一种自锁式下胶塞注浆装置的制作方法

1.本实用新型涉及钻井用胶塞，尤其涉及一种自锁式下胶塞注浆装置，属于石油、天然气井钻井用工具技术领域。


背景技术：

2.固井胶塞具有隔离水泥浆、清洁套管壁、防止水泥浆污染等用途，等下胶塞与浮箍碰压后，可准确地指示水泥浆置换位置和套管密封性能。浮箍是一种能产生浮力的一种套管引鞋或接箍。浮箍的作用是注水泥时用来控制胶塞的下行位置，使浮箍与浮鞋之间有一段水泥塞，并容纳套管内壁附着的杂质等，同时可作为防止水泥回流的备用，从而保证小套管与井眼之间的固井质量。
3.上胶塞、下胶塞一般成套使用。上胶塞间隔上部水泥浆与钻井液，防止水泥浆被污染，同时顶替水泥浆到环空。压注水泥的下胶塞向下运行至产生碰压时，压力陡增，以此判断压注水泥结束。
4.专利号cn201902193u公布了一种固井胶塞，由顶部皮碗、刮削翼、本体与骨架材料组成，骨架材料采用“土”字型；本体包覆在骨架材料外侧；刮削翼固定在本体外侧，下部采用了大角度的设计；本体的顶部为顶部皮碗，皮碗与套管外壁紧密配合，可以在完成固井作业的同时，方便地将套管内的泥浆液清理干净，结构简单。
5.上述固井胶塞在使用时存在如下缺点：胶塞在产生碰压后不能够进行锁止，因为井下情况复杂，不可预计因素较多，卸压后常有底部浮箍与浮鞋不密封的现象发生，造成部分水泥浆返流，将下胶塞向上浮起，跟水泥浆一起返高，造成下一步钻灰工序的工作量加大。


