本發(fā)明涉及油氣勘探鉆井領域技術(shù)，尤其涉及一種水泥存留管柱及擠注水泥工具。

背景技術(shù)：

勘探油、氣井的過程中，油、氣井中水泥受到油、氣運移及地層各種應力作用、腐蝕、井身結(jié)構(gòu)不合理等多種因素的綜合影響，使得油、氣井中水泥遭到破壞，造成油層串通、地層膠結(jié)物被破壞，近井地帶形成空洞，或因套管破漏使油井不能正常生產(chǎn)，此時，需要修井作業(yè)。在修井作業(yè)中，需要通過擠注水泥施工，修復破壞處，使油、氣井恢復生產(chǎn)。

一般來說，油、氣井按照是否上套管劃分為套管井與裸眼井，其中，套管井為上套管的油、氣井，裸眼井為未上套管的油、氣井。在對套管井進行擠注水泥施工過程中，需要使用擠注水泥工作。目前，擠注水泥工具包括水泥存留器、坐封工具、擠注工具。其中，水泥存留器為卡瓦錨定結(jié)構(gòu)，壓縮式套筒直接套設在水泥存留器上，通過對壓縮式套筒擠壓，將壓縮式套筒與井壁貼合，從而對油、氣井進行密封。

然而，在對裸眼井進行水泥擠注施工時，由于裸眼井井壁為巖石，井壁凹凸不平且不規(guī)則，卡瓦錨定結(jié)構(gòu)的水泥存留器無法錨定在井壁上，密封效果差，導致在裸眼井的擠注水泥施工的成功率低，封堵效果差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種水泥存留管柱及擠注水泥工具，以實現(xiàn)對裸眼井進行水泥擠注時，擠注水泥工具與裸眼井井壁的有效密封，從而提高裸眼井擠注水泥施工的成功率。

第一方面，本發(fā)明實施例提供一種水泥存留管柱，包括：水泥存留裝置與坐封裝置，其中，

所述水泥存留裝置包括：擴張膠筒、外中心管以及控制部，所述擴張膠筒套在所述外中心管上，從而在所述擴張膠筒與所述外中心管之間形成密封的內(nèi)腔體，所述外中心管的管壁上開設有與所述內(nèi)腔體連通的第一進液通道，所述控制部設置在所述第一進液通道內(nèi)，用于控制液體向所述內(nèi)腔體內(nèi)部單向流動；

所述坐封裝置包括：包括內(nèi)中心管、滑套管，所述內(nèi)中心管的管壁上開設有第二進液通道，所述內(nèi)中心管伸入在所述外中心管內(nèi)，所述第二進液通道與所述第一進液通道連通，所述滑套管伸入在所述內(nèi)中心管內(nèi)，用于封堵所述第二進液通道。

可選的，所述水泥存留裝置還包括上膠筒管座與下膠筒管座，其中，

所述上膠筒管座的外環(huán)面上開設有第一環(huán)形凹槽；

所述下膠筒管座的外環(huán)面上開設有第二環(huán)形凹槽；

所述擴張膠筒第一端的內(nèi)壁上設置第一環(huán)形凸起，所述擴張膠筒第一端套在所述上膠筒管座上，所述第一環(huán)形凸起伸入所述第一環(huán)形凹槽內(nèi)；

所述擴張膠筒第二端的內(nèi)壁上設置第二環(huán)形凸起，所述擴張膠筒第二端套在所述下膠筒管座上，所述第二環(huán)形凸起伸入所述第二環(huán)形凹槽內(nèi)。

可選的，所述上膠筒管座與所述內(nèi)中心管通過銷釘連接。

可選的，所述坐封裝置還包括：上接頭、上外套、丟手活塞，其中，

所述上接頭設置在所述坐封裝置頂部，所述上接頭的內(nèi)壁與所述內(nèi)中心管通過螺紋連接，所述上接頭的下端面與所述丟手活塞的上端面相抵觸，所述上外套套設在所述上接頭與所述丟手活塞的外壁上。

