CN102733760A - 注水井用可防止层间管柱蠕动的定压释放伸缩工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种注水井用可防止层间管柱蠕动的定压释放伸缩工具，包括依次连接的上接头、定管、中心管和下接头，在定管上集成有滑动部分、锁定部分、密封部分和锚定部分；定管由沿轴向上依次焊接的上外筒、锁块头、连接筒和连接头构成，中心管与定管之间形成一对滑动摩擦副；锁定部分包括两块分别设置在两个锁块限位孔中的锁块；密封部分包括密封头，密封头与中心管之间设有两道T型盘根及与之相配合的T盘支撑环；锚定部分包括套装在定管上的活塞套和固定套，两者之间为锯齿形螺纹配合。本发明有效补偿管柱的长度变化，消除因管柱蠕动造成的对封隔器的影响，改善管柱和封隔器的受力条件，提高了管柱的工作寿命。

Description

注水井用可防止层间管柱蠕动的定压释放伸缩工具

技术领域

本发明涉及油田注水井分层管柱上的一种可释放管柱拉压应力的井下工具，尤其涉及一种注水井用可防止层间管柱蠕动的定压释放伸缩工具。

背景技术

在海上部分油田应用的伸缩工具的结构主要包括上接头、中心管、外管、承压接头等，由于不能人为控制其伸缩，因此，该伸缩工具随管柱下井时，由于受管柱重力作用，伸缩工具已经被拉伸到最大位置处，即不能再弥补管柱因其它外界条件而产生的缩短。但是，在注水井中，层间封隔器坐封后，由于注入压力时常变换，压力突然串动，将会使整个管柱发生拉伸或压缩，从而封隔器胶筒发生蠕动，出现串层和分层失效的情况，为了有效补偿井下管柱因温度和压力效应造成的伸缩，改善管柱的受力条件，保护层间封隔器，延长管柱的使用寿命，故需开发设计一种可用压力控制的伸缩工具。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种注水井用可防止层间管柱蠕动的定压释放伸缩工具，本发明可以实现伸缩工具的开启可控化；可弥补井下管柱的伸长或缩短，；同时具备传递扭矩的功能；而且安装方便、快捷。总之，本发明可以改善管柱的受力条件，最大限度地减少井下管柱的伸缩、移动和密封元件的蠕动，从而保护层间封隔器，延长管柱的使用寿命。

为了解决上述技术问题，本发明注水井用可防止层间管柱蠕动的定压释放伸缩工具予以实现的技术方案是：包括依次连接的上接头、定管、中心管和下接头，在所述定管上集成有滑动部分、锁定部分、密封部分和锚定部分。其中，所述定管由沿轴向上依次焊接的上外筒、锁块头、连接筒和连接头构成，所述定管的内回转表面上设有轴向上贯通的滑键；所述锁块头上设有径向贯通的对称的两个锁块限位孔。所述滑动部分包括中心管，所述中心管的一端插入在定管中，位于中心管插入端的外回转表面上设有与所述滑键配合的键槽，从而在中心管与定管之间形成一对滑动摩擦副；所述中心管与所述连接头之间设有环空。所述锁定部分包括两块分别设置在两个锁块限位孔中的锁块，所述中心管上、在与两个锁块位置对正的回转表面上设置一圈锁定槽，两个锁块同时嵌在锁定槽内，所述锁块与锁定槽之间采用锥面配合实现两者之间的锁定。所述密封部分包括设置嵌套在所述中心管与所述连接头之间的环空中的密封头，所述密封头与所述中心管之间设有两道T型盘根及与之相配合的T盘支撑环；所述密封头与所述连接头之间设有防松螺钉和O型密封圈。所述锚定部分包括套装在定管的锁块头上的活塞套、嵌套在所述活塞套与所述锁块头之间的固定套，所述活塞套与所述固定套为螺纹连接，所述活塞套上、在其与固定套的连接段上设有多个径向均布的轴向缺口，所述活塞套与所述锁块头之间设有铜剪钉，同时，在位于锁块的两侧均分别设有O型密封圈，所述固定套与所述锁块头之间设有固定钉。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）通过向管柱内腔打压，在压力达到设定的压力值时，剪钉被剪断，定压释放伸缩工具开启，实现伸缩工具的开启可控化；

