[发明专利]一种用于固井作业的球形高压胶塞

说明书

本发明公开了一种用于固井作业的球形高压胶塞，包括同轴依次连接的胶塞头、胶塞芯、胶塞本体，所述胶塞头和胶塞芯成一体，所述胶塞本体包覆在所述胶塞芯外周，所述胶塞本体包括球形头部和具有多个沿轴向布置的裙翼结构的包覆段，所述球形头部固设在所述胶塞芯的上端面上。本发明胶塞本体采用球形头部结构，避免了胶塞易损坏，能够适应高压油气井固井作业需要，实现固井碰压后放压候凝，提高水泥环与套管的胶结质量，减少了质量事故和安全事故的发生。

技术领域

本发明涉及石油固井工具技术领域，尤其涉及一种用于固井作业的球形高压胶塞。

背景技术

一口油井深达数千米，在钻井过程中常常遇到井漏、井塌、井喷等复杂情况，影响正常钻进，严重时甚至导致井眼报废。为了达到加固井壁，保证继续安全钻进，封隔油、气和水层，保证勘探期间的封层测试及整个开采过程中合理的油气生产等目的而下入优质钢管，并在井筒与钢管的环形空间充填好水泥的作业，称为固井作业。固井作业是通过固井设计，应用配套的固井设备、辅助设备及工具，将油井水泥、水和添加剂按一定的比例混合后，通过固井泵泵注入井，并顶替到预定深度的井壁与套管、套管与套管的环形空间内，使套管与井壁、套管与套管之间形成牢固粘结。套管浮鞋装在套管柱底部引导套管柱入井，防止套管柱底部插入井壁后遇阻；套管浮箍装在浮鞋以上2～3根套管处。不管浮鞋还是浮箍，两者都具有一个单流阀机构，该阀可防止固井结束后套管环空内的流体进入套管内。套管胶塞主要用来隔离水泥浆与前置液，防止前行水泥浆在出套管浮箍前受污染；把顶替液与水泥浆隔开，防止后面的水泥浆受顶替液的污染，同时还用来碰压，指示固井替浆结束。陆地固井一般采用单级单胶塞固井较多，注完水泥浆后开水泥头档销释放胶塞，当胶塞碰到浮箍时，压力突然升高，这一时刻即为碰压。

目前油田上使用的固井胶塞的上下面大体上都是平面结构，与之配合使用的浮箍的上面也是平面。由于油气井浅则数百米，深则数千米，乃至万米，在深井或复杂底层中，地层应力不稳定，井眼环空与套管内的压差变大，容易造成胶塞击穿，引起质量事故，同时飞溅物也容易伤害到操作人员，进而影响生产。

因此，本领域的技术人员致力于开发用于固井作业的球形高压胶塞，胶塞本体采用球形头部结构，避免了胶塞易损坏，能够适应高压油气井固井作业需要，实现固井碰压后放压候凝，提高水泥环与套管的胶结质量，减少了质量事故和安全事故的发生。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何避免胶塞损坏，提高水泥环与套管的胶结质量，减少质量事故和安全事故的发生。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于固井作业的球形高压胶塞，包括同轴依次连接的胶塞头、胶塞芯、胶塞本体，所述胶塞头和胶塞芯成一体，所述胶塞本体包覆在所述胶塞芯外周，所述胶塞本体包括球形头部和具有多个沿轴向布置的裙翼结构的包覆段，所述球形头部固设在所述胶塞芯的上端面上。

进一步地，所述胶塞头包括倒圆台体和圆柱体，其中所述倒圆台体的上底面直径与所述圆柱体的底面直径相等。

进一步地，所述胶塞芯包括外周沿轴向均匀设置的多个环形沟槽的安装柱，所述安装柱设置在所述圆柱体上，其中所述安装柱的直径小于所述圆柱体的底面直径。

进一步地，所述包覆段包括与所述环形沟槽相对应的多个环形安装块和多个沿轴向均匀布置的胶塞裙翼，所述胶塞裙翼的外径与所述球形头部的外径相等。

进一步地，所述倒圆台体包括具有螺纹的通孔，所述通孔中可拆卸安装有自锁式碰压头。

进一步地，所述自锁式碰压头包括依次连接的引导头、密封段和连接段，所述密封段包括沿轴向均匀设置的多个密封槽和设置在所述密封槽上的密封圈，所述密封段和连接段之间可滑动套设有卡簧，所述连接段与所述倒圆台体的所述通孔螺纹连接。

进一步地，所述胶塞头和胶塞芯为铝合金或者树脂材质。

进一步地，所述胶塞本体为合成橡胶或者聚氨酯材质。