一种驱动式分级箍打开塞

技术领域

本发明涉及一种驱动式分级箍打开塞，属于石油固井领域。

背景技术

固井是钻井工程的关键环节之一，随着勘探开发的不断深入，分级注水泥工艺被广泛在各大油气田。主要是通过在套管柱中间加放分级注水泥器，也称为分级箍，将固井作业分两次完成注水泥的一种工艺。被广泛应用在油气田的易漏失、长裸眼、封固段上下温差大、一次注水泥浆量过大等各种复杂油气井的固井施工中。分级注水泥工艺配套的工具主要是“三塞”，即挠性塞、打开塞、关闭塞。挠性塞是一级固井用胶塞，胶塞皮碗柔性设计可安全通过分级箍，遂称为挠性塞，打开塞是一级固井后投入套管内落入分级箍打开塞座，通过憋压的方式打开循环孔用，关闭塞是二固井用胶塞，二级注水泥结束后释放关闭塞，通过用泥浆将其顶替至分级箍位置憋压关闭分级箍循环使用。

本专利涉及的打开塞，在传统工艺技术中为依靠自身重量在套管中下落至分级箍位置。近年来，随油气勘探开发向深层、超深层、特深层油气发展，超深井大量出现，在超深井分级固井工艺实施中，分级箍位置平均在井深(4500-5600米)，钻井液密度通常在(1.9-2.35g/cm

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题，本发明提出了一种驱动式分级箍打开塞，其设置成流线型结构，减少下落的阻力，并且在打开塞体的上端设置有驱动装置，为所述打开塞体提供向前运动的驱动力，提高打开塞下落速度，有效避免一级固井上返至分级箍位置水泥浆在打开塞长时间下落过程中稠化，引起分级箍循环孔无法打开的问题。

本发明提出了一种驱动式分级箍打开塞，包括：

打开塞体，所述打开塞体为流线型结构；

设置在所述打开塞体的上部的密封机构，所述密封机构构造成能够与分级箍的打开塞座密封相连；以及

设置在所述打开塞体的上端的驱动装置，所述驱动装置为所述打开塞体提供向前运动的驱动力。

本发明的进一步改进在于，所述打开塞体下入井下后通过其自身的自重和驱动装置的驱动力而向下移动，最终卡接在分级箍的打开塞座上。

本发明的进一步改进在于，所述打开塞体包括外壳，所述外壳的内部填充有加重块，所述外壳的上端通过打开塞密封盖密封。

本发明的进一步改进在于，所述密封机构的周向上设置有一周密封端面，所述密封端面的外径小于打开塞密封盖的最大外径；并且，所述密封端面能够与所述打开塞座密封相连。

本发明的进一步改进在于，所述驱动装置包括固定在所述打开塞密封盖的上端的电池组，所述电池组的上端设置有驱动电机，所述驱动电机的上端连接有转轮机构；

所述电机与所述电池组之间加装耐高温高压的橡胶密封圈。

本发明的进一步改进在于，所述转轮机构包括连接所述驱动电机的转轴，所述转轴上设置有若干叶轮。

本发明的进一步改进在于，所述驱动装置还包括导流罩，所述导流罩套设在所述电池组、驱动电机及转轮机构的外部。

本发明的进一步改进在于，所述打开塞密封盖的上端的边缘设置有若干吊耳。

本发明的进一步改进在于，所述导流罩套的侧面设置有开关，所述电池组与所述驱动电机的连接导线通过所述开关打开或关闭，从而控制所述驱动电机的运行或停止。

本发明的进一步改进在于，所述打开塞体外表面及所述驱动装置选用铝合金材料，所述加重块为铅块或铅粉本发明的进一步改进在于，所述加重块为铅块或铅粉。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明所述驱动式分级箍打开塞，其设置成流线型结构，减少下落的阻力，并且在打开塞体的上端设置有驱动装置，为所述打开塞体提供向前运动的驱动力，提高打开塞下落速度，有效避免一级固井上返至分级箍位置水泥浆在打开塞长时间下落过程中稠化，引起分级箍循环孔无法打开的问题。

本发明所述的驱动式分级箍打开塞，可根据实际施工需求选装电机驱动装置，控制打开塞的到位时间。驱动装置与打开塞本体采用丝扣连接，电机与电池组之间采用嵌入式设计连接，整体装置组装方便，易于现场操作。电机与电池组之间加装耐高温高压的橡胶密封圈，保证了电机驱动装置在井内高温高压泥浆条件下的稳定性。

本发明所述驱动式分级箍打开塞中，打开塞外表面及电机驱动装置选用铝合金材料，打开塞内部填充加重铅块、铅粉，均为易钻除材质，便于固井施工后的附件钻除。叶轮与转轴外部设计保护罩，安装时可实现安全防护，防止人员碰伤，又可有效保护叶轮安全运行。

本发明所述驱动式分级箍打开塞中，叶轮的推力能让打开塞产生居中下行的作用力，可保持打开塞的稳定下行，减少与套管内壁的碰撞，有效保护密封面，也可避免在现场出现打开塞不居中，分级箍无法正常开孔的情况出现。

