一种自密封式浮箍浮鞋的制作方法

[0001]
本申请涉及钻井设备技术领域，尤其是涉及一种自密封式浮箍浮鞋。


背景技术：

[0002]
在石油、天然气等资源勘探开发的钻井过程中，浮箍浮鞋是套管串及固井过程中的一套关键附件，作用是引导套管顺利入井，调整下套管时管柱所受浮力，并注入水泥浆使套管固定在井壁上，并进行自密封防止水泥浆倒流。浮箍浮鞋的本质是一种单流阀，浮鞋接在套管柱末端，起引鞋和回压凡尔的作用；浮箍接在距套管柱末端20-30米处，起承托环和回压凡尔的作用。浮箍浮鞋能承受井下地层高温高压及各类腐蚀性流体介质等复杂条件影响，阀芯的有效关闭与密封是固井的关键。
[0003]
目前，公布号为cn107956451a的中国发明专利申请公开了一种自密封性浮箍浮鞋，由外壳、本体、密封材料、半椭圆形密封体、弹簧、中心杆、固定件、引鞋组成。将密封体由原有的半圆形密封体改进为切线夹角为70度的半椭圆形密封体面，增大密封接触面积；在半椭圆形密封体上增加密封材料，提高密封效果和安全性，保证固井质量。但是，弹簧经长时间的压缩循环，加之井的地层温度高，弹簧易产生疲劳，弹性效果变差，使浮箍浮鞋的预密封力变弱，从而缩短了浮箍浮鞋的使用寿命。
[0004]
针对上述中的相关技术，发明人认为存在有浮箍浮鞋使用寿命短的缺陷。


