CN114026310A - 形成有高压密封的注水泥塞 - Google Patents

Abstract

一种用于在井下环境中移动水泥的塞包括具有至少一个轮廓的密封表面。所述密封表面响应于施加的压力而与另一装置形成液压密封。所述密封表面可由模制橡胶制成，并且在所述密封表面上形成的所述轮廓可由所述模制橡胶在模制过程中形成。所述轮廓可以是一个半圆形轮廓或多个半圆形轮廓。所述轮廓可以是一个或多个半圆形轮廓和一个或多个线形轮廓。所述塞可以是底塞，所述密封表面可以是上游密封表面，且所述另一装置可以是浮箍。所述塞可以是顶塞，所述密封表面可以是上游密封表面，且所述另一装置可以是底塞。

Description

形成有高压密封的注水泥塞

背景技术

在油田工业中，为进一步开发而形成井眼的各区段。在进一步开发的这些区段中，需要悬挂和固定额外的井套管和固井作业。为了促进这一开发阶段，除了注水泥塞的其它功能外，还需要注水泥塞与它们接触的物体形成适当的液压密封，甚至在高压降落(highpressure landing)情形下也需要形成这些密封。如果未形成适当的液压密封，固井作业的质量可能会受到影响。

附图说明

为了更全面地理解本公开的特征和优点，现参考详细描述以及所附的附图，其中不同附图中的对应标号指代对应部件，且其中：

图1A和1B是根据特定实例实施例的其中执行固井作业的井场的图示；

图2A和2B示出了根据某些实例实施例的包括单个半圆形轮廓的底塞及止塞箍的剖视图；且

图3示出了根据某些实例实施例的其中底塞包括多个半圆形轮廓的另一剖视图；且

图4示出了根据某些实例实施例的其中底塞包括不同轮廓的又一剖视图。

具体实施方式

虽然下文详细论述了本公开的各种实施例的制造和使用，但应了解，本公开提供许多可体现在各种特定情形中的适用发明概念。本文中所论述的特定实施例仅为说明性的且并不限制本公开的范围。为了清楚起见，在本公开中不会描述实际实施方案的所有特征。当然，应了解，在任何此类实际实施例的开发中，必须做出许多实施方案特定的决策以实现开发者的特定目标，例如遵守与系统相关的和与商业相关的约束，这些约束将因实施方案而不同。此外，应了解，此类开发努力可能是复杂且耗时的，但对于受益于本公开的本领域普通技术人员来说，这将是一项常规任务。

在油田工业中，井场的开发包含形成井眼的新区段以及使用水泥和井套管铺设新的基座的固井作业。为了帮助这一开发过程，使用顶部和底部注水泥塞。一般来说，注水泥塞由模制橡胶制成，并且包括穿过塞的法兰，如果是底塞，则还包含爆破片。塞用于清洁先前安装的井套管区段，并在位于顶塞和底塞之间的区段内隔离水泥浆。这样，水泥浆可以在不受污染的情况下输送到井眼内的开发区域。当顶塞、水泥浆和底塞的组合通过井套管穿过井眼时，底塞最终与止塞箍接触。当对此组合施加更多力时，爆破片破裂，水泥浆可通过止塞箍输送到新开发区。为了保持水泥浆的质量，需要在底塞和止塞箍之间形成适当的液压密封。但是，止塞箍由水泥制成，且底塞和止塞箍之间的界面是平的。底塞和止塞箍之间的接触通常处于高压力下，因此，无法始终形成适当的密封。因此，水泥浆可能会受到污染。

本文中呈现了一种新的注水泥塞。所述塞包含单个或一系列半圆形轮廓和/或其它轮廓类型，所述轮廓模制到至少一个塞的密封端上。其它轮廓可包含三角形、椭圆形或其它形状。另外，密封轮廓可通过至少一个平面轮廓来界定，并像背环那样起作用。添加到塞的端部的密封轮廓在使用高压将顶塞和底塞压在一起时可产生更好的密封。另一优点是可以修改塞，而无需更换插件。也就是说，通过利用橡胶模具添加包含轮廓，可以在不改变塑料芯材料的情况下更换塞。另外，通过向底塞添加轮廓，混凝土/金属止塞箍的设计和制造的复杂性被降低，因为对混凝土造成的损坏被最小化。此外，服务质量也得到了提高。在作业期间，塞经常在相对较高的压力下落下，以便在塞和止塞箍之间形成所需的密封。然而，在井套管内在这些高压下操作可能会导致套管内的其它产物通过流体静力学或水文学方式排放。因为这些轮廓可在较低强度压力下提供密封，因此排放的可能性降低。

