发明内容
本发明的目的是提供一种油气井油管防喷堵塞装置,它在油气井起钻前,投入油管内,能够保证起钻作业过程中,油管内无有毒有害气体逸出,也不会发生油管内溢流、井喷现象,为起钻作业提供安全条件。
本发明的技术方案是:设计一种油气井油管防喷堵塞装置,其特征是:本体2它至少包括主体9、主体9一端的的单流阀,主体9另一端的密封件,主体9中部的卡瓦固定机构,油管堵塞器主体9的中心是通腔的管状体,单流阀固定在主体9一端内腔,密封件连接在主体9另一端的外圈。
所述的单流阀由单流阀球座5、钢球6、弹簧7、内弹簧套8、泄水孔16、扶正球17组成,单流阀球座5的外部为圆形结构,它的中心开有中心园孔,中心园孔上部内径大于中部内径,两交接处为一台阶,其下部为锥形园孔,钢球6卡接在锥形园孔内,单流阀球座5的上方一侧有泄水孔16,泄水孔16与中心园孔连通,内弹簧套8外套接有弹簧7,弹簧7卡接在钢球6上,扶正球17镶嵌在堵塞器主体9上部外侧。
所述的扶正球17有三个,互成120度夹角。
所述的卡瓦固定机构由主体中心通道18、卡瓦19、外弹簧座10、弹簧11、堵塞器主体9组成,堵塞器主体9的外部为锥体状,堵塞器主体9的中心是主体中心通道18,锥体的中部外围共有三道燕尾槽,燕尾槽内有卡瓦19,在锥体的下端套接有环形的外弹簧座10,弹簧11卡接在外弹簧座10与堵塞器主体9下部的密封结构上的压环12之间。
所述的卡瓦19有3片,卡瓦19径向互成120度夹角。
所述的堵塞器主体9一端内腔连接有单流阀,堵塞器主体9的另一端依次套接有压环12、调节密封圈22、支撑环13、托环14,过水孔20在堵塞器主体9下端部的卡台处。
所述过水孔20是矩形孔,它是2个径向对称且与主体中心通道18连通的通孔。
所述的压环12为环形钢质压板。
所述的油管堵塞器本体2上有加重杆1。
所述的调节密封圈22,它一端有环状凸棱中部是圆柱通孔另一端是喇叭通孔,喇叭的最大直径端在端口处,圆柱通孔与喇叭通孔连通。
本发明的特点是:堵塞器本体2包括单流阀功能、卡瓦固定、密封件。①本体2上部为单流阀结构,它一是阻止内部气液上行进入油管;二是设计弹簧性能参数,确保作业过程中,当油管内液面高于油套环形空间一定的液面高度时,油管内液面自行下落;三是能够保障该管柱具有正循环功能。②本体2中部卡瓦结构,当遇到下部气液动力时(即井喷迹象)固定工具自身,阻止工具上移。③本体2下部为密封结构,本工具到位后自行密闭油管,承压压差油井21MPa,气井35MPa。④本体1为加重杆,可使得本体2在到达预定位置后立即坐封,对油管实施全径密闭。
本发明自由下落到达油管变径处后,在加重杆1及本体2自重作用下,本体2相对下移,本体2内的压环12、支撑环13、托环14、调节密封圈22等支撑于油管变径处而不动。从而压缩调节密封圈22,此时堵塞器在管柱下部对油管全径实施了密封。同时,卡瓦固定本体,防止工具上移。在起钻过程中,当油管内的液面高于油套环形空间液面高度时,钢球6下移打开堵塞器中心通道18,油管内的液面自行回落,保证油管在井口卸扣以后无油水洒落于井口。本油管堵塞器能够完全阻止伴生气(天然气)、井筒液体从油管内进入,有效防止油管内有毒有害气体逸出及井喷的发生;该工具体积小、使用方法简便、可重复使用多次。
具体实施方式
实施例如图1所示,实施例中各部件的形状及作用:
堵塞器主体9;是堵塞器的钢质空心主体,各段外形均呈圆形,是其它各部件的载体。实施例1单流阀球座5:位于油管堵塞器本体2顶部,与堵塞器主体9丝扣连接;外部圆形,开有中心园孔(下部为锥形园孔),作用是油管内液体下落及正洗井的通道,同时锥形园孔又是钢球6的球座。
钢球6:实心钢球,常态下被弹簧7上顶密闭油管堵塞器主体中心通道,防止气液上返,正循环时,钢球受压压缩弹簧7下移,打开正循环通道。
弹簧7:座于内弹簧座8之上,常态下上顶钢球5密闭油管堵塞器主体中心通道,正循环时,受钢球压缩下移,打开正循环通道。
内弹簧座8:为圆柱形(开有中心孔),下端镶嵌座于主体9,主要作用是固定弹簧7。
