阅读说明：本技术 一种新型压力控制一体式上部封固完井工具 (Novel pressure control integrated upper sealing well completion tool ) 是由 王玥 杨文领 周后俊 冯强 刘洋 徐敏 黄敏 张秀青 于 2020-08-11 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一体式封固完井工具,包括均为中空管状结构的上接头、循环孔套、循环孔控制滑套、控制锁块、胶筒进液短节、胶筒控制滑套、连接套、中心管、水力扩张胶筒；胶筒进液短节内壁上设流道,胶筒进液短节一端与循环孔套一端内壁固定连接,并与循环孔控制滑套外壁固定连接,循环孔控制滑套与胶筒控制滑套固定连接,胶筒控制滑套另一端侧壁实现对流道的密封,控制锁块实现循环孔控制滑套相较于胶筒进液短节的相对锁定,且控制锁块可缩到胶筒控制滑套外壁上的锁块凹槽内解除对循环孔控制滑套的锁定,中心管通过连接套固定套设在胶筒进液短节内,水力扩张胶筒套设在中心管外壁上。本发明能将分级箍、封隔器、盲板整合成一体,降低工具整体成本。(The invention relates to an integrated sealing well completion tool, which comprises an upper joint, a circulation hole sleeve, a circulation hole control sliding sleeve, a control locking block, a rubber sleeve liquid inlet short section, a rubber sleeve control sliding sleeve, a connecting sleeve, a central pipe and a hydraulic expansion rubber sleeve which are all in a hollow tubular structure; establish the runner on the packing element feed liquor nipple joint inner wall, packing element feed liquor nipple joint one end and circulation hole cover one end inner wall fixed connection, and with circulation hole control sliding sleeve outer wall fixed connection, circulation hole control sliding sleeve and packing element control sliding sleeve fixed connection, packing element control sliding sleeve other end lateral wall realizes the sealed to the runner, the relative locking of circulation hole control sliding sleeve compared in packing element feed liquor nipple joint is realized to the control locking piece, and the locking of circulation hole control sliding sleeve is removed in the locking piece recess that the control locking piece can contract on the packing element control sliding sleeve outer wall, the center tube passes through the fixed cover of adapter sleeve and establishes in packing element feed liquor nipple joint, hydraulic expansion packing element cover is established on the center tube outer wall. The invention can integrate the grading hoop, the packer and the blind plate into a whole, thereby reducing the overall cost of the tool.)

一种新型压力控制一体式上部封固完井工具

技术领域

本发明属于完井施工技术领域，尤其涉及一种新型压力控制一体式上部封固完井工具。

背景技术

上固下筛或半程固井中的封固工艺管柱由下至上通常为盲板短节、扩张式封隔器、套管2-3根、分级箍、套管至井口，通过盲板管内加压，通过分级箍与扩张式封隔器实现上部固井，后期钻穿分级箍至盲板段求产。这种工艺应用虽广但仍然存在如下问题：1)盲板短节内置固定式盲板，下入过程容易造成压力激动，导致分级箍及扩张式封隔器提前开启，致使整个施工失败；2)扩张式封隔器阀系结构复杂，相对可靠性低，一旦控制阀系系统失效，会造成封隔器无法胀封或过胀失效，严重影响上部固井质量，甚至影响工艺实施；3)分级箍与盲板之间，如果留有套管长度过短，会导引分级箍关闭困难，现场憋压侯凝，造成一定的井控风险，如果中间套管长度过长，会滞留长段水泥塞，后期钻塞周期长，对套管的损伤大。

因此，基于这些问题，提供一种能将分级箍、封隔器、盲板的功能整合成一体，降低工具整体成本的新型压力控制一体式上部封固完井工具，具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能将分级箍、封隔器、盲板的功能整合成一体，降低工具整体成本的新型压力控制一体式上部封固完井工具。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种新型压力控制一体式上部封固完井工具，包括均为中空管状结构的上接头、循环孔套、循环孔控制滑套、控制锁块、胶筒进液短节、胶筒控制滑套、连接套、中心管、水力扩张胶筒；所述胶筒进液短节内壁上设有若干组流道，所述胶筒进液短节一端与循环孔套一端内壁固定连接，并与所述循环孔控制滑套外壁通过循环孔控制滑套剪钉固定连接，所述循环孔控制滑套与所述胶筒控制滑套一端的外壁通过启动剪钉固定连接，所述胶筒控制滑套另一端侧壁实现对所述流道的密封，所述控制锁块穿过循环孔控制滑套的侧壁，部分嵌入胶筒进液短节内壁的凹槽中实现所述循环孔控制滑套相较于胶筒进液短节的相对锁定，所述胶筒控制滑套外壁上设有锁块凹槽，所述胶筒控制滑套相较于循环孔控制滑套滑动时，所述控制锁块可缩到锁块凹槽内解除对循环孔控制滑套的锁定，所述中心管通过连接套固定套设在所述胶筒进液短节内，所述水力扩张胶筒套设在中心管外壁上，且其一端的外壁与所述胶筒进液短节内壁固定密封连接，另一端被密封固定设置在所述中心管外壁上；

