CN105089586B - 一种双向平衡器及分层注水方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双向平衡器及分层注水方法，双向平衡器包括中心管、用于锁定中心管的锁定装置和下接头，锁定装置套设在中心管外，且与中心管能分离地相连接；下接头连接在锁定装置之下，中心管与下接头之间具有滑动空间，下接头下端能连接封隔器，在锁定装置解除对中心管的锁定后，中心管能在滑动空间内上下滑动。在锁定装置解除对中心管的锁定后，中心管便能随注水压力的波动，在滑动空间内上下滑动，封隔器不受注水压力波动的影响，不会出现封隔器坐封不严或封隔器损坏，能起到稳定井下管柱的作用，提高分层注水效果。

Description

一种双向平衡器及分层注水方法

技术领域

本发明涉及油田分层注水领域，尤其是一种能使注水井内的管柱稳定的双向平衡器及分层注水方法。

背景技术

油田分层注水作业中，主要采用封隔器进行分层。注水时，经常会遇到的问题是，分层注水管柱因注水压力波动，产生窜动，致使井下封隔器密封不严或封隔器损坏，严重影响分层注水效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种双向平衡器及分层注水方法，其可避免因注水井内管柱随注水压力波动上下窜动，而造成封隔器坐封不严。

为达到上述目的，本发明提出一种双向平衡器，包括：中心管；用于锁定所述中心管的锁定装置，套设在所述中心管外，且与所述中心管能分离地相连接；下接头，其连接在所述锁定装置之下，所述中心管与所述下接头之间具有滑动空间，所述下接头下端能连接封隔器，在所述锁定装置解除对所述中心管的锁定后，所述中心管能在所述滑动空间内上下滑动。

如上所述的双向平衡器，其中，所述中心管上端还连接有上接头，所述锁定装置包括：内固定套，其套设在所述中心管外，所述内固定套的侧壁设有容纳锁球的贯穿孔，所述中心管的外壁上对应所述贯穿孔设有凹槽，所述内固定套下端与所述下接头相连接；外滑动套，其能滑动地套设在所述内固定套外，并通过剪切销钉与所述内固定套相连接，所述外滑动套通过将所述锁球顶紧在所述凹槽内，将所述中心管锁定在所述内固定套内侧，所述外滑动套能在剪断所述剪切销钉后向上滑动脱离所述锁球。

如上所述的双向平衡器，其中，所述锁定装置还包括：上密封套，其套设在所述中心管外，且其上端与所述上接头密封连接，其下端与所述外滑动套相连接，所述上密封套与所述中心管之间形成环空，所述环空与所述中心管侧壁上的进液孔相连通；第一弹性件，其套设在所述中心管外，且位于所述环空下方，所述第一弹性件上端抵靠所述上密封套，所述第一弹性件下端抵靠所述内固定套。

如上所述的双向平衡器，其中，所述锁定装置还包括：护罩，其套设在所述内固定套外，并抵靠在所述外滑动套下方；下密封套，其套设在所述中心管外，且其上端与所述内固定套相连接，其下端与所述下接头相连接且相密封；第二弹性件，其套设在所述内固定套外，且其上端抵靠所述护罩，其下端抵靠所述下密封套。

如上所述的双向平衡器，其中，在所述封隔器坐封前，控制所述环空内的压力小于所述剪切销钉的剪断力，所述中心管与所述内固定套之间通过所述锁球相连接，所述内固定套锁定所述中心管；在所述封隔器坐封后，通过增大所述环空内的压力驱动所述外滑动套剪断所述剪切销钉，所述外滑动套与所述内固定套脱离连接，随着所述环空内的压力逐渐减小，所述上密封套在所述第一弹性件的回复力的作用下带动所述外滑动套向上滑动，所述锁球脱离所述凹槽，所述内固定套解除对所述中心管的锁定。

如上所述的双向平衡器，其中，所述护罩的内壁与所述中心管的外壁之间的径向间距不小于所述锁球的直径，所述外滑动套的内壁与所述中心管的外壁之间的径向间距小于所述锁球的直径。

如上所述的双向平衡器，其中，所述锁定装置还包括套设于所述中心管外的密封件，所述密封件上端与所述上密封套相连接且相密封，所述密封件下端内侧与所述中心管相密封，所述密封件下端外侧与所述外滑动套相连接，所述第一弹性件上端抵靠所述密封件。

