一种内平衡式固井水泥头

专利摘要:
本实用新型涉及一种内平衡式固井水泥头，固井水泥头包括上下延伸的管体，管体上端端口安装有压盖，管体上设有注浆口，管体上安装有档销，档销位于压盖与注浆口之间；固井水泥头还包括上下延伸的平衡条，平衡条焊接在所述管体的内壁上，平衡条在使用时贯穿位于档销上方的胶塞；平衡条的朝向管体的一侧侧面上设有上下贯通的通槽，通槽与管体内壁合围形成使用时连通胶塞上下压力的平衡流道；所述平衡条为梯形平衡条，梯形平衡条的宽度沿所述管体的径向逐渐变小。相比平衡管自身形成平衡流道的方式而言，平衡流道的截面可以更大，减小甚至是避免发生堵塞。相比在管体内壁上开槽的平衡方式而言，不会破坏管体自身的结构，安全性更高。
公开号:CN214330587U
申请号:CN202021958960.6U
申请日:2020-09-09
公开日:2021-10-01
发明作者:黄后初；黄科豪；韩松；佟宝全；李平；黄登冠；陈浩；孙月丽；胡振忠
申请人:Sinopec Oilfield Service Corp；Sinopec North China Petroleum Engineering Corp；
IPC主号:E21B33-13

