果不好致使顶替液窜入水泥浆以及在浮箍/浮鞋单向密封失效时，胶塞因环空反向压力而回退的问题以及胶塞不防转的问题。

为了达成上述目的，本实用新型采用了如下技术方案，一种防转复合式固井胶塞，包括上胶塞、下胶塞，所述上胶塞下端面设置上胶塞防转插头，下胶塞下端面设置下胶塞防转插头，所述下胶塞上端面开设下胶塞防转槽，所述上胶塞防转插头与下胶塞防转槽相对应匹配，即上胶塞防转插头能匹配式插入下胶塞防转槽中，所述下胶塞防转插头与下方井中部件顶部的防转槽相对应匹配，即下胶塞防转插头能匹配式插入下方井中部件顶部的防转槽中。

所述上胶塞包括上胶塞芯子、上胶塞胶盘，所述上胶塞胶盘的数量至少设置2个，且相邻的两个上胶塞胶盘外径不相同，所有的上胶塞胶盘为一体式结构，通过硫化方式包覆在上胶塞芯子的外壁。

所述上胶塞芯子由自身下端面向上开设中心盲孔。

所述下胶塞包括下胶塞芯子、下胶塞胶盘，所述下胶塞胶盘的数量至少设置2个，且相邻的两个下胶塞胶盘外径不相同，所有的下胶塞胶盘为一体式结构，通过硫化方式包覆在下胶塞芯子的外壁。

所述下胶塞芯子中心开设轴向中心通孔，中心通孔中固定有一个隔板，该隔板为铝合金薄片。

所述胶盘材料为耐高温、耐酸碱、耐油的丁腈橡胶。

所述上、下胶塞芯子材料为高强度铝合金或高分子材料，且能被PDC钻头钻坏。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

采用大小两种胶盘复合用于密封并清理两种不同尺寸的套管内壁，胶塞底部装有防转头与浮箍顶部的防转槽配合，用钻头钻除时胶塞不转动；防转复合式上胶塞胶塞芯子为实心结构，强度高；防转复合式下胶塞胶塞芯子为空心结构，中间含一层薄的铝合金，强度低；上下胶塞配合使用可使套管内壁刮得更干净，下胶塞用于顶替隔离液并使水泥浆与隔离液分开，上胶塞用于隔离并顶替水泥浆。

防转复合胶塞跟常规套管胶塞不同，主要用于套管内孔上大下小的复合套管，它主要运行在两种不同尺寸的套管内来隔离水泥浆和泥浆，防转复合胶塞的长度尺寸符合水泥头尺寸的要求，设计和生产条件符合标准要求，该复合胶塞采用两种或者三种尺寸的胶盘，胶盘材料为耐高温，耐酸碱，耐油的丁腈橡胶，胶塞芯子材料为高强度铝合金或高分子材料，PDC可钻。防转复合胶塞配套防转结构，可与防转浮箍配合，钻除时不转动，减少钻除时间，提高固井效率及质量。

附图说明

图1为本实用新型的一种防转复合式固井胶塞结构示意图；

图2为本实用新型的一种防转复合式固井胶塞之上胶塞结构示意图；

图3为本实用新型的一种防转复合式固井胶塞之下胶塞结构示意图。

图中标记：1-大胶盘，2-小胶盘，3-上胶塞芯子，4-上胶塞防转插头，5-下胶塞防转槽，6-隔板。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1至图3，本实用新型提供一种技术方案：一种防转复合式固井胶塞，包括上胶塞、下胶塞，所述上胶塞下端面设置上胶塞防转插头4，下胶塞下端面设置下胶塞防转插头，所述下胶塞上端面开设下胶塞防转槽，所述上胶塞防转插头与下胶塞防转槽相对应匹配，即上胶塞防转插头能匹配式插入下胶塞防转槽中，所述下胶塞防转插头与下方井中部件顶部的防转槽相对应匹配，即下胶塞防转插头能匹配式插入下方井中部件顶部的防转槽中。

所述上胶塞包括上胶塞芯子3、上胶塞胶盘，所述上胶塞胶盘的数量至少设置2个，且相邻的两个上胶塞胶盘外径不相同，所有的上胶塞胶盘为一体式结构，通过硫化方式包覆在上胶塞芯子的外壁。如图所示，大胶盘1、小胶盘2。

所述上胶塞芯子由自身下端面向上开设中心盲孔。盲孔深度不超过上胶塞芯子高度的一半，所以也可以说上胶塞芯子为实心结构。

所述下胶塞包括下胶塞芯子、下胶塞胶盘，所述下胶塞胶盘的数量至少设置2个，且相邻的两个下胶塞胶盘外径不相同，所有的下胶塞胶盘为一体式结构，通过硫化方式包覆在下胶塞芯子的外壁。如图2所示。