如上所述的双向平衡器，其中，所述锁定装置还包括套设于所述中心管外的连接套，所述连接套上端与所述下密封套相连接且相密封，所述连接套下端与所述下接头相连接且相密封。

如上所述的双向平衡器，其中，所述外滑动套的侧壁上设有供装入所述锁球的进球孔。

如上所述的双向平衡器，其中，所述中心管下端外侧套设有限位套，所述限位套能在所述中心管滑动至所述滑动空间底部时抵靠在所述下接头的上端部。

本发明还提供一种分层注水方法，采用安装有如上所述的双向平衡器的注水管柱，向注水井内分层注水，所述分层注水方法包括以下步骤：步骤S1：将所述封隔器连接在所述双向平衡器的下接头下方，将安装有所述双向平衡器的注水管柱下入注水井内的预定位置；步骤S2：向所述注水管柱内打压至达到第一压力值，使所述封隔器坐封，此过程中，所述锁定装置锁定所述中心管；步骤S3：继续向所述注水管柱内打压至达到第二压力值，所述第二压力值大于所述第一压力值，使所述锁定装置解除对所述中心管的锁定；步骤S4：向所述注水井内注水，随着注水压力的波动，所述中心管在所述滑动空间内上下滑动，所述封隔器相对套管的位置固定。

如上所述的分层注水方法，其中，所述锁定装置包括：内固定套，其套设在所述中心管外，所述内固定套的侧壁设有容纳锁球的贯穿孔，所述中心管的外壁上对应所述贯穿孔设有凹槽；外滑动套，其套设在所述内固定套外，并通过剪切销钉与所述内固定套相连接，所述外滑动套能将所述锁球顶紧在所述凹槽内；上密封套，其套设在所述中心管外，且其下端与所述外滑动套相连接，所述上密封套与所述中心管之间形成环空，所述环空与所述中心管侧壁上的进液孔相连通；第一弹性件，其套设在所述中心管外，且位于所述环空下方，所述第一弹性件上端抵靠所述上密封套，所述第一弹性件下端抵靠所述内固定套；下密封套，其套设在所述中心管外，且其上端与所述内固定套相连接，其下端与所述下接头相连接且相密封；其中，所述步骤S3包括以下具体操作：继续向所述注水管柱内打压，使所述剪切销钉剪断，然后停止打压，随着所述环空内的压力逐渐减小，所述上密封套在所述第一弹性件的回复力的作用下带动所述外滑动套向上滑动，所述外滑动套脱离所述锁球，所述锁球脱离所述凹槽，所述内固定套解除对所述中心管的锁定。

本发明的双向平衡器及分层注水方法的特点和优点是：本发明的双向平衡器设置有中心管和能锁定中心管的锁定装置，中心管与连接有封隔器的下接头之间具有滑动空间，锁定装置锁定中心管时，中心管无法移动，使锁定装置解除对中心管的锁定后，中心管便能随注水压力的波动，在滑动空间内上下滑动，封隔器不受注水压力波动的影响，不会出现封隔器坐封不严或封隔器损坏，能起到稳定井下管柱的作用，提高分层注水效果。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是本发明的双向平衡器的剖视图。

主要元件标号说明：

1 中心管

11 凹槽 12 进液孔 13 限位套

2上接头

3 锁定装置

31 内固定套 311 锁球

32 外滑动套 321 剪切销钉 322 进球孔

33 上密封套 331 环空

34 第一弹性件 35 密封件 36 护罩

37 第二弹性件 38 下密封套 39 连接套

4 下接头

5 滑动空间

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中，形容词性或副词性修饰语“上”和“下”等的使用仅是为了便于多组术语之间的相对参考，且并非描述对经修饰术语的任何特定的方向限制。

如图1所示，本发明提供一种双向平衡器，包括中心管1、用于锁定中心管1的锁定装置3和用于连接封隔器的下接头4。中心管1内具有内腔；锁定装置3套设在中心管1外，且与中心管1能分离地相连接，即在锁定装置3与中心管1相连接时，锁定装置3锁定中心管1，在锁定装置3与中心管1脱离连接时，锁定装置3解除对中心管1的锁定；下接头4连接在锁定装置3之下，中心管1与下接头4之间具有滑动空间5，下接头4下端能连接封隔器，在锁定装置3解除对中心管1的锁定后，中心管1能在滑动空间5内上下滑动，此时，中心管1和连接在中心管上方的管柱构成上管柱，锁定装置3、下接头4和封隔器构成下管柱，向注水井内注水时，由于具有滑动空间，上管柱处于能上下移动的活动状态，其能随着水压的波动而上下滑动，中心管不会冲击下接头和封隔器，封隔器的坐封位置始终不变。本发明的双向平衡器能避免封隔器坐封不严或封隔器损坏，起到稳定井下管柱的作用，提高分层注水效果。