如本文中所使用，术语上游是指井眼中最接近油气储层的位置。如本文中所使用，下游是指井眼中离油气储层更远且离井眼表面更近的位置。因而，上游和下游界面分别被称为离油气储层最近且离井眼表面最远的界面和离油气储层较远且离井眼表面最近的界面。

现在参考图1A和1B，示出了根据某些实例实施例的其中执行固井作业的井场的图，井场大体上表示为10。井场10包括井眼，并且在井眼内部，顶塞12、底塞14和浮箍16用于安置和稳定井套管20。可以使用泵站将水泥浆18泵送到井内，然后使用泵站的加压力通过顶塞12推动水泥浆18穿过井套管20的内径(ID)。来自顶塞12和水泥浆18的力使底塞14的爆破片破裂，水泥浆可被推动穿过止塞箍16，并进入止塞箍16下方的新开发井段。底塞包括O形密封圈，其轮廓在底塞14的下游和上游界面中的至少一个上形成。另外，顶塞16也可包含O形密封圈。O形密封圈可包括任何类型的轮廓。轮廓可以是半圆形的或平面的或这两者的组合可包含多个轮廓和轮廓类型。轮廓不限于任何一种形状。界面上形成的O形圈结构的不一致性使得液压密封改进。在图1A中，底塞14包含具有半圆形轮廓的密封件。在高压(p)下，顶塞12被压入井套管20并落在底塞14上后(如图2B所示)，在底塞14和止塞箍16之间以及任选地在底塞14和顶塞12之间形成适当的液压密封。

现在参考图2A和2B，示出了根据某些实例实施例的包括单个半圆形轮廓22a的底塞14、15及止塞箍16、17的剖视图。塞14、15包含外部橡胶层、塑料插件和管道区段。塞14、15进一步包含用模制橡胶层形成的O形密封圈。当压力施加到塞14、15上时，半圆形轮廓22a与止塞箍16、17的界面形成液压密封。止塞箍16、17由混凝土制成，且包含穿过中心的管道区段。底塞14、15和止塞箍的O形密封圈之间的界面是橡胶对混凝土。图3是根据某些实例实施例的其中底塞14包括多个半圆形轮廓22a的另一剖视图。图4是根据某些实例实施例的其中底塞包括不同轮廓的又一剖视图。轮廓包括单个半圆形轮廓22a和在半圆形轮廓周围形成环的多个平面轮廓24。还应理解，前述轮廓还可适用于顶塞14的上游界面或底塞的下游界面。另外，图1-2中的塞在图2中示出了法兰，例如30。

如本文中所使用，除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式“一”和“所述”也意在包含复数形式。将进一步理解，术语“包括(comprises和/或comprising)”在用于本说明书中时规定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件，和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件，和/或其群组的存在或添加。如本文中所使用，术语“和/或”包含相关联所列项目中的一个或多个的任何和所有组合。如本文中所使用，例如“X与Y之间”和“在约X与Y之间”的短语应解释为包含X和Y。如本文中所使用，例如“在约X与Y之间”的短语意指“在约X与约Y之间”。如本文中所使用，例如“从约X到Y”的短语意指“从约X到约Y”。

出于说明的目的，上文公开的实施例已展示且使得本领域的普通技术人员能够实践本公开，但本公开不意图为穷尽性的或限于所公开的形式。在不脱离本公开的范围和精神的情况下，许多非实质性修改和变化对于本领域的普通技术人员来说将是显而易见的。权利要求书的范围意图广泛地覆盖所公开的实施例和任何此类修改。此外，以下条项表示本公开的额外实施例，且应被视为在本公开的范围内：

条项1：一种用于在井下环境中移动水泥的塞，所述塞包括：具有至少一个轮廓的密封表面；其中所述密封表面在压力下与另一装置形成液压密封；

条项2：根据条项1所述的塞，其中所述密封表面由模制橡胶制成；

条项3：根据条项2所述的塞，其中所述至少一个轮廓与所述密封结合，并且由所述模制橡胶形成；

条项4：根据条项1所述的塞，其中所述至少一个轮廓包括至少一个半圆形轮廓；

条项5：根据条项1所述的塞，其中所述至少一个轮廓包括至少一个半圆形轮廓和至少一个线形轮廓；

条项6：根据条项1所述的塞，其中所述塞是底塞，所述密封表面是上游密封表面，且所述另一装置是浮箍；

条项7：根据条项1所述的塞，其中所述塞是顶塞，所述密封表面是上游密封表面，且所述另一装置是底塞；

条项8：一种在井下环境中移动水泥的方法，所述方法包括：将底塞推到所述井下环境中；将水泥泵送到所述井下环境中所述底塞上方；通过将顶塞推到所述井下环境中所述水泥上方来使所述水泥穿过所述底塞；以及在所述塞和另一装置之间形成液压密封；其中所述塞包括具有至少一个轮廓的密封表面；

