CN103206195A

CN103206195A - 充填转换工具

Info

Publication number: CN103206195A
Application number: CN2013101404582A
Authority: CN
Inventors: 包陈义; 谭峻松; 牟小军; 魏爱栓; 刘禹铭; 闫伟
Original assignee: China National Offshore Oil Corp CNOOC; CNOOC Energy Technology and Services Ltd; Supervision and Technology Branch of CNOOC Energy Technology and Services Ltd
Current assignee: China National Offshore Oil Corp CNOOC; CNOOC Energy Technology and Services Ltd; Supervision and Technology Branch of CNOOC Energy Technology and Services Ltd
Priority date: 2013-04-22
Filing date: 2013-04-22
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2033-04-22
Also published as: CN103206195B

Abstract

本发明涉及一种充填转换工具，特征是：包括冲管变扣下部依次连接上插入心轴、双母模块短节、双公变扣、充填短节、双母变扣、反循环短节、关闭工具、负荷显示工具、模块密封单元、单流阀和开关工具，双母模块短节内装插入密封筒，下插入心轴下部与充填短节上部连接，充填短节连接堵头，单流阀包括双母接箍、限位环、限位销、球和双公短节，模块密封单元包括密封模块、密封圈和模块短节，充填转换工具上部通过冲管变扣与其它服务工具连接。优点是：集开滑套、关滑套，砾石充填、反循环冲砂及验滑套等功能于一体，与外层防砂工具配合实现砾石充填作业过程中的不同找位和动作；通过单流阀实现其正循环密封和反循环导通，保证砾石充填、反循环等作业的有效进行。

Description

充填转换工具

技术领域

本发明属于油田开发生产技术领域，特别是涉及一种充填转换工具。

背景技术

在目前公知的油田开发中，随着深井、复杂井钻采开发的增多，尤其是完井工艺的不断革新进，对完井工具的各项功能及使用提出了更高的要求。充填转换工具是砾石充填防砂作业中实现外层防砂工具完成不同作业的必要服务工具，目前市场上的充填转换工具虽然多种多样，但经过长期的调研发现，它们都存在各自不同的技术瓶颈：1、在砾石充填防砂作业中，由于正反循环流动通道的磨阻控制不够合理，以及砾石沉降规律的不同影响，对于井段长、携砂液滤失严重的井况，容易因过早脱砂形成砂墙，导致防砂作业失败。2、砾石充填反循环过程中，传统转换工具不能在充填结束后，上提服务管柱，立刻关闭滑套，不仅会造成反循环作业时携带滑套外部已充填到位的砾石进入服务工具内，影响充填效果，同时还会带来服务工具砂卡的风险。3、不能与外层防砂工具如隔离封隔器和充填滑套的有效动态配合，不具备无投球坐封和反循环导通的功能。4、无法保证其作为服务工具的长期反复投产应用，给现场作业带来很大的作业风险。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种充填转换工具。

本充填转换工具集开滑套、关滑套，砾石充填、反循环冲砂及验滑套等功能于一体，可通过充填转换工具的上提和下放与外层防砂工具的配合，实现砾石充填作业过程中的不同找位和动作；可通过单流阀实现其正循环密封和反循环导通，保证砾石充填、反循环等作业的有效进行；通过采用模块密封单元，实现本充填转换工具与外层防砂工具动管柱作业下较高的密封压力，同时不会带来较高的轴向动管柱摩阻。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

充填转换工具，包括冲管变扣、双母模块短节、双公变扣、上插入心轴、插入密封筒、下插入心轴、模块密封单元、充填短节、堵头、双母变扣、反循环短节、负荷显示器、开关工具、关闭工具及单流阀组成，充填转换工具上部通过冲管变扣与其它服务工具连接，所述冲管变扣下部依次连接上插入心轴、双母模块短节、双公变扣、多个密封单元、充填短节、双母变扣、反循环短节、关闭工具、负荷显示工具、多个模块密封单元、单流阀和开关工具；

