CN103206189B - 定时自动投灰机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油、水、气井带压修井技术领域，特别是一种带压修井过程中的定时自动投灰机构，它至少包括储灰部分和激发部分，其特征是：激发部分的激发器（7）位于储灰部分的空心活塞（5）下方，当激发器（7）处于待激发状态时，空心活塞（5）遮挡住储灰部分的释放口（6），当激发器（7）处于激发状态时，空心活塞（5）在激发器（7）产生的高压气体推动下运动至上方位置，打开储灰部分的释放口（6），置于储灰部分内的水泥浆通过释放口（6）流出完成投灰。该装置在管柱内任意位置定时自动开启，采用钢丝作业代替了电缆作业节省施工成本，投灰装置容量可以根据设计倒灰量增减，并可实现重复使用。

Description

定时自动投灰机构

技术领域

本发明涉及油、水、气井带压修井技术领域，特别是一种带压修井过程中的定时自动投灰机构。

背景技术

近年来，带压作业技术在国内各大油田普遍开展，但油管内堵塞问题一直是制约该技术发展的技术瓶颈，目前均采用油管堵塞器或油管桥塞进行封堵，为了提高封堵效果，稳定堵塞器，需在桥塞上部上覆一定量的水泥浆，常规投注方法采用机械碰撞方式打开，工作效率低，安全风险高。

针对油管内灌注水泥浆装置，国内学者提出了《电释放倒灰装置》专利号：CN200620065535.8，《具有定深倾注功能的倒灰筒》专利号：CN201010611230.3等电缆传输倒灰装置，通过下至预定位置，通过地面通电引爆安装在倒灰筒下部的打开装置实现倒灰作业，上述倒灰筒均需电缆传输作业，施工费用高，安全风险较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有定时自动开启的定时自动投灰机构，该装置在管柱内任意位置定时自动开启，采用钢丝作业代替了电缆作业节省施工成本，投灰装置容量可以根据设计倒灰量增减，并可实现重复使用。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：定时自动投灰机构,包括储灰部分和激发部分，激发部分的激发器位于储灰部分的空心活塞下方，当激发器处于待激发状态时，空心活塞遮挡住储灰部分的释放口，当激发器处于激发状态时，空心活塞在激发器产生的高压气体推动下运动至上方位置，打开储灰部分的释放口，置于储灰部分内的水泥浆通过释放口流出完成投灰。

所述的储灰部分是由压力平衡孔、储灰管、释放短节、空心活塞、释放口组成，储灰管与上接头通过螺纹连接，储灰管底部螺纹连接有释放短节，释放短节的中空腔体内置有空心活塞，释放短节的侧壁处开有释放口，储灰管上方的侧壁处有压力平衡孔。

所述的空心活塞包括本体部分及活塞部分，本体部分为顶部封堵的柱状结构，顶部中心位置有环状开口，本体部分的外表面有用于与释放短节内壁连接的外螺纹，活塞部分的一端是置于本体部分中空腔体内的活塞端，活塞部分的另一端是释放口封堵装置，活塞端与释放口封堵装置之间通过活塞杆固定连接，活塞杆由本体部分顶部中心的环状开口伸出。

所述的释放口封堵装置是圆柱状结构，释放口封堵装置的中空腔体内侧通过连接体与位于柱状结构轴心位置的活塞杆固定连接。

所述的空心活塞处于封堵住释放口的待激发状态时，空心活塞的释放口封堵装置与释放口之间涂有密封脂。

所述的激发部分是由激发器、激发装置、激发装置底座、电路短节组成，激发装置内固定有激发器，激发装置底部为激发装置底座，激发装置底座下方连接有电路短节，电路短节最低端为引鞋，激发器通过激发装置以及激发装置底座与电路短节电连接，所述的激发器是圆柱状结构，激发器的铜质外壁处有用于与激发装置连接的螺纹，激发器内部装有炸药。

所述的电路短节内有电池仓和控制电路，其中控制电路位于电路短节的上端，电池仓位于电路短节的下端，电池仓内的电池对控制电路供电，控制电路再通过激发装置底座以及激发装置与激发器进行电源顶丝连接，布置完成后调节电源顶丝接通电路，引爆激发器。

