CN104131800A - 热采井环空安全控制工具 - Google Patents

Abstract

一种热采井环空安全控制工具，包括上接头、下接头、上锥体与下锥体及内密封管、解封中心管、上中心管、下中心管、注气阀；上接头两端分别与内密封管和解封中心管螺纹连接；上中心管的一端套装在解封中心管上，其另一端与下中心管的一端连接，下中心管的另一端与下锥体的一端相连接，下锥体的另一端与下接头连接；注气阀设置在下接头上；注气阀的上部压力高于下部压力时，注气阀打开，内密封管与上中心管、下中心管之间围成的环空通道中注入氮气；注气阀的下部压力高于上部压力时，注气阀关闭，环空通道密封。通过注气阀的设置，环空通道根据压差情况打开或封闭，可以防止油压和腐蚀性气体损坏套管，在紧急情况下，还能起到油井安全控制作用。

Description

热采井环空安全控制工具

技术领域

本发明涉及石油开采领域，特别涉及一种热采井环空的安全控制工具。

背景技术

一般而言，热力采油是有效开发稠油的手段，多元热流体热采井就是把包含有水蒸汽、CO₂、N₂的高温流体从油管注入井下，为了减少沿程热损失，环空伴注氮气进行隔热，为减少注入层以上的套管免受高压和腐蚀，在紧急状况下关闭油井通道。

虽然现有的热采井环空安全控制工具的种类很多，但没有可直接用于多元热流体注采井的井下控制工具，因为需要满足以下列出的特殊要求：

1、多元热流体中有气体，控制工具需要耐气密；

2、控制工具需要耐260℃～330℃高温，并且在多元热流体注入过程中和采油过程中均需保持密封；

3、环空通道中需要设置注氮气通道。

发明内容

为了完善和发展多元热流体热采技术，解决现有控制工具不耐气密、不耐高温和不能环空注氮隔热的问题，本发明提出了一种热采井环空安全控制工具，包括上接头、下接头、上锥体与下锥体，其特征在于：还包括内密封管、解封中心管、上中心管、下中心管、注气阀；

所述上接头两端分别与所述内密封管和所述解封中心管螺纹连接；

所述上中心管的一端套装在所述解封中心管上，其另一端与所述下中心管的一端相连接，所述下中心管的另一端与所述下锥体的一端相连接，所述下锥体的另一端与所述下接头相连接；

所述注气阀设置在所述下接头上；所述注气阀的上部压力高于下部压力时，所述注气阀打开，所述内密封管与所述上中心管、所述下中心管之间围成的环空通道中注入隔热气体；所述注气阀的下部压力高于上部压力时，所述注气阀关闭，环空通道密封。

进一步地，所述注气阀包括阀座、阀体、阀杆与弹簧；

所述阀座的中心通道与所述下接头的旁通通道相连通；

所述阀杆置于所述阀体的空腔内，其上套有所述弹簧；初始状态时，所述阀杆抵靠在所述阀体上，将所述阀体内的空腔与所述阀座的中心通道隔离。

进一步地，还包括外中心管、胶筒组件、座封活塞、座封剪钉、安全活塞与安全锁块；

所述外中心管套装在所述下中心管的外部，所述胶筒组件套装在所述外中心管的外部，所述座封活塞与所述外中心管螺纹连接；

所述上锥体通过所述座封剪钉固定在所述外中心管上；

所述安全活塞置于所述液缸与所述上中心管之间的空腔中，所述安全锁块嵌在所述安全活塞与所述上中心管之间，所述安全活塞与所述座封活塞的位置相邻；

所述内密封管上设置第一传压孔，所述上中心管上对应所述第一传压孔的位置设置第二传压孔，所述第二传压孔的位置对应所述安全活塞与所述座封活塞相邻的端面。

进一步地，所述胶筒组件包括上支撑环、胶筒与下支撑环；

所述上支撑环与所述下支撑环分别固定在所述胶筒的两端。

进一步地，所述上支撑环的材质为铜，所述胶筒的材质为高氟橡胶，所述下支撑环的材质为聚四氟乙烯。

进一步地，还包括解锁套、解封剪钉、锁定套、锁环与液缸；

所述解封中心管与所述解锁套通过所述解封剪钉相连接，所述锁定套套装在所述解封剪钉的外部；所述液缸套装在所述锁定套的外部，所述液缸与所述座封活塞螺纹连接；

所述锁环的一端抵靠所述液缸，其另一端抵靠所述解锁套；所述锁环与所述锁定套螺纹连接。

进一步地，还包括卡瓦；

所述卡瓦套装在所述下中心管上，并置于所述上锥体与所述下锥体之间。

进一步地，还包括解封锁环与解封锁块；

所述解封锁块的内壁上具有两级台阶；

所述解封锁环贴合在所述解封中心管的外壁上，并置于所述解封锁块的第一级台阶内；所述解封锁环的两端分别抵靠在所述上中心管上连接所述下中心管的另一端与所述解封锁块第一级台阶的端面。