专利说明:
[n0001] 本实用新型涉及一种内平衡式固井水泥头。
[n0002] 固井水泥头是固井注水泥时必不可少的一种井口装置，一般安装在套管顶端。固井水泥头通常包括管体，管体下端连接在套管上，管体上从上向下依次开设有压胶塞口和注浆口，注浆口上方安装有档销，档销可以伸缩。组装后胶塞位于压胶塞口与档销之间，档销挡着胶塞使胶塞无法下行，使用时，先由注浆口注入水泥浆，再将档销退出，由压胶塞口泵入替浆推动胶塞下行。
[n0003] 注入水泥浆后，管体内位于胶塞下方的空间是负压，胶塞上方是常压，对胶塞有朝下的抽吸力，胶塞压迫档销使档销不易退出，导致无法释放胶塞。为平衡胶塞上下侧的压力，目前多采用内平衡方式，如授权公告号为CN203769716U的中国实用新型专利公开的内平衡式固井水泥头，通过在水泥头管体内壁上车出平衡槽形成平衡流道，实现压力平衡。还有在水泥头管体上焊接平衡管实现压力平衡的方式。但是两种方式均存在弊端，车平衡槽的方式破坏了水泥头管体的结构，减少了管体的壁厚尺寸，使水泥头抗内压强度降低，在固井压力升高或在固井施工井壁突发垮塌发生异常高压时，平衡槽处因壁薄易受压力后刺穿，造成固井施工事故或人身伤害事故；另外平衡槽不可能很大，尺寸较小，使用时易被水泥浆等堵塞，失去平衡作用。焊接平衡管的方式也存在弊端，平衡管壁厚较大时，内部的尺寸较小，易发生堵塞，平衡管壁厚较小时，焊接时容易破坏平衡管，而且平衡管与管体内壁的焊接区域较小，循环液体时被液体不停冲击、搅动，容易被折断，进而失去平衡作用。
[n0004] 本实用新型的目的在于提供一种内平衡式固井水泥头，以解决现有技术中增加平衡结构后安全性能较低、平衡流道易堵塞的技术问题。
[n0005] 为实现上述目的，本实用新型内平衡式固井水泥头的技术方案是：一种内平衡式固井水泥头，包括：
[n0006] 管体，上下延伸，上端端口安装有压盖，压盖上安装有与管体内腔连通的压胶塞连接管，管体上设有注浆口，管体上安装有档销，档销位于压盖与注浆口之间；
[n0007] 固井水泥头还包括：
[n0008] 平衡条，上下延伸，平衡条焊接在所述管体的内壁上，平衡条在使用时贯穿位于档销上方的胶塞；
[n0009] 平衡条的朝向管体的一侧侧面上设有上下贯通的通槽，通槽与管体内壁合围形成使用时连通胶塞上下压力的平衡流道；
[n0010] 所述平衡条为梯形平衡条，梯形平衡条的宽度沿所述管体的径向逐渐变小。
[n0011] 本实用新型的有益效果是：在管体上焊接平衡条，用平衡条的通槽与管体的内壁面一起形成平衡流道，相比平衡管自身形成平衡流道的方式而言，平衡流道的截面可以更大，减小甚至是避免发生堵塞。相比在管体内壁上开槽的平衡方式而言，不会破坏管体自身的结构，安全性更高。而且，平衡流道不受胶塞的影响。本实用新型中平衡条为梯形，一方面能够满足通槽开设所需的体积；另一方面，梯形部分背向管体内壁一侧的面积较小，在安装胶塞时，胶塞与平衡条之间的接触面积较小，减小胶塞安装时的摩擦力。安装胶塞后，梯形部分的侧面也能够与胶塞以及管体一起形成狭小通道，辅助平衡胶塞上下侧的压力。
[n0012] 作为进一步优化的方案，在管体的轴向截面上，所述通槽为方形槽，方形槽的槽底长度大于槽宽长度。
[n0013] 本方案的效果在于，方形槽的槽底长度大于槽宽长度，在满足较大通流面积的前提下，尽可能地减小方形槽在管体径向上的尺寸，进而使平衡条在管体径向上的尺寸可以更小，减小胶塞装入后需压缩的程度，方便胶塞的安装。
[n0014] 作为进一步优化的方案，所述平衡条的上端端面为沿管体的径向由外向内且向下倾斜延伸的斜面。
[n0015] 本方案的效果在于，设置斜面后，当胶塞自上向下装入时更加方便。
[n0016] 作为进一步优化的方案，所述平衡条的上下两端均满焊固定于所述管体的内壁面上。
[n0017] 本方案的效果在于，平衡条的上下端均焊接固定，加强了平衡条与管体之间的焊接强度，防止平衡条受流体冲击和搅动而发生脱落，导致胶塞上下侧无法进行平衡。
[n0018] 作为进一步优化的方案，所述压盖上设有胶塞限位管，胶塞限位管与压胶塞连接管连通；
[n0019] 胶塞限位管上端焊接在压盖上，下端焊接有档板，胶塞限位管及档板上均设有与所述压胶塞连接管连通的连通孔；
[n0020] 所述平衡条的上端延伸至所述档板的上方，所述档板用于向下挡止胶塞以对胶塞的上端极限位置进行限制。
[n0021] 本方案的效果在于，通过在压盖上设置胶塞限位管并焊接档板，且平衡条的上端延伸到档板的上方，保证胶塞装入后，平衡条的上端位于胶塞的上方，保证平衡流道能够与压盖上方的空间连通；开设连通孔后能够向胶塞处泵入替浆。档板能够增加胶塞限位管与胶塞的接触面积，因循环液体有冲击力，在胶塞上行移动时能够起到防止胶塞限位管插入到胶塞中的作用。
[n0022] 作为进一步优化的方案，所述管体上端与压盖之间设有密封圈。
[n0023] 本方案的效果在于，通过设置密封圈能够防止液体外渗，确保固井时水泥头具有密封性性能，确保固井后期胶塞能够顺利碰压。
[n0024] 作为进一步优化的方案，所述平衡条的下端延伸至所述档销的下方。
[n0025] 本方案的效果在于，平衡条的下端延伸到档销下方，能够保证平衡流道与胶塞下方的空间连通。
[n0026] 图1为本实用新型内平衡式固井水泥头实施例1的示意图；
[n0027] 图2为图1中档销处的俯视图；
[n0028] 图3为图1中平衡条的主视图；
[n0029] 图4为图1中平衡条的左视图；
[n0030] 图5为图3中A-A截面的示意图；
[n0031] 附图标记说明：1-压力表接头；2-压胶塞连接管；3-密封圈；4-胶塞限位管；5-压盖；6-平衡条；61-通槽；62-斜面；7-管体；8-档销；9-胶塞腔；10-注浆管；11-注浆腔；12-连接丝扣。
[n0032] 为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即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。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[n0033] 因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
[n0034] 需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[n0035] 以下结合实施例对本实用新型的特征和性能作进一步的详细描述。
[n0036] 本实用新型的内平衡式固井水泥头的具体实施例1：
[n0037] 如图1至图5所示，内平衡式固井水泥头包括上下延伸的管体7，管体7的上端端口安装有压盖5，下端在使用时安装在套管上，管体7上开设有注浆口，压盖与注浆口之间安装有档销8，对胶塞进行挡止，管体7的内壁上焊接固定有平衡条6，用来连通胶塞上下侧。