在封隔器涨封时，所述封隔器内流体可通过所述胶筒进液短节内壁上的若干组流道进入到水力扩张胶筒内腔，使其充液膨胀；

所述循环孔套另一端与上接头固定连接，且循环孔套侧壁上设有若干个循环孔，在初始位置可通过循环孔控制滑套将其遮挡住，当循环固井结束后，可通过设置在封隔器内的关闭结构将所述循环孔关闭。

进一步的，所述关闭结构包括循环孔关闭活塞、内衬套，循环孔关闭活塞通过关闭活塞剪钉与循环孔套内壁固定连接，内衬套密封安装在所述循环孔关闭活塞内壁上，内衬套的内壁上固定安装关闭塞座，所述循环孔关闭活塞外壁上固定设有单向密封组件，使得所述循环孔关闭活塞轴向移动关闭循环孔时，单向密封组件实现循环孔关闭活塞与循环孔套之间的单向密封。

进一步的，所述循环孔关闭活塞内壁上设有C型锁环，当循环孔关闭活塞关闭循环孔套上的循环孔后，循环孔关闭活塞由C型锁环实现步进锁止。

进一步的，所述单向密封组件包括若干组密封单位，所述密封单位为箭头形，且箭头指向下游方向，从而密封来自单向密封组件上端的压力，以隔离循环孔套外部的压力。

进一步的，还包括自灌阀座、自灌阀芯，自灌阀座固定安装在连接套上，自灌阀座与自灌阀芯通过花键轴孔游动连接，自灌阀座上安装有压帽，自灌阀芯通过压帽限位。

进一步的，所述胶筒控制滑套外壁上设有台阶结构，使得所述胶筒控制滑套的纵切面形成“凸”字形，所述锁块凹槽设置在所述胶筒控制滑套较小外径端，所述胶筒控制滑套较大外径端密封堵住所述胶筒进液短节内壁上的若干组流道，且所述台阶结构可实现对所述循环孔控制滑套的限位。

进一步的，所述循环孔控制滑套的外壁上设有锁死台阶，使得所述循环孔控制滑套在轴向移动时，所述锁死台阶与胶筒进液短节相互配合，限制所述循环孔控制滑套继续移动。

进一步的，所述水力扩张胶筒的两端分别与胶筒上骨架、胶筒下骨架通过硫化在一起形成密封组件，所述密封组件一端套入至胶筒进液短节内，胶筒下骨架的一端与胶筒挡帽固定连接，中心管末端固定连接下接头，固定套两端分别固定连接下接头与胶筒挡帽。

进一步的，所述流道为均匀分布的12-16组。

进一步的，在封隔器的初始位置，所述胶筒控制滑套一端被连接套一端限位，所述循环孔关闭活塞的两端分别被所述上接头、循环孔控制滑套限位。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明优化动作逻辑，各功能模块串联工作，多级控制滑套串联工作，分步控制涨封与循环系统各自的开启与关闭，避免各工具独立使用中出现的压力梯度相互干涉问题；

2、本发明集成化工具功能更加全面，相比多种工具分别在管柱中应用，一体集成化工具相对结构更加精简，工艺管柱更加简单，可提高工艺与工具可靠性，现场操作更简单；

3、本发明盲板功能集成内置，缩减留塞长度，提高了后续钻塞施工效率，进一步降低成本；

4、本发明工具集成化设计有利于降低工具整体成本，提高利润率。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。

图1为本发明实施例提供的一种新型压力控制一体式上部封固完井工具的初始状态的结构剖面图；

图2为本发明实施例提供的一种新型压力控制一体式上部封固完井工具的进行涨封时的结构剖面图；

图3为本发明实施例提供的一种新型压力控制一体式上部封固完井工具的进行循环固井时的结构剖面图；

图4为本发明实施例提供的一种新型压力控制一体式上部封固完井工具的固井及涨封均结束后的结构剖面图；

图5为图1中的Ⅰ处的局部放大图；

具体实施方式

首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本发明的具体结构、特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本发明形成任何限制。此外，在本文所提及各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，仍然可在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其他实施例。另外，为了简化图面起见，相同或相类似的技术特征在同一附图中可能仅在一处进行标示。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面就结合图1-5来具体说明本发明。

