本實用新型專利技術公開了一種緩解空井注水泥瞬時沖擊的井下工具。主要用于降低干法注水泥過程中“強自流效應”引起的環空返速過快，保證井壁穩定。該裝置包括上接頭、半圓擋板、十字支撐架、軸承、螺旋擋板、閥頭、彈簧筒、彈簧、銷釘。其效果是：干法注水泥時，水泥在套管內自由下落，當其與擋板接觸時，擋板承受其相當大一部分的沖擊力，然后并減緩去其速度，流經螺旋擋板時水泥漿會沿著螺旋擋板勻速下滑，從而大大減小水泥對閥球的沖擊力，并且使得水泥漿形成均勻流動，避免段塞流動。當上面聚集的水泥壓力達到所要求值時，彈簧被壓縮，而銷釘使其不能伸長，使得水泥盡可能的流入環空，減少對壁面的沖刷。沖刷。沖刷。
【技術實現步驟摘要】
一種緩解空井注水泥瞬時沖擊的井下工具
[0001]本技術涉及石油工程空氣鉆井固井技術，尤指一種緩解空井注水泥瞬時沖擊的井下工具。
技術介紹
[0002]在低壓、易漏、出水少、水敏性強的地層實施空氣鉆井，可以大幅度提高鉆井速度，避免常規鉆井出現的井漏井塌等問題。在空氣鉆井施工完成后進行固井作業時，通常要先將井筒內的空氣轉換成鉆井液，之后再進行下套管固井作業。但是，空氣鉆井過程中能夠避免的井下復雜情況，在轉換鉆井液過程中卻又會顯現，極易發生井漏、井垮等井下復雜情況，嚴重影響空氣鉆井技術的提速效果。因此，多采用干法固井，干法固井是指純空氣鉆井結束后，不進行轉換鉆井液就實施下套管及固井作業的完井方法。該方法省去空氣轉換鉆井液工序，既可避免轉換鉆井液時井漏、井垮等井下復雜情況的發生，又可避免轉換后鉆井液、濾餅和堵漏材料對水泥膠結面的影響，使得水泥漿與套管、井壁直接接觸，大幅度提高固井質量。但是水泥漿在非連續流動的情況下，施工參數難以控制。在常規固井注水泥時，常因為套管內和環空流體的密度差，而產生“自流效應”，或稱作“U形管效應”。在干法固井中，井筒內為空氣，在水泥漿重力作用下，發生U形管效應幾乎無法避免。在實施正注水泥過程中，水泥漿受套管內壁的阻力不足以抵抗水泥自身的重力作用，由于套管內為空氣，在注水泥過程中，尤其是注水泥初期，水泥漿快速下落過程中會對井底產生較大沖擊力，容易造成固井工具及固井附件損壞或失效)水泥漿的自流效應和失水作用，增大環空堵塞的可能性。水泥漿的自流效應使得環空返速增大，對井壁的沖刷比常規固井嚴重得多。而現有方法不夠理想。
技術實現思路
[0003]針對上述問題，本技術的目的是提供一種設備簡單、費用低廉、性能良好，一種緩解空井注水泥瞬時沖擊的井下工具。
[0004]為實現上述目的，本技術采取以下技術方案：其特征在于，包括上接頭、半圓擋板、十字支撐架、軸承、螺旋擋板、閥頭、彈簧筒、彈簧、銷釘、筒體。所述上接頭主要用于抵抗水泥漿產生小部分沖擊力，所述半圓擋板主要用于抵抗水泥漿產生大部分沖擊力并使其集中落于螺旋擋板之中，所述十字支撐架擋板用于固定軸承和螺旋擋板；所述軸承其用于使螺旋擋板旋轉；所述螺旋擋板主要用于使經擋板減緩速度后的水泥漿勻速下落，所述閥頭主要用于使自由落體的水泥漿形成完整的柱狀流體，所述彈簧筒主要用于承受完整管柱段產生的壓力，所述銷釘主要用于彈簧的自鎖。
[0005]進一步的技術方案是，所述上接頭與筒體內徑緊密相接，采用具有抗高壓性能的材料制成。
[0006]進一步的技術方案是，所述擋板呈半圓形且相對布置的，且其軸向位置相對錯開，且擋板采用一定抗壓性能材料制成，所述半圓擋板承受的沖擊力方程為：
[0007][0008]式中：λ為擋板的拉梅常數；m為水泥漿單位質量，t；h為水泥漿下落高度，m；H為擋板厚度，m。
[0009]進一步的技術方案是，所述十字支撐架以軸線為中心呈十字分布，采用一定抗壓性能材料制成。
[0010]進一步的技術方案是，所述軸承固定在十字支撐架中部。
[0011]進一步的技術方案是，所述螺旋擋板主要用于使經擋板減緩速度后的水泥漿勻速下落，擋板采用一定抗壓性能材料制成。
[0012]進一步的技術方案是，所述閥頭閥頭面上有一些小凹槽，用于套管內空氣的流通。
[0013]進一步的技術方案是，所述彈簧有一定的壓力限制，所述彈簧的自鎖壓力控制方程為：
[0014]P1≥P2??????????????????????????????????????