可選的，所述上外套對應于所述內(nèi)中心管的第一位置開設有第一通孔，所述第一通孔用于連通所述丟手活塞內(nèi)外；所述上外套對應于所述內(nèi)中心管的第二位置開設有第二通孔，所述第二通孔用于插入所述銷釘；

所述銷釘深入至所述丟手活塞內(nèi)部的一端套設有限位掛環(huán)，所述限位掛環(huán)的第一端與所述上膠筒管座相抵觸，當所述丟手活塞向所述上膠筒移動達到預定位置時，所述限位掛環(huán)的第二端與所述丟手活塞抵觸，用于阻礙所述丟手活塞繼續(xù)移動；

所述內(nèi)中心管上對應所述第二通孔的位置設置有上側(cè)孔，所述上側(cè)孔用于插入所述銷釘，所述滑套管對應于所述內(nèi)中心管的所述上側(cè)孔位置開設有 凹槽，所述銷釘?shù)囊欢松钊胫了霭疾蹆?nèi)，用于使所述滑套管與所述內(nèi)中心管固定；

所述丟手活塞的內(nèi)壁與所述內(nèi)中心管相貼合，用于封堵所述上側(cè)孔。

可選的，所述水泥存留裝置還包括：限位卡環(huán)、彈簧連接裝置、下接頭，其中，

所述內(nèi)中心管插入至水泥存留裝置的底部與所述彈簧連接裝置掛接，并帶動所述彈簧連接裝置在所述水泥存留裝置內(nèi)移動；

所述彈簧連接裝置包括端部與彈簧爪，所述端部呈空心圓柱狀，所述端部的下端面與所述下接頭的內(nèi)壁相抵觸，所述彈簧爪包括間隔相同距離設置在所述端部上環(huán)面上的多根分爪；

所述限位卡環(huán)固定在所述下接頭上，用于限制所述彈簧爪的移動。

可選的，所述外中心管的外壁上開設有環(huán)形的凹槽，所述擴張膠筒的內(nèi)壁與所述凹槽兩側(cè)的第一側(cè)壁和第二側(cè)壁密封，從而使得所述凹槽構(gòu)成所述內(nèi)腔體。

可選的，所述第一側(cè)壁上開設有環(huán)形密封槽，所述密封槽與所述第一進液通道連通；

所述控制部為設置在所述環(huán)形密封槽內(nèi)的Y型密封圈或V型密封圈。

可選的，所述控制部為單流閥。

第二方面，本發(fā)明實施例還提供一種擠注水泥工具，包括如上任一方式實現(xiàn)的水泥存留管柱及擠注管柱。

本發(fā)明實施例提供的水泥存留管柱及擠注水泥工具，水泥存留管柱包括水泥存留裝置與坐封裝置，水泥存留裝置包括：擴張膠筒、外中心管以及控制部，坐封裝置包括：包括內(nèi)中心管、滑套管，在進行擠注水泥時，利用擴張膠筒實現(xiàn)擠注管柱在裸眼井內(nèi)的錨定與密封，由于外中心管與擴張膠筒之間形成密封的內(nèi)腔體，隨著內(nèi)腔體內(nèi)液體的增多，擴張膠筒逐漸膨脹，直至擴張膠筒整體與井壁相貼合，使擠注管柱固定在預定位置，其中控制部起到單向密封的作用，保證內(nèi)腔體內(nèi)液體不會因腔體內(nèi)壓力的變化而流出，保證在擠注水泥施工時擴張膠筒與井內(nèi)穩(wěn)定的密封狀態(tài)，從而提高了裸眼井內(nèi)擠注水泥施工的成功率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實施例提供的水泥存留管柱的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中A部分的局部放大圖；

圖3為圖1中B部分的局部放大圖；

圖4為本發(fā)明一實施例提供的擠注水泥工具的擠注管柱的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

