固井用自动打开水泥伞及其使用方法

技术领域

本发明涉及油气井固井装置技术领域，尤其涉及一种固井用自动打开水泥伞及其使用方法。

背景技术

注水泥塞工艺是将一定量的水泥浆注入到套管内或井眼的某一部位，是油气开发过程中的重要作业，其主要目的是形成满足注采需要的新的人工井底或满足工艺过程临时封闭某井段的需要。注水泥塞是固井作业的重要内容，由于水泥浆比重大于钻井液导致注水泥塞过程易发生混浆以及水泥浆重力下移等问题，为减少注水泥事故和提高水泥塞质量，自动打开水泥伞工具可在管柱下入过程建立管内外循环，减少工具未坐封前的井下复杂情况的发生。投球憋压使水泥伞脱离送入短节缓慢的过程实现下水泥伞慢慢打开，确保水泥伞在井筒内居中。一旦压力释放井口压力下降，证明水泥伞脱离完成，可进行脱离验证，增强工具的可靠性。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种固井用自动打开水泥伞及其使用方法，以满足生产需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种固井用自动打开水泥伞及其使用方法，双向水泥伞结构打开后可形成双向的弧形剖面，可有效隔离下部井段，利于固井作业，提高固井质量，减少井下复杂的发生，保障了固井施工的安全性。

本发明的目的是这样实现的，一种固井用自动打开水泥伞，包括，

双向水泥伞结构，包括能收缩或张开的收缩型的第一伞骨结构和第二伞骨结构，所述第一伞骨结构倒置套设于套管上，所述第一伞骨结构和所述套管之间设有第一水泥伞支架，所述第一水泥伞支架的第一端铰接于第一伞骨结构上，第一水泥伞支架的第二端铰接于第一收张结构上，所述第一收张结构用于拉推第一水泥伞支架以正向收张第一伞骨结构；所述第二伞骨结构正向套设于套管上，所述第二伞骨结构和所述套管之间设有第二水泥伞支架，所述第二水泥伞支架的第一端铰接于第二伞骨结构上，第二水泥伞支架的第二端铰接于第二收张结构上，所述第二收张结构用于拉推第二水泥伞支架以正向收张第二伞骨结构；所述第一伞骨结构和所述第二伞骨结构上设置伞面；所述套管上设有球座，所述第一伞骨结构和所述第二伞骨结构的伞顶均铰接于套管上球座对应的位置，所述球座上能通过投球坐封；

送入短节结构，包括短节本体，用于将所述双向水泥伞结构送入井内预定位置，所述短节本体能套设于所述双向水泥伞结构外侧且能使第一伞骨结构和第二伞骨结构保持收缩，所述双向水泥伞结构能在投球坐封作用下滑动离开短节本体后自动张开。

在本发明的一较佳实施方式中，所述第一收张结构包括拉伸式的第一弹簧，所述第一弹簧的底端固定连接于所述套管上，所述第一弹簧的顶端能沿所述套管移动且与第一水泥伞支架的第二端铰接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述第二收张结构包括拉伸式的第二弹簧，所述第二弹簧的顶端固定连接于所述套管上，所述第二弹簧的底端能沿所述套管移动且与第二水泥伞支架的第二端铰接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述第一水泥伞支架的第一端通过第一连接轴铰接于所述第一伞骨结构上，所述第一水泥伞支架的第二端通过第二连接轴铰接于所述第一弹簧的顶端，所述第一伞骨结构的底端通过第三连接轴铰接于所述套管上。

在本发明的一较佳实施方式中，所述第二水泥伞支架的第一端通过第四连接轴铰接于所述第二伞骨结构上，所述第二水泥伞支架的第二端通过第五连接轴铰接于所述第二弹簧的底端，所述第二伞骨结构的顶端通过第三连接轴铰接于所述套管上。

在本发明的一较佳实施方式中，所述短节本体包括两端开口的第一直管部，收缩的双向水泥伞结构能滑动套设于所述第一直管部内；所述第一直管部的顶端连接有过渡管，所述过渡管的直径自下而上渐缩，所述过渡管的顶部设置第二直管部。