泄水孔16:位于单流阀座上端侧面,与其中心孔连通,它可以是多个孔。作用是在起钻过程中堵塞器上部液体能够顺利回落的通道,防止在堵塞器侧面沉积固体杂质。
扶正球17:内置式镶入堵塞器主体上部侧面的小钢球(三个,相互夹角120度),钢球下面装置小弹簧。其作用是对堵塞器加以扶正,使其居中保证堵塞器坐封良好。
主体中心通道18:是纵向贯穿堵塞器主体的圆形中心通道,作用是在起钻过程中,堵塞器以上的液体能够回落到井筒中,否则每起一根油管,油管内的油或水就会洒落于井口周围;另一作用是具有正循环功能,以便处理一些井筒异常情况。
卡瓦19(3片):位于堵塞器主体9中偏上侧面,共开三道燕尾槽,安装3片卡瓦,径向夹角120度。作用是堵塞器到达预定位置后固定堵塞器,防止堵塞器受到下部气液压力后产生上移。卡瓦是本行业的标准用语,出处在标准:SY/T5952-2005
外弹簧座10:位于堵塞器主体9中部,为环形,套于主体9之上。作用主要是限定压环12等的上移行程,另一作用是固定弹簧11。
弹簧11:位于堵塞器主体9中偏下,套在主体9之上。作用是在堵塞器下落过程中防止压环12等上移而遮挡过水孔20。
压环12:位于堵塞器主体9中偏下,为环形钢质压板,套在主体9之上。作用是在堵塞器坐封时对调节密封圈22产生全面压缩。
支撑环13:位于堵塞器主体9下部,为钢质园环,套在主体9之上。作用是在堵塞器坐封时对调节密封圈22产生全面支撑压缩。
托环14:位于堵塞器主体9下部,为环形钢质压板,下端为锥形,套在主体9之上。作用一是在堵塞器坐封时对调节密封圈22产生全面压缩;二是堵塞器到达预定位置后,托环14下端锥面座于预定位置(管柱内径的变径处-小于58mm)。
定位螺母15:位于堵塞器主体9下端,圆形螺母,与主体9丝扣连接。作用一是托环14的下止点;二是螺母外径必须能够进入预定位置(工具)的中心孔,以保证堵塞器坐封时主体9能够下移而压缩调节密封圈22。
调节密封圈22:它是胶质弹性材料环形密封圈,如图2所示,它一端有环状凸棱,中部是圆柱通孔,另一端是喇叭通孔喇叭端口直径最大,圆柱通孔与喇叭通孔连通。这种结构的密封圈弹性好,可调节范围大。作用是堵塞器坐封时被压缩而封闭堵塞器与油管之间。“O”密封圈21:胶质环形密封圈,剖面为“O”形,它套于主体9上2个置于支撑环13内壁两端作用是堵塞器坐封时,卡住过水孔20,对其密封。
过水孔20:矩形孔有2个,径向对称,两端为圆弧形,与主体中心通道18沟通。作用是堵塞器在下落过程中,部分液体流经的通道,以减少堵塞器下落的过水阻力,当堵塞器达到预定位置后,该孔被支撑环13密封。
其功能是:到位后在加重杆1及自重作用下压缩调节密封圈22,封闭油管与堵塞器本体2之间的环形空间,堵塞器本体2中心孔通道18由钢球6密封,这样,堵塞器本体2对油管全径实施了密封。在起钻过程中,当油管内的液面高于油套环形空间液面高度时,油管内的液面自行回落,保证油管卸扣后无油水洒落于井口。
实施例如图1所示:油管堵塞器本体2它至少包括主体9、主体9一端的的单流阀,主体9另一端的密封件,主体9中部的卡瓦固定机构,油管堵塞器主体9的中心是通腔的管状体,单流阀固定在主体9一端内腔,密封件连接在主体9另一端的外圈。在通常情况下,井口至下而上分别依次固定连接有压裂封隔器4、水力锚3,为防止井溢、井喷及有毒有害气体的溢出,在起钻前将油管堵塞器本体2与加重杆1相继从井口投入油管内,30min左右到达油管变径处(压裂管柱为水力锚3顶部),到位后即自行封闭油管。
如图2所示:油管堵塞器本体2是中心为通腔的圆柱形管状体,它自上而下依次为单流阀结构、卡瓦固定结构、密封结构(如图2所示,为从左至右)。油管堵塞器本体2由密封连接在堵塞器主体9上方内腔的单流阀、堵塞器主体9及套接在堵塞器主体9下方的密封件组成。油管堵塞器本体2中部为卡瓦结构,它由堵塞器主体9、主体中心通道18、3片卡瓦19、外弹簧座10、弹簧11组成。油管堵塞器本体2中部的堵塞器主体9外部为一段锥体状结构,堵塞器主体9的中心是主体中心通道18,锥体的中部侧面开有三道燕尾槽,燕尾槽内安装有3片卡瓦19,3片卡瓦19径向互成120度夹角。其作用是堵塞器到达预定位置后固定堵塞器,防止堵塞器受到下部气液压力后产生上移。在锥体的下端套接有环形的外弹簧座10,弹簧11卡接在外弹簧座10与堵塞器主体9下部的密封结构上的压环12之间,作用是在堵塞器下落过程中防止压环12等上移而遮挡过水孔20。