如图1-5所示，本实施例提供的一种新型滑套控制水力扩张封隔器，包括均为中空管状结构的上接头1、循环孔套5、循环孔控制滑套8、控制锁块11、胶筒进液短节13、胶筒控制滑套12、连接套17、中心管19、水力扩张胶筒20；所述胶筒进液短节13内壁上设有若干组流道，所述胶筒进液短节13一端与上接头1内壁固定螺纹连接，并与所述循环孔控制滑套8外壁通过循环孔控制滑套剪钉9固定连接，所述循环孔控制滑套8与所述胶筒控制滑套12一端的外壁通过启动剪钉10固定连接，所述胶筒控制滑套12另一端侧壁实现对所述流道的密封，所述控制锁块11穿过循环孔控制滑套8的侧壁，部分嵌入胶筒进液短节13内壁的凹槽中实现所述循环孔控制滑套8与胶筒进液短节13的相对限位，所述胶筒控制滑套12外壁上设有锁块凹槽，所述胶筒控制滑套12相较于循环孔控制滑套8滑动时，所述控制锁块11可缩到锁块凹槽内解除对循环孔控制滑套8的锁定，所述中心管19通过连接套17固定套设在所述胶筒进液短节13内，在本实施例中，胶筒进液短节13与连接套17、中心管19依次通过螺纹连接，在初始位置，所述胶筒控制滑套12与连接套17接触并被连接套17限位，避免下工具过程中管外压力激动使工具提前启动；所述水力扩张胶筒20套设在中心管19外壁上，且其一端的外壁与所述胶筒进液短节13内壁固定密封连接，另一端被密封固定设置在所述中心管19外壁上；

在封隔器工作时，所述封隔器内流体可通过所述胶筒进液短节13内壁上的若干组流道进入到水力扩张胶筒20内腔，使其充液膨胀；

所述循环孔套5另一端与上接头1固定连接，且循环孔套5侧壁上设有若干个循环孔501，在初始位置可通过循环孔控制滑套8将其遮挡住，当循环固井结束后，可通过设置在封隔器内的关闭结构将所述循环孔501关闭。

所述关闭结构包括循环孔关闭活塞3、内衬套4，循环孔关闭活塞3通过关闭活塞剪钉6与循环孔套5内壁固定连接，内衬套4密封安装在所述循环孔关闭活塞3内壁上，内衬套4的内壁上固定安装关闭塞座7，所述循环孔关闭活塞3外壁上固定设有单向密封组件25，使得所述循环孔关闭活塞3轴向移动关闭循环孔501时，单向密封组件25实现循环孔关闭活塞3与循环孔套5之间的单向密封；并且，所述循环孔关闭活塞3内壁上设有C型锁环2，当循环孔关闭活塞3关闭循环孔套5上的循环孔后，循环孔关闭活塞3由C型锁环2实现步进锁止，需要说明的是，C型锁环为现有产品，具体结构在此不再赘述。

具体的，在本实施例中，如图5所示，所述单向密封组件25包括若干组密封单位2501，所述密封单位为箭头形，且箭头指向下游方向，从而密封来自单向密封组件25上端的压力，以隔离循环孔套5外部的压力。

此外，还包括自灌阀座15、自灌阀芯16，自灌阀座15螺纹连接至连接套17上，自灌阀座15与自灌阀芯16通过花键轴孔游动连接，自灌阀座15上安装有压帽14，自灌阀芯16通过压帽14限位，需要指出的是，安装自灌阀座15及自灌阀芯16的作用是：工具上部压力升高时，通过自灌阀座15及自灌阀芯16的接触建立密封，达到保压的效果，工具在下井过程中，通过自灌阀芯16的游动解除自灌阀座15及自灌阀芯16的接触密封，实现自动将井筒内泥浆导入工具内部的功能；压帽14、自灌阀座15、自灌阀芯16均可采用现有产品。

在本实施例中，所述胶筒控制滑套12外壁上设有台阶结构801，使得所述胶筒控制滑套12的纵切面形成“凸”字形，所述锁块凹槽设置在所述胶筒控制滑套12较小外径端，所述胶筒控制滑套12较大外径端密封堵住所述胶筒进液短节13内壁上的若干组流道，且所述台阶结构801可实现循环孔控制滑套8与胶筒控制滑套12之间的相对限位；并且，所述循环孔控制滑套8的外壁上设有锁死台阶201，使得所述循环孔控制滑套8在轴向移动时，所述锁死台阶201与胶筒进液短节13相互配合，限制所述循环孔控制滑套8继续移动。

