一种固井方法、固井组件及其溃缩式套管漂浮接箍

摘要

本发明公开了一种溃缩式套管漂浮接箍，包括壳体、外环隔板、内环隔板、滑塞和剪切销钉；壳体为管状结构，其内壁中部设有锥形台肩；外环隔板由数个扇形隔板和类梯形隔板依次相间紧密排列组成，其位于锥形台肩处；内环隔板由数个扇形隔板和类梯形隔板依次相间紧密排列组成，其位于外环隔板内侧的内锥面处；滑塞为圆柱状结构，位于内环隔板中心通过剪切销钉相连；本方案能够通过溃缩式内部结构消除在套管内发生阻卡的风险，避免产生重大固井质量事故；能够通过改变剪切销钉的材质和直径来调节破通压力，保障固井施工的顺利进行，确保充分满足套管漂浮技术的应用要求。本发明还公开了一种应用上述溃缩式套管漂浮接箍的固井组件和固井方法。

说明书

技术领域

本发明涉及石油钻探行业固井工具技术领域，特别涉及一种固井方法、固井组件及其溃缩式套管漂浮接箍。

背景技术

在大位移水平井的固井施工过程中，将套管串在水平段顺利下入存在较大困难，而采用套管漂浮技术是较为有效的技术手段；该技术的核心是采用套管漂浮接箍将水平段套管内掏空或注入低密度液体，然后利用井眼内液体浮力作用降低套管下入摩阻；目前的套管漂浮接箍主要有滑套型和盲板型两种类型。

中国专利ZL201320293830.4、ZL201220567007.8、ZL201420767882.X、ZL200820124103.9、ZL201120358366.8等所公开的漂浮接箍结构虽有所不同，但均为滑套型，该类型的漂浮接箍不仅结构复杂，而且均需由固井胶塞将其内部结构推至井底；另外，由于其内部结构与套管内壁之间的间隙较小，一旦因套管变形或其它原因导致阻卡，将会造成严重的固井质量事故。

中国专利ZL201020284037.9、ZL201120119090.8所公开的均为盲板型漂浮接箍，该类型的漂浮接箍内部主要结构是由脆性材料制成的盲板，其主要不足在于其破通压力不易准确调节；当破通压力过低时会导致套管漂浮下套管作业失败，而破通压力过高时则会影响固井施工作业的顺利进行，不利于安全施工。

因此，目前的套管漂浮接箍尚不能充分满足套管漂浮技术的应用要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种溃缩式套管漂浮接箍，通过其可实现漂浮下套管作业，同时消除其内部结构在套管内发生阻卡的风险，并可准确调节其内部结构破通压力，充分满足套管漂浮技术的应用要求。

本发明还提供了一种应用上述溃缩式套管漂浮接箍的固井组件。

本发明还提供了一种应用上述溃缩式套管漂浮接箍的固井方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种溃缩式套管漂浮接箍，包括壳体以及设置在其中的分隔机构和限位机构；所述分隔机构能够将所述壳体的内腔沿轴向分隔为两部分；所述限位机构能够为所述分隔机构提供朝向所述壳体高压端的轴向支撑；

所述分隔机构由多个分隔单元组成，且为能够在失去所述限位机构的轴向限位支撑后解体的可溃缩结构；

所述限位机构的强度小于所述分隔机构的强度。

优选的，所述分隔单元包括环形隔板和设置在所述环形隔板中心处的滑塞；

所述环形隔板由多个环形单元组成，多个所述环形单元之间的配合面具有沿径向的分量；所述环形隔板的外侧具有第一轴向限位面，所述壳体的内壁设有用于同所述第一轴向限位面配合的第二轴向限位面，能够为所述环形隔板提供朝向所述壳体高压端的支撑；所述环形隔板的内侧为第一圆柱面；