圖1為本發(fā)明一實施例提供的水泥存留管柱的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中A部分的局部放大圖；圖3為圖1中B部分的局部放大圖。下面，結(jié)合圖1～圖3對本發(fā)明實施例所述的水泥存留管柱的結(jié)構(gòu)及工作原理進行詳細說明。

首先，水泥存留管柱的結(jié)構(gòu)。

請參照圖1～圖3，本發(fā)明實施例提供的水泥存留管柱包括水泥存留裝置與坐封裝置，其中，所述水泥存留裝置包括：用于密封裸眼井的擴張膠筒10、外中心管11以及控制部12，所述擴張膠筒套10在所述外中心管11上，從而在所述擴張膠筒10與所述外中心管11之間形成密封的內(nèi)腔體，所述外中心管11的管壁上開設有與所述內(nèi)腔體連通的第一進液通道，所述控制部12設置在所述第一進液通道內(nèi)，用于控制液體向所述內(nèi)腔體內(nèi)部單向流動；所述坐封裝置包括：包括內(nèi)中心管20、滑套管21，所述內(nèi)中心管20的管壁上開設有第二進液通道，所述內(nèi)中心管20伸入在所述外中心管11內(nèi)，所述第二進液通道與所述第一進液通道連通，所述滑套管21伸入在所述內(nèi)中心管20內(nèi)，用于封堵所述第二進液通道。坐封裝置與水泥存留裝置通過銷釘連接成一個整體。

其次，水泥存留管柱的工作原理。

具體的，在進行擠注水泥時，將水泥存留管柱下入到需要進行擠注水泥 施工的井內(nèi)，通過水泵將液體注入到水泥存留管柱內(nèi)，在水泥存留管內(nèi)投入鋼球并加大泵壓，鋼球推動滑套管向下運動，使內(nèi)中心管上開設的第二進液通道露出。在壓力的作用下，液體通過第一進液通道與第二進液通道以及控制部單向進入到外中心管與擴張膠筒之間形成密封的內(nèi)腔體內(nèi)，從而實現(xiàn)水泥擠注管柱在裸眼井內(nèi)的錨定與密封。該過程中，利用擴張膠筒實現(xiàn)擠注管柱在裸眼井內(nèi)的錨定與密封，由于外中心管與擴張膠筒之間形成密封的內(nèi)腔體，隨著內(nèi)腔體內(nèi)液體的增多，擴張膠筒逐漸膨脹，直至擴張膠筒整體與井壁相貼合，使擠注管柱固定在預定位置，其中控制部起到單向密封的作用，保證內(nèi)腔體內(nèi)液體不會因腔體內(nèi)壓力的變化而流出。

本發(fā)明實施例提供的水泥存留管柱，包括水泥存留裝置與坐封裝置，水泥存留裝置包括：擴張膠筒、外中心管以及控制部，坐封裝置包括：包括內(nèi)中心管、滑套管，在進行擠注水泥時，利用擴張膠筒實現(xiàn)擠注管柱在裸眼井內(nèi)的錨定與密封，由于外中心管與擴張膠筒之間形成密封的內(nèi)腔體，隨著內(nèi)腔體內(nèi)液體的增多，擴張膠筒逐漸膨脹，直至擴張膠筒整體與井壁相貼合，使擠注管柱固定在預定位置，其中控制部起到單向密封的作用，保證內(nèi)腔體內(nèi)液體不會因腔體內(nèi)壓力的變化而流出，保證在擠注水泥施工時擴張膠筒與井內(nèi)穩(wěn)定的密封狀態(tài)，從而提高了裸眼井內(nèi)擠注水泥施工的成功率。