在本发明的一较佳实施方式中，所述套管上位于所述第一伞骨结构的上方套设有第一胶塞，所述第一胶塞的外壁能顶抵于所述第一直管部的内壁上。

在本发明的一较佳实施方式中，所述套管上位于所述第二伞骨结构的下方套设有第二胶塞，所述第二胶塞的外壁能顶抵于所述第一直管部的内壁上。

在本发明的一较佳实施方式中，所述第二直管部的顶端设有上连接母扣部。

本发明的目的还可以这样实现，一种前述的固井用自动打开水泥伞的使用方法，包括以下步骤，

步骤a、双向水泥伞结构套设于送入短节结构内，通过管柱将其送入井内预定位置；

步骤b、到达预定位置后，投球至球座坐封，井口憋压，双向水泥伞结构缓慢下移脱离送入短节结构；

步骤c、双向水泥伞结构脱离送入短节结构后，在第一收张结构和第二收张结构的作用下，第一伞骨结构和第二伞骨结构打开，双向水泥伞结构形成双向的弧形剖面，隔离下部井段。

由上所述，本发明提供的固井用自动打开水泥伞及其使用方法具有如下有益效果：

本发明提供的固井用自动打开水泥伞中，送入短节结构能支撑保护双向水泥伞结构安全下入井内，双向水泥伞结构打开后可形成双向的弧形剖面，可有效隔离下部井段，利于固井作业，提高固井质量；本发明在下入过程中且球座未投球前，能建立管内外循环，减少未坐封前的井下复杂发生；投球憋压使双向水泥伞结构脱离送入短节结构的过程缓慢，缓慢过程可实现送入短节结构慢慢打开，确保送入短节结构在井筒内居中；缓慢憋压脱离过程，一旦压力释放，证明双向水泥伞结构脱离完成，可进行脱离验证，增强工具的可靠性；本发明在提高固井施工效率的同时，降低了作业风险，保障了固井施工的安全性。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

其中：

图1：为本发明的固井用自动打开水泥伞下入过程的结构示意图。

图2：为本发明的双向水泥伞结构脱离送入短节结构后的状态图。

图3：为本发明的双向水泥伞结构的打开状态结构图。

图4：为本发明的送入短节结构的结构图。

图中：

100、固井用自动打开水泥伞；

1、双向水泥伞结构；

11、第一伞骨结构；12、第二伞骨结构；13、第一水泥伞支架；14、第二水泥伞支架；15、第一弹簧；16、第二弹簧；

2、送入短节结构；

21、第一直管部；22、过渡管；23、第二直管部；24、上连接母扣部；

3、套管；

4、球座；

51、第一连接轴；52、第二连接轴；53、第三连接轴；54、第四连接轴；55、第五连接轴；

61、第一胶塞；62、第二胶塞。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图4所示，本发明提供一种固井用自动打开水泥伞100，包括，

双向水泥伞结构1，包括能收缩或张开的收缩型的第一伞骨结构11和第二伞骨结构12，第一伞骨结构11倒置套设于套管3上，第一伞骨结构11和套管3之间设有第一水泥伞支架13，第一水泥伞支架13的第一端铰接于第一伞骨结构11上，第一水泥伞支架13的第二端铰接于第一收张结构上，第一收张结构用于拉推第一水泥伞支架13以正向收张第一伞骨结构11(图1中自上而下，对于倒置的第一伞骨结构而言，自上而下打开为正向打开)；第二伞骨结构12正向套设于套管3上，第二伞骨结构12和套管3之间设有第二水泥伞支架14，第二水泥伞支架14的第一端铰接于第二伞骨结构12上，第二水泥伞支架14的第二端铰接于第二收张结构上，第二收张结构用于拉推第二水泥伞支架14以正向收张第二伞骨结构12(图1中自下而上，对于正向的第二伞骨结构而言，自下而上打开为正向打开)；第一伞骨结构11和第二伞骨结构12上设置伞面(用于承托水泥，现有技术，可以为帆布等)，第一伞骨结构11和第二伞骨结构12张开后能分别形成向上和向下的弧形剖面，可有效隔离下部井段；

套管3上设有球座4，第一伞骨结构11和第二伞骨结构12的伞顶均铰接于套管3上球座4对应的位置，球座4上能通过投球坐封；

送入短节结构2，包括短节本体，用于将双向水泥伞结构1送入井内设定位置，短节本体能套设于双向水泥伞结构外侧且能使第一伞骨结构11和第二伞骨结构12保持收缩，利于双向水泥伞结构1在下入过程的固定，双向水泥伞结构1能在投球坐封作用下滑动离开短节本体后自动张开。

本发明提供的固井用自动打开水泥伞中，双向水泥伞结构打开后可形成双向的弧形剖面，可有效隔离下部井段，利于固井作业，提高固井质量；本发明在下入过程中且球座未投球前，能建立管内外循环，减少未坐封前的井下复杂发生；投球憋压使双向水泥伞结构脱离送入短节结构的过程缓慢，缓慢过程可实现送入短节结构慢慢打开，确保送入短节结构在井筒内居中；缓慢憋压脱离过程，一旦压力释放，证明双向水泥伞结构脱离完成，可进行脱离验证，增强工具的可靠性；本发明的固井用自动打开水泥伞在提高固井施工效率的同时，降低了作业风险，保障了固井施工的安全性。