[n0038] 如图1所示，管体7上下贯通，上端开设有外螺纹，下端开设有连接丝扣12，连接丝扣12在使用时与套管螺纹装配。管体7的管壁外侧面上对称焊接有档销座，档销8螺纹穿装在档销座中，并延伸到管体7的内部。档销8通过旋转可以在管体7内腔里自由伸缩，伸到管体7内腔中后，能够对胶塞进行挡止，挡止胶塞下落；由管体7内腔中退出后，胶塞脱离挡止，受负压和替浆高压作用可以向下移动。在管体7的内部有胶塞腔9，胶塞腔9用来容纳胶塞，胶塞位于档销8的上方。
[n0039] 在管体7的下方还固定安装有注浆管10，注浆管10对称固定有两个，注浆管10位于档销8的下方，注浆管10与档销8呈90°交叉布置。在管体7的内部还有注浆腔11，注浆腔11位于注浆管10的下方，注浆腔11的高度要求在300-350mm之间，便于用液压钳抱紧管体7的下方以旋紧连接丝扣12。使用时，注浆管10通过旋塞阀连接水泥将注入管线通过注浆腔11向井内循环流体。
[n0040] 如图1所示，压盖5螺纹安装在管体7的上端，压盖5的内部有通道，与胶塞腔9连通，压盖5有与管体7上端外螺纹适配的内螺纹，在压盖5的根部开设有密封圈环槽，密封圈环槽内安装有密封圈3。压盖5安装在管体7上后，挤压密封圈3，密封压盖5与管体7顶部端面的空隙。
[n0041] 在压盖5上安装有压力表接头1，压力表接头1的外周车外螺纹，使用时通过截止阀连接通用压力表；当然也可以连接压力传感器，压力传感器通过数据传输线连接到远处的压力显示仪。在压盖5上还固定有压胶塞连接管2，使用时通过由壬、旋塞阀连接压胶塞固井管线，进行压胶塞作业。
[n0042] 在压盖5的底部还焊接有胶塞限位管4，胶塞限位管4为空心厚壁钢管，外径为60mm，内径为50mm，胶塞限位管4底部焊接有一个外径为60mm、厚度为5mm的档板，档板上车有3个直径为15mm的通孔，胶塞限位管4的管壁上从上至下在周围均布开设有6个直径为25mm的通孔，这些通孔确保替浆流动通道的畅通，胶塞限位管的长度为150mm，使用时用来限定胶塞最上端位置低于平衡条6最上端位置30-50mm之间，满足平衡条6最上端开口在胶塞以上的要求。
[n0043] 在管体7的管壁上焊接固定有平衡条6，平衡条6的结构如图3至图5所示，平衡条6为上下延伸的铁条板，平衡条6为梯形平衡条，在管体7的轴向截面上为梯形。平衡条6的宽边一侧开设有上下贯通的通槽61，通槽61为矩形槽，在轴向截面上，通槽61槽底的长度大于槽宽的长度。在平衡条6上部35mm长度上车有45°的斜面62，斜面62便于安装胶塞。
[n0044] 安装时，将平衡条6设有通槽61的一面与管体7的内壁接触，将平衡条6的两边分别与管体7的内壁焊接在一起。焊接时，在上下方向上，中间位置采用分段点焊即可，而上部和下部采用满焊的方式进行加固。焊接时确保平衡条6的下端焊接高度在档销8以下50mm处，上端焊接在距离管体7的上端端部30mm处，而且上端位于胶塞限位管4最下端的上方，距离为30-50mm之间。焊接完成后，通槽61与管体7的内壁一起形成平衡流道，平衡流道连通胶塞的上下侧，供液体以及气体通道，确保胶塞上下压力一致，实现压力平衡。
[n0045] 使用时，将压盖5打开，将胶塞自上向下塞入胶塞腔9中，胶塞下移过程中被平衡条6压缩后胶塞裙边稍微变形，胶塞能够与平衡条6的梯形斜面进行接触，在胶塞外径、平衡条6的梯形斜面和管体7的内壁三者之间形成两个狭小通道，两个狭小通道也连通胶塞上下侧，起到辅助平衡胶塞上下压力的作用。然后再安装压盖5，因为有档销8限定了胶塞下端位置，胶塞最下端高于平衡条6的最下端50mm；由于胶塞限位管4限定了胶塞上端位置，胶塞最上端能够低于平衡条6上端40mm，整体上保证了整个胶塞位于平衡条6上下端之间。胶塞上下侧之间通过平衡流道以及狭小通道连通，注水泥浆后胶塞上下侧之间实现等压，减小对胶塞施加的朝下的抽吸力，方便转动档销8。
[n0046] 本实施例中，由于平衡条6为梯形，能够在尽可能增加通槽61尺寸的前提下减小平衡条6与胶塞之间的接触面积，减小胶塞下行时受到的摩擦力，保证胶塞能够下行到位，同时，能够保证胶塞与平衡条6、管体7之间形成狭小通道，辅助平衡胶塞上下侧的压力。其中，通槽61为方形槽，且槽底长度大于槽壁宽度，在增大通槽61尺寸的前提下减小平衡条6在管体7径向上的尺寸，方便胶塞的下行。
[n0047] 本实施例中，平衡条6整体上为梯形，而为梯形平衡条。
[n0048] 本实施例中，胶塞限位管4以及胶塞限位管4下方焊接的档板，在使用时能够对胶塞上端的位置进行限定，使用时，胶塞限位管4下端的档板能够与胶塞顶配合，对胶塞上端的极限位置进行限制，档板能够增加胶塞限位管4与胶塞的接触面积，因循环液体有冲击力，在胶塞上行移动时能够起到防止胶塞限位管4插入到胶塞中的作用。当然，在装配完成后，存在的一种情况是，胶塞限位管、档板与胶塞之间并不一定接触，此时的胶塞限位管、档板仅起到预防胶塞向上移动的作用。
[n0049] 应当说明的是，本实施例中的各数值仅为举例说明，并不对固井水泥头的实际结构进行限定，在实际设计、加工和使用的过程中，具体的数值可以根据实际情况进行改变。
[n0050] 应当说明的是，本实施例中，平衡条6的上端为斜面，斜面的最下端位置也位于胶塞限位件下端的上方，防止胶塞堵塞通槽61的上端口。
[n0051] 应当说明的是，本实施例中，为了防止平衡条的棱边划伤胶塞，可以对棱边进行倒圆角处理。
[n0052] 本实用新型内平衡式固井水泥头的具体实施例2：
[n0053] 实施例1中，平衡条的下端延伸到档销的下方，能够保证胶塞安装后，通槽与胶塞下侧连通。本实施例中，平衡条的下端可以与档销平齐，也同样能够保证通槽与胶塞下侧连通。应当说明的是，平衡条的下端与档销平齐，已经属于极端情况，当平衡条的下端位于挡销上方时，安装胶塞后，胶塞下端越过平衡条后会弹性外扩，通槽的下端口将会被封闭。
[n0054] 本实用新型内平衡式固井水泥头的具体实施例3：
[n0055] 实施例1中，管体上端与压盖之间有密封圈，密封圈安装在压盖上，当管体与压盖装配到位后挤压密封圈，实现密封。设置密封圈的目的是确保固井时水泥头具有密封性能，确保固井后期胶塞能够顺利碰压。基于该目的之下，本实施例中，将密封圈固定安装在管体的外周面上，在压盖与管体装配到位时挤压密封圈，实现密封。
[n0056] 本实用新型内平衡式固井水泥头的具体实施例4：
[n0057] 实施例1中，通槽为方形槽，方形槽的槽底长度大于槽宽长度。本实施例中，通槽的形状可以根据实际情况进行改变，比如，通槽仍然为方形槽，但是槽底和槽宽的长度可以相等。或者通槽可以为弧形槽或其他形状。
[n0058] 以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，本实用新型的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。