所述水力扩张胶筒20的两端分别与胶筒上骨架18、胶筒下骨架21通过硫化在一起形成密封组件，所述密封组件一端套入至胶筒进液短节13内，胶筒下骨架21的一端与胶筒挡帽22固定连接，中心管19末端固定连接下接头24，固定套23两端分别固定连接下接头24与胶筒挡帽22；具体的，在本实施例中，水力扩张胶筒20与胶筒上骨架18、胶筒下骨架21通过硫化在一起形成密封组件，套入至胶筒进液短节13内，水力扩张胶筒20一端与胶筒进液短节13内壁螺纹连接，胶筒上骨架18与胶筒进液短节13内壁密封接触，胶筒挡帽22螺纹连接在胶筒下骨架21上，下接头24螺纹连接在中心管19上，固定套23通过螺纹将下接头24与胶筒挡帽22连接在一起。

在初始位置，所述胶筒控制滑套12一端被连接套17一端限位，所述循环孔关闭活塞3的两端分别被所述上接头1、循环孔控制滑套8限位。

在本实施例中，可以考虑，所述流道包括胶筒进液短节13内壁上的进液孔702及与进液孔贯通的进液管703，其中进液管沿胶筒进液短节13轴向分布，所述流道可以为均匀分布的12-16组，单个流道通径可达到6mm。

如图2所示，本发明的封固完井工具下放到设计位置后，进行管内打压，启动剪钉10剪断，胶筒控制滑套12向左运动，运动过程中，敞开胶筒进液短节13内的进液孔702，管内的液体通过进液孔702与胶筒上骨架18的流道进入到水力扩张胶筒20内腔，使水力扩张胶筒20膨胀，胶筒控制滑套12运动至循环孔控制滑套8下端通过台阶结构801实现循环孔控制滑套8与胶筒控制滑套12之间的相对限位，胀封胶筒过程控制最大压力不超过8MPa。

如图3所示，本发明的压力控制一体式上部封固完井工具水力扩张胶筒20在11-13MPa完成胀封，此时胶筒控制滑套12位于循环孔控制滑套8下端，由于胶筒控制滑套12小径处设计有用于让控制锁块11内缩运动的锁块凹槽，控制锁块11内缩解锁，循环孔控制滑套剪钉9受压剪断，循环孔控制滑套8带动胶筒控制滑套12一起向由运动，运动过程中开启循环孔套5上的条形循环孔501，建立固井流道，通过带动胶筒控制滑套12回位，关闭胶筒进液短节13内的流道，使密封系统关闭，避免密封系统过压失效。

如图4所示，本发明的压力控制一体式上部封固完井工具循环孔打开后开始上部循环固井工序，水泥浆注入完毕后用自锁型固井关闭塞26顶替，自锁型固井关闭塞26抵达关闭塞座7位置后隔绝下部压力，此时压力通过内衬套4的过流槽作用在循环孔关闭活塞3上，碰压18MPa剪断关闭活塞剪钉6并使循环孔关闭活塞3充分向下运动，关闭循环孔套5上的循环孔501，循环孔关闭活塞3运动过程中由C型锁环2实现步进锁止，循环孔关闭活塞3到位后，下端对循环孔控制滑套8限位，循环孔控制滑套8下端对胶筒控制滑套12限位，循环孔关闭活塞3被C型锁环2锁止后，连带循环孔控制滑套8与胶筒控制滑套12一并锁止，实现对整个系统锁定。

如图5所示，本发明的压力控制一体式上部封固完井工具，为了让循环孔关闭活塞3运动过程顺畅，避免因压缩密封腔使运动受阻，循环孔关闭活塞3下端设计有特殊的单向密封组件25，在本实施例中，单向密封组件25包括3组密封单位2501，密封单位2501与循环孔关闭活塞3接触面形状为平面，与循环孔套5接触面为箭头形，箭头指向下方，能密封来自密封组件上端的压力，以隔离循环孔套5外部的压力，避免水泥浆回流，单向密封的特性，使循环孔关闭活塞3向下运动过程中不会形成密封腔，影响运动。

需要说明的是，对于本发明的压力控制一体式上部封固完井工具，为了实现该工具的密封性能，可根据实际需求在不同的结构部件之间增加密封结构，这属于本领域技术人员均能想到的公知常识，在此不再赘述。

以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。