所述双母模块短节内部装有插入密封筒，所述插入密封筒上部通过密封圈与上插入心轴实现轴向密封，插入密封筒下部通过密封圈实现与下插入心轴实现轴向密封；

所述下插入心轴下部与充填短节上部螺纹连接，且通过密封圈实现轴向密封；

所述充填短节下部螺纹连接带密封圈的堵头，

所述单流阀包括双母接箍、限位环、限位销、球和双公短节，所述双母接箍下部通过油管螺纹连接双公短节，在双母接箍内装有带限位销的限位环，在限位环和双公短节之间填装有球；

所述模块密封单元包括密封模块、密封圈和模块短节，在每个模块短节上套装有带密封圈的密封模块，由多个模块短节串联组成模块密封单元。

本发明还可以采用如下技术方案：

所述负荷显示器包括：轴心管、上接头、下接头和弹性爪，所述轴心管一端螺纹连接上接头，另一端螺纹连接与下接头，所述轴心管外部设有弹性爪，所述弹性爪一端套装在上接头内，另一端与下接头螺纹连接，所述轴心管与上接头连接处、弹性爪与下接头连接处均装有防转销钉；所述弹性爪一端在轴线方向上均匀开有数个条形豁口；所述弹性爪中间部位制有凸台，所述凸台中间部分外表面为圆柱面，凸台的上端表面和下端表面下均为锥面，所述上端锥面的锥角为钝角，所述下端锥面的锥角为锐角。

所述开关工具包括：中心管，所述中心管上设有上连接部和下连接部，中心管上套有上接头和弹性爪，所述上接头的下部内壁上设有第一环形内凸缘，第一环形内凸缘的上方设有内环形凹槽；所述弹性爪的下部为环形，弹性爪中部和上部设有若干条轴向豁口，在弹性爪的上部设有分别与第一环形内凸缘和内环形凹槽相互配合的外环形凸缘和第一外环形凹槽，在弹性爪的中部设有第二外环形凹槽，第二外环形凹槽的两侧壁均为垂直于中心管轴线的环形平面，两侧壁的背面均为锥面，弹性爪的上部具有垂直于中心管轴线的下环形端面；弹性爪的下部还连接有第一下接头，第一下接头具有一上环形端面，下接头也套装在中心管上；所述中心管上设有用以抵住弹性爪上部下环形端面的上轴肩和第一下接头上环形端面的下轴肩；中心管的上轴肩和下轴肩之间的部位与弹性爪内壁中部的区域形成了容纳弹性爪向内塌陷的空间。

所述关闭工具包括中心管，所述中心管上设有上连接部和下连接部，在中心管上套装上接头和弹性爪，所述上接头的下部内壁上设有第一环形内凸缘，第一环形内凸缘的上方设有内环形凹槽；所述弹性爪的下部为环形，中部和上部设有若干条轴向豁口，在弹性爪的上部设有分别与第一环形内凸缘和内环形凹槽相互配合的外环形凸缘和第一外环形凹槽，在弹性爪的中部设有第二外环形凹槽，所述第二外环形凹槽的上侧壁均为垂直于中心管轴线的环形平面，下侧壁为锥面，两侧壁的背面均为锥面，弹性爪的上部具有垂直于中心管轴线的下环形端面；弹性爪的下部还连接有第一下接头，第一下接头具有一上环形端面，下接头也套装在中心管上；所述中心管上设有用以抵住弹性爪上部下环形端面的上轴肩和第一下接头上环形端面的下轴肩；所述中心管的上轴肩和下轴肩之间的部位与弹性爪内壁中部的区域形成了容纳弹性爪向内塌陷的空间。

所述插入密封筒上头部、下头部圆周上分别设有均布的四组扶正块，在所述插入密封筒下部设有轴向限位台肩。

所述单流阀的双公短节上部和下部分别设有变径密封台肩。

所述充填短节设有喷嘴向下的扇形充填孔，所述充填孔周向尖角全部大圆角倒钝，所述充填短节设计有多个径向偏心分布的轴向旁通孔。

所述模块密封单元的密封模块设计为倒T形钢件与矩形密封件硫化组接的一体式结构。

所述反循环短节上设有轴向螺旋布置的多个循环孔。

所述冲管变扣下部通过油管螺纹或梯形螺纹依次连接上插入心轴、双母模块短节、双公变扣、多个密封单元、充填短节、双母变扣、反循环短节、关闭工具、负荷显示工具、多个密封单元、单流阀和开关工具，所述冲管变扣制有双级变螺距矩形密封螺纹，所述上插入心轴上部制有单级变螺距矩形密封螺纹。