所述的储灰管外径为36-116mm，储灰管的单节长度为1.0-3.0m。

所述的定时自动投灰机构的工作过程包括以下步骤：

1）、将电池装入电路短节的电池仓内，拧上电池仓后盖；

2）、对控制电路进行设定，设置激发部分的开启时间，调节电路短节的电源顶丝接通电路；

3）、连接电路短节与激发装置底座，再将引鞋与电路短节进行连接；

4）、拧开激发装置底座，将激发器固定在激发装置内，再将激发装置底座拧紧在激发装置底部；

5）、将激发装置与释放短节进行连接，将空心活塞处于待激发状态并与释放口之间涂密封脂进行密封；

6)、将已调好的水泥浆装进储灰管内，根据设计灰量选择储灰管的长度；

7）、将储灰管连接在释放短节上；

8）、将储灰管顶部的投灰筒上接头与钢丝作业工具进行连接；

9)、钢丝作业下工具串至预定位置；

10）、等待定时装置自动开启，电路短节的激发电流通过激发装置引燃激发器，利用激发器瞬间产生的高压气体向上推动空心活塞将释放口打开，储灰管内的流质水泥依靠重力从释放口流出，完成投灰作业；

11）、投灰作业完成后，起出装置，拆卸保养，施工结束。

所述的定时自动投灰机构起出后还可重复使用，包括如下步骤：

1）、拧开储灰管和释放短节，将空心活塞复位至待激发状态；

2）、拆除使用过的激发器7；

3）、重复1-10操作步骤进行再次投灰作业即可。

本发明的有益效果是通过控制电路定时开启触发器，从而使激发器能够在设定时间自动开启，进行投灰作业，完成一次投灰作业提出后，更换激发器，重新设定时间后可再次下井作业。

附图说明

下面结合实施例附图对本发明进一步说明。

图1是本定时自动投灰机构的结构示意图；

图2是图1中A处局部放大图；

图3是空心活塞的结构示意图；

图4是空心活塞的剖视图；

图中：1、上接头；2、压力平衡孔；3、储灰管；4、释放短节；5、空心活塞；6、释放口；7、激发器；8、激发装置；9、激发装置底座；10、电路短节；11、引鞋；12、本体部分；13、活塞部分14、活塞端；15、释放口封堵装置；16、活塞杆；17、连接体。

具体实施方式

实施例1

本定时自动投灰机构涉及到油、气、水井修井技术领域，主要用于油、气、水井带压修井作业打完桥塞或堵塞器后的投灰作业，也可应用于修井作业中的常规投灰作业。

如图1所示，本定时自动投灰机构包括储灰部分和激发部分，激发部分的激发器7位于储灰部分的空心活塞5下方，当激发器7处于待激发状态时，空心活塞5遮挡住储灰部分的释放口6，当激发器7处于激发状态时，空心活塞5在激发器7产生的高压气体推动下运动至上方位置，储灰部分的释放口6打开，置于储灰部分内的水泥浆通过释放口6流出完成投灰。

激发器7能够在设定时间自动开启，进行投灰作业，完成一次投灰作业提出后，更换激发器7，重新设定时间后可再次下井作业。

实施例2

上述实施例中的储灰部分是由压力平衡孔2、储灰管3、释放短节4、空心活塞5、释放口6组成，储灰管3与上接头1通过螺纹连接，储灰管3底部螺纹连接有释放短节4，释放短节4的中空腔体内置有空心活塞5，释放短节4的侧壁处开有释放口6，见图2，储灰管3上方的侧壁处有压力平衡孔2。

压力平衡孔2在释放口6打开后起到平衡储灰管3上下压力的作用，有利于储灰管3内水泥浆的流出，完成井内液体与水泥浆的置换。

空心活塞5的结构如图3所示，空心活塞5包括本体部分12及活塞部分13，本体部分12为顶部封堵的柱状结构，顶部中心位置有环状开口，本体部分的外表面有用于与释放短节4内壁连接的外螺纹，活塞部分13的一端是置于本体部分中空腔体内的活塞端14，活塞部分的另一端是释放口封堵装置15，活塞端14与释放口封堵装置15之间通过活塞杆16固定连接，活塞杆16由本体部分顶部中心的环状开口伸出。

释放口封堵装置15是圆柱状结构，释放口封堵装置15的中空腔体内侧通过连接体17与位于柱状结构轴心位置的活塞杆16固定连接，见图4，释放口封堵装置15的柱状外径等于释放短节4的内径。

