CN103321583B - 管柱动量平衡装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油田深储层增产改造技术领域，是一种管柱动量平衡装置，包括伸缩芯轴；伸缩芯轴的外侧从上到下依次设置有伸缩外筒、花键外壳、压力平衡装置和下接头；伸缩外筒的下部内侧与花键外壳的上部外侧通过螺纹连接固定安装在一起；伸缩芯轴的中部外侧与花键外壳通过剪切销钉固定安装在一起。本发明结构合理而紧凑，使用方便，其通过设置剪切销钉，使本发明在受到外力作用缩短时可通过拉断剪切销钉，从而根据需求拉伸，通过设置平衡剪钉，可使其在内外压力差过大时剪断平衡剪钉，从而平衡内外压力，由此可避免两相邻锚定封隔器之间的管柱易断裂、从而导致施工失败的问题。

Description

管柱动量平衡装置

技术领域

本发明涉及油田深储层增产改造技术领域，是一种管柱动量平衡装置。

背景技术

随着石油勘探开发的进展，勘探逐渐向更深部的储层展开。深的储层由于上部被巨厚的岩石覆盖挤压，往往很致密，需要进行增产措施才可以获得稳定的高产和稳产，同时如果储层很厚，就需要分段进行增产改造。但如果对巨厚（如大于200米）的储层进行笼统的改造，一般改造都不彻底；如果进行分段改造，大都需采用液压封隔器坐封来实现。由于液压封隔器坐封的挤压力都通过内锁固定在中心管上，造成封隔器芯轴的抗拉强度大大下降，有的整体抗拉剩余强度下降到静止状态的30%。当改造的高压低温流体大排量的经过管柱时，温度下降必将导致两个锚定封隔器之间的管柱缩短，产生巨大的拉力；同时管柱外被两个封隔器坐封圈闭形成了低压区，高压流体途经该段时会对这部分管柱形成鼓胀作用，造成管柱缩短，二者的作用力可能会抵消掉封隔器中心管的剩余抗拉强度并将其拉断，这将会导致施工失败，使得目前较少选择分层改造的方法，由此会造成一些油气资源无法开采，无形中提高了开采成本。

发明内容

本发明提供了一种管柱动量平衡装置，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有两相邻锚定封隔器之间的管柱易断裂、从而导致施工失败的问题。

本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种管柱动量平衡装置，包括伸缩芯轴；伸缩芯轴的外侧从上到下依次设置有伸缩外筒、花键外壳、压力平衡装置和下接头；伸缩外筒的下部内侧与花键外壳的上部外侧通过螺纹连接固定安装在一起；伸缩芯轴的中部外侧与花键外壳通过剪切销钉固定安装在一起；伸缩芯轴的下部外侧固定安装有能平衡伸缩芯轴内外压力的压力平衡装置；压力平衡装置与下接头固定安装在一起；花键外壳的内径小于伸缩外筒的内径，花键外壳的内部分布有至少一个扭矩凸台；伸缩芯轴的中上部外侧设置有能嵌入扭矩凸台并能使扭矩凸台沿其上下滑动的滑移槽，位于滑移槽上方的伸缩芯轴外侧设置有能与伸缩外筒内孔相配合的滑动凸台，伸缩芯轴的底部分布有能与压力平衡装置相通的传压通孔；伸缩外筒的上端与下接头的下端分别设置有内螺纹或外螺纹。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

上述伸缩外筒的上部内侧可设置有内凸台，内凸台下方与伸缩芯轴上方之间设置有密封压帽，位于滑动凸台上方的伸缩芯轴的上部外侧与密封压帽的内侧通过螺纹连接固定安装在一起，对应密封压帽下方与滑动凸台上方之间位置的伸缩芯轴外侧套装有密封总成。

上述密封总成可为V形密封总成，V形密封总成包括一对V形支撑圈、至少一对V形密封圈和一个双V形密封圈，双V密封圈的左右两侧分别设置有与V形密封圈对数相通的V形密封圈，位于左右两端最外侧的两个V形密封圈外侧分别设置有一个V形支撑圈。