可選的，在本發(fā)明一實施例中，所述水泥存留裝置還包括上膠筒管座13與下膠筒管座14，其中，所述上膠筒管座13的外環(huán)面上開設有第一環(huán)形凹槽；所述下膠筒管座14的外環(huán)面上開設有第二環(huán)形凹槽；所述擴張膠筒10第一端的內(nèi)壁上設置第一環(huán)形凸起，所述擴張膠筒10第一端套在所述上膠筒管座13上，所述第一環(huán)形凸起伸入所述第一環(huán)形凹槽內(nèi)；所述擴張膠筒10第二端的內(nèi)壁上設置第二環(huán)形凸起，所述擴張膠筒10第二端套在所述下膠筒管座14上，所述第二環(huán)形凸起伸入所述第二環(huán)形凹槽內(nèi)。當坐封裝置與水泥存留裝置連接時，水泥存留裝置的上膠筒管座13與坐封裝置的內(nèi)中心管20通過銷釘連接。擠注水泥時，由于內(nèi)腔體內(nèi)具有壓力較大的的液體，第一環(huán)形凸起與第一環(huán)形凹槽的配合，第二環(huán)形凸起與第二環(huán)形凹槽的配合能夠使膠筒更加穩(wěn)固的被固定。

具體的，所述外中心管11的外壁上開設有環(huán)形的凹槽，所述擴張膠筒10的內(nèi)壁與所述凹槽兩側(cè)的第一側(cè)壁和第二側(cè)壁密封，從而使得所述凹槽構(gòu) 成所述內(nèi)腔體。所述第一側(cè)壁上開設有環(huán)形密封槽，所述密封槽與所述第一進液通道連通；所述控制部12為設置在所述環(huán)形密封槽內(nèi)的Y型密封圈或V型密封圈，所述控制部12例如為單流閥。

上述實施例中，當坐封裝置與水泥存留裝置連接時，水泥存留裝置的上膠筒管座13與坐封裝置的內(nèi)中心管20通過銷釘連接。下面，對銷釘?shù)脑O置位置進行詳細說明。

具體的，在本發(fā)明一實施例中，所述坐封裝置還包括：上接頭22、上外套23、丟手活塞24以及密封圈，其中，所述上接頭22設置在所述坐封裝置頂部，所述上接頭22的內(nèi)壁與所述內(nèi)中心管20通過螺紋連接，所述上接頭22的下端面與所述丟手活塞24的上端面相抵觸，所述上外套23套設在所述上接頭22與所述丟手活塞24的外壁上，即上外套23位于坐封裝置最外層。其中，所述上外套23對應于所述內(nèi)中心管20的第一位置開設有第一通孔，所述第一通孔用于連通所述丟手活塞24內(nèi)外；所述上外套23對應于所述內(nèi)中心管20的第二位置開設有第二通孔，所述第二通孔用于插入所述銷釘；所述銷釘深入至所述丟手活塞24內(nèi)部的一端套設有限位掛環(huán)25，所述限位掛環(huán)25的第一端與所述上膠筒管座13相抵觸，當所述丟手活塞24向所述上膠筒移動達到預定位置時，所述限位掛環(huán)25的第二端與所述丟手活塞24抵觸，用于阻礙所述丟手活塞24繼續(xù)移動；所述內(nèi)中心管20上對應所述第二通孔的位置設置有上側(cè)孔，所述上側(cè)孔用于插入所述銷釘，所述滑套管21對應于所述內(nèi)中心管20的所述上側(cè)孔位置開設有凹槽，所述銷釘?shù)囊欢松钊胫了霭疾蹆?nèi)，用于使所述滑套管21與所述內(nèi)中心管20固定；所述丟手活塞24的內(nèi)壁與所述內(nèi)中心管20相貼合，用于封堵所述上側(cè)孔。

再請參照圖3，可選的，在本發(fā)明一實施例中，所述水泥存留裝置還包括：限位卡環(huán)15、彈簧連接裝置16、下接頭17以及密封圈。當坐封裝置與水泥存留裝置連接時，水泥存留裝置的上膠筒管座13與坐封裝置的內(nèi)中心管20通過銷釘連接，所述內(nèi)中心管20插入至水泥存留裝置的底部與所述彈簧連接裝置16掛接，并帶動所述彈簧連接裝置16在所述水泥存留裝置內(nèi)移動。當彈簧連接裝置16向上移動后，密封下接頭17的內(nèi)外連通側(cè)孔。本發(fā)明實施例中，除了控制部為Y型或V型密封圈外，該用于密封下接頭17的內(nèi)外連通側(cè)孔的密封圈為O型密封圈。