附图说明

下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：

图1所示为本发明的一个实施例的驱动式分级箍打开塞的结构示意图；

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

在附图中各附图标记的含义如下：

1、打开塞体，2、密封机构，3、驱动装置，4、加重块，5、密封端面，6、打开塞密封盖，7、导流罩，8、叶轮，9、转轴，10、驱动电机，11、电池组，12、开关，13、吊耳。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的示例性实施例进行进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。

图1示意性地显示了根据本发明的一个实施例所述的一种驱动式分级箍打开塞，包括打开塞体1，所述打开塞体1为流线型结构。在本实施例中，流线型结构可以在使打开塞体1在向下移动的过程中减少阻力，流线型结构可以是类似锥形的、下端平滑的结构。所述打开塞体1的上部设置有密封机构2，所述密封机构2构造成能够与分级箍的打开塞座密封相连。在打开塞的上端设置有驱动装置3，所述驱动装置3为打开塞提供向下运动的驱动力。

其中，所述打开塞体1下入井下后通过其自身的自重和驱动装置3的驱动力而向下移动，最终卡接在分级箍的打开塞座上。

在使用根据本实施例所述的驱动式分级箍打开塞时，从井口投入所述驱动式分级箍打开塞，打开塞体1的流线型结构能够以较小的阻力向下移动，驱动装置3为打开塞体1提供向下的驱动力，进而加快打开塞的下落速度，缩短打开塞到位时间，防止出现水泥浆稠化时间不足导致分级箍循环孔打开失败的事故发生，降低施工风险。

在一个实施例中，所述打开塞体1包括外壳，所述外壳为流线型结构的外壳，其主体类似锥形的结构，下端为平滑的弧形端面。所述外壳的内部填充有加重块4，所述外壳的上端通过打开塞密封盖6密封。

在根据本实施例所述的驱动式分级箍打开塞中，外壳设置成流线型结构有助于在井下液体环境中向下，加重块4能够提高整体的重量，为下沉提供更高的重力，克服浮力和阻力，从而使本实施例所述打开塞的下落速度更快。

优选地，所述加重块4为铅块或铅粉，或者是铅块和铅粉的混合物。

在一个实施例中，所述密封机构2的周向上设置有一周密封端面5，所述密封端面5的外径小于打开塞密封盖6的最大外径；并且，所述密封端面5能够与所述打开塞座密封配合。

打开塞密封盖6为圆柱形的结构，其封堵打开塞体1的上端的开口，连接方式可以是螺纹连接、螺钉连接或其他的连接方式。密封端面5为锥形或圆柱形的结构，其边缘与分级箍的打开塞座的边缘相匹配，密封端面5能够卡接在打开塞座上，并形成密封。

在一个实施例中，所述驱动装置3包括电池组11，所述电池组11用于为驱动力提供电源。电池组11设置在下部，靠近打开塞密封盖6的上端面，电池组11的上端设置有驱动电机10，驱动电机10的上端设置有转轮机构。

在一个优选的实施例中，所述转轮机构包括连接所述驱动电机10的转轴9，所述转轴9上设置有若干叶轮8。叶轮8力的大小可以人工调整，解决了机械式分级箍只能适应于15度以内井斜范围的应用局限，可以在大斜度井使用机械式分级箍。

在根据本实施例所述的驱动式分级箍打开塞中，电池组11为电机供电，电机的转轴9带动叶轮8旋转，叶轮8旋转为驱动式分级箍打开塞移动提供驱动力，从而推动打开塞体1向下移动。

在一个实施例中，所述驱动装置3还包括导流罩7，所述导流罩7套设在所述电池组11、驱动电机10及转轮机构的外部。

在本实施例中，导流罩7呈“高脚杯”形状，上部为筒状的结构，下端的中部设置有连接杆，所述连接杆上设置有螺纹，打开塞密封盖6的上端的中部设置有螺纹孔，所述连接杆插接在螺纹孔内，从而相连。电池组11、驱动电机10等均为防水、耐高温高压设计，保证在作用时间内的密封性及正常运转。

在一个实施例中，所述打开塞密封盖6的上端的边缘设置有若干吊耳13，可通过吊耳13辅助吊装将所述打开塞以驱动装置3为上方向投入套管内。

在一个优选的实施例中，，所述导流罩7套的侧面设置有开关12，所述电池组11与所述驱动电机10的连接导线通过所述开关12打开或关闭，从而控制所述驱动电机10的运行或停止。

使用根据本实施例所述的驱动式分级箍打开塞的过程如下：使用前将转轴9与驱动电机10组装，将电池组11与打开塞本体丝扣相连，一级固井替浆结束后，将组装好的驱动轴与驱动电机10嵌入电池组11内，驱动装置3实现通电运转，在利用石油钻井台上的机械设备和人工配合，通过吊耳13将打开塞吊起送入固井水泥头腔体内，取出吊装用绳，打开塞入井后在自重和驱动装置3的作用下向井底快速下落。

所述打开塞在一定时间内到达预定位置，分级箍打开塞座端面，此时电机产生的推力不足以达到分级箍打开塞座剪钉剪断需要的压力值，需要借助钻井液循环泵进行小排量注液实现憋压至设计压力值，进而剪断剪钉，实现分级箍开孔动作，建立二级固井循环。

在本发明中，“上”方为靠近井口的方向，“下”方为远离井口的方向。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。因此，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和/或修改，根据本发明的实施例作出的变更和/或修改都应涵盖在本发明的保护范围之内。