（2）定压释放型伸缩工具的中心管上、下都预留了一定的移动距离，使得定压释放伸缩工具开启后，依靠中心管相对滑动，可弥补井下管柱的伸长或缩短；

（3）定压释放型伸缩工具的中心管和与其连接的定管之间是采用轴向长键与键槽的配合方式，使伸缩工具同时具备传递扭矩的功能；

（4）锁定方式采用了锁块与锁定槽的配合方式，使伸缩工具的安装方便、快捷。

附图说明

图1是本发明一种注水井用可防止层间管柱蠕动的定压释放伸缩工具的结构示意图；

图2是图1中所示定管的轴向结构示意图；

图3-1是图2中所示外上筒的轴向半剖视图；

图3-2是图3-1中A-A位置的剖视图；

图4-1是图1中所示中心管的轴向半剖视图；

图4-2是图4-1中B-B位置的剖视图；

图5-1是图2中所示锁块头的轴向半剖视图；

图5-2是图5-1中D-D位置的剖视图；

图5-3是图5-1中E向局部视图；

图6-1是图1中所示锁块的侧视图；

图6-2是图6-1所示锁块的C-C剖视图；

图6-3是图6-1所示锁块的立体图；

图6-4是图6-2所示锁块的俯视图；

图7-1是图1中所示活塞套的轴向半剖视图；

图7-2是图7-1所示活塞套的端向视图；

图7-3是图7-1中I部放大示意图；

图8是本发明伸缩工具实施例的结构示意图。

图中：1-上接头，2-稳钉，3、6、9、14-O型密封圈，4-定管，5-剪钉，7-锁块，8-活塞套，10-固定套，11-固定钉，12-中心管，13-密封头，15-T盘支撑环，16-T型盘根，17-下接头，41-上外管，42-锁块头，43-连接筒，44-连接头，45-滑键，46-键槽，47-限位孔，48-锁定槽，49-轴向缺口。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

如图1所示，本发明注水井用可防止层间管柱蠕动的伸缩工具，包括依次连接的上接头1、定管4、中心管12和下接头17，在所述定管4上集成有滑动部分、锁定部分、密封部分和锚定部分。

如图1和图2所示，所述定管4由沿轴向上依次焊接的上外筒41、锁块头42、连接筒43和连接头44构成，所述定管4的内回转表面上设有轴向上贯通的滑键45，如图3-1和图3-2所示；所述锁块头42上设有径向贯通的对称的两个锁块限位孔47，所述锁块限位孔47呈长方形，且四角为圆弧形，如图5-1、图5-2和图5-3所示。该定轴4的焊接结构，使本发明伸缩工具在整体上显得更加紧凑，该焊接形成的定管4将大部分零件贯穿起来，该定管4在开启、滑动、锚定和传递扭矩过程中起着重要作用。

所述滑动部分包括中心管12，所述中心管12的一端插入在定管4中，位于中心管12插入端的外回转表面上设有与所述滑键45配合的键槽46，从而在中心管12与定管4之间形成一对滑动摩擦副，使中心管12在无外界作用的时候能上下自由滑动，以保证伸缩工具能有效地传递扭矩。中心管12的另一端与下接头17螺纹连接；如图4-1和图4-2所示；所述中心管12与所述连接头44之间设有环空，该环空用于嵌装密封部分的零部件，在后面针对密封部分的描述中详细说明。

所述锁定部分包括两块分别设置在两个锁块限位孔47中的锁块7，所述锁块7的结构如图6-1、图6-2、图6-3和图6-4所示，该锁块7的整体形状为长方形的弧板，其两侧面均为锥面，而且分别设有用于嵌入定位的台阶面，对锁块7起限位作用；所述中心管12上、在与两个锁块7位置对正的回转表面上设置一圈锁定槽48，如图4-1和图4-2所示，锁定槽48的侧面与槽底的回转表面之间设有锥面，两个锁块7同时嵌在锁定槽48内，所述锁块7与锁定槽48之间依靠锥面配合实现两者之间的锁定，如图1和图2所示。

如图1所示，所述密封部分包括设置嵌套在所述中心管12与所述连接头44之间的环空中的密封头13，所述密封头13与所述中心管12之间设有两道T型盘根16及与之相配合的T盘支撑环15，所述密封头13与所述连接头44之间设有防松螺钉和O型密封圈14；以保证中心管12的上下移动及内部腔室的密封。

如图1所示，所述锚定部分包括套装在定管4的锁块头42上的活塞套8、嵌套在所述活塞套8与所述锁块头42之间的固定套10，所述活塞套8内有缩径，利用其面积差作为活塞面积进行受力；所述活塞套8的下端与所述固定套10为螺纹连接，利用螺纹的配合进行锚定，所述活塞套10与所述固定套11上的螺纹为锯齿形螺纹，所述锯齿形螺纹的牙型角为76°，形成牙型的两工作面与径向之间的夹角分别为60°和16°，如图7-3所示，所述活塞套10上、在其与固定套11的连接段上设有多个径向均布的轴向缺口49，如图7-1和图7-2所示，带有多个轴向缺口49的活塞套8的下端与所述固定套10之间采用的锯形螺纹配合，可以在受轴向力的作用下两者只能相互靠近而不能相互远离，所述活塞套8的上端设有剪钉孔，用于在活塞套8与所述锁块头42之间安装铜剪钉5，同时，在所述活塞套8与所述锁块头42之间位于锁块7两侧的位置处均分别设有两道O型密封圈6、9，所述固定套10与所述锁块头42之间设有固定钉11。