(2)
[0015]P1＝0.00981ρh1+F
max
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(3)
[0016]式中：P2為彈簧自鎖所需最小壓力，MPa；ρ為水泥漿的密度，g/cm3；h1為水泥漿柱的高度，m。
[0017]本技術具有以下有益效果：
[0018]1.本技術所使用的裝置具備簡單、易制造且易安裝的特點，不需要安裝復雜的井下裝置，相比目前所用的膠圈裝置更具有經濟性、實用性。
[0019]2.本技術充分利用空井注水泥的技術原理，在必須經水泥固定尾塞處安裝該工具，充分利用井下有用空間，通過擋板以及閥頭極大的減輕空井注水泥過程中的強自流效應，保護井壁的穩定性，減輕事故的發生。
附圖說明
[0020]圖1為本技術緩解空井注水泥瞬時沖擊的井下工具裝置構成示意圖；
[0021]圖2為本技術井口俯視圖；
[0022]圖3為閥頭俯視圖。
[0023]圖4位十字支撐架的俯視圖
[0024]圖中：1.上接頭，2.半圓擋板，3.十字支撐架，4.軸承，5.螺旋擋板，6.閥頭，7.彈簧筒，8.彈簧，9.銷釘。
具體實施方式
[0025]下面結合實施例和附圖對本技術做更進一步的說明。
[0026]如圖1、圖2、圖3和圖4所示，一種緩解空井注水泥瞬時沖擊的井下工具，1.上接頭，2. 半圓擋板，3.十字支撐架，4.軸承，5.螺旋擋板，6.閥頭，7.彈簧筒，8.彈簧，9.銷釘。上接頭1與筒體內徑緊密相接，具有30
°
傾角，上接頭1其使用抗壓性能材料制成。半圓擋板2位于上接頭1下端，半圓擋板2向下傾角45
°
其擋板采用一定抗壓性能材料制成。十字支撐架3與筒體相連接，軸承4位于十字支撐架3中部，螺旋擋板5與軸承4同軸相接，螺旋擋板5呈以軸線為中心呈45
°
螺旋向下且螺旋擋板5采用一定抗壓性能材料制成。
[0027]閥頭4上部與梯形臺階相接處形成封閉空間，閥頭6、彈簧筒7、彈簧8、銷釘9，各構成組件之間依次組合連接，閥頭6頭面上有一些小凹槽，彈簧筒7的內壁上安置銷釘9，其內含有自鎖裝置。
[0028]本技術對緩解空井注水泥瞬時沖擊工藝過程及原理如下：
[0029]A、獲取目標井的作業參數：
[0030]假設有有一井深3000m，需要獲取的參數有：井身結構，水泥漿密度，需要注水泥該開次套管下深。
[0031]B、選擇合適的尺寸工具：
[0032]套管內固井水泥漿產生的沖擊力：
[0033][0034]式中：λ為擋板的拉梅常數；m為水泥漿單位質量，t；h為水泥漿下落高度，m；H為擋板厚度，m。
[0035]彈簧自鎖壓力彈簧的控制方程為：
[0036]P1≥P2??????????????????????????????????????
(2)
[0037]P1＝0.00981ρh1+F
max
????????????????????????????
(3)
[0038]式中：P2為彈簧自鎖所需最小壓力，MPa；ρ為水泥漿的密度，g/cm3；h1為水泥漿柱的高度，m。
[0039]根據上述得到的數據，首先選擇與需要固井層次套管相匹本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種緩解空井注水泥瞬時沖擊的井下工具，其特征在于，包括上接頭、半圓擋板、十字支撐架、軸承、螺旋擋板、閥頭、彈簧筒、彈簧、銷釘、筒體；所述上接頭主要用于抵抗水泥漿產生小部分沖擊力，所述半圓擋板主要用于抵抗水泥漿產生大部分沖擊力并使其集中落于螺旋擋板之中，所述十字支撐架擋板用于固定軸承和螺旋擋板；所述軸承其用于使螺旋擋板旋轉；所述螺旋擋板主要用于使經擋板減緩速度后的水泥漿勻速下落，所述閥頭主要用于使自由落體的水泥漿形成完整的柱狀流體，所述彈簧筒主要用于承受完整管柱段產生的壓力，所述銷釘主要用于彈簧的自鎖。2.如權利要求1所述的一種緩解空井注水泥瞬時沖擊的井下工具，其特征在于，所述上接頭與筒體內徑緊密相接，具有一定角度，其使用抗壓性能材料制成。3.如權利要求1所述的一種緩解空井注水泥瞬時沖擊的井下工具，其特征在于半圓擋板，呈半圓形且相對布置的，其向下呈45
°
，且其軸向位置相對錯開，且擋板采用一定抗壓性能材料制成，所述半圓擋板承受的沖擊力方程為：式中：λ為擋板的拉梅常數；m為水泥漿單位質量，t；h為水泥漿下落高度，m；H為擋板厚度，m。4.如權利要求1所述的一種緩解空井注水泥瞬時沖擊的井下工具，其特征在于十字支撐架，以軸線為中心呈十字分布，采用抗壓性能材料制成。5.如權利要求1所述的一種緩解空井注水泥瞬時沖擊的井下工具...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張杰，楊智鈞，
申請(專利權)人：西南石油大學，
類型：新型
國別省市：
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