当激发器7处于待激发状态时，空心活塞5的释放口封堵装置15位于释放短节4的释放口6位置，遮挡住储灰部分的释放口6；当激发器7处于待激发状态时，激发器7内炸药燃烧，产生高压气体推动空心活塞5内的活塞端14运动至上方位置，从而通过活塞杆16推动释放口封堵装置15向上运动，储灰部分的释放口6打开，置于储灰部分内的水泥浆由释放口封堵装置15内各连接体17间形成的空隙处进入到释放口封堵装置15下方，最终通过释放口6流出完成投灰。

空心活塞5处于封堵住释放口6的待激发状态时，空心活塞5的释放口封堵装置15与释放口6之间涂有密封脂，通过密封脂对空心活塞5与释放口6之间进行密封。

实施例3

实施例1中的激发部分是由激发器7、激发装置8、激发装置底座9、电路短节10组成，激发装置8内固定有激发器7，激发装置8底部为激发装置底座9，激发装置底座9下方连接有电路短节10，电路短节10最低端为引鞋11，激发器7通过激发装置8以及激发装置底座9与电路短节10电连接。

激发器7是圆柱状结构，激发器7的铜质外壁处有用于与激发装置8连接的螺纹，激发器7内部装有炸药。

电路短节10内有电池仓和控制电路，其中控制电路位于电路短节10的上端，电池仓位于电路短节10的下端，电池仓内的电池对控制电路供电，控制电路再通过激发装置底座9以及激发装置8与激发器7进行电源顶丝连接，布置完成后调节电源顶丝接通电路，引爆激发器7。

控制电路及激发器7在各领域均有广泛应用在此不详细说明。

实施例4

其中储灰管3外径为36-116mm，储灰管3的单节长度为1.0-3.0m，可以满足2-3/8in至3-1/2in油管作业、4in-5-1/2in套管、带压作业要求。

储灰管3、释放短节4、激发装置8、激发装置底座9、电路短节10之间依次通过螺纹连接，方便拆卸和保养。

实施例5

本定时自动投灰机构的使用过程包括以下步骤：

1、将电池装入电路短节10的电池仓内，拧上电池仓后盖。

2、对控制电路进行设定，设置激发部分的开启时间，调节电路短节10的电源顶丝接通电路。

3.连接电路短节10与激发装置底座9，再将引鞋11与电路短节10进行连接。

4、拧开激发装置底座9，将激发器7固定在激发装置8内，再将激发装置底座9拧紧在激发装置8底部。

5、将激发装置8与释放短节4进行连接，将空心活塞5处于待激发状态并与释放口6之间涂密封脂进行密封。

6、将已调好的水泥浆装进储灰管3内，根据设计灰量选择储灰管3的长度。

7、将储灰管3连接在释放短节4上。

8、将储灰管3顶部的投灰筒上接头1与钢丝作业工具进行连接。

9、钢丝作业下工具串至预定位置。

10、等待定时装置自动开启，电路短节10的激发电流通过激发装置8引燃激发器7，利用激发器7瞬间产生的高压气体向上推动空心活塞5将释放口6打开，储灰管3内的流质水泥依靠重力从释放口流出，完成投灰作业。

11、投灰作业完成后，起出装置，拆卸保养，施工结束。

本定时自动投灰机构起出后还可重复使用，包括如下步骤：

1、拧开储灰管3和释放短节4，将空心活塞5复位至待激发状态；

2、拆除使用过的激发器7；

3、重复上述1-10操作步骤进行再次投灰作业即可。

本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (7)

1.定时自动投灰机构的操作方法，其特征是，包括以下步骤：

1）、将电池装入电路短节（10）的电池仓内，拧上电池仓后盖；

2）、对控制电路进行设定，设置激发部分的开启时间，调节电路短节（10）的电源顶丝接通电路；

3）、连接电路短节（10）与激发装置底座（9），再将引鞋（11）与电路短节（10）进行连接；

4）、拧开激发装置底座（9），将激发器（7）固定在激发装置（8）内，再将激发装置底座（9）拧紧在激发装置（8）底部；

5）、将激发装置（8）与释放短节（4）进行连接，将空心活塞（5）处于待激发状态并与释放口（6）之间涂密封脂进行密封；

6）、将已调好的水泥浆装进储灰管（3）内，根据设计灰量选择储灰管（3）的长度；

7）、将储灰管（3）连接在释放短节（4）上；

8）、将储灰管（3）顶部的投灰筒上接头(1)与钢丝作业工具进行连接；

9）、钢丝作业下工具串至预定位置；

10）、等待定时装置自动开启，电路短节（10）的激发电流通过激发装置（8）引燃激发器（7），利用激发器（7）瞬间产生的高压气体向上推动空心活塞（5）将释放口（6）打开，储灰管（3）内的流质水泥依靠重力从释放口流出，完成投灰作业；