所述滑塞的外侧为用于同所述第一圆柱面配合的第二圆柱面；

所述限位机构包括剪切销钉，所述剪切销钉能够穿过所述滑塞的第一限位孔和所述环形隔板的第二限位孔，且所述第一限位孔和所述第二限位孔的轴线垂直于所述壳体的轴线。

优选的，所述环形隔板外侧的第一轴向限位面为锥面；所述壳体的内壁设置有锥形台肩，所述锥形台肩的内侧锥面为所述第二轴向限位面。

优选的，所述环形单元包括第一环形单元和第二环形单元，所述第一环形单元的外侧圆弧长度大于其内侧圆弧长度，所述第二环形单元的外侧圆弧长度小于其内侧圆弧长度；所述环形隔板由所述第一环形单元和所述第二环形单元依次相间紧密排列组成。

优选的，所述环形隔板的数量为同心的多个；相邻两个所述环形隔板中，外层的所述环形隔板的内侧，和内层的所述环形隔板的外侧，分别设置有相应的轴向限位面，能够为所述内层环形隔板提供朝向所述壳体高压端的支撑；最外层的所述环形隔板的外侧具有所述第一轴向限位面，最内层的所述环形隔板的内侧为所述第一圆柱面。

优选的，相邻两个所述环形隔板之间的轴向限位面为锥面。

优选的，所述环形隔板包括外环隔板和内环隔板；

所述外环隔板中的所述环形单元为扇形隔板和类梯形隔板，所述扇形隔板的外侧圆弧长度大于其内侧圆弧长度，所述类梯形隔板的外侧圆弧长度小于其内侧圆弧长度；所述外环隔板由所述扇形隔板和所述类梯形隔板依次相间紧密排列组成；

所述内环隔板的所述环形单元为第一扇形隔板、第二扇形隔板和类梯形隔板，所述第一扇形隔板和所述第二扇形隔板均为外侧圆弧长度均大于内侧圆弧长度，所述类梯形隔板的外侧圆弧长度小于其内侧圆弧长度；所述内环隔板由所述第一扇形隔板、所述第二扇形隔板和所述类梯形隔板依次相间紧密排列组成。

优选的，所述限位机构还包括辅助限位机构，能够为所述分隔机构提供朝向所述壳体低压端的限位作用力。

一种固井组件，包括漂浮接箍和分别连接在其两端的两个套管，所述漂浮接箍为上述的溃缩式套管漂浮接箍。

一种固井方法，包括步骤：

S1、用上述的溃缩式套管漂浮接箍连接套管；

S2、将低压端套管掏空或注入低密度液体，向高压端套管注入钻井液；

S3、将连接好的整个套管柱在井眼内下放，到位后，从井口缓慢增压，当达到设定的压力时，所述限位机构被破坏，所述分隔机构以多个分隔单元散落的形式在被液流冲至井底，此时套管内液流通道完全打通，再进行后续固井作业。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的溃缩式套管漂浮接箍，其壳体内部的分隔机构为由多个分隔单元组成的可溃缩结构，在破通时是以碎块散落的形式在被液流冲至井底，该过程是可预见和可控的，从而消除了在套管内发生阻卡的风险，避免产生重大固井质量事故；另一方面，能够通过改变限位机构的材质和直径来精确调节破通压力，保障固井施工的顺利进行，确保充分满足套管漂浮技术的应用要求；本方案广泛适用于各类大位移水平的漂浮下套管作业及固井施工作业。本发明还提供了一种应用上述溃缩式套管漂浮接箍的固井组件和固井方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的溃缩式套管漂浮接箍的内部结构示意图；

图2为本发明实施例提供的溃缩式套管漂浮接箍的工作原理图。

其中：1-壳体；2-外环隔板，21-扇形隔板，22-类梯形隔板；3-内环隔板，31-第一扇形隔板，32-第二扇形隔板，33-类梯形隔板；4-滑塞；5-剪切销钉。

具体实施方式

本发明的核心在于公开了一种溃缩式套管漂浮接箍，通过其可实现漂浮下套管作业，同时消除其内部结构在套管内发生阻卡的风险，并可准确调节其内部结构破通压力，充分满足套管漂浮技术的应用要求。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1和图2，图1为本发明实施例提供的溃缩式套管漂浮接箍的内部结构示意图；图2为本发明实施例提供的溃缩式套管漂浮接箍的工作原理图。