在一个具体实施例中，中心管1上端还连接有上接头2，上接头2上方可连接油管，锁定装置3包括内固定套31和外滑动套32。内固定套31套设在中心管1外，内固定套31的侧壁设有容纳锁球311的贯穿孔，贯穿孔例如为两个，且分别位于内固定套31的相对两侧，对应地，锁球311也为两个，中心管1的外壁上对应贯穿孔设有凹槽11，内固定套31下端与下接头4相连接；外滑动套32能滑动地套设在内固定套31外，并通过剪切销钉321与内固定套31能分离地相连接，外滑动套32通过将锁球311顶紧在凹槽11内，使中心管1与外滑动套32连接在一起，从而将中心管1锁定在内固定套31内侧，外滑动套32能在剪断剪切销钉321后向上滑动脱离锁球311，锁球311不受外滑动套32的压紧力而能脱离凹槽11，内固定套31便解除对中心管1的锁定。

为便于组装，外滑动套32的侧壁上还设有供装入锁球311的进球孔，在锁定状态，进球孔与内固定套的贯穿孔不连通，即装入锁球时，使进球孔对准贯通孔，通过进球孔将锁球装入贯穿孔后，将外滑动套旋转45度，以压紧锁球，然后再安装剪切销钉321将外滑动套32固定。

在一个优选的技术方案中，锁定装置3还包括上密封套33和第一弹性件34，上密封套33套设在中心管1外，且上密封套33上端与上接头2密封连接，上密封套33下端与外滑动套32相连接，上密封套33与中心管1之间形成用于打压的环空331，环空331与中心管1侧壁上的进液孔12相连通，进而与中心管1的内腔相连通；第一弹性件34套设在中心管1外，用于驱动外滑动套32向上滑动，第一弹性件34位于环空331下方，第一弹性件34例如为柱形的压缩弹簧，环空331内的压力能影响第一弹性件34的伸缩，第一弹性件34上端抵靠上密封套33，第一弹性件34下端抵靠内固定套31，且第一弹性件34处于压缩状态，剪切销钉321剪断后，第一弹性件34的回复力能驱动上密封套33带动外滑动套32向上滑动。

进一步，锁定装置3还包括护罩36、第二弹性件37和下密封套38，护罩36呈环形，护罩36套设在内固定套31外，并抵靠在外滑动套32下方，护罩36用于阻挡锁球，防止锁球脱落；下密封套38套设在中心管1外，且下密封套38上端与内固定套31相连接，下密封套38下端与下接头4相连接且相密封，下密封套用于中心管内腔的密封；第二弹性件37例如为柱形的压缩弹簧，第二弹性件37套设在内固定套31外，且第二弹性件37上端抵靠护罩36，第二弹性件37下端抵靠下密封套38，第二弹性件37处于压缩状态，在外滑动套向上滑动时，第二弹性件37的回复力能驱动护罩向上滑动，以罩在贯穿孔外，防止锁球脱落。

其中，护罩36的内壁与中心管1的外壁之间的径向间距不小于锁球311的直径，因而护罩不会阻挡锁球脱离中心管的凹槽，外滑动套32的内壁与中心管1的外壁之间的径向间距小于锁球311的直径，因而在剪切销钉未剪断时，外滑动套32能将锁球压紧在中心管的凹槽内，稳固地锁定中心管。

本发明的双向平衡器，在封隔器坐封前，控制环空331内的压力小于剪切销钉321的剪断力，中心管1与内固定套31之间通过锁球311相连接，内固定套31锁定中心管1；在封隔器坐封后，通过增大环空331内的压力驱动外滑动套下行，将剪切销钉321剪断，外滑动套32与内固定套31脱离连接，随着环空331内的压力逐渐减小，上密封套33在第一弹性件34的回复力的作用下带动外滑动套32向上滑动，护罩36在第二弹性件37的回复力的作用下向上滑动，锁球311脱离凹槽11，内固定套31解除对中心管1的锁定，中心管1便能在滑动空间内上下滑动。