权利要求:
Claims (7)
[0001] 1.一种内平衡式固井水泥头，其特征在于：包括：
管体，上下延伸，上端端口安装有压盖，压盖上安装有与管体内腔连通的压胶塞连接管，管体上设有注浆口，管体上安装有档销，档销位于压盖与注浆口之间；
固井水泥头还包括：
平衡条，上下延伸，平衡条焊接在所述管体的内壁上，平衡条在使用时贯穿位于档销上方的胶塞；
平衡条的朝向管体的一侧侧面上设有上下贯通的通槽，通槽与管体内壁合围形成连通胶塞上下压力的平衡流道；
所述平衡条为梯形平衡条，梯形平衡条的宽度沿所述管体的径向逐渐变小。
[0002] 2.根据权利要求1所述的内平衡式固井水泥头，其特征在于：在管体的轴向截面上，所述通槽为方形槽，方形槽的槽底长度大于槽宽长度。
[0003] 3.根据权利要求1所述的内平衡式固井水泥头，其特征在于：所述平衡条的上端端面为沿管体的径向由外向内且向下倾斜延伸的斜面。
[0004] 4.根据权利要求1-3中任意一项所述的内平衡式固井水泥头，其特征在于：所述平衡条的上下两端均满焊固定于所述管体的内壁面上。
[0005] 5.根据权利要求1-3中任意一项所述的内平衡式固井水泥头，其特征在于：所述压盖上设有胶塞限位管，胶塞限位管与压胶塞连接管连通；
胶塞限位管上端焊接在压盖上，下端焊接有档板，胶塞限位管及档板上均设有与所述压胶塞连接管连通的连通孔；
所述平衡条的上端延伸至所述档板的上方，所述档板用于向下挡止胶塞以对胶塞的上端极限位置进行限制。
[0006] 6.根据权利要求1-3中任意一项所述的内平衡式固井水泥头，其特征在于：所述管体上端与压盖之间设有密封圈。
[0007] 7.根据权利要求1-3中任意一项所述的内平衡式固井水泥头，其特征在于：所述平衡条的下端延伸至所述档销的下方。