本发明具有的优点和积极效果是：由于本发明采用上述技术方案，即本充填转换工具集开、关滑套，砾石充填、反循环冲砂及验滑套等功能于一体，可通过充填转换工具的上提和下放与外层防砂工具的配合，实现砾石充填作业过程中的不同找位和动作；可保证其作为服务工具的长期反复投产应用，避免现场作业的风险。通过滑套开关关闭工具可防止反循环作业时携带滑套外部已充填到位的砾石进入服务工具内和出现服务工具砂卡的风险，进而保证了砾石充填效果。可通过单流阀实现其正循环密封和反循环导通，保证砾石充填、反循环等作业的有效进行。本工具通过采用模块密封单元，实现本充填转换工具与外层防砂工具动管柱作业下较高的密封压力，同时不会带来较高的轴向动管柱摩阻，提高防砂作业的有效性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明开关工具的结构示意图；

图3是本发明关闭工具的结构示意图；

图4是本发明单流阀的结构示意图；

图5是本发明负荷显示器的结构示意图；

图6是图1中的A-A剖视图；

图7是图1中的B-B剖视图。

图中：1、冲管变扣；2、双母模块短节；3、双公变扣；4、上插入心轴；5、插入密封筒；5-1、扶正块；6、下插入心轴；7、模块密封单元；8、密封圈；9、充填短节；9-1、充填孔；9-2、轴向旁通孔；10、堵头；11、双母变扣；12、反循环短节；13、负荷显示器；13-1、轴心管；13-2、防转销钉；13-3、上接头；13-4、弹性爪；13-4-1、条形豁口；13-4-2、凸台；13-5、接箍；13-6、下接头；14、开关工具；14-1、接箍；14-2、中心管；14-3、上接头；14-4、弹性爪；14-5、紧定螺钉；14-6、第一下接头；15、关闭工具；15-1、接箍；15-2、中心管；15-3、上接头；15-4、弹性爪；15-5、紧定螺钉；15-6、第一下接头；15-7、第二下接头；16、单流阀；16-1、双母接箍；16-2、限位环；16-3、限位销；16-4、球；16-5、双公短节。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1-图7，充填转换工具，包括冲管变扣1、双母模块短节2、双公变扣3、上插入心轴4、插入密封筒5、下插入心轴6、模块密封单元7、充填短节9、堵头10、双母变扣11、反循环短节12、负荷显示器13、开关工具14、关闭工具15及单流阀16组成。本充填转换工具上部通过冲管变扣与其它服务工具连接，所述冲管变扣下部依次连接上插入心轴、双母模块短节、双公变扣、多个密封单元、充填短节、双母变扣、反循环短节、关闭工具、负荷显示工具、多个密封单元、单流阀和开关工具。

所述双母模块短节内部装有插入密封筒5，所述插入密封筒上部通过密封圈8与上插入心轴轴向密封，插入密封筒下部通过密封圈8与下插入心轴轴向密封。

所述下插入心轴6下部与充填短节上部螺纹连接，且通过密封圈实现轴向密封。

所述充填短节下9部螺纹连接带密封圈的堵头10，

所述单流阀16包括双母接箍16-1、限位环16-2、限位销16-3、球16-4和双公短节16-5，所述双母接箍下部通过油管螺纹连接双公短节，在双母接箍内装有带限位销的限位环，在限位环和双公短节之间填装有球。

所述模块密封单元7包括密封模块、密封圈和模块短节，在每个模块短节上套装有带密封圈的密封模块，由多个模块短节串联组成模块密封单元。

所述负荷显示器13包括：轴心管13-1、上接头13-3、下接头13-6和弹性爪13-4，所述轴心管一端螺纹连接接箍5和上接头，另一端螺纹连接与下接头，所述轴心管外部设有弹性爪，所述弹性爪一端套装在上接头内，另一端与下接头螺纹连接，所述轴心管与上接头连接处、弹性爪与下接头连接处均装有防转销钉13-2；所述弹性爪一端在轴线方向上均匀开有数个条形豁口13-4-1；所述弹性爪中间部位制有凸台13-4-2，所述凸台中间部分外表面为圆柱面，凸台的上端表面和下端表面下均为锥面，所述上端锥面的锥角为钝角，所述下端锥面的锥角为锐角。所述防转销钉2可以防止弹性爪、上接头和下接头之间产生周向运动。