本发明相对于现有技术的有益效果如下：热采井环空安全控制工具在多元热流体注入阶段，注气阀的上部压力高于下部压力时，注气阀打开，环空通道中注入氮气，进行隔热；在采油阶段，注气阀的下部压力高于上部压力时，注气阀关闭，环空通道密封，可以防止油压和腐蚀性气体损坏套管，在紧急情况下，还能起到油井安全控制作用。

附图说明

图1为本发明的热采井环空安全控制工具的主视半剖示意图；

图2为本发明的热采井环空安全控制工具的胶筒组件的剖视示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

请参阅图1所示，其为本发明的热采井环空安全控制工具的主视半剖示意图，热采井环空安全控制工具包括上接头1、内密封管2、解封中心管3、上中心管11、上锥体20与下锥体23、下中心管19、下接头24与注气阀。

上接头1上设置内螺纹和外螺纹，内密封管2上设置外螺纹，解封中心管3上设置内螺纹；上接头1通过其上的内螺纹与内密封管2相连接，上接头1通过其上的外螺纹与解封中心管3相连接。

上中心管11的一端套装在解封中心管3上，其另一端与下中心管19的一端相连接，下中心管19的另一端与下锥体23的一端相连接，下锥体23的另一端与下接头24相连接。

注气阀设置在下接头24上。在多元热流体注入阶段，注气阀的上部压力高于下部压力时，注气阀打开，内密封管2与上中心管11、下中心管19之间围成的环空通道中注入氮气，进行隔热；在采油阶段，注气阀的下部压力高于上部压力时，注气阀关闭，环空通道密封，可以防止油压和腐蚀性气体损坏套管，在紧急情况下，还能起到油井安全控制作用。

本发明设计了一种多元热流体热采井环空安全控制工具，采用同心双管结构实现多元热流体和注气通道的相互独立，一般注入氮气。注热时多元热流体通道和氮气通道处于打开状态。紧急情况下，氮气通道关闭，环空通道封隔，保障安全生产。简言之，本发明是在常用的热采封隔器基础上，设置注气阀，从内密封管2注入多元热流体，环空通道注入氮气，达到在注入阶段隔热的目的，保证海上稠油油田安全、高效地开发。本发明耐温能达到300℃，能满足高温、高压及腐蚀环境下作业的要求，减少作业风险。

较优地，内密封管2的中部直径较大，与上中心管11为一桥式结构，所述一桥式结构指是指内密封管2中间直径较大部分有三个通道分别为轴向管内通道、轴向管外通道和径向孔通道，三个通道形成类似立交桥式的结构。

作为一种可实施的方式，注气阀包括阀座25、阀体28、阀杆26与弹簧27。

阀座25的中心通道与下接头24的旁通通道相连通。阀杆26置于阀体28的空腔内，其上套有弹簧27；初始状态时，阀杆26抵靠在阀体28上，将阀体28内的空腔与阀座25的中心通道隔离。

本实施例中，阀座25与下接头24通过螺纹相连接，阀杆26的上部是锥型密封面，阀杆26上套有弹簧27，在弹簧27的弹性力作用下，阀杆26的锥型密封面和阀座25的锥面贴合，起到密封作用。