技术实现要素：

[0005]
为了提高浮箍浮鞋的使用寿命，本申请提供一种自密封式浮箍浮鞋。
[0006]
本申请提供的一种自密封式浮箍浮鞋采用如下的技术方案：
[0007]
一种自密封式浮箍浮鞋，包括本体，所述本体内固定设置有上阀座与下阀座，所述上阀座上开设有第一通孔，所述下阀座上开设有第二通孔，所述本体内还设置有磁封组件，所述磁封组件包括固定设置于所述上阀座内的强磁体以及封堵所述第一通孔的磁感球，所述磁感球活动设置于所述上阀座与所述下阀座之间，并与所述强磁体磁性相吸。
[0008]
通过采用上述技术方案，自然状态下，磁感球受强磁体的磁吸力作用，被吸引保持在上阀座的下端，并封堵第一通孔阻止流体反向流动，实现浮箍浮鞋的常闭密封状态；泵注泥浆时，泥浆克服强磁体的磁吸力冲开磁感球，且磁感球受到流体向下的冲击力、自身重力、向上的浮力及强磁体的磁吸力共同作用，于上阀座与下阀座之间形成动态的浮游状态，此时泥浆依次流过第一通孔与第二通孔，实现浮箍浮鞋的单向流通，本方案依靠强磁体对磁感球的磁力作用实现浮箍浮鞋的密封，克服了现有浮箍浮鞋中因弹簧失效导致预密封力变弱的问题，具有提高使用寿命的效果。
[0009]
优选的，所述本体内固定设置有导向组件，所述导向组件包括固定设置于所述上阀座与所述下阀座之间的胶结体，所述胶结体内部中空并形成有具有弧形导流面的活动腔，所述活动腔与所述第一通孔及所述第二通孔均连通。
[0010]
通过采用上述技术方案，在泥浆由第一通孔流至第二通孔的过程中，活动腔的弧
形导流面起到良好的导流作用，防止泥浆于下阀座上堆积造成堵塞，从而确保了浮箍浮鞋的流通性能。
[0011]
优选的，所述活动腔的下部固定设置有支撑所述磁感球的偏导架，所述偏导架由所述活动腔的一侧向另一侧倾斜设置。
[0012]
通过采用上述技术方案，当泥浆冲开磁感球向下移动时，偏导架对磁感球形成支撑，防止磁感球封堵第二通孔；当泥浆的泵速增加时，泥浆对磁感球的冲击力增大，偏导环将磁感球导向活动腔的侧边，此时泥浆避开磁感球直接流过活动腔，以此降低泥浆的流动阻力，确保流通的顺畅性。
[0013]
优选的，所述上阀座的底面上固定设置有球阀座，所述球阀座的底面上开设有球形槽，所述球形槽的内侧壁上固定设置有弹性材料制成的密封垫。
[0014]
通过采用上述技术方案，密封垫采用丁腈橡胶，丁腈橡胶具有良好的弹性，停止泵浆时，磁感球不再受流体冲击力的作用，在浮力、回流流体粘滞力和强磁体的磁吸引力作用下，克服重力，迅速回归到球阀座位置，并嵌入球形槽内与密封垫抵紧，实现反向关闭与密封，此时密封垫于磁感球与球阀座之间形成缓冲，防止磁感球碰撞球阀座造成损坏；且丁腈橡胶的耐油耐热性好、耐磨性高，以此降低密封垫发生磨损与变性的可能性，进一步确保了浮箍浮鞋的密封性能与使用寿命。
[0015]
优选的，所述强磁体呈环形并与所述上阀座同轴设置。
[0016]
通过采用上述技术方案，强磁体呈环形设置于上阀座内，其于磁感球周围形成均匀向上的磁吸力，有利于磁感球快速准确的回归到上阀座位置，并稳定吸引在上阀座上，确保了浮箍浮鞋的自封效果。
[0017]
优选的，所述上阀座的顶面上开设有缩口槽，所述缩口槽的直径由上至下逐渐减小，且其下端与所述第一通孔连通。
[0018]
通过采用上述技术方案，当泥浆流经上阀座时，由于缩口槽的直径由上至下逐渐减小，泥浆的流速逐渐增大，其流出缩口槽时的压力增加，使磁感球受到的冲击力增大，有利于磁感球的下移，进而提高了磁感球活动的灵敏度。
[0019]
优选的，所述本体上部的内侧壁上设有螺纹，所述本体的下端一体成型有导向帽，所述导向帽的侧壁上开设有泥浆孔。
[0020]
通过采用上述技术方案，浮鞋一般安装于套管的末端，其通过螺纹与套管连接，方便安装；导向帽固定于浮鞋的下端，其引导套管顺利入井，固井时，本体内的泥浆流入导向帽，并通过泥浆孔排至井内进行固井工作。
[0021]
优选的，所述本体上部的内侧壁上设有螺纹，所述本体的下部一体成型有连接管，所述连接管的外侧壁上设有螺纹。
[0022]
通过采用上述技术方案，浮箍一般安装在距套管末端20-30米处，安装时，浮箍的上端与下端均通过螺纹与套管连接，方便连接。
[0023]
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
[0024]
1.固井注浆时，磁感球被泥浆冲开动态浮游，实现浮箍浮鞋的单向流通，停止泵浆时，磁感球迅速回归进行反向关闭与密封，本方案依靠强磁体对磁感球的磁力作用实现浮箍浮鞋的密封，克服了现有浮箍浮鞋中因弹簧失效导致预密封力变弱的问题，具有提高使用寿命的效果；
[0025]
2.泥浆沿活动腔的弧形导流面由第一通孔流至第二通孔，防止泥浆于下阀座上堆积造成堵塞，以此确保浮箍浮鞋的流通性；
[0026]
3.偏导架对磁感球形成支撑，防止第二通孔被封堵，且当泥浆的泵速增加时，磁感球受到的冲击力增大，并被偏导环引导至活动腔的侧边，泥浆避开磁感球直接流过活动腔，从而提高了流通的顺畅性。
附图说明
[0027]
图1是申请实施例1密封状态的结构示意图。
[0028]
图2是申请实施例1打开状态的结构示意图。
[0029]
图3是申请实施例2密封状态的结构示意图。
[0030]
附图标记说明：1、本体；11、上阀座；111、第一通孔；112、缩口槽；12、下阀座；121、第二通孔；2、磁封组件；21、强磁体；22、磁感球；23、球阀座；231、密封垫；3、导向组件；31、胶结体；311、活动腔；32、偏导架；4、导向帽；41、泥浆孔；42、连接管。
具体实施方式
[0031]