本发明伸缩工具与注水分层管柱串接，其下部通过下接头17连接井下层间封隔器，通过在油管内打压对伸缩工具上的剪钉进行剪切。本发明中的剪钉均采用孔剪方式，以方便安装，利于剪切。

本发明伸缩工具是将井下封隔器坐封后才开启，因此，要求伸缩工具的开启压力要大于井下封隔器的坐封压力。当伸缩工具下到预定位置后，按设定的压力进行打压开启操作。如图8所示，以在锁块7和中心管12之间设有钢剪钉18的结构为例，依靠液力坐封，首先是铜剪钉5在11～15MPa时被剪断，活塞套8下行，而后随着压力的增加，当压力继续增加到18～21MPa时，钢剪钉18被剪断，在钢剪钉18被剪断前，活塞套8已移动到极限位置，从而为锁块8在径向的运动提供足够的空间。为了使活塞套8能可靠地锁在固定套10上，同时又能承受足够大的应力，以防止因油管与套管环空压力较高使活塞套8上行，活塞套8和固定套10之间采用锯齿型螺纹配合，使油管内泄压后能让锁块7长久地保持径向张开状态，从而实现锚定功能。本发明所特有的锚定结构能承受双向压差，从而最大限度地减少井下管柱的伸缩、移动和密封元件的蠕动。

综上，当封隔器坐封时，本发明伸缩工具的锚定部分释放，伸缩工具开启。当管柱在温度效应或压力效应下发生收缩时，伸缩工具伸长；当管柱伸长时，伸缩工具收缩，从而有效补偿管柱的长度变化，消除因管柱蠕动造成的对封隔器的影响，改善管柱和封隔器的受力条件，提高了管柱的工作寿命。

尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种注水井用可防止层间管柱蠕动的定压释放伸缩工具，其特征在于，包括依次连接的上接头（1）、定管（4）、中心管（12）和下接头（17），其特征在于，在所述定管（4）上集成有滑动部分、锁定部分、密封部分和锚定部分；

所述定管（4）由沿轴向上依次焊接的上外筒（41）、锁块头（42）、连接筒（43）和连接头（44）构成，所述定管（4）的内回转表面上设有轴向上贯通的滑键（45）；所述锁块头（42）上设有径向贯通的对称的两个锁块限位孔（47）；

所述滑动部分包括中心管（12），所述中心管（12）的一端插入在定管（4）中，位于中心管（12）插入端的外回转表面上设有与所述滑键（45）配合的键槽（46），从而在中心管（12）与定管（4）之间形成一对滑动摩擦副；所述中心管（12）与所述连接头（44）之间设有环空；

所述锁定部分包括两块分别设置在两个锁块限位孔（47）中的锁块（7），所述中心管（12）上、在与两个锁块（7）位置对正的回转表面上设置一圈锁定槽（48），两个锁块（7）同时嵌在锁定槽（48）内，所述锁块（7）与锁定槽（48）之间采用锥面配合实现两者之间的锁定；

所述密封部分包括设置嵌套在所述中心管（12）与所述连接头（44）之间的环空中的密封头（13），所述密封头（13）与所述中心管（12）之间设有两道T型盘根（16）及与之相配合的T盘支撑环（15）；所述密封头（13）与所述连接头（44）之间设有防松螺钉和O型密封圈（14）；

所述锚定部分包括套装在定管（4）的锁块头（42）上的活塞套（8）、嵌套在所述活塞套（8）与所述锁块头（42）之间的固定套（10），所述活塞套（8）与所述固定套（10）为螺纹连接，所述活塞套（10）上、在其与固定套（11）的连接段上设有多个径向均布的轴向缺口（49），所述活塞套（8）与所述锁块头（42）之间设有铜剪钉（5），同时，在位于锁块（7）的两侧均分别设有O型密封圈，所述固定套（10）与所述锁块头（42）之间设有固定钉（11）。

2.根据权利要求1所述注水井用可防止层间管柱蠕动的定压释放伸缩工具，其特征在于，所述活塞套（10）与所述固定套（11）上的螺纹为锯齿形螺纹，所述锯齿形螺纹的牙型角为76°，形成牙型的两工作面与径向之间的夹角分别为60°和16°。

3.根据权利要求1所述注水井用可防止层间管柱蠕动的定压释放伸缩工具，其特征在于，所述铜剪钉（5）的设计压力范围在11～15Mpa。

4.根据权利要求1所述注水井用可防止层间管柱蠕动的定压释放伸缩工具，其特征在于，所述锁块（7）与所述中心管（12）之间设有钢剪钉（18），该钢剪钉（18）的设计压力为18～21Mpa。

5.根据权利要求1所述注水井用可防止层间管柱蠕动的定压释放伸缩工具，其特征在于，所述上外筒（41）与上接头（1）螺纹连接，所述上外筒（41）与所述上接头（1）之间设有稳钉（2）和O型密封圈（3）。

6.根据权利要求1所述注水井用可防止层间管柱蠕动的定压释放伸缩工具，其特征在于，所述中心管（12）的另一端与下接头（17）螺纹连接。

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