11）、投灰作业完成后，起出装置，拆卸保养，施工结束；

该方法采用的定时自动投灰机构，它至少包括储灰部分和激发部分，激发部分的激发器（7）位于储灰部分的空心活塞（5）下方，当激发器（7）处于待激发状态时，空心活塞（5）遮挡住储灰部分的释放口（6），当激发器（7）处于激发状态时，空心活塞（5）在激发器（7）产生的高压气体推动下运动至上方位置，打开储灰部分的释放口（6），置于储灰部分内的水泥浆通过释放口（6）流出完成投灰；

所述的激发部分是由激发器（7）、激发装置（8）、激发装置底座（9）、电路短节（10）组成，激发装置（8）内固定有激发器（7），激发装置（8）底部为激发装置底座（9），激发装置底座（9）下方连接有电路短节（10），电路短节（10）最低端为引鞋（11），激发器（7）通过激发装置（8）以及激发装置底座（9）与电路短节（10）电连接，所述的激发器（7）是圆柱状结构，激发器（7）的铜质外壁处有用于与激发装置（8）连接的螺纹，激发器（7）内部装有炸药；

所述的电路短节（10）内有电池仓和控制电路，其中控制电路位于电路短节（10）的上端，电池仓位于电路短节（10）的下端，电池仓内的电池对控制电路供电，控制电路再通过激发装置底座（9）以及激发装置（8）与激发器（7）进行电源顶丝连接，布置完成后调节电源顶丝接通电路，引爆激发器（7）。

2.根据权利要求1所述的定时自动投灰机构的操作方法，其特征是，定时自动投灰机构起出后还可重复使用，包括如下步骤：

1）、拧开储灰管（3）和释放短节（4），将空心活塞（5）复位至待激发状态；

2）、拆除使用过的激发器（7）；

3）、重复1-10操作步骤进行再次投灰作业即可。

3.根据权利要求1所述的定时自动投灰机构的操作方法，其特征是：所述的储灰部分是由压力平衡孔（2）、储灰管（3）、释放短节（4）、空心活塞（5）、释放口（6）组成，储灰管（3）与上接头（1）通过螺纹连接，储灰管（3）底部螺纹连接有释放短节（4），释放短节（4）的中空腔体内置有空心活塞（5），释放短节（4）的侧壁处开有释放口（6），储灰管（3）上方的侧壁处有压力平衡孔（2）。

4.根据权利要求1所述的定时自动投灰机构的操作方法，其特征是：所述的空心活塞（5）包括本体部分（12）及活塞部分（13），本体部分（12）为顶部封堵的柱状结构，顶部中心位置有环状开口，本体部分的外表面有用于与释放短节（4）内壁连接的外螺纹，活塞部分（13）的一端是置于本体部分中空腔体内的活塞端（14），活塞部分（13）的另一端是释放口封堵装置（15），活塞端（14）与释放口封堵装置（15）之间通过活塞杆（16）固定连接，活塞杆（16）由本体部分顶部中心的环状开口伸出。

5.根据权利要求4所述的定时自动投灰机构的操作方法，其特征是：所述的释放口封堵装置（15）是圆柱状结构，释放口封堵装置（15）的中空腔体内侧通过连接体（17）与位于柱状结构轴心位置的活塞杆（16）固定连接。

6.根据权利要求5所述的定时自动投灰机构的操作方法，其特征是：所述的空心活塞（5）处于封堵住释放口（6）的待激发状态时，空心活塞（5）的释放口封堵装置（15）与释放口（6）之间涂有密封脂。

7.根据权利要求3所述的定时自动投灰机构的操作方法，其特征是：所述的储灰管（3）外径为36-116mm，储灰管（3）的单节长度为1.0-3.0m。