再如图1所示，在一个优选的实施例中，锁定装置3还包括套设于中心管1外的密封件35，密封件35连接在上密封套33与外滑动套之间，密封件35上端与上密封套33相连接且相密封，例如通过螺纹连接，通过密封圈密封，密封件35下端内侧与中心管1相密封，密封件35下端外侧与外滑动套32相连接，例如通过螺纹连接，第一弹性件34上端抵靠密封件35，因而，中心管1、上密封套33、上接头2和密封件35围设构成环空331。

另外，锁定装置3还包括套设于中心管1外的连接套39，连接套39连接在下密封套38与下接头4之间，下密封套38下端与中心管1相密封，连接套39上端连接在下密封套38下端外侧，且与下密封套38相密封，连接套39下端与下接头4相连接且相密封，因而连接套39与中心管1具有径向间距。

此外，中心管1下端外侧套设有限位套13，限位套13能在中心管1滑动至滑动空间5底部时抵靠在下接头4的上端部，以对中心管1限位，连接套39与中心管1之间的径向间距可便于设置限位套13。

本发明还提供一种分层注水方法，采用安装有上述双向平衡器的注水管柱，向油田的注水井内分层注水，该分层注水方法包括以下步骤：

步骤S1：将封隔器连接在本发明的双向平衡器的下接头4下方，将安装有双向平衡器的注水管柱下入注水井内的预定位置；

步骤S2：采用泵车向注水管柱内打压至达到第一压力值，第一压力值例如为7MPa，使封隔器坐封，此过程中，锁定装置3锁定中心管1；

步骤S3：继续采用泵车向注水管柱内打压至达到第二压力值，第二压力值大于第一压力值，第二压力值例如为15MPa，使锁定装置3解除对中心管1的锁定；

步骤S4：向注水井内注水，随着注水压力的波动，中心管1在滑动空间5内上下滑动，封隔器相对套管的位置固定，或者说封隔器的坐封位置固定，封隔器不受注水压力波动的影响，不会出现密封不严、封隔器损坏等问题，可提高分层注水效果；

步骤S5：注水完成后，上提注水管柱，封隔器解封，将注水管柱从井内提出。

其中，步骤S3包括以下具体操作：

继续向注水管柱内打压，使剪切销钉321剪断，然后停止打压，随着环空331内的压力逐渐减小，上密封套33在第一弹性件34的回复力的作用下带动外滑动套32向上滑动，外滑动套32脱离锁球311，锁球311脱离凹槽11，内固定套31解除对中心管1的锁定。

现场施工时，具体操作步骤是：

1、将双向平衡器组装好待用；

2、将该双向平衡器连接在最上面封隔器上面的一根油管处上紧；

3、将管柱下入井内预定位置，进行磁定位校深；

4、磁定位校深合格后泵车打压例如7MPa，封隔器先坐封；

5、泵车继续打压，打压至例如15MPa时，双向平衡器的剪切螺钉321被剪断；

6、剪切螺钉321剪断后，泵车停止打压，随着压力下降，第一弹性件34促使外滑动套32、密封件35、上密封套33向上快速运行；

7、护罩36在第二弹性件37的作用下向上运行，锁球311释放；

8、锁球311释放后，中心管1、上接头2、限位套13便可以自由滑动；

9、注水，随着管柱内注水压力的波动，管柱弹性伸长或缩短，中心管1来回上下滑动，封隔器相对于套管位置不变；

10、注水结束后，上提管柱，封隔器解封，井内管柱便可一并提出。

采用本发明的双向平衡器和分层注水方法，解决了管柱随着注水压力波动伸长或缩短的问题，分层注水的封隔器位置相对套管始终不变，能起到稳定井下管柱的作用，提高分层注水效果。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。

Claims (10)

1.一种双向平衡器，其特征在于，所述双向平衡器包括：

中心管；

用于锁定所述中心管的锁定装置，所述锁定装置套设在所述中心管外，且与所述中心管能分离地相连接；

下接头，其连接在所述锁定装置之下，所述中心管与所述下接头之间具有滑动空间，所述下接头下端能连接封隔器，在所述锁定装置解除对所述中心管的锁定后，所述中心管能在所述滑动空间内上下滑动；

