CN103216203B - 防砂用顶部转换工具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种防砂用顶部转换工具，特征是：包括机械脱手工具、旋转接头工具、模块密封单元、顶部循环短节、中心管变扣、油管短节和冲管变扣，机械脱手工具下部连接旋转接头工具，旋转接头工具下部连接顶部循环短节，顶部循环短节下部连接数个模块密封单元，模块密封单元底部连接冲管变扣，在机械脱手工具内部连接中心管变扣；机械脱手工具包括上接头、扶正环、心轴、方扣短节和下心轴，旋转接头工具包括上接头、坐筒、心轴和下接头，模块密封单元包括密封模块、密封圈和模块短节。优点是：可实现与外层防砂工具的可靠连接入井和有效顺利脱手，避免服务管柱过长而产生的旋转摩阻，大幅度降低现场作业风险，还可配合外层防砂管柱实现砾石充填作业和反循环作业。

Description

防砂用顶部转换工具
技术领域
本发明属于油田开发生产技术领域，特别是涉及一种用于砾石充填完井防砂作业中的防砂用顶部转换工具。
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改进，对完井工具的各项功能及使用均提出了更高的要求。顶部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，目前市场上的顶部转换工具虽然有多种多样，但经过长期的调研发现，它们均存在各自不同的技术瓶颈。其一，传统顶部转换工具未能与顶部封隔器总成实现可靠连接入井坐封和简单有效的顺利脱手，不能防止封隔器的提前意外坐封；其二，有的顶部转换工具无法实现与外层防砂工具如顶部封隔器总成的有效动态配合，且因服务管柱过长而在动管柱作业过程中产生较大的旋转摩阻，不能保证其作为服务工具的长期反复的投产应用，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防砂用顶部转换工具。
本顶部转换工具尤其适用于砾石充填完井防砂作业，不仅可实现防砂管柱的顺利下入和有效脱手，而且还可配合外层防砂管柱实现砾石充填作业和反循环作业。
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：
防砂用顶部转换工具，包括机械脱手工具、旋转接头工具、模块密封单元、顶部循环短节、中心管变扣、油管短节和冲管变扣，顶部转换工具上部设计有以供与其它服务工具连接的油管螺纹，所述机械脱手工具下部通过油管短节螺纹连接旋转接头工具，所述旋转接头工具下部通过模块密封单元螺纹连接顶部循环短节，所述顶部循环短节下部通过螺纹连接数个模块密封单元，所述模块密封单元底部螺纹连接冲管变扣，在所述机械脱手工具内部通过螺纹连接以供顶部转换工具内部和底部与其它服务工具连接的中心管变扣；
所述机械脱手工具包括：脱手工具上接头、扶正环、弹簧、脱手工具心轴、方扣短节、下心轴、第一固定销钉，所述脱手工具上接头内部通过螺纹连接中心管变扣，脱手工具上接头下部与脱手工具心轴螺纹连接，脱手工具心轴外部套装有带第一固定销钉的扶正环、弹簧和弹性爪方扣短节，脱手工具心轴下部依次连接有下心轴和下接头；
所述旋转接头工具包括：接头工具上接头、第二固定销钉、坐筒、O形密封圈、接头工具心轴和接头工具下接头，接头工具上接头下部与带有第二固定销钉的坐筒螺纹连接，所述坐筒内部悬挂有接头工具心轴，所述接头工具心轴外部与接头工具上接头通过O形密封圈实现密封，所述接头工具心轴下部与接头工具下接头螺纹连接；
所述模块密封单元包括：密封模块、密封圈和模块短节，带有密封圈的密封模块套装在模块短节上，且多个模块短节串联构成模块密封组。