较优地，下接头24中心的主通道是注入多元热流体的通道。下接头24的内壁还设置有旁通气孔，旁通气孔连通旁通通道的一端，旁通通道的另一端接注气阀。

作为一种可实施的方式，热采井环空安全控制工具还包括安全活塞12、安全锁块13、座封活塞14、外中心管15、胶筒组件16与座封剪钉18。

外中心管15套装在下中心管19的外部，胶筒组件16套装在外中心管15的外部，座封活塞14的内螺纹与外中心管15的外螺纹相连接。

上锥体20通过座封剪钉18固定在外中心管15上。

安全活塞12置于液缸与上中心管11之间的空腔中，安全锁块13嵌在安全活塞12与上中心管11之间，安全活塞12与座封活塞14的位置相邻。

内密封管2上设置第一传压孔，上中心管11上对应第一传压孔的位置设置第二传压孔，第二传压孔的位置对应安全活塞12与座封活塞14相邻的端面。

较优地，在外中心管15上设置有多个密封圈17。

请参阅图2所示，其为本发明的热采井环空安全控制工具的胶筒组件16的剖视示意图，胶筒组件16包括上支撑环161、胶筒162与下支撑环163。

上支撑环161与下支撑环163分别固定在胶筒162的两端。

本实施例中，设置两个胶筒组件16，两个胶筒组件16的下支撑环163对称放置。

作为一种可实施的方式，上支撑环161的材质为铜，胶筒162的材质为高氟橡胶，下支撑环163的材质为聚四氟乙烯。

聚四氟乙烯在常温下硬度高、难压缩，高温下硬度降低，可以压缩变形，耐高温可以达到350℃。高氟橡胶在常温下邵氏硬度为75～80度，比聚四氟乙烯的邵氏硬度低，正常井温下就可压缩变形，耐温可以达到260℃。

胶筒组件16利用了两种材料的特点，下入井内进行座封时，井液为常温，依靠座封压力将胶筒162压缩，当注入多元热流体时，温度达到200～300℃，下支撑环163在高温条件下变软，继续压缩贴合在套管上，既能防止置于中间的胶筒162流动破坏，还能在高温下起到密封作用。

本发明的组合式材料设计使热采井环空安全控制工具在常温和高温下均能可靠密封，在注热时实现向下环空注气和向上环空隔离的功能。

作为一种可实施的方式，热采井环空安全控制工具还包括解锁套5、解封剪钉4、锁环6、锁定套7与液缸9。

解封中心管3与解锁套5通过解封剪钉4相连接，锁定套7套装在解封剪钉4的外部；液缸9套装在锁定套7的外部，液缸9的内螺纹与座封活塞14的外螺纹相连接。

锁环6的一端抵靠液缸9，其另一端抵靠解锁套5。锁环6的内螺纹与锁定套7的外螺纹相连接，锁环6的内螺纹和锁定套7的外螺纹均是单向锯齿形螺纹。

作为一种可实施的方式，热采井环空安全控制工具还包括卡瓦21。

卡瓦21套装在下中心管19上，并置于上锥体20与下锥体23之间。

综合以上所述，热采井环空安全控制工具的工作步骤如下:

从上接头1打压，液体通过内密封管2的第一传压孔与上中心管11的第二传压孔进入到安全活塞12和座封活塞14之间。当液体压力达到一定值时，座封剪钉18剪断，安全活塞12上移，安全锁块13释放，座封活塞14带动上锥体20向下移动，将卡瓦21撑出，锚定在套管上。

继续升压，座封活塞14压缩胶筒组件16，随着压力升高，将胶筒组件16压缩至与套管内径等同，起到封隔的作用，完成多元热流体注采封隔器的座封过程。

在座封过程中，座封活塞14下移时，带动外中心管15、液缸9、锁环6和解封中心管3同步向下移动，锁环6的内螺纹与锁定套7的外螺纹产生相对位移。座封过程完成时，由于锁环6和锁定套7之间的螺纹是只能单向移动，当泄掉座封的液体压力时，胶筒组件16和卡瓦21仍能保持密封和咬合状态，实现了封隔与锁定。

当需要注氮气时，从油套环空注入，氮气经上接头1的旁通孔进入内密封2与上中心管11、下中心管19之间的环形通道，并到达下接头24处，注氮气的压力作用在阀杆26上，压缩弹簧27，阀座25的密封面与阀杆26分离，注气通道打开，完成注入多元热流体和环空注气过程，之后进行焖井。

当需要放喷时，注气阀的下部压力高于上部压力时，注气阀关闭，此时胶筒组件16密封油套环空，油井的压力和腐蚀性气体不会达到胶筒组件16以上的位置，对油井起到安全保护作用。

当稠油井的注气和自喷采油结束后，如果需要下入电泵或者需要更换管柱，则上提油管柱，上接头1带动内密封管2与解封中心管3向上。上提达到一定吨位时，解封剪钉4剪断，解封中心管3带着解锁套5、锁环6、液缸9与座封活塞14一起上移，让出胶筒组件16和卡瓦21的解封空间，胶筒组件16回缩，卡瓦21缩回卡瓦套22内；继续上提管柱，完成注采封隔器解封过程。