条项9：根据条项8所述的方法，其中所述密封表面由模制橡胶制成；

条项10：根据条项9所述的方法，其中所述至少一个轮廓与所述密封结合，并且由所述模制橡胶形成；

条项11：根据条项8所述的方法，其中所述至少一个轮廓包括至少一个半圆形轮廓；

条项12：根据条项8所述的方法，其中所述至少一个轮廓包括至少一个半圆形轮廓和至少一个线形轮廓；

条项13：根据条项8所述的方法，其中所述塞是底塞，所述密封表面是上游密封表面，且所述另一装置是浮箍；

条项14：根据条项8所述的方法，其中所述塞是顶塞，所述密封表面是上游密封表面，且所述另一装置是底塞；

条项15：一种用于在井下环境中移动水泥的系统，所述系统包括：底塞，其包含具有至少一个轮廓的密封表面；顶塞；其中所述密封表面响应于接收到所述顶塞而与浮箍和所述顶塞中的至少一个形成液压密封；

条项16：根据条项15所述的系统，其中所述密封表面由模制橡胶制成；

条项17：根据条项16所述的系统，其中所述至少一个轮廓与所述密封结合，并且由所述模制橡胶形成；

条项18：根据条项15所述的系统，其中所述至少一个轮廓包括至少一个半圆形轮廓；

条项19：根据条项15所述的系统，其中所述至少一个轮廓包括至少一个半圆形轮廓和至少一个线形轮廓；以及

条项20：根据条项15所述的系统，其中所述密封表面是上游密封表面和下游密封表面中的至少一个。

Claims (20)

1.一种用于在井下环境中移动水泥的塞，所述塞包括：

具有至少一个轮廓的密封表面；

其中所述密封表面在压力下与另一装置形成液压密封。

2.根据权利要求1所述的塞，其中所述密封表面由模制橡胶制成。

3.根据权利要求2所述的塞，其中所述至少一个轮廓与所述密封结合，并且由所述模制橡胶形成。

4.根据权利要求1所述的塞，其中所述至少一个轮廓包括至少一个半圆形轮廓。

5.根据权利要求1所述的塞，其中所述至少一个轮廓包括至少一个半圆形轮廓和至少一个线形轮廓。

6.根据权利要求1所述的塞，其中所述塞是底塞，所述密封表面是上游密封表面，且所述另一装置是浮箍。

7.根据权利要求1所述的塞，其中所述塞是顶塞，所述密封表面是上游密封表面，且所述另一装置是底塞。

8.一种在井下环境中移动水泥的方法，所述方法包括：

将底塞推到所述井下环境中；

将水泥泵送到所述井下环境中所述底塞上方；

通过将顶塞推到所述井下环境中所述水泥上方来使所述水泥穿过所述底塞；以及

在所述塞和另一装置之间形成液压密封；

其中所述塞包括具有至少一个轮廓的密封表面。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述密封表面由模制橡胶制成。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述至少一个轮廓与所述密封结合，并且由所述模制橡胶形成。

11.根据权利要求8所述的方法，其中所述至少一个轮廓包括至少一个半圆形轮廓。

12.根据权利要求8所述的方法，其中所述至少一个轮廓包括至少一个半圆形轮廓和至少一个线形轮廓。

13.根据权利要求8所述的方法，其中所述塞是底塞，所述密封表面是上游密封表面，且所述另一装置是浮箍。

14.根据权利要求8所述的方法，其中所述塞是顶塞，所述密封表面是上游密封表面，且所述另一装置是底塞。

15.一种用于在井下环境中移动水泥的系统，所述系统包括：

底塞，其包含具有至少一个轮廓的密封表面；

顶塞；

其中所述密封表面响应于接收到所述顶塞而与浮箍和所述顶塞中的至少一个形成液压密封。

16.根据权利要求15所述的系统，其中所述密封表面由模制橡胶制成。

17.根据权利要求16所述的系统，其中所述至少一个轮廓与所述密封结合，并且由所述模制橡胶形成。

18.根据权利要求15所述的系统，其中所述至少一个轮廓包括至少一个半圆形轮廓。

19.根据权利要求15所述的系统，其中所述至少一个轮廓包括至少一个半圆形轮廓和至少一个线形轮廓。

20.根据权利要求15所述的系统，其中所述密封表面是上游密封表面和下游密封表面中的至少一个。

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