本发明还可以采用如下技术方案：
所述机械脱手工具上接头上制有投备用球的变径密封台阶，所述方扣短节外部制有左旋偏梯形螺纹，且左旋偏梯形螺纹底径制有1.5-2°的锥度。
所述方扣短节外部制有轴向的泄流沟槽。
所述旋转接头工具上接头和坐筒均制有预紧挤压台肩。所述心轴制有悬挂台肩，所述悬挂台肩下部与坐筒之间间隔有垫圈。
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。
所述顶部循环短节上制有轴向螺旋线布置的多个循环孔。
所述冲管变扣制有双级变螺距矩形密封螺纹，所述中心管变扣制有单级变螺距矩形密封螺纹。
采用所述防砂用顶部转换工具的操作方法，包括如下步骤：
送入作业：顶部转换工具的机械脱手工具与外层防砂工具连接一体，通过机械脱手工具下入顶部封隔器到设计深度；
脱手作业：使用顶部转换工具下入外层防砂工具到位后，首先完成外层防砂工具的坐封、验封作业，然后上提顶部转换工具至中和点位置，通过正转顶部转换工具的机械脱手工具至整个顶部转换工具与外层防砂工具顺利脱手，脱手作业过程中旋转接头工具可有效消除服务管柱的旋转摩阻；
动管柱作业：在完成了顶部转换工具的顺利脱手后，首先上提服务管柱至机械脱手工具高于外层防砂工具顶部一定高度，动管柱作业主要包括砾石充填作业和反循环作业，其中砾石充填作业：需要将顶部循环短节提出外层防砂工具顶部，随后通过正循环砾石充填，携砂液流经中心管变扣到下部的充填转换工具总成，最后脱砂后的流体经过中心管变扣、冲管变扣和密封模块单元的环空，穿过顶部循环短节，返出井口。在整个动管柱作业中，密封模块单元通过模块密封实现其与外层防砂工具内部密封筒不同位置间的有效密封。
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，即通过本顶部转换工具的机械脱手工具，可实现与外层防砂工具如顶部封隔器总成的可靠连接入井和有效顺利脱手，防止封隔器的提前意外坐封；还可配合外层防砂管柱实现砾石充填作业和反循环作业。通过旋转接头工具，可实现与其它服务工具的相对旋转，有效避免了服务管柱过长而产生的旋转摩阻，保证其作为服务工具的长期反复的投产应用，并可大幅度降低现场的作业风险。通过模块密封单元，实现与外层防砂工具动管柱作业下较高的密封压力，可防止较高的轴向动管柱摩阻。本顶部转换工具造价低，有利于国内完井作业现场的引进使用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明机械脱手工具的结构示意图；
图3是本发明旋转接头工具的结构示意图；
图4是本发明模块密封单元的结构示意图；
图5是本发明密封模块结构示意图。
图中：1、机械脱手工具；1-1、脱手工具上接头；1-1-1、变径密封台阶；1-2、第一固定销钉；1-3、扶正环；1-4、弹簧；1-5、脱手工具心轴；1-6、弹性爪方扣短节；1-6-1、泄流沟槽；1-7、下心轴；1-8、O形密封圈；1-9、下接头；2、油管短节；3、旋转接头工具；3-1、接头工具上接头；3-1-1、上接头预紧挤压台肩；3-2、第二固定销钉；3-3、坐筒；3-3-1、坐筒预紧挤压台肩；3-4、O形密封圈；3-5、接头工具心轴；3-6、垫圈；3-7、接头工具下接头；4、模块密封单元；4-1、密封模块；4-1-1、倒T形钢件；4-1-2、矩形密封件；5、顶部循环短节；5-1、循环孔；6、冲管变扣；7、中心管变扣。