上述压力平衡装置可包括中间接环、平衡剪钉、活塞外壳和活塞体；位于花键外壳下方的伸缩芯轴外侧与中间接环的下部内侧通过螺纹连接固定安装在一起；中间接环的下部外侧与活塞外壳的上部内侧通过螺纹连接固定安装在一起；活塞外壳的下部外侧与下接头的上部内侧通过螺纹连接固定安装在一起；位于中间接环下方的伸缩芯轴外侧与活塞外壳内侧之间设置有活塞体，活塞体上设置有平衡通孔，对应平衡通孔位置的活塞外壳上设置有剪钉孔，平衡剪钉穿过剪钉孔固定安装在平衡通孔内；对应中间接环下方与活塞体上方之间位置的活塞外壳上设置有通气孔；传压通孔位于活塞体的下方。

上述下接头的下部内侧可设置有限位凸台，对应活塞体下方与限位凸台上方之间位置的伸缩芯轴外侧套装有位于传压通孔外侧的滤网。

上述中间接环的上部内侧与伸缩芯轴外侧、位于平衡剪钉上方的活塞体内侧与伸缩芯轴外侧、位于平衡剪钉上方的活塞体外侧与活塞外壳内侧和活塞外壳下部外侧与下接头上部内侧之间均可设置有密封圈。

上述花键外壳的内部可圆周均布有两个扭矩凸台，扭矩凸台的截面呈圆弧形。

本发明结构合理而紧凑，使用方便，其通过设置剪切销钉，使本发明在受到外力作用缩短时可通过拉断剪切销钉，从而根据需求拉伸，通过设置平衡剪钉，可使其在内外压力差过大时剪断平衡剪钉，从而平衡内外压力，由此可避免两相邻锚定封隔器之间的管柱易断裂、从而导致施工失败的问题。

附图说明

附图1为本发明最佳实施例的主视剖视结构示意图。

附图2为附图1中剪切销钉和平衡剪钉剪断状态的剖视结构示意图。

附图3为附图2在A-A处的剖视结构示意图。

附图4为附图2在B-B处的剖视结构示意图。

附图5为附图1中花键外壳的主视剖视结构示意图。

附图6为附图5在C-C处的剖视结构示意图。

附图中的编码分别为：1为伸缩芯轴，2为伸缩外筒，3为花键外壳，4为下接头，5为剪切销钉，6为平衡剪钉，7为扭矩凸台，8为滑移槽，9为滑动凸台，10为传压通孔，11为内凸台，12为密封压帽，13为中间接环，14为活塞外壳，15为活塞体，16为平衡通孔，17为剪钉孔，18为通气孔，19为限位凸台，20为滤网，21为V形支撑圈，22为V形密封圈，23为双V形密封圈，24为密封圈。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：

如附图1、2、3、4、5、6所示，该管柱动量平衡装置包括伸缩芯轴1；伸缩芯轴1的外侧从上到下依次设置有伸缩外筒2、花键外壳3、压力平衡装置和下接头4；伸缩外筒2的下部内侧与花键外壳3的上部外侧通过螺纹连接固定安装在一起；伸缩芯轴1的中部外侧与花键外壳3通过剪切销钉5固定安装在一起；伸缩芯轴1的下部外侧固定安装有能平衡伸缩芯轴1内外压力的压力平衡装置；压力平衡装置与下接头4固定安装在一起；花键外壳3的内径小于伸缩外筒2的内径，花键外壳3的内部分布有至少一个扭矩凸台7；伸缩芯轴1的中上部外侧设置有能嵌入扭矩凸台7并能使扭矩凸台7沿其上下滑动的滑移槽8，位于滑移槽8上方的伸缩芯轴1外侧设置有能与伸缩外筒2内孔相配合的滑动凸台9，伸缩芯轴1的底部分布有能与压力平衡装置相通的传压通孔10；伸缩外筒2的上端与下接头4的下端分别设置有内螺纹或外螺纹。在使用过程中，将两个封隔器分别与上接头的上端和下接头4的下端通过螺纹连接固定安装在一起，当改造的高压低温流体大排量的经过本发明内部时，温度下降将导致伸缩外筒2、伸缩芯轴1和下接头4的缩短，同时管柱外被两个封隔器坐封圈闭形成了低压区，高压流体途经该段时会对其形成鼓胀作用，造成其缩短，由于封隔器为锚定座封，其作用力可将剪切销钉5拉断，或者高压流体对伸缩芯轴1的压力大于剪切销钉5的强度时也可将剪切销钉5剪断，或者多种外力共同作用将剪切销钉5剪断，由此可实现管柱随外力影响拉伸或压缩；且伸缩芯轴1可持续下拉至滑动凸台9的下端座于花键外壳3的上端，此时扭矩凸台7应位于滑移槽8的上部内侧；由此即可避免因各种外力作用而导致管柱断裂，从而导致施工失败的问题，扭矩凸台7和滑移槽8的配合还可确保其在任意状态均能传递扭矩。