类似技术:

---

公开号 | 公开日 | 专利标题

---

US8240369B1|2012-08-14|Slot-perforating system for oil, gas and hydro-geological wells

---

CN214330587U|2021-10-01|一种内平衡式固井水泥头

---

CN205715698U|2016-11-23|一种截止阀

---

CN205715700U|2016-11-23|一种转角截止阀

---

CN204782913U|2015-11-18|用于封隔式尾管悬挂器的滚珠式防提前座封机构

---

CN111520101A|2020-08-11|一种油管封堵器

---

CN101906949B|2013-01-09|欠平衡完井工具

---

CN201771467U|2011-03-23|欠平衡完井工具

---

CN209839188U|2019-12-24|一种快拆分体式的壁挂浮阀

---

RU46296U1|2005-06-27|Муфта для цементирования обсадных колонн

---

CN206319854U|2017-07-11|煤矿用钻孔封孔装置

---

CN214145445U|2021-09-07|一种防混窜的一体式水泥头

---

CN106499360A|2017-03-15|煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置

---

CN207363641U|2018-05-15|一种k341型注水封隔器

---

RU2307232C1|2007-09-27|Устройство для цементирования обсадной колонны в скважине

---

CN210509109U|2020-05-12|一种固井用自密封防倒返碰压装置

---

CN211851727U|2020-11-03|一种固井用膨胀式悬挂器

---

CN212406666U|2021-01-26|一种油管封堵器

---

CN2581685Y|2003-10-22|新型可洗井封隔器

---

CN210622763U|2020-05-26|防漏失冲砂封隔器及冲砂工艺管柱

---

CN214532899U|2021-10-29|一种封闭式滑套

---

CN210687068U|2020-06-05|气动衬氟陶瓷球阀

---

CN208966211U|2019-06-11|套管短节及井口泄压装置

---

CN208749327U|2019-04-16|一种双投球非上提解封式堵漏封隔器

---

CN211287729U|2020-08-18|一种立柱液控单向阀

同族专利:

---

公开号 | 公开日

---

引用文献:

---

公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

---

法律状态:
2021-10-01| GR01| Patent grant|

---

2021-10-01| GR01| Patent grant|

优先权:

---

申请号 | 申请日 | 专利标题

---

CN202021958960.6U|CN214330587U|2020-09-09|2020-09-09|一种内平衡式固井水泥头|CN202021958960.6U| CN214330587U|2020-09-09|2020-09-09|一种内平衡式固井水泥头|