所述下胶塞芯子中心开设轴向中心通孔，中心通孔中固定有一个隔板6，该隔板为有机材料薄片，与胶塞芯子材料相同并一体连接(通过模具浇铸而成)，连接面圆弧平滑过渡。此薄片大概7-8mm厚，可承受500-700PSI压力(或者根据压力设计要求改变厚度)。

下胶塞的位置是放在钻井液与水泥浆之间，起隔离作用。在循环好钻井液在注水泥之前，先把它顶入套管内，然后注水泥。

主要优点：1由于水泥浆的密度一般都会大于钻井液密度，注入套管后下行速度快，容易与隔离液或钻井液相混合。使用下胶塞可以有效的防止钻井液与水泥浆在套管内相混；2可以清除套管壁上的一些脏物；3比配隔离液施工方便。

下胶塞到达浮箍位置时，压力升高，表明钻井液完全被替出套管。继续打压，下胶塞薄片被憋通，胶塞上下通道打通，继续完成注水泥工作。

所述胶盘材料为耐高温、耐酸碱、耐油的丁腈橡胶。

所述上、下胶塞芯子材料为高强度铝合金或有机高分子材料，且能被PDC钻头钻坏。

图1、图2、图3所示的固井用组合式胶塞，施工步骤如下：

1)先将上、下复合胶塞装入相应的套管水泥头内，检查套管水泥头的挡销是否灵活，挡销是否挡住胶塞三分之二以上。

2)把尺寸稍小一点的下胶塞放入套管内，连接固井水泥头，泵入设计量的冲洗液及隔离液，释放下胶塞，泵入设计量的水泥浆，在固井施工全部水泥浆注完后，释放上胶塞，水泥浆被替入环空，当上复合胶塞被顶替至浮箍或者碰阻留环后，管内压力突然升高，表示复合胶塞已经碰压，整个固井作业结束。两个下胶塞在上部液压作用下，大、小胶盘1、2交替作用，套管内壁基本被清理干净。上胶塞工作时，在大、小胶盘的复合作用下，套管内水泥浆被压入环空，内壁被清理干净，大胶盘与套管内壁紧密接触，达到良好的密封效果。

本实施例提供的固井用复合式胶塞需与之相配套的浮箍配合使用。上胶塞防转插头卡入下胶塞防转槽、下胶塞防转插头卡入浮箍防转槽，浮箍、下胶塞、上胶塞形成一个联接串。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位指示或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种防转复合式固井胶塞，其特征在于，包括上胶塞、下胶塞，所述上胶塞下端面设置上胶塞防转插头，下胶塞下端面设置下胶塞防转插头，所述下胶塞上端面开设下胶塞防转槽，所述上胶塞防转插头与下胶塞防转槽相对应匹配，即上胶塞防转插头能匹配式插入下胶塞防转槽中，所述下胶塞防转插头与下方井中部件顶部的防转槽相对应匹配，即下胶塞防转插头能匹配式插入下方井中部件顶部的防转槽中。

2.根据权利要求1所述的一种防转复合式固井胶塞，其特征在于，所述上胶塞包括上胶塞芯子、上胶塞胶盘，所述上胶塞胶盘的数量至少设置2个，且相邻的两个上胶塞胶盘外径不相同，所有的上胶塞胶盘为一体式结构，通过硫化方式包覆在上胶塞芯子的外壁。

3.根据权利要求2所述的一种防转复合式固井胶塞，其特征在于，所述上胶塞芯子由自身下端面向上开设中心盲孔。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种防转复合式固井胶塞，其特征在于，所述下胶塞包括下胶塞芯子、下胶塞胶盘，所述下胶塞胶盘的数量至少设置2个，且相邻的两个下胶塞胶盘外径不相同，所有的下胶塞胶盘为一体式结构，通过硫化方式包覆在下胶塞芯子的外壁。

5.根据权利要求4所述的一种防转复合式固井胶塞，其特征在于，所述下胶塞芯子中心开设轴向中心通孔，中心通孔中固定有一个隔板，该隔板为铝合金薄片。

6.根据权利要求4所述的一种防转复合式固井胶塞，其特征在于，所述上、下胶塞胶盘材料为耐高温、耐酸碱、耐油的丁腈橡胶。

7.根据权利要求4所述的一种防转复合式固井胶塞，其特征在于，所述上、下胶塞芯子材料为高强度铝合金或高分子材料，且能被PDC钻头钻坏。

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