所述弹性爪在轴线方向上均匀开有数个条形豁口，本实施例中，所述弹性爪一端在轴线方向上均匀开有8个条形豁口13-4-1，使得弹性爪在受径向朝内的压力时，其外径产生收缩。所述弹性爪中间部位制有凸台13-4-2，所述凸台中间部分外表面为圆柱面，凸台的上端表面和下端表面下为锥面，所述上端锥面的锥角为钝角，在遇到内径小的工具时，阻力较大，需要施一定的加轴向拉力，才能通过。所述下端锥面的锥角为锐角，在遇到内径小的工具时，阻力较小，可以顺利通过。

本负荷显示器是一种与其它服务工具（开关工具、关闭工具、滑套密封筒等）一起连接使用的井下服务工具，在上述服务工具在下井之前，需要在地面完成配管并记下相应的配管尺寸，当上述服务工具下放到井下的某一设定位置时，防砂用负荷显示器的弹性爪4上的60度倒角与倒置密封筒内部的倒角相互克服拉力，当弹性爪受到上提或下放5～7T的力时收缩，并通过倒置密封筒，同时将受力的过程和大小传递钻台并显示在操作台的仪表上，从而确定充填转换工具在井下的相对位置，明确滑套开关状态。

所述开关工具14包括：中心管14-2，所述中心管上设有上连接部和下连接部，中心管上套有上接头14-3和弹性爪14-4，所述上接头的下部内壁上设有第一环形内凸缘，第一环形内凸缘的上方设有内环形凹槽；所述弹性爪的下部为环形，弹性爪中部和上部设有若干条轴向豁口，在弹性爪的上部设有分别与第一环形内凸缘和内环形凹槽相互配合的外环形凸缘和第一外环形凹槽，在弹性爪的中部设有第二外环形凹槽，第二外环形凹槽的两侧壁均为垂直于中心管轴线的环形平面，两侧壁的背面均为锥面，弹性爪的上部具有垂直于中心管轴线的下环形端面；弹性爪的下部还连接有第一下接头，并且当第一下接头14-6旋转到位后，由紧定螺钉14-5固定。第一下接头14-6具有一上环形端面，第一下接头也套装在中心管上；所述中心管上设有用以抵住弹性爪上部下环形端面的上轴肩和第一下接头上环形端面的下轴肩；中心管的上轴肩和下轴肩之间的部位与弹性爪内壁中部的区域形成了容纳弹性爪向内塌陷的空间。

上轴肩的上端面与下轴肩下端面的距离小于弹性爪上部的下环形端面与下接头的上环形端面的距离，上接头、弹性爪、下接头均滑动连接在中心管上。

本实施例中的上连接部为具有上内螺纹和下内螺纹的接箍14-1，接箍的下内螺纹与中心管连接，下连接部为中心管下部的外螺纹。

所述关闭工具15包括中心管15-2，所述中心管上设有上连接部和下连接部，在中心管上套装上接头15-3和弹性爪15-4，所述上接头的下部内壁上设有第一环形内凸缘，第一环形内凸缘的上方设有内环形凹槽；所述弹性爪的下部为环形，中部和上部设有若干条轴向豁口，在弹性爪的上部设有分别与第一环形内凸缘和内环形凹槽相互配合的外环形凸缘和第一外环形凹槽，在弹性爪的中部设有第二外环形凹槽，所述第二外环形凹槽的上侧壁均为垂直于中心管轴线的环形平面，下侧壁为锥面，两侧壁的背面均为锥面，弹性爪的上部具有垂直于中心管轴线的下环形端面；弹性爪的下部还连接有第一下接头15-6，并且当第一下接头旋转到位后，由紧定螺钉15-5固定。第一下接头具有一上环形端面，第一下接头也套装在中心管上；所述中心管上设有用以抵住弹性爪上部下环形端面的上轴肩和第一下接头上环形端面的下轴肩；所述中心管的上轴肩和下轴肩之间的部位与弹性爪内壁中部的区域形成了容纳弹性爪向内塌陷的空间。