具體的，所述彈簧連接裝置16包括端部與彈簧爪，所述端部呈空心圓柱狀，所述端部的下端面與所述下接頭17的內(nèi)壁相抵觸，所述彈簧爪包括間隔相同距離設置在所述端部上環(huán)面上的多根分爪；彈簧爪的爪頭設置有提掛凸起，內(nèi)中心管20的底部設置有對應提掛凸起的提掛臺階。當內(nèi)中心管20深入在彈簧連接裝置16時，內(nèi)中心管20的提掛臺階與彈簧連接裝置16的提掛凸起相掛接，內(nèi)中心管20可帶動彈簧連接裝置16移動。下接頭17開設有內(nèi)外連通的環(huán)形側(cè)孔，該環(huán)形側(cè)孔的一端與彈簧連接裝置16的爪縫相對應，當內(nèi)中心管20與彈簧爪提掛連接時，內(nèi)中心管20的槽孔可通過彈簧爪爪縫與下接頭17的環(huán)形側(cè)孔相連通。所述限位卡環(huán)15固定在所述下接頭17上，用于限制所述彈簧爪的移動。當彈簧爪的爪頭移動到限位卡環(huán)15上方后，彈簧爪在彈性作用下復位，內(nèi)中心管20從彈簧爪內(nèi)拔出分離。

一般來說，擠注水泥施工包括洗井、坐封、丟手與解封這幾個過程。下面，在上述水泥存留管柱結(jié)構(gòu)的基礎上，對水泥存留管柱的工作原理進行進一步講解。

洗井：將坐封裝置與水泥擠注裝置通過銷釘連接成一個整體，下入到井內(nèi)的預定位置，其中，坐封裝置的內(nèi)中心管底部的提掛臺階與彈簧連接裝置的提掛凸起相掛接，內(nèi)中心管的底部的槽孔與彈簧連接裝置的彈簧爪之間的爪縫以及下接頭的側(cè)孔相連通，通過水泵將液體注入內(nèi)中心管，并通過內(nèi)中心管的底部的槽孔與彈簧連接裝置的彈簧爪之間的爪縫以及下接頭的側(cè)孔進行洗井。

坐封：在坐封裝置管柱內(nèi)投入鋼球，即在坐封裝置的內(nèi)中心管內(nèi)投入鋼球，當鋼球滾動到與滑套管相抵觸時，提高坐封裝置管柱內(nèi)泵壓，鋼球推動滑套管向下運動，剪斷內(nèi)中心管上側(cè)孔內(nèi)的銷釘，鋼球與滑套管繼續(xù)向下運動，內(nèi)中心管上被滑套管封堵的上側(cè)孔以及第二進液通道露出，在坐封裝置管柱內(nèi)壓力的作用下，液體經(jīng)內(nèi)中心管上的第二進液通道、外中心管上的第一進液通道以及控制部進入到擴張膠筒的內(nèi)腔體，并使擴張膠筒膨脹到與井壁緊密貼合，完成水泥存留裝置的坐封。坐封裝置管柱通過連接在油管或鉆桿下面被送到預定位置，油管或鉆桿與坐封裝置統(tǒng)稱為坐封裝置管柱。

