[发明专利]用于油井固井的胶塞及包括该胶塞的油井固井装置

说明书

本发明涉及用于油井固井的胶塞及包括该胶塞的油井固井装置，其中用于油井固井的胶塞包括：骨架；以及胶套，其包覆在所述骨架上，所述胶套包括：主体部，其呈筒状并具有沿轴向相对布置的压力水接合端和水泥浆接合端；以及凸出部，其接合至所述主体部并具有从所述主体部沿远离所述骨架的方向延伸的延伸段；其中所述凸出部还具有位于所述延伸段的远离所述骨架的端部并指向所述水泥浆接合端的折角段。本发明可以改善胶塞的密封和刮浆性能，杜绝混浆、落灰超高等现象的发生。

技术领域

本发明涉及油井固井领域，尤其涉及用于油井固井的胶塞及包括该胶塞的油井固井装置。

背景技术

胶塞是目前油井固井领域中广泛使用的部件。常规的胶塞由金属或非金属制成的骨架和耐油、耐高温、耐磨、耐撕裂、耐酸碱的合成高分子材料制成的胶套构成。在胶套上形成有密封盘和刮浆盘，其中密封盘一般设有两级(个)，而刮浆盘设有三级(个)。

胶塞的工作原理如下：

1.从井口向井内灌注水泥浆；

2.从井口向井内投入胶塞，其中刮浆盘在下而密封盘在上；

3.从井口向井内灌注压力水，向井内施压；

4.压力水的水压推动胶塞沿井内的套管下行。下行过程中，三级刮浆盘刮除粘附在套管内壁上的水泥浆，同时胶塞推挤水泥浆经过井底装置并注入套管外的环空。胶塞接触井下装置后停止下行。此时井上显示“碰压”压力，表明水泥浆灌注作业已完成。

这里“碰压”是指胶塞下行过程中，井上显示的压力是一个相对比较稳定的值，而在胶塞突然停止下行后，井上显示压力会陡然升高，其中最大的值即为“碰压”压力。一般情况下，井上显示的“碰压”压力在10MPa-15MPa之间属于正常范围。在这一范围内，“碰压”压力越高，说明胶塞的密封性能越好。如果“碰压”压力低于10MPa，说明下方的水泥浆与上方的压力水已经流体连通，表明胶塞的密封性较差。

根据规定，在水泥浆灌注完成后，胶塞上方不得出现混浆(水泥浆与压力水的混合物)，且水泥浆完全凝固后，胶塞上方的落灰高度不得超过10米。

这里“落灰”一般指两种情况，一种是胶塞下行挤压水泥浆过程中，套管内壁上粘附的水泥浆没有被胶塞的刮浆盘刮除干净，而在水泥浆凝固过程中，这部分水泥浆无法继续附着在套管内壁上，从而呈颗粒状下落至胶塞上；另一种是胶塞上方的混浆中的水泥浆凝固，从而呈颗粒状下落至胶塞上。

而现有的胶塞，经常会由于无法完全阻隔压力水和水泥浆而造成混浆现象，使得碰压压力低于10MPa，且落灰高度经常大于10米，甚至某些极端情况下落灰高度达到60米，导致固井失败。而目前为了克服这一问题，采用的手段是预加钻井深度，从而防止油层低于实际落灰高度，但这又造成了采油困难。

经过分析，申请人发现上述缺陷是由于以下原因导致的：

1.胶塞下行过程中，胶塞上方的压力仅稍大于胶塞下方的压力，从而压差较小。胶塞的密封仅依靠胶套材料自身的弹性扩张以及密封盘相对于套管内壁的过盈量来达到密封效果。然而，胶塞下行时，胶塞的密封面与套管内壁之间存在摩擦力，使得密封盘有向上弯曲的趋势，从而在密封盘与套管内壁之间形成间隙。胶塞下行过程中，水泥浆会不断挤入该间隙，造成对密封形成的破坏。

2.胶塞下行过程中，水泥浆与套管内壁之间存在一定的粘附力，从而造成密封盘/刮浆盘与套管内壁之间的夹角(尖角)处的压力大于套管中水泥浆的压力。同时，因为密封盘/刮浆盘都是向上倾斜设置，由于尖角效应，加大了夹角处的压力，相对来说等于减小了胶塞与套管内壁之间的过盈张力，造成刮除不干净。

发明内容

本发明旨在提供一种至少能够解决上述部分问题的用于油井固井的胶塞。

本发明还旨在提供一种应用上述改进的胶塞的油井固井装置。