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5，防砂用顶部转换工具，包括机械脱手工具1、旋转接头工具3、模块密封单元4、顶部循环短节5、中心管变扣7、油管短节2和冲管变扣6，在顶部转换工具上部设计有以供与其它服务工具连接的油管螺纹。所述机械脱手工具下部通过油管短节2螺纹连接旋转接头工具，所述旋转接头工具下部通过模块密封单元螺纹连接顶部循环短节，所述顶部循环短节下部通过螺纹连接数个模块密封单元，所述模块密封单元底部螺纹连接冲管变扣，在所述机械脱手工具内部通过螺纹连接以供顶部转换工具内部和底部与其它服务工具连接的中心管变扣。
所述机械脱手工具包括：脱手工具上接头1-1、扶正环1-3、弹簧1-4、脱手工具心轴1-5、弹性爪方扣短节1-6、下心轴1-7和第一固定销钉1-2，所述脱手工具上接头内部通过螺纹连接中心管变扣7，脱手工具上接头下部与脱手工具心轴螺纹连接，脱手工具心轴外部套装有带第一固定销钉1-2的扶正环1-3、弹簧1-4和弹性爪方扣短节1-6，脱手工具心轴下部依次连接有下心轴1-7和下接头1-9。
所述旋转接头工具3包括：接头工具上接头3-1、第二固定销钉3-2、坐筒3-3、O形密封圈3-4、接头工具心轴3-5和接头工具下接头3-7，接头工具上接头下部与带有第二固定销钉的坐筒螺纹连接，所述坐筒内部悬挂有接头工具心轴3-5，所述接头工具心轴外部与旋转接头工具上接头通过O形密封圈3-4实现密封，所述接头工具心轴下部与旋转接头工具下接头3-7螺纹连接；
所述模块密封单元4包括：密封模块4-1、密封圈和模块短节，带有密封圈的密封模块套装在模块短节上，且多个模块短节串联构成模块密封组。
所述机械脱手工具上接头上制有投备用球的变径密封台阶1-1-1，所述方扣短节外部制有左旋偏梯形螺纹，且左旋偏梯形螺纹底径制有1.5-2°的锥度。
所述方扣短节外部制有轴向的泄流沟槽1-6-1。
所述旋转接头工具上接头制有预紧挤压台肩3-1-1，坐筒上制有预紧挤压台肩3-3-1。
所述接头工具心轴制有悬挂台肩，所述悬挂台肩下部与坐筒之间间隔有垫圈3-6。
所述模块密封单元的密封模块4-1设计为倒T形钢件4-1-1与矩形密封件4-1-2硫化组接的一体式结构。
所述顶部循环短节上制有轴向螺旋线布置的多个循环孔5-1。
所述冲管变扣制有双级变螺距矩形密封螺纹，所述中心管变扣制有单级变螺距矩形密封螺纹。
所述顶部转换工具的油管螺纹均满足API油管螺纹的相关标准，所述顶部转换工具的梯形螺纹均满足美制梯形螺纹的相关标准。
本发明的工作原理为：
请参阅图1-图4，采用所述防砂用顶部转换工具的操作方法，包括如下步骤：
送入作业：顶部转换工具的机械脱手工具与外层防砂工具连接一体，通过机械脱手工具下入顶部封隔器到设计深度；
脱手作业：使用顶部转换工具下入外层防砂工具到位后，向顶部转换工具内打压至最高35MPa坐封或验封封隔器，然后上提顶部转换工具到中和点位置，通过正转顶部转换工具的机械脱手工具10-15圈至整个顶部转换工具与外层防砂工具顺利脱手，脱手作业过程中旋转接头工具可有效消除服务管柱的旋转摩阻；
动管柱作业：在完成了顶部转换工具的顺利脱手后，首先上提服务管柱至机械脱手工具高于外层防砂工具顶部一定高度，动管柱作业主要包括砾石充填作业和反循环作业，其中砾石充填作业：需要将顶部循环短节提出外层防砂工具顶部，随后通过正循环砾石充填，携砂液流经中心管变扣到下部的充填转换工具总成，最后脱砂后的流体经过中心管变扣、冲管变扣和模块密封单元的环空，穿过顶部循环短节，返出井口。在整个动管柱作业中，模块密封单元4在不同位置时，其与密封筒环空可承压至35MPa，模块密封单元通过密封模块实现其与外出防砂工具内部密封筒不同位置间的有效密封。

Claims (10)