本申请实施例公开一种自密封式浮箍浮鞋。
[0032]
实施例1
[0033]
参照图1，自密封式浮箍浮鞋包括本体1、上阀座11、下阀座12、磁封组件2以及导向组件3。本体1为横截面呈圆形的管状，其上端的内侧壁上开设有螺纹，其下端一体成型有导向帽4。导向帽4为半球形的壳体，其开口向上并与本体1的内部连通。导向帽4与本体1组合形成浮鞋，浮鞋通过螺纹固定安装于套管的末端，导向帽4引导套管顺利入井。导向帽4的侧壁上开设有泥浆孔41，泥浆孔41的开口呈圆形，其与导向帽4的内部连通；固井时，本体1内的泥浆流入导向帽4内，并通过泥浆孔41排至井内进行固井工作。
[0034]
参照图1，上阀座11与下阀座12均为圆盘状，其周侧壁均与本体1的内侧壁贴合并固定连接。上阀座11的圆面中心位置开设有第一通孔111，下阀座12的圆面中心位置开设有第二通孔121，第一通孔111与第二通孔121的开口均呈圆形。
[0035]
参照图1，磁封组件2包括强磁体21、磁感球22以及球阀座23。强磁体21采用磁钢，磁钢是由几种硬的强金属制成的超硬度永磁合金，具有优良的磁性。强磁体21呈圆环状，其内径大于第一通孔111的直径，强磁体21与上阀座11同轴设置，并固定安装于上阀座11内。磁感球22由磁铁制成，其与强磁体21磁性相吸，且其直径大于第一通孔111的直径。磁感球22活动设置于上阀座11与下阀座12之间，自然状态下，磁感球22受强磁体21的磁吸力作用被吸引保持在上阀座11的下端，并封堵第一通孔111，实现浮箍浮鞋的常闭密封状态；泵注泥浆时，泥浆冲开磁感球22，使磁感球22于上阀座11与下阀座12之间形成动态的浮游状态，此时泥浆依次流过第一通孔111与第二通孔121，实现浮箍浮鞋的单向流通。
[0036]
参照图1，球阀座23为圆环状，其与上阀座11同轴设置，并与上阀座11的底面固定连接。球阀座23的底面中心开设有球形槽，球形槽与第一通孔111连通，球形槽的直径大于磁感球22的直径。球形槽的内侧壁上固定设置有密封垫231，密封垫231由丁腈橡胶制成，停止泵浆时，磁感球22受流体的冲击力消失，浮力与强磁体21的磁吸力使其迅速回归，并嵌入球形槽内，此时密封垫231于磁感球22与球阀座23之间形成缓冲，防止碰撞损坏并形成密
封，实现了浮箍浮鞋的自密封。
[0037]
参照图1，上阀座11的顶面上开设有缩口槽112，缩口槽112的开口呈圆形，其下端与第一通孔111连通，且其直径由上至下逐渐减小。当泥浆流经上阀座11时，泥浆通过缩口槽112时的流速逐渐增大，其流出缩口槽112时的压力增加，使磁感球22受到的冲击力增大，有利于磁感球22下移以提高活动的灵敏度。
[0038]
参照图1，导向组件3包括胶结体31与偏导架32。胶结体31为圆柱体形，其由水泥浇注而成。胶结体31的顶面与上阀座11的底面贴合，其底面与下阀座12的顶面贴合，且其外侧壁与本体1的外侧壁贴合并固定连接。胶结体31内部中空并形成有活动腔311，活动腔311的内侧壁呈弧形的导流面，且其两头大中间小，活动腔311与第一通孔111及第二通孔121均连通。泥浆沿活动腔311的弧形导流面由第一通孔111流至第二通孔121，防止泥浆于下阀座12上堆积造成堵塞，以此确保浮箍浮鞋的流通性。
[0039]
参照图1，偏导架32固定设置于活动腔311的下部，偏导架32由两根平行设置的不锈钢杆组成，且两根不锈钢杆的间距小于磁感球22的直径。结合图2所示，当泥浆冲开磁感球22向下移动时，偏导架32对磁感球22形成支撑，防止磁感球22封堵第二通孔121，从而确保了泥浆的流通。偏导架32由活动腔311的一侧向另一侧倾斜设置，若泥浆的泵速增加，磁感球22受到的冲击力增大，并被偏导环引导至活动腔311的侧边，泥浆避开磁感球22直接流过活动腔311，从而提高了流通的顺畅性。
[0040]
本申请实施例一种自密封式浮箍浮鞋的实施原理为：导向帽4与本体1组合形成浮鞋，浮鞋固定安装于套管末端，导向帽4引导套管进入井内；固井注浆时，泥浆冲开磁感球22，使磁感球22于上阀座11与下阀座12之间形成动态的浮游状态，此时泥浆依次流过第一通孔111与第二通孔121，实现浮箍浮鞋的单向流通；停止泵浆时，磁感球22受流体的冲击力消失，浮力与强磁体21的磁吸力使其迅速回归，实现反向关闭与密封，本方案依靠强磁体21对磁感球22的磁力作用实现浮箍浮鞋的密封，克服了现有浮箍浮鞋中因弹簧失效导致预密封力变弱的问题，具有提高使用寿命的效果。
[0041]
实施例2
[0042]
参照图3，本实施例与实施例1的不同之处在于，本体1的下端一体成型有连接管42。连接管42的横截面呈圆形，其外径小于本体1的外径，且其外侧壁上开设有螺纹，本体1与连接管42组合形成浮箍，浮箍安装在距套管末端20-30米处，浮箍的上端与下端均通过螺纹与套管连接，便于安装。
[0043]
本申请实施例一种自密封式浮箍浮鞋的实施原理为：本体1与连接管42组合形成浮箍，浮箍的上端与下端均通过螺纹与套管连接；固井注浆时，泥浆冲开磁感球22，使磁感球22于上阀座11与下阀座12之间形成动态的浮游状态，此时泥浆依次流过第一通孔111与第二通孔121，实现浮箍浮鞋的单向流通；停止泵浆时，磁感球22受流体的冲击力消失，浮力与强磁体21的磁吸力使其迅速回归，实现反向关闭与密封，本方案依靠强磁体21对磁感球22的磁力作用实现浮箍浮鞋的密封，克服了现有浮箍浮鞋中因弹簧失效导致预密封力变弱的问题，具有提高使用寿命的效果。
[0044]
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。