进一步，如图1、图2、图3所示，第一收张结构包括拉伸式的第一弹簧15，第一弹簧15的底端固定连接于套管3上，第一弹簧15的顶端能沿套管3移动且与第一水泥伞支架13的第二端铰接。

进一步，如图1、图2、图3所示，第二收张结构包括拉伸式的第二弹簧16，第二弹簧16的顶端固定连接于套管3上，第二弹簧16的底端能沿套管3移动且与第二水泥伞支架14的第二端铰接。

如图2、图4所示，双向水泥伞结构1脱离送入短节结构2后，第一伞骨结构11和第二伞骨结构12径向外侧的收缩力消失，拉伸式的第一弹簧15的顶端在弹簧恢复力(收缩力)的作用下向下移动，带动第一水泥伞支架13的第二端下移从而推开第一伞骨结构11，拉伸式的第二弹簧16的底端在弹簧恢复力(收缩力)的作用下向上移动，带动第二水泥伞支架14的第二端上移从而推开第二伞骨结构12，双向水泥伞结构自动打开，形成双向的弧形剖面，可有效隔离下部井段，利于固井作业，提高固井质量。

进一步，如图1、图2、图3所示，第一水泥伞支架13的第一端通过第一连接轴51铰接于第一伞骨结构11上，第一水泥伞支架13的第二端通过第二连接轴52铰接于第一弹簧15的顶端，第一伞骨结构11的底端通过第三连接轴53铰接于套管3上。

进一步，如图1、图2、图3所示，第二水泥伞支架14的第一端通过第四连接轴54铰接于第二伞骨结构12上，第二水泥伞支架14的第二端通过第五连接轴55铰接于第二弹簧16的底端，第二伞骨结构12的顶端通过第三连接轴53铰接于套管3上。

进一步，如图4所示，短节本体包括两端开口的第一直管部21，收缩的双向水泥伞结构能滑动套设于第一直管部21内；第一直管部21的顶端连接有过渡管22，过渡管22的直径自下而上渐缩，过渡管22的顶部设置第二直管部23。

进一步，如图1、图2所示，套管3上位于第一伞骨结构11的上方套设有第一胶塞61，第一胶塞61的外壁能顶抵于第一直管部21的内壁上。

进一步，如图1、图2所示，套管3上位于第二伞骨结构12的下方套设有第二胶塞62，第二胶塞62的外壁能顶抵于第一直管部21的内壁上。

进一步，第二直管部23的顶端设有上连接母扣部24。上连接母扣部24易于上方固井工具(其他上固井工具或下放用套管等)的连接。

本发明还提供一种固井用自动打开水泥伞100的使用方法，包括以下步骤：

步骤a、如图1所示，双向水泥伞结构1套设于送入短节结构2内，通过管柱(上部钻柱等现有技术)将其送入井内预定位置；

具体地，将送入短节结构2的上连接母扣部24与管柱(上部钻柱等现有技术)连接，利用管柱将双向水泥伞结构1和送入短节结构2送入预定位置；

下入过程，球座4尚未坐封，固井用自动打开水泥伞100内形成通路，可以分段循环，减少未坐封前的井下复杂发生。

步骤b、到达预定位置后，投球至球座坐封，井口憋压，双向水泥伞结构1缓慢下移脱离送入短节结构2，如图2所示；

具体地，双向水泥伞结构1脱离送入短节结构2过程缓慢，缓慢过程可实现下双向水泥伞结构1慢慢打开，确保双向水泥伞结构1在井筒内居中；

双向水泥伞结构1脱离送入短节结构2缓慢憋压过程，一旦压力释放井口压力下降，证明双向水泥伞结构1脱离完成，可进行脱离验证，增强工具的可靠性；

步骤c、双向水泥伞结构1脱离送入短节结构2后，在第一收张结构(第一弹簧15)和第二收张结构(第二弹簧16)的作用下，第一伞骨结构11和第二伞骨结构12打开，双向水泥伞结构1形成双向的弧形剖面，隔离下部井段，便于注水泥塞作业施工。

由上所述，本发明提供的固井用自动打开水泥伞及其使用方法具有如下有益效果：

本发明提供的固井用自动打开水泥伞中，双向水泥伞结构打开后可形成双向的弧形剖面，可有效隔离下部井段，利于固井作业，提高固井质量；本发明在下入过程中且球座未投球前，能建立管内外循环，减少未坐封前的井下复杂发生；投球憋压使双向水泥伞结构脱离送入短节结构的过程缓慢，缓慢过程可实现送入短节结构慢慢打开，确保送入短节结构在井筒内居中；缓慢憋压脱离过程，一旦压力释放，证明双向水泥伞结构脱离完成，可进行脱离验证，增强工具的可靠性；本发明在提高固井施工效率的同时，降低了作业风险，保障了固井施工的安全性。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。