本发明实施例提供的溃缩式套管漂浮接箍，其核心改进点在于，包括壳体1以及设置在其中的分隔机构和限位机构；分隔机构能够将壳体1的内腔沿轴向分隔为两部分，分别用于同两端连接套管配合，将一端套管内的高密度介质(如钻井液)和另一端套管内的低密度介质(空气或低密度液体)分隔开来；限位机构能够为分隔机构提供朝向壳体1高压端的轴向支撑，以承托来自一端套管内高密度介质(如钻井液)液柱的压力；可以理解的是，壳体1的高压端即其与注入钻井液套管连接的一端，低压端即其与挖空或注入低密度液体套管连接的一端，下同；

分隔机构由多个分隔单元组成，且为能够在失去限位机构的轴向限位支撑后解体的可溃缩结构；在限位机构提供轴向支撑时分隔机构为一个整体；

限位机构的强度小于分隔机构的强度；这样一来，在增压过程中，限位机构就会先于分隔机构被破坏，失去限位支撑的分隔机构就会解体溃缩。

从上述的技术方案可以看出，本发明实施例提供的溃缩式套管漂浮接箍，其壳体1内部的分隔机构为由多个分隔单元组成的可溃缩结构，在破通时是以碎块散落的形式在被液流冲至井底，该过程是可预见和可控的，从而消除了在套管内发生阻卡的风险，避免产生重大固井质量事故；另一方面，能够通过改变限位机构的材质和直径来精确调节破通压力，保障固井施工的顺利进行，确保充分满足套管漂浮技术的应用要求；本方案广泛适用于各类大位移水平的漂浮下套管作业及固井施工作业。

分隔机构和限位机构的具体结构可以根据实际需要确定。最简单的，分隔机构可以为由两个分隔单元(优选均为半圆隔板)组成，这两个分隔单元拼成一个完整的圆形，与壳体1内腔的横截面相同，从而实现分隔效果；限位机构可以采用设置在壳体1内壁的环形支撑，对上述分隔机构起到轴向限位作用。进一步的，可以在相邻分隔单元之间，或者分隔单元与壳体1内壁之间设置密封结构。本领域技术人员能够进行相应的变化，将分隔机构划分为更多数量和其他形式的分隔单元，比如采用三个、四个甚至更多的扇形隔板，其解体溃缩方式也不尽相同；对于限位机构设计为沿径向的支撑方式或者网状等等，在此不再赘述。

为了进一步优化上述的技术方案，本实施例中的分隔机构由尽量多的分隔单元组成，每个分隔单元的体积都尽量小，在解体后能够有效避免阻卡。在本方案提供的优选实施例中，分隔单元包括环形隔板和设置在环形隔板中心处的滑塞4，其结构可以参照图1和图2所示；

环形隔板由多个环形单元组成，多个环形单元之间的配合面具有沿径向的分量，以便于其沿各自配合面径向朝内移动，实现解体溃缩；环形隔板的外侧具有第一轴向限位面，壳体1的内壁设有用于同第一轴向限位面配合的第二轴向限位面，能够为环形隔板提供朝向壳体1高压端的支撑；环形隔板的内侧为第一圆柱面；

滑塞4的外侧为用于同第一圆柱面配合的第二圆柱面，能够为上述环形隔板内侧提供沿径向朝外的限位支撑；如图所示，滑塞4为圆柱状结构；

限位机构包括剪切销钉5，该剪切销钉5能够穿过滑塞4的第一限位孔和环形隔板的第二限位孔，且第一限位孔和第二限位孔的轴线垂直于壳体1的轴线；上述结构可使壳体1内壁、环形隔板和滑塞4之间构成密闭的整体，以此可承托来自高压端套管液柱的压力。

可以看到，本设计中的分隔机构由多个分隔单元组成，且通过各自形状的配合能够装配为整体式的结构，再通过限位机构提供支撑和维持。

在本方案提供的具体实施例中，环形隔板外侧的第一轴向限位面为锥面；壳体1的内壁设置有锥形台肩，该锥形台肩的内侧锥面即为上述的第二轴向限位面。壳体1为管状结构，两端均设有连接螺纹，锥形台肩设置在其内壁的中部，该锥面可以为与壳体1同轴。当然，轴向限位面还可以采用其他方式，比如位于同一球面的圆弧形状。