可根据实际需要，对上述管柱动量平衡装置作进一步优化或/和改进：

如附图1、2所示，伸缩外筒2的上部内侧设置有内凸台11，内凸台11下方与伸缩芯轴1上方之间设置有密封压帽12，位于滑动凸台9上方的伸缩芯轴1的上部外侧与密封压帽12的内侧通过螺纹连接固定安装在一起，对应密封压帽12下方与滑动凸台9上方之间位置的伸缩芯轴1外侧套装有密封总成。根据需求，密封压帽12外侧上端外径可小于下端外径，且与伸缩外筒2内径配合的密封压帽12外侧可进行光洁处理，这样可以降低剪切销钉5剪断后拉伸过程的摩擦力，并便于进行传压。

如附图1、2所示，密封总成为V形密封总成，V形密封总成包括一对V形支撑圈21、至少一对V形密封圈22和一个双V形密封圈23，双V密封圈的左右两侧分别设置有与V形密封圈22对数相通的V形密封圈22，位于左右两端最外侧的两个V形密封圈22外侧分别设置有一个V形支撑圈21。采用V形密封总成，可以保证其双向密封；其采用密封压帽12压紧，更有利于提高密封总成的有效性；根据需求，密封总成也可以采用现有公知技术。

如附图1、2所示，压力平衡装置包括中间接环13、平衡剪钉6、活塞外壳14和活塞体15；位于花键外壳3下方的伸缩芯轴1外侧与中间接环13的下部内侧通过螺纹连接固定安装在一起；中间接环13的下部外侧与活塞外壳14的上部内侧通过螺纹连接固定安装在一起；活塞外壳14的下部外侧与下接头4的上部内侧通过螺纹连接固定安装在一起；位于中间接环13下方的伸缩芯轴1外侧与活塞外壳14内侧之间设置有活塞体15，活塞体15上设置有平衡通孔16，对应平衡通孔16位置的活塞外壳14上设置有剪钉孔17，平衡剪钉6穿过剪钉孔17固定安装在平衡通孔16内；对应中间接环13下方与活塞体15上方之间位置的活塞外壳14上设置有通气孔18；传压通孔10位于活塞体15的下方。在使用时，高压流体通过传压通孔10流入活塞体15下方，当内外压力差超过平衡剪钉6强度时，平衡剪钉6将剪断，活塞体15在高压流体作用下向上滑动直至活塞体15的上端抵在花键外壳3底端，此时，传压通孔10、平衡通孔16和通气孔18可通过本发明之间的间隙相互连通，即可平衡伸缩芯轴1的内外压力。根据需求，剪切销钉5的强度应小于平衡剪钉6的强度。

如附图1、2所示，下接头4的下部内侧设置有限位凸台19，对应活塞体15下方与限位凸台19上方之间位置的伸缩芯轴1外侧套装有位于传压通孔10外侧的滤网20。滤网20可有效防止压裂砂进入活塞体15下方。

如附图1、2所示，中间接环13的上部内侧与伸缩芯轴1外侧、位于平衡剪钉6上方的活塞体15内侧与伸缩芯轴1外侧、位于平衡剪钉6上方的活塞体15外侧与活塞外壳14内侧和活塞外壳14下部外侧与下接头4上部内侧之间均设置有密封圈24。

如附图1、2、5、6所示，花键外壳3的内部圆周均布有两个扭矩凸台7，扭矩凸台7的截面呈圆弧形。这样有利于准确的传递扭矩。

以上技术特征构成了本发明的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

Claims (10)