油管堵塞器下部为密封件,由压环12、支撑环13、托环14、定位螺母15、过水孔20、“O”密封圈21、调节密封圈22组成。压环12在堵塞器坐封时对调节密封圈22产生全面压缩,堵塞器在下落过程中,过水孔20是部分液体流经的通道,以减少堵塞器下落的过水阻力,当堵塞器达到预定位置后,过水孔被支撑环13密封,到位后在加重杆1及自重作用下压缩调节密封圈22,封闭油管与堵塞器本体2之间的环形空间,堵塞器本体2中心孔通道18由钢球6密封,堵塞器本体2对油管全径实施了密封。
如图3所示,所述的油管堵塞器本体2上部为单流阀结构,它包括单流阀球座5、钢球6、弹簧7、内弹簧套8、泄水孔16、扶正球17、堵塞器主体9。单流阀球座5位于油管堵塞器本体2顶部,与堵塞器主体9丝扣连接;单流阀球座5的外部为圆形结构,其中心开有中心园孔,中心园孔上部内径大于中部内径,两交接处为一台阶,其下部为锥形园孔,锥形园孔是钢球6的球座,钢球6卡接在锥形园孔内,单流阀球座5的上方一侧有泄水孔16,泄水孔16与中心园孔连通;油管内液体下落及正洗井的通道,在起钻过程中堵塞器上部的液体能够顺利回落到通道,防止在堵塞器侧面沉积固体杂质。
内弹簧套8下端镶嵌在堵塞器主体9内端面凹槽内,内弹簧套8是中心为通孔的倒T形结构,内弹簧套8外套接有弹簧7,弹簧7卡接在钢球6上。在常态下被弹簧7上顶密闭油管堵塞器主体中心通道,防止气液上返,正循环时,钢球受压压缩弹簧7下移,打开正循环通道。三个扶正球17镶嵌在堵塞器主体9上部外侧,互成120度夹角,钢球下面装置有小弹簧。其作用是对堵塞器加以扶正,使其居中,保证堵塞器坐封良好。
如图4所示,油管堵塞器本体2下部的堵塞器主体9上自上而下套接有压环12、调节密封圈22、支撑环13、托环14,过水孔20在堵塞器主体9的下端部的卡台处,过水孔20是矩形孔,它为2个径向对称且与主体中心通道18连通的通孔。
压环12为环形钢质压板,它在堵塞器坐封时对调节密封圈22产生全面压缩。堵塞器在下落过程中,过水孔20是部分液体流经的通道,以减少堵塞器下落的过水阻力,当堵塞器达到预定位置后,该孔被支撑环13密封。到位后在加重杆1及自重作用下压缩调节密封圈22,封闭油管与堵塞器本体2之间的环形空间,堵塞器本体2中心孔通道18由钢球6密封,这样,堵塞器本体2对油管全径实施了密封。在起钻过程中,当油管内的液面高于油套环形空间液面高度时,油管内的液面自行回落,保证油管卸扣后无油水洒落于井口。
本发明的工作原理是:本发明自由下落到达油管变径处后,在加重杆1及本体2自重作用下,本体2相对下移,压环12、支撑环13、托环14、密封圈22等支撑于油管变径处而不动,从而压缩调节密封圈22,此时堵塞器在管柱下部对油管全径实施了密封;同时,卡瓦固定本体,防止工具上移。在起钻过程中,当油管内的液面高于油套环形空间液面高度时,钢球6下移打开堵塞器中心通道18,油管内的液面自行回落,保证油管在井口卸扣以后无油水洒落于井口。
本发明的工作过程是:①.在油气井起钻过程中使用。②.起钻前将本专利从井口人工投入油管内,30min后开始起钻,由于堵塞器在管柱下部对油管全径实施了密封,所以在起钻过程中,油管内不会出现有毒有害气体逸出与液体溢流的现象。③.其工作原理:本发明自由下落到达油管变径处后,在加重杆1及本体2自重作用下,本体2相对下移,压环12、支撑环13、托环14、密封圈22等支撑于油管变径处而不动,从而压缩调节密封圈22,此时堵塞器在管柱下部对油管全径实施了密封;同时,卡瓦固定本体,防止工具上移。在起钻过程中,当油管内的液面高于油套环形空间液面高度时,钢球6下移打开堵塞器中心通道18,油管内的液面自行回落,保证油管在井口卸扣以后无油水洒落于井口。