作为优选，环形单元包括第一环形单元和第二环形单元，其中第一环形单元的外侧圆弧长度大于其内侧圆弧长度，第二环形单元的外侧圆弧长度小于其内侧圆弧长度；环形隔板由数个第一环形单元和第二环形单元依次相间紧密排列组成，其结可以参照图1和图2所示；该结构特质可使其沿各自接触面径向收缩时互不约束。多个第一环形单元之间具有互换性，多个第二环形单元之间具有互换性，便于生产制造和装配维护。

为了进一步优化上述的技术方案，环形隔板的数量为同心的多个；相邻两个环形隔板中，外层的环形隔板的内侧，和内层的环形隔板的外侧，分别设置有相应的轴向限位面，能够为内层环形隔板提供朝向壳体1高压端的支撑；最外层的环形隔板的外侧具有上述的第一轴向限位面，最内层的环形隔板的内侧为上述的第一圆柱面。这样一来，分隔机构就能够由更多的分隔单元组成，每个分隔单元的体积都更小，进一步避免在解体后套管内阻卡。

作为优选，相邻两个环形隔板之间的轴向限位面为锥面。该锥面可以为与壳体1同轴。当然，上述轴向限位面还可以采用其他方式，比如位于同一球面的圆弧形状，在此不再赘述。

在本方案提供的具体实施例中，环形隔板包括外环隔板2和内环隔板3；

外环隔板2中的环形单元为扇形隔板21和类梯形隔板22，其中扇形隔板21的外侧圆弧长度大于其内侧圆弧长度，类梯形隔板22的外侧圆弧长度小于其内侧圆弧长度，该结构特质可使其沿各自接触面径向收缩时互不约束；外环隔板2由数个扇形隔板21和类梯形隔板22依次相间紧密排列组成；优选的，组成外环隔板2的扇形隔板21和类梯形隔板22数量相同且均不少于8个；外环隔板2的环形结构内侧设内锥面，外侧设外锥面，位于壳体1内壁中部的锥形台肩处；外环隔板2外侧外锥面与壳体1内壁中部锥形台肩的锥度相同，该结构特征可使二者之间紧密接触；

内环隔板3的环形单元为第一扇形隔板31、第二扇形隔板32和类梯形隔板33，其中第一扇形隔板31和第二扇形隔板32均为外侧圆弧长度均大于内侧圆弧长度，类梯形隔板33的外侧圆弧长度小于其内侧圆弧长度；内环隔板3由第一扇形隔板31、第二扇形隔板32和类梯形隔板33依次相间紧密排列组成；优选的，组成内环隔板3的第一扇形隔板31、第二扇形隔板32和类梯形隔板33数量相同且均不少于6个；内环隔板3的环形结构内侧为圆柱面，外侧设外锥面，其位于外环隔板2内侧的内锥面处；外环隔板2内侧内锥面与内环隔板3外侧外锥面的锥度相同，该结构特征可使二者之间紧密接触。滑塞4为圆柱状结构，位于内环隔板3中心，二者之间通过剪切销钉5在类梯形隔板33处相连。上述结构可使壳体1内壁、外环隔板2、内环隔板3、滑塞4之间构成密闭的整体，以此可承托上部压力。

进一步的，第一扇形隔板31和第二扇形隔板32之间的配合面为沿径向。滑塞4的第一限位孔为沿径向设置，环形隔板的第二限位孔沿径向开设在类梯形隔板33的内侧，圆柱状结构的剪切销钉5依次穿过第一限位孔和第二限位孔，沿壳体1的径向装配。作为优选，剪切销钉5的数量与类梯形隔板33的数量相同，在壳体1的径面上是沿周向均布的，受力结构更合理。