本实施例中的上连接部为具有上外螺纹和下内螺纹的接箍15-1，接箍的下内螺纹与中心管连接。下连接部为具有上内螺纹和下内螺纹的第二下接头15-7，第二下接头的上内螺纹与中心管连接。

所述插入密封筒5上头部、下头部分别设有圆周均布的四组扶正块5-1，在所述插入密封筒下部设有轴向限位台肩。

所述单流阀16的双公短节16-5上部和下部分别设有变径密封台肩。

所述充填短节9设有喷嘴向下的扇形充填孔9-1，所述充填孔周向尖角全部大圆角倒钝，所述充填短节设计有多个径向偏心分布的轴向旁通孔9-2。

所述反循环短节12上设有轴向螺旋布置的多个循环孔12-1。

所述油管螺纹均满足API油管螺纹的相关标准，所述工具的梯形螺纹均满足美制梯形螺纹的相关标准。

本发明主要工作原理按实际工况分为如下三个部分，

下入位置和坐封顶部封隔器的过程：首先充填转换工具与外层防砂工具连接一起下入，连接顺序如图1所示，下入过程中，充填短节9和反循环短节12位于下部延伸筒内，充填短节9和反循环短节12上、下依靠两个密封模块单元7将充填孔和反循环孔封闭于两个密封筒之间，充填短节9的充填孔可与反循环短节12的循环孔直接建立循环沟通。在上述连接关系下，防砂管柱可实现下入过程中正循环座封外层防砂管柱的顶部封隔器，即流体正循环从上插入心轴4下来，流经充填短节9出来，出来后虽然可进入反循环短节12，但可通过单流阀16和上部服务工具密封位置建立坐封憋压状态。还可实现反循环正常导通循环，即液体流经外层管柱后，先顺利通过单流阀16，在经过充填短节9返出井口，实现反循环导通。

坐封和验封隔离封隔器的过程：服务工具顺利脱手后，首先可通过上提服务管柱至坐封外层管柱隔离封隔器位置，同时负荷显示器13行程至有过提5-7吨位显示，即可打压坐封隔离封隔器；再上提服务管柱至封隔器验封位置，同时负荷显器13行程至下一个有过提5-7吨位显示，即可打压检验隔离封隔器是否座封到位。

开、关充填滑套和验滑套的过程：上提服务管柱至下入位置相对高度6m左右时，开关工具14通过滑套，然后下放服务管柱至开关工具通过滑套，即完成了滑套的打开作业；上提服务管柱至下入位置相对高度的2.5m左右时，关闭工具通过滑套，即完成了滑套的关闭作业，然后下放服务管柱至关闭工具通过滑套，因为关闭工具的弹性爪只有关闭驱动台肩，即关闭工具通过滑套时不打开滑套，故在该状态下，可正向打压检验滑套是否顺利关闭。

砾石充填和反循环冲砂的过程：在完成了充填转换工具的动管柱过程功能测试合格后，开始砾石充填作业过程，首先确认服务工具到位，然后开始泵入携砂液，携砂液流经上插入心轴4、插入密封筒5、下插入心轴6，再从充填短节9的扇形充填孔9-1出来，流经筛管后脱砂流体经过单流阀16，再通过充填短节9的轴向旁通孔9-2，流经插入中心管与密封模块单元7和冲管变扣1的环空，最终返出至井口。当出现脱砂压力后，停泵并上提本充填转换工具至充填位置相对1.3m，环空泵入流体经过反循环短节12的循环孔12-1进去，再流到充填短节9的充填孔，顶替中心管内部的残留沙砾，直至井口返出干净。

Claims

1.一种充填转换工具，其特征在于：包括冲管变扣、双母模块短节、双公变扣、上插入心轴、插入密封筒、下插入心轴、模块密封单元、充填短节、堵头、双母变扣、反循环短节、负荷显示器、开关工具、关闭工具及单流阀组成，充填转换工具上部通过冲管变扣与其它服务工具连接，所述冲管变扣下部依次连接上插入心轴、双母模块短节、双公变扣、多个密封单元、充填短节、双母变扣、反循环短节、关闭工具、负荷显示工具、多个模块密封单元、单流阀和开关工具；