1.一种管柱动量平衡装置，其特征在于包括伸缩芯轴；伸缩芯轴的外侧从上到下依次设置有伸缩外筒、花键外壳、压力平衡装置和下接头；伸缩外筒的下部内侧与花键外壳的上部外侧通过螺纹连接固定安装在一起；伸缩芯轴的中部外侧与花键外壳通过剪切销钉固定安装在一起；伸缩芯轴的下部外侧固定安装有能平衡伸缩芯轴内外压力的压力平衡装置；压力平衡装置与下接头固定安装在一起；花键外壳的内径小于伸缩外筒的内径，花键外壳的内部分布有至少一个扭矩凸台；伸缩芯轴的中上部外侧设置有能嵌入扭矩凸台并能使扭矩凸台沿其上下滑动的滑移槽，位于滑移槽上方的伸缩芯轴外侧设置有能与伸缩外筒内孔相配合的滑动凸台，伸缩芯轴的底部分布有能与压力平衡装置相通的传压通孔；伸缩外筒的上端与下接头的下端分别设置有内螺纹或外螺纹。

2.根据权利要求1所述的管柱动量平衡装置，其特征在于伸缩外筒的上部内侧设置有内凸台，内凸台下方与伸缩芯轴上方之间设置有密封压帽，位于滑动凸台上方的伸缩芯轴的上部外侧与密封压帽的内侧通过螺纹连接固定安装在一起，对应密封压帽下方与滑动凸台上方之间位置的伸缩芯轴外侧套装有密封总成。

3.根据权利要求2所述的管柱动量平衡装置，其特征在于密封总成为V形密封总成，V形密封总成包括一对V形支撑圈、至少一对V形密封圈和一个双V形密封圈，双V密封圈的左右两侧分别设置有与V形密封圈对数相同的V形密封圈，位于左右两端最外侧的两个V形密封圈外侧分别设置有一个V形支撑圈。

4.根据权利要求1或2或3所述的管柱动量平衡装置，其特征在于压力平衡装置包括中间接环、平衡剪钉、活塞外壳和活塞体；位于花键外壳下方的伸缩芯轴外侧与中间接环的下部内侧通过螺纹连接固定安装在一起；中间接环的下部外侧与活塞外壳的上部内侧通过螺纹连接固定安装在一起；活塞外壳的下部外侧与下接头的上部内侧通过螺纹连接固定安装在一起；位于中间接环下方的伸缩芯轴外侧与活塞外壳内侧之间设置有活塞体，活塞体上设置有平衡通孔，对应平衡通孔位置的活塞外壳上设置有剪钉孔，平衡剪钉穿过剪钉孔固定安装在平衡通孔内；对应中间接环下方与活塞体上方之间位置的活塞外壳上设置有通气孔；传压通孔位于活塞体的下方。

5.根据权利要求4所述的管柱动量平衡装置，其特征在于下接头的下部内侧设置有限位凸台，对应活塞体下方与限位凸台上方之间位置的伸缩芯轴外侧套装有位于传压通孔外侧的滤网。

6.根据权利要求4所述的管柱动量平衡装置，其特征在于中间接环的上部内侧与伸缩芯轴外侧、位于平衡剪钉上方的活塞体内侧与伸缩芯轴外侧、位于平衡剪钉上方的活塞体外侧与活塞外壳内侧和活塞外壳下部外侧与下接头上部内侧之间均设置有密封圈。

7.根据权利要求5所述的管柱动量平衡装置，其特征在于中间接环的上部内侧与伸缩芯轴外侧、位于平衡剪钉上方的活塞体内侧与伸缩芯轴外侧、位于平衡剪钉上方的活塞体外侧与活塞外壳内侧和活塞外壳下部外侧与下接头上部内侧之间均设置有密封圈。

8.根据权利要求1或2或3所述的管柱动量平衡装置，其特征在于花键外壳的内部圆周均布有两个扭矩凸台，扭矩凸台的截面呈圆弧形。

9.根据权利要求4所述的管柱动量平衡装置，其特征在于花键外壳的内部圆周均布有两个扭矩凸台，扭矩凸台的截面呈圆弧形。

10.根据权利要求5或6或7所述的管柱动量平衡装置，其特征在于花键外壳的内部圆周均布有两个扭矩凸台，扭矩凸台的截面呈圆弧形。