技术实现要素：

6.本实用新型提供一种自锁式下胶塞注浆装置，下胶塞碰压后，能够自动卡接在浮箍中，避免浮箍渗漏时造成下胶塞上浮。
7.为解决以上技术问题，本实用新型的一种自锁式下胶塞注浆装置，包括下胶塞本体，所述下胶塞本体包括圆柱形的芯轴，所述芯轴的上部设有直径放大的柱体，所述柱体的外周设有多道倒锥形的皮碗，各皮碗的内壁分别设有皮碗嵌槽，各皮碗嵌槽中分别嵌有充气橡胶圈；所述芯轴的下端设有球头，所述球头的上方设有芯轴密封段，所述芯轴密封段的圆周上嵌有多道芯轴密封圈，所述芯轴密封段的上方设有自锁机构；所述自锁机构包括沿芯轴半径对称设置的芯轴沉孔，两芯轴沉孔的外端口分别旋接有芯轴沉孔封盖，两芯轴沉孔中对称设有自锁弹簧，两自锁弹簧的外端头分别设有压板，两压板的外端面中心分别连接有沿芯轴半径向外延伸的支杆，两支杆分别从所述芯轴沉孔封盖的中心孔中伸出，两支杆的外端头分别固定有弧形锁块，所述弧形锁块分别嵌于芯轴外周的锁块嵌槽中。
8.作为本实用新型的改进，所述下胶塞本体的下方设有可自锁浮箍，所述可自锁浮箍包括浮箍筒体，所述浮箍筒体的上端设有锥形母螺纹，所述浮箍筒体的下端设有锥形公
螺纹，所述锥形母螺纹的下方旋接有球座，球座中心孔内径与下胶塞本体的芯轴外径相适配，所述球座中心孔的上端设有上大下小的喇叭口，所述喇叭口的锥面上设有可供弧形锁块嵌入的胶塞自锁嵌槽；所述球座中心孔的下端设有弧形密封面，所述弧形密封面上抵靠有与之面接触的球芯，所述球芯的螺纹沉孔中旋接有向下延伸的球杆，所述球杆的中下部插接于导向套中，所述导向套的下部外周与承压板连为一体，所述承压板的下端面外周支撑在所述浮箍筒体的内台阶上；所述承压板的圆周上均匀分布有多个过流孔，所述导向套的外周套装有球芯弹簧，所述球芯弹簧支撑在所述球芯的下端面与承压板的上端面之间。
9.作为本实用新型的进一步改进，所述球座的中部外壁设有至少两道密封槽，各密封槽中分别嵌装有球座密封圈。
10.作为本实用新型的进一步改进，所述承压板的上端面外缘压有孔用挡圈，所述孔用挡圈嵌于所述浮箍筒体的环形嵌槽中。
11.相对于现有技术，本实用新型取得了以下有益效果：1、充气橡胶圈嵌于皮碗中可以提高皮碗的弹性和密封性能，芯轴下端的球头起到导向作用，球座中心孔上端的喇叭口利于下胶塞本体的芯轴插入，且通过芯轴密封圈实现密封。弧形锁块受到外力时，通过支杆和压板压缩自锁弹簧，向芯轴外周的锁块嵌槽中缩回，当弧形锁块嵌入胶塞自锁嵌槽中时即被锁定，即使浮箍出现渗漏，下胶塞本体不会上浮。
12.2、浮箍筒体上端的锥形母螺纹用于与上方的工具或管柱相连，浮箍筒体下端的锥形母螺纹可以与下方的浮鞋相连接。球座自身通过两道以上球座密封圈与浮箍筒体内壁实现密封。球芯弹簧的张力将球芯的球冠密封面压紧在球座中心孔下端的弧形密封面上，两者面接触，与传统的线接触相比，受力面积更大，降低了单位面积所受到的压强，提高了承压能力及密封效果。球座上端的喇叭口、中段的密封段及下端的弧形密封面使得球座比较厚，提高其承压力。
13.3、注水泥浆时，来自上方的压力将球芯推离球座下端的弧形密封面，球芯弹簧被压缩，承压板为球芯弹簧提供支撑力，浮箍筒体内台阶与孔用挡圈实现承压板的轴向定位。球杆在导向套中轴向滑动，可以始终精确保证球芯与球座共轴线，避免出现歪斜；过流孔为水泥浆提供下行通道。球座上端的喇叭口一方面可以减小阻力，另一方面可以对胶塞下端的自锁机构起到导向作用，使其顺利滑入胶塞自锁嵌槽中被锁定，即使浮箍仍存在少量泄漏，也可以避免胶塞上浮，减少钻灰工作量。
14.4、工具插入盲孔可以转动球座，便于球座的装配与拆卸。
附图说明
15.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明，附图仅提供参考与说明用，非用以限制本实用新型。
16.图1为本实用新型中下胶塞本体的主视图。
17.图2为图1中自锁机构所在截面的剖视图。
18.图3为本实用新型中可自锁浮箍的剖视图。
19.图中：1.芯轴；1a.球头；1b.芯轴沉孔；1c.锁块嵌槽；2.柱体；3.皮碗；3a.皮碗嵌槽；4.充气橡胶圈；5.芯轴密封圈；6.芯轴沉孔封盖；7.自锁弹簧；8.压板；9.支杆；10.弧形锁块。11.浮箍筒体；11a.锥形母螺纹；11b.锥形公螺纹；12.球座；12a.盲孔；12b.喇叭口；