1.一种防砂用顶部转换工具，其特征在于：包括机械脱手工具、旋转接头工具、模块密封单元、顶部循环短节、中心管变扣、油管短节和冲管变扣，所述机械脱手工具下部通过油管短节螺纹连接旋转接头工具，所述旋转接头工具下部通过模块密封单元螺纹连接顶部循环短节，所述顶部循环短节下部通过螺纹连接数个模块密封单元，所述模块密封单元底部螺纹连接冲管变扣，在所述机械脱手工具内部通过螺纹连接以供顶部转换工具内部和底部与其它服务工具连接的中心管变扣；
所述机械脱手工具包括：脱手工具上接头、扶正环、弹簧、脱手工具心轴、方扣短节、下心轴、第一固定销钉，所述脱手工具上接头内部通过螺纹连接中心管变扣，脱手工具上接头下部与脱手工具心轴螺纹连接，脱手工具心轴外面套装有带第一固定销钉的扶正环、弹簧和弹性爪方扣短节，脱手工具心轴下部依次连接有下心轴和下接头；
所述旋转接头工具包括：接头工具上接头、第二固定销钉、坐筒、O形密封圈、接头工具心轴和接头工具下接头，接头工具上接头下部与带有第二固定销钉的坐筒螺纹连接，所述坐筒内部悬挂有心轴，所述接头工具心轴外部与接头工具上接头通过O形密封圈实现密封，所述接头工具心轴下部与接头工具下接头螺纹连接；
所述模块密封单元包括：密封模块、密封圈和模块短节，带有密封圈的密封模块套装在模块短节上，且多个模块短节串联构成模块密封组。
2.根据权利要求1所述的防砂用顶部转换工具，其特征在于：所述机械脱手工具上接头上制有投备用球的变径密封台阶，所述方扣短节外部制有左旋偏梯形螺纹，且左旋偏梯形螺纹底径制有1.5-2°的锥度。
3.根据权利要求2所述的防砂用顶部转换工具，其特征在于：所述方扣短节外部制有轴向的泄流沟槽。
4.根据权利要求1所述的防砂用顶部转换工具，其特征在于：所述旋转接头工具上接头和坐筒均制有预紧挤压台肩。
5.根据权利要求4所述的防砂用顶部转换工具，其特征在于：所述旋转接头工具心轴制有悬挂台肩，所述悬挂台肩下部与坐筒之间间隔有垫圈。
6.根据权利要求1所述的防砂用顶部转换工具，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。
7.根据权利要求1所述的防砂用顶部转换工具，其特征在于：所述顶部循环短节上制有轴向螺旋线布置的多个循环孔。
8.根据权利要求1所述的防砂用顶部转换工具，其特征在于：所述冲管变扣制有双级变螺距矩形密封螺纹。
9.根据权利要求1所述的防砂用顶部转换工具，其特征在于：所述中心管变扣制有单级变螺距矩形密封螺纹。
10.采用权利要求1中所述防砂用顶部转换工具的操作方法，其特征在于：包括如下步骤：
送入作业：顶部转换工具的机械脱手工具与外层防砂工具连接一体，通过机械脱手工具下入顶部封隔器到设计深度；
脱手作业：使用顶部转换工具下入外层防砂工具到位后，首先完成外层防砂工具的坐封、验封作业，然后上提顶部转换工具至中和点位置，通过正转顶部转换工具的机械脱手工具至整个顶部转换工具与外出防砂工具顺利脱手，脱手作业过程中旋转接头工具可有效消除服务管柱的旋转摩阻；
动管柱作业：在完成了顶部转换工具的顺利脱手后，首先上提服务管柱至机械脱手工具高于外层防砂工具顶部一定高度，动管柱作业主要包括砾石充填作业和反循环作业，其中砾石充填作业：需要将顶部循环短节提出外层防砂工具顶部，随后通过正循环砾石充填，携砂液流经中心管变扣到下部的充填转换工具总成，最后脱砂后的流体经过中心管变扣、冲管变扣和密封模块单元的环空，穿过顶部循环短节，返出井口，在整个动管柱作业中，密封模块单元通过模块密封实现其与外层防砂工具内部密封筒不同位置间的有效密封。
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