丟手：當水泥存留裝置的內(nèi)腔體內(nèi)充滿液體后，繼續(xù)提高地面泵入壓力，液體經(jīng)過內(nèi)中心管的上側(cè)孔進入到丟手活塞的活塞頭的上端面，推動丟手活 塞向下擠壓上膠筒管座，同時進入到丟手活塞的活塞頭的上端面的液體推動上接頭帶動內(nèi)中心管向上運動，直至連接上膠筒管座與內(nèi)中心管的銷釘被剪斷。當丟手活塞向下運動至限位掛環(huán)時，上外套上的第一通孔露出，管柱內(nèi)外連通，即丟手活塞內(nèi)外連通，形成快速泄壓，證明連接上膠筒管座與內(nèi)中心管的銷釘被成功剪斷。內(nèi)中心管在向上運動的同時，帶動彈簧連接裝置向上運動，彈簧連接裝置的端部向上運動直至將下接頭的環(huán)形側(cè)孔封堵，彈簧連接裝置的彈簧爪移動到限位卡環(huán)上方后，彈簧爪在彈性作用下復位，使彈簧爪與其所掛的內(nèi)中心管分離，彈簧爪停留在限位卡環(huán)上方，從而完成丟手以及關(guān)閉水泥存留裝置，并將坐封裝置起出。

解封：當水泥擠注施工完成后需要解封時，在井中下入鉆磨工具，對水泥存留裝置進行鉆磨，上膠筒管柱的控制部被鉆磨掉，擴張膠筒內(nèi)腔體的高壓自動泄壓，擴張膠筒回彈復位，解封完成。

另外，在上述水泥存留管柱的基礎上，本發(fā)明實施例還提供一種擠注水泥工具，其包括擠注管柱與上述任一實施例實現(xiàn)的水泥存留管柱。下面，本發(fā)明擠注水泥工作包括的擠注管柱進行詳細說明，具體的，請參照圖4，圖4為本發(fā)明一實施例提供的擠注水泥工具的擠注管柱的結(jié)構(gòu)示意圖。

請參照圖4，本發(fā)明實施例提供的擠注水泥工具的擠注管柱，包括擠注管40，該擠注管40下部具有槽口401與提掛臺階。在進行擠注水泥施工時，擠注管與水泥存留管柱的彈簧連接裝置連接，擠注管的提掛臺階與彈簧連接裝置的提掛凸起相掛接，并將彈簧連接裝置推回到初始位置，下接頭的環(huán)形側(cè)孔露出。

擠注水泥施工時，將水泥存留管柱下入到需要進行擠注水泥施工的井內(nèi)，從擠注管內(nèi)泵入水泥漿，水泥漿經(jīng)過擠注管下部的槽口與彈簧爪的爪縫以及下接頭側(cè)孔被擠入到水泥存留管柱的下方。當水泥擠注完成后，上提擠注管柱，擠注管柱下部的提掛臺階帶動彈簧連接裝置上行，彈簧連接裝置的端部隨之向上運動并將下接頭的環(huán)形側(cè)孔封堵，進而關(guān)閉水泥存留裝置，彈簧連接裝置的彈簧爪移動到限位卡環(huán)上方后，彈簧爪在彈性作用下復位，擠注管從彈簧爪內(nèi)拔出分離，從而完成水泥擠注施工。

本發(fā)明實施例提供的擠注水泥工具，包括水泥存留管柱及擠注管柱，水泥存留管柱包括水泥存留裝置與坐封裝置。在進行擠注水泥時，利用擴張膠 筒實現(xiàn)擠注管柱在裸眼井內(nèi)的錨定與密封，由于外中心管與擴張膠筒之間形成密封的內(nèi)腔體，隨著內(nèi)腔體內(nèi)液體的增多，擴張膠筒逐漸膨脹，直至擴張膠筒整體與井壁相貼合，使擠注管柱固定在預定位置，其中控制部起到單向密封的作用，保證內(nèi)腔體內(nèi)液體不會因腔體內(nèi)壓力的變化而流出，保證在擠注水泥施工時擴張膠筒與井內(nèi)穩(wěn)定的密封狀態(tài)，從而提高了裸眼井內(nèi)擠注水泥施工的成功率。

本領域普通技術(shù)人員可以理解：實現(xiàn)上述各方法實施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關(guān)的硬件來完成。前述的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質(zhì)中。該程序在執(zhí)行時，執(zhí)行包括上述各方法實施例的步驟；而前述的存儲介質(zhì)包括：ROM、RAM、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術(shù)人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。