作为一种可实施的方式，热采井环空安全控制工具还包括解封锁环8与限位套10。

限位套10的内壁上具有两级台阶。

解封锁环8贴合在解封中心管3的外壁上，并置于限位套10的第一级台阶内；解封锁环8的一端抵靠上中心管11端面上，另一端靠在限位套的内台阶变径处。限位套10与上中心管11一起配合，限定解封锁环8的位置。

在解封过程中，如果下锥体23解封困难，可稍下放管柱，使解封中心管3推动解封锁环8、上中心管11、下中心管19、下锥体23下移，有助于卡瓦21的下半部分缩回卡瓦套22内，降低解封失败的风险。

以上实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的保护范围。因此，本领域技术人员应当理解，凡在本发明所记载的技术方案的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求界定的范围内。

Claims (8)

1.一种热采井环空安全控制工具，包括上接头、下接头、上锥体与下锥体，其特征在于：还包括内密封管、解封中心管、上中心管、下中心管、注气阀；

所述上接头两端分别与所述内密封管和所述解封中心管螺纹连接；

所述上中心管的一端套装在所述解封中心管上，其另一端与所述下中心管的一端相连接，所述下中心管的另一端与所述下锥体的一端相连接，所述下锥体的另一端与所述下接头相连接；

所述注气阀设置在所述下接头上；所述注气阀的上部压力高于下部压力时，所述注气阀打开，所述内密封管与所述上中心管、所述下中心管之间围成的环空通道中注入隔热气体；所述注气阀的下部压力高于上部压力时，所述注气阀关闭，环空通道密封。

2.根据权利要求1所述的热采井环空安全控制工具，其特征在于：所述注气阀包括阀座、阀体、阀杆与弹簧；

所述阀座的中心通道与所述下接头的旁通通道相连通；

所述阀杆置于所述阀体的空腔内，其上套有所述弹簧；初始状态时，所述阀杆抵靠在所述阀体上，将所述阀体内的空腔与所述阀座的中心通道隔离。

3.根据权利要求1所述的热采井环空安全控制工具，其特征在于：还包括外中心管、胶筒组件、座封活塞、座封剪钉、安全活塞与安全锁块；

所述外中心管套装在所述下中心管的外部，所述胶筒组件套装在所述外中心管的外部，所述座封活塞与所述外中心管螺纹连接；

所述上锥体通过所述座封剪钉固定在所述外中心管上；

所述安全活塞置于所述液缸与所述上中心管之间的空腔中，所述安全锁块嵌在所述安全活塞与所述上中心管之间，所述安全活塞与所述座封活塞的位置相邻；

所述内密封管上设置第一传压孔，所述上中心管上对应所述第一传压孔的位置设置第二传压孔，所述第二传压孔的位置对应所述安全活塞与所述座封活塞相邻的端面。

4.根据权利要求3所述的热采井环空安全控制工具，其特征在于：所述胶筒组件包括上支撑环、胶筒与下支撑环；

所述上支撑环与所述下支撑环分别固定在所述胶筒的两端。

5.根据权利要求4所述的热采井环空安全控制工具，其特征在于：所述上支撑环的材质为铜，所述胶筒的材质为高氟橡胶，所述下支撑环的材质为聚四氟乙烯。

6.根据权利要求3所述的热采井环空安全控制工具，其特征在于：还包括解锁套、解封剪钉、锁定套、锁环与液缸；

所述解封中心管与所述解锁套通过所述解封剪钉相连接，所述锁定套套装在所述解封剪钉的外部；所述液缸套装在所述锁定套的外部，所述液缸与所述座封活塞螺纹连接；

所述锁环的一端抵靠所述液缸，其另一端抵靠所述解锁套；所述锁环与所述锁定套螺纹连接。

7.根据权利要求1所述的热采井环空安全控制工具，其特征在于：还包括卡瓦；

所述卡瓦套装在所述下中心管上，并置于所述上锥体与所述下锥体之间。

8.根据权利要求1所述的热采井环空安全控制工具，其特征在于：还包括解封锁环与解封锁块；

所述解封锁块的内壁上具有两级台阶；

所述解封锁环贴合在所述解封中心管的外壁上，并置于所述解封锁块的第一级台阶内；所述解封锁环的两端分别抵靠在所述上中心管上连接所述下中心管的另一端与所述解封锁块第一级台阶的端面。