上接头，连接在所述中心管上端；

所述锁定装置包括：

内固定套，其套设在所述中心管外，所述内固定套的侧壁设有容纳锁球的贯穿孔，所述中心管的外壁上对应所述贯穿孔设有凹槽，所述内固定套下端与所述下接头相连接；

外滑动套，其能滑动地套设在所述内固定套外，并通过剪切销钉与所述内固定套相连接，所述外滑动套通过将所述锁球顶紧在所述凹槽内，将所述中心管锁定在所述内固定套内侧，所述外滑动套能在剪断所述剪切销钉后向上滑动脱离所述锁球；

上密封套，其套设在所述中心管外，且其上端与所述上接头密封连接，其下端与所述外滑动套相连接，所述上密封套与所述中心管之间形成环空，所述环空与所述中心管侧壁上的进液孔相连通；

第一弹性件，其套设在所述中心管外，且位于所述环空下方，所述第一弹性件上端抵靠所述上密封套，所述第一弹性件下端抵靠所述内固定套。

2.如权利要求1所述的双向平衡器，其特征在于，所述锁定装置还包括：

护罩，其套设在所述内固定套外，并抵靠在所述外滑动套下方；

下密封套，其套设在所述中心管外，且其上端与所述内固定套相连接，其下端与所述下接头相连接且相密封；

第二弹性件，其套设在所述内固定套外，且其上端抵靠所述护罩，其下端抵靠所述下密封套。

3.如权利要求1或2所述的双向平衡器，其特征在于，在所述封隔器坐封前，控制所述环空内的压力小于所述剪切销钉的剪断力，所述中心管与所述内固定套之间通过所述锁球相连接，所述内固定套锁定所述中心管；

在所述封隔器坐封后，通过增大所述环空内的压力驱动所述外滑动套剪断所述剪切销钉，所述外滑动套与所述内固定套脱离连接，随着所述环空内的压力逐渐减小，所述上密封套在所述第一弹性件的回复力的作用下带动所述外滑动套向上滑动，所述锁球脱离所述凹槽，所述内固定套解除对所述中心管的锁定。

4.如权利要求2所述的双向平衡器，其特征在于，所述护罩的内壁与所述中心管的外壁之间的径向间距不小于所述锁球的直径，所述外滑动套的内壁与所述中心管的外壁之间的径向间距小于所述锁球的直径。

5.如权利要求1或2所述的双向平衡器，其特征在于，所述锁定装置还包括套设于所述中心管外的密封件，所述密封件上端与所述上密封套相连接且相密封，所述密封件下端内侧与所述中心管相密封，所述密封件下端外侧与所述外滑动套相连接，所述第一弹性件上端抵靠所述密封件。

6.如权利要求2所述的双向平衡器，其特征在于，所述锁定装置还包括套设于所述中心管外的连接套，所述连接套上端与所述下密封套相连接且相密封，所述连接套下端与所述下接头相连接且相密封。

7.如权利要求1或2所述的双向平衡器，其特征在于，所述外滑动套的侧壁上设有供装入所述锁球的进球孔。

8.如权利要求1或2所述的双向平衡器，其特征在于，所述中心管下端外侧套设有限位套，所述限位套能在所述中心管滑动至所述滑动空间底部时抵靠在所述下接头的上端部。

9.一种分层注水方法，其特征在于，采用安装有如权利要求1至8任一项所述的双向平衡器的注水管柱，向注水井内分层注水，所述分层注水方法包括以下步骤：

步骤S1：将所述封隔器连接在所述双向平衡器的下接头下方，将安装有所述双向平衡器的注水管柱下入注水井内的预定位置；

步骤S2：向所述注水管柱内打压至达到第一压力值，使所述封隔器坐封，此过程中，所述锁定装置锁定所述中心管；

步骤S3：继续向所述注水管柱内打压至达到第二压力值，所述第二压力值大于所述第一压力值，使所述锁定装置解除对所述中心管的锁定；

步骤S4：向所述注水井内注水，随着注水压力的波动，所述中心管在所述滑动空间内上下滑动，所述封隔器相对套管的位置固定。

10.如权利要求9所述的分层注水方法，其特征在于，所述锁定装置还包括：

下密封套，其套设在所述中心管外，且其上端与所述内固定套相连接，其下端与所述下接头相连接且相密封；

其中，所述步骤S3包括以下具体操作：

继续向所述注水管柱内打压，使所述剪切销钉剪断，然后停止打压，随着所述环空内的压力逐渐减小，所述上密封套在所述第一弹性件的回复力的作用下带动所述外滑动套向上滑动，所述外滑动套脱离所述锁球，所述锁球脱离所述凹槽，所述内固定套解除对所述中心管的锁定。