上述的限位机构都是为分隔机构提供朝向壳体1高压端轴向支撑的。在正常使用时来自高压端套管液柱的压力能够为分隔机构提供朝向壳体1低压端的限位作用力，使其在轴向上被固定住。为了进一步优化上述的技术方案，限位机构还包括辅助限位机构，能够为分隔机构提供朝向壳体1低压端的限位作用力，以避免其在装配等过程中不必要的轴向移动。具体的，辅助限位机构可以为设置在壳体1内壁的环形限位凸台，环形隔板靠近壳体1高压端一侧端面的外缘设置有环形限位凹槽，其与环形限位凸台配合实现对环形隔板朝向壳体1低压端的限位作用力。环形隔板的内侧靠近壳体1高压端处设置有环形限位凸台，滑塞4靠近壳体1高压端一侧端面的外缘设置有环形限位凹槽，其与环形限位凸台配合实现对滑塞4朝向壳体1低压端的限位作用力。其结构可以参照图1和图2所示。当环形隔板的数量为同心的多个时，相邻两个环形隔板之间具有上述的环形限位凹槽和环形限位凸台。

下面结合具体工作方式对本方案做进一步介绍：

使用该装置时，将壳体1连接于需要漂浮的套管段上部，其下部的套管段掏空，其上部的套管段注入钻井液，然后将整个套管柱在井眼内下放；由于外环隔板2由壳体1内壁中部的锥形台肩承托，内环隔板3由外环隔板2内侧的内锥面承托，滑塞4通过剪切销钉5与内环隔板3相连；因此，外环隔板2、内环隔板3和滑塞4可形成一个整体，共同承托其上部液柱压力，始终使其下部的套管处于掏空状态，从而使下部套管在浮力作用下顺利在水平段井眼内下放；当套管下放到位后，从井口缓慢增压，当达到设定的压力时，如图2所示，固定滑塞4的剪切销钉5被剪断，滑塞4下行并脱离内环隔板3内部，消除了对内环隔板3内侧的限位，组成内环隔板3的第一扇形隔板31、第二扇形隔板32和类梯形隔板33沿外环隔板2内侧内锥面下滑，同时沿各自的接触面径向收缩，直到完全离开外环隔板2的内锥面后散落；随后，组成外环隔板2的扇形隔板21和类梯形隔板22也沿着壳体1内壁中部的锥形台肩面下滑，同时沿着各自的接触面径向收缩，直到离开壳体1内壁中部的锥形台肩后散落；此时套管内液流通道完全打通，可正常进行后续固井作业。由于本方案内部结构破通时是以碎块散落的形式在被液流冲至井底，因此不会在套管内发生阻卡；由于剪切销钉5的直径和材质均可根据需要精确调节，因此本方案的破通压力可以精确控制，不会出现破通压力不准确的情况，由此确保充分满足套管漂浮技术的应用要求。

本发明实施例还提供了一种固井组件，包括漂浮接箍和分别连接在其两端的两个套管，其核心改进点在于，漂浮接箍为上述的溃缩式套管漂浮接箍。

本发明实施例还提供了一种固井方法，其核心改进点在于，包括步骤：

S1、用上述的溃缩式套管漂浮接箍连接套管；

S2、将下部(即低压端)的套管掏空或注入低密度液体，向上部(即高压端)的套管注入钻井液；

S3、将连接好的整个套管柱在井眼内下放，到位后，从井口缓慢增压，当达到设定的压力时，限位机构被破坏，分隔机构以多个分隔单元散落的形式在被液流冲至井底，此时套管内液流通道完全打通，再进行后续固井作业。

综上所述，本发明实施例提供的溃缩式套管漂浮接箍，包括壳体、外环隔板、内环隔板、滑塞和剪切销钉；壳体为管状结构，两端均设有连接螺纹，其内壁中部设有锥形台肩；外环隔板为环形结构，由数个扇形隔板和类梯形隔板依次相间紧密排列组成，其位于壳体内壁中部的锥形台肩处；内环隔板为环形结构，由数个扇形隔板和类梯形隔板依次相间紧密排列组成，其位于外环隔板内侧的内锥面处；滑塞为圆柱状结构，位于内环隔板中心通过剪切销钉相连；与现有技术相比，本方案能够通过溃缩式内部结构消除在套管内发生阻卡的风险，避免产生重大固井质量事故；能够通过改变剪切销钉的材质和直径来调节破通压力，保障固井施工的顺利进行，确保充分满足套管漂浮技术的应用要求；广泛适用于各类大位移水平的漂浮下套管作业及固井施工作业。本发明实施例还提供了一种应用上述溃缩式套管漂浮接箍的固井组件和固井方法。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。