12c.胶塞自锁嵌槽；13.球芯；14.球杆；15.导向套；16.承压板；16a.过流孔；17.孔用挡圈；18.球芯弹簧；19.球座密封圈。
具体实施方式
20.如图1、图2所示，本实用新型的自锁式下胶塞注浆装置包括下胶塞本体，下胶塞本体包括圆柱形的芯轴1，芯轴1的上部设有直径放大的柱体2，柱体2的外周设有多道倒锥形的皮碗3，各皮碗3的内壁分别设有皮碗嵌槽3a，各皮碗嵌槽3a中分别嵌有充气橡胶圈4；芯轴1的下端设有球头1a，球头1a的上方设有芯轴密封段，芯轴密封段的圆周上嵌有多道芯轴密封圈5，芯轴密封段的上方设有自锁机构；自锁机构包括沿芯轴半径对称设置的芯轴沉孔1b，两芯轴沉孔1b的外端口分别旋接有芯轴沉孔封盖6，两芯轴沉孔1b中对称设有自锁弹簧7，两自锁弹簧7的外端头分别设有压板8，两压板8的外端面中心分别连接有沿芯轴半径向外延伸的支杆9，两支杆9分别从芯轴沉孔封盖6的中心孔中伸出，两支杆9的外端头分别固定有弧形锁块10，弧形锁块10分别嵌于芯轴外周的锁块嵌槽1c中。
21.如图3所示，下胶塞本体的下方设有可自锁浮箍，可自锁浮箍包括浮箍筒体11，浮箍筒体11的上端设有锥形母螺纹11a，浮箍筒体11的下端设有锥形公螺纹11b，锥形母螺纹11a的下方旋接有球座12，球座中心孔与浮箍筒体中心孔共轴线，球座中心孔的上端设有上大下小的喇叭口12b，喇叭口12b的锥面上设有胶塞自锁嵌槽12c；球座12的中部外壁设有至少两道密封槽，各密封槽中分别嵌装有球座密封圈19；球座中心孔的下端设有弧形密封面，弧形密封面上抵靠有与之面接触的球芯13，球芯13的螺纹沉孔中旋接有向下延伸的球杆14，球杆14的中下部插接于导向套15中，导向套15的下部外周与承压板16连为一体，承压板16的下端面外周支撑在浮箍筒体11的内台阶上，承压板16的上端面外缘压有孔用挡圈17，孔用挡圈17嵌于浮箍筒体11的环形嵌槽中；承压板16的圆周上均匀分布有多个过流孔16a，导向套15的外周套装有球芯弹簧18，球芯弹簧18支撑在球芯13的下端面与承压板16的上端面之间。
22.浮箍筒体11上端的锥形母螺纹11a用于与上方的工具或管柱相连，浮箍筒体11下端的锥形母螺纹11a可以与下方的浮鞋相连接。球座12自身通过两道以上球座密封圈19与浮箍筒体11内壁实现密封。球芯弹簧18的张力将球芯13的球冠密封面压紧在球座中心孔下端的弧形密封面上，两者面接触，与传统的线接触相比，受力面积更大，降低了单位面积所受到的压强，提高了承压能力及密封效果。球座12上端的喇叭口12b、中段的密封段及下端的弧形密封面使得球座12比较厚，提高其承压力。
23.注水泥浆时，来自上方的压力将球芯13推离球座12下端的弧形密封面，球芯弹簧18被压缩，承压板16为球芯弹簧18提供支撑力，浮箍筒体内台阶与孔用挡圈17实现承压板16的轴向定位。球杆14在导向套15中轴向滑动，可以始终精确保证球芯13与球座12共轴线，避免出现歪斜。过流孔16a为水泥浆提供下行通道。
24.球座12的上端口对称设有向下延伸的盲孔12a，工具插入盲孔12a可以转动球座12，便于球座12的装配与拆卸。
25.充气橡胶圈4嵌于皮碗3中可以提高皮碗3的弹性和密封性能，芯轴1下端的球头1a起到导向作用，球座中心孔上端的喇叭口12b利于下胶塞本体的芯轴1插入，且通过芯轴密封圈5实现密封。弧形锁块10受到外力时，通过支杆9和压板8压缩自锁弹簧7，向芯轴1外周
的锁块嵌槽1c中缩回。喇叭口12b还对胶塞下端的自锁机构起到导向作用，使其顺利滑入胶塞自锁嵌槽12c中被锁定，当弧形锁块10嵌入胶塞自锁嵌槽12c中时即被锁定，即使浮箍出现渗漏，下胶塞本体不会上浮，减少钻灰工作量。
26.以上所述仅为本实用新型之较佳可行实施例而已，非因此局限本实用新型的专利保护范围。除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围内。本实用新型未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述。