所述充填短节下部螺纹连接带密封圈的堵头，

2.根据权利要求1所述的充填转换工具，其特征在于：所述负荷显示器包括：轴心管、上接头、下接头和弹性爪，所述轴心管一端螺纹连接上接头，另一端螺纹连接与下接头，所述轴心管外部设有弹性爪，所述弹性爪一端套装在上接头内，另一端与下接头螺纹连接，所述轴心管与上接头连接处、弹性爪与下接头连接处均装有防转销钉；所述弹性爪一端在轴线方向上均匀开有数个条形豁口；所述弹性爪中间部位制有凸台，所述凸台中间部分外表面为圆柱面，凸台的上端表面和下端表面下均为锥面，所述上端锥面的锥角为钝角，所述下端锥面的锥角为锐角。

3.根据权利要求1所述的充填转换工具，其特征在于：所述开关工具包括：中心管，所述中心管上设有上连接部和下连接部，中心管上套有上接头和弹性爪，所述上接头的下部内壁上设有第一环形内凸缘，第一环形内凸缘的上方设有内环形凹槽；所述弹性爪的下部为环形，弹性爪中部和上部设有若干条轴向豁口，在弹性爪的上部设有分别与第一环形内凸缘和内环形凹槽相互配合的外环形凸缘和第一外环形凹槽，在弹性爪的中部设有第二外环形凹槽，第二外环形凹槽的两侧壁均为垂直于中心管轴线的环形平面，两侧壁的背面均为锥面，弹性爪的上部具有垂直于中心管轴线的下环形端面；弹性爪的下部还连接有第一下接头，第一下接头具有一上环形端面，下接头也套装在中心管上；所述中心管上设有用以抵住弹性爪上部下环形端面的上轴肩和第一下接头上环形端面的下轴肩；中心管的上轴肩和下轴肩之间的部位与弹性爪内壁中部的区域形成了容纳弹性爪向内塌陷的空间。

4.根据权利要求1所述的充填转换工具，其特征在于：所述关闭工具包括中心管，所述中心管上设有上连接部和下连接部，在中心管上套装上接头和弹性爪，所述上接头的下部内壁上设有第一环形内凸缘，第一环形内凸缘的上方设有内环形凹槽；所述弹性爪的下部为环形，中部和上部设有若干条轴向豁口，在弹性爪的上部设有分别与第一环形内凸缘和内环形凹槽相互配合的外环形凸缘和第一外环形凹槽，在弹性爪的中部设有第二外环形凹槽，所述第二外环形凹槽的上侧壁均为垂直于中心管轴线的环形平面，下侧壁为锥面，两侧壁的背面均为锥面，弹性爪的上部具有垂直于中心管轴线的下环形端面；弹性爪的下部还连接有第一下接头，第一下接头具有一上环形端面，下接头也套装在中心管上；所述中心管上设有用以抵住弹性爪上部下环形端面的上轴肩和第一下接头上环形端面的下轴肩；所述中心管的上轴肩和下轴肩之间的部位与弹性爪内壁中部的区域形成了容纳弹性爪向内塌陷的空间。

5.根据权利要求1所述的充填转换工具，其特征在于：所述插入密封筒上头部、下头部圆周上分别设有均布的四组扶正块，在所述插入密封筒下部设有轴向限位台肩。

6.根据权利要求1所述的充填转换工具，其特征在于：所述单流阀的双公短节上部和下部分别设有变径密封台肩。

7.根据权利要求1所述的充填转换工具，其特征在于：所述充填短节设有喷嘴向下的扇形充填孔，所述充填孔周向尖角全部大圆角倒钝，所述充填短节设计有多个径向偏心分布的轴向旁通孔。

8.根据权利要求1所述的充填转换工具，其特征在于：所述模块密封单元的密封模块设计为倒T形钢件与矩形密封件硫化组接的一体式结构。

9.根据权利要求1所述的充填转换工具，其特征在于：所述反循环短节上设有轴向螺旋布置的多个循环孔。