CN105401904B - 一种可投入返出式井口保护器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可投入返出式井口保护器，由隔离管、捕捉器和防喷短节组成，使用时通过连接短节安装在采油树上端，避免井口装置受砂液冲蚀、酸液腐蚀和减小高压作用，对井口装置进行隔离保护；压裂时打开隔离阀门，隔离管下行到预定工作位置并使胶筒扩张与油管之间密封；压裂结束后利用井内的压力使隔离管冲出井口，利用捕捉器进行捕捉，整个工作过程不要用外部能量，从而减少了其他辅助设备，降低了成本；通过更换不同尺寸的节流器可适用于不同类型的压裂作业。而且本发明结构简单，安装高度较低安装方便。

Description

一种可投入返出式井口保护器

【技术领域】

本发明涉及一种油田酸化压裂用的井口装置保护器，具体涉及一种可投入返出式井口保护器。

【背景技术】

随着油田的深入开发，压裂工艺及技术已经得到广泛应用，由于压裂用的管柱直接投入生产，压裂作业时如果用压力级别较低井的口装置进行作业，则可能对井口装置造成一定的冲蚀、腐蚀损伤，产生高压泄露的危险，如果用压力级别较高的井口装置，在后期的日常生产中会造成设备能力的过剩。而井口保护器对井口装置能起到隔离作用，压裂作业时压裂液不用经过井口装置直接通过井口保护器进入到井内，可以有效地解决上述问题，所以井口保护器的研究对压裂工艺具有重要的意义。

到目前为止，关于井口保护器的研究已有多项专利公布，并且有的已经投入使用。这几种保护器基本上都是靠压差来实现密封和起升密封管柱，但是实现方式又各不相同，比如2015年四川省威尔敦化工有限公司申请获得了“一种油气田开发用的井口保护器”专利，专利号：201420627276.8，这是关于井口保护器的最新的一项专利，其结构类似于液压缸，通过液压缸来实现密封管柱的下降和上升，并采用机械方式进行坐封。

由于这种保护器均需借助外部液压力来完成工作，从而需要增加液压站等其它辅助设备，即增加了工序和设备费用。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种靠工作液体自行密封和提升隔离管的可投入返出式井口保护器，解决了在压裂过程中对井口装置进行隔离保护的问题，并减少了辅助设备的投入。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可投入返出式井口保护器，包括捕捉器、厚壁圆筒、隔离阀门、连接短节、隔离管、胶筒和节流器；所述厚壁圆筒上端通过堵头封闭，捕捉器固定在堵头底部置于厚壁圆筒中，连接短节连接在厚壁圆筒下端；隔离管置于厚壁圆筒中、且能够在厚壁圆筒中上下自由移动，空心的隔离管上端外壁为锥面及凸肩结构，所述连接短节上端内壁也为锥形面，用于悬挂隔离管并与隔离管之间实现密封，隔离管下端连接胶筒和节流器；隔离阀门安装在厚壁圆筒上，隔离管通过隔离阀门关闭在厚壁圆筒中；井口保护器通过连接短节安装在采油树上端，压裂时打开隔离阀门，隔离管靠重力下落一段距离，再通过上下压差使隔离管下行到预定工作位置并使胶筒扩张与油管之间密封；压裂结束后利用井内的压力使隔离管冲出井口，利用捕捉器进行捕捉。

进一步，所述捕捉器由外筒、楔块和钢球组成；外筒焊接在堵头上，锥形结构的楔块固定在外筒内，楔块周向上均匀地开有三个圆弧形槽，外筒上和楔块圆弧形槽对应的位置开有缺口，缺口的宽度略小于钢球的直径，钢球置于三个圆弧形槽内能在槽内上下移动，当钢球在最下端时，钢球有一部分露在外筒外面，当在最上端时，钢球完全在外筒内。

进一步，所述外筒底部连接有倒锥形的防偏块，防偏块下端钻有装卸孔。

进一步，所述楔块顶部有一段圆柱体，外筒底部开有盲孔，圆柱体插入外筒的盲孔中将楔块上端固定。

进一步，所述厚壁圆筒和连接短节之间连接有防喷短节，堵头将防喷短节上端封闭，防喷短节上连接有防喷管，防喷管上安装有放喷阀门。

进一步，所述隔离管下端依次连接上接头、中心管和下接头，胶筒套在中心管上通过上接头和下接头固定，中心管圆周上开有缝隙，液体通过缝隙进入到胶筒内，节流器安装在下接头上。

进一步，所述隔离管、上接头、中心管、胶筒、下接头和节流器之间均采用螺纹连接。

进一步，所述防喷短节与厚壁圆筒之间、厚壁圆筒与隔离阀门之间均采用油管扣连接。

进一步，所述隔离管上端锥面和凸肩上各设有两个O型密封圈。

进一步，所述节流器上装有两个O型密封圈。

本发明的可投入返出式井口保护器有捕捉器、厚壁圆筒、隔离阀门、连接短节、隔离管、胶筒和节流器组成，使用时通过连接短节安装在采油树上端，避免井口装置受砂液冲蚀、酸液腐蚀和减小高压作用，对井口装置进行隔离保护；压裂时打开隔离阀门，隔离管下行到预定工作位置并使胶筒扩张与油管之间密封；压裂结束后利用井内的压力使隔离管冲出井口，利用捕捉器进行捕捉，整个工作过程不要用外部能量，从而减少了其他辅助设备，降低了成本；通过更换不同尺寸的节流器可适用于不同类型的压裂作业。而且本发明结构简单，安装高度较低安装方便。

进一步，捕捉器采用摩擦自锁的原理，内部装有3个钢球，楔块上面周向均匀地开有圆弧槽，保证钢球在该槽内上下运动，外筒上和楔块槽对应的位置开了缺口，缺口宽度略小于钢球的直径，保证钢球不会掉出来。在压裂结束后隔离管被高压液体冲出采油(气)树时对隔离管进行捕捉。

进一步，捕捉器的下端还装有一个防偏块，当隔离管从井里冲出来时不能保证竖直上升，有可能发生隔离管的上部和捕捉器的下部发生错位的情况，影响了捕捉，防偏块实现隔离管和捕捉器的对中。

【附图说明】

图1为本发明的结构示意图

图2为捕捉器的局部放大图

图3为捕捉器内楔块的俯视图

图4为隔离管的结构示意图

图中：1-捕捉器，1.1-堵头，1.2-外筒，1.3-楔块，1.4-钢球，1.5-防偏块，1.6-装卸孔，2-防喷短节，3-接箍，4-厚壁圆筒，5-防喷管，6-放喷阀门，8-隔离阀门，9-密封圈，11-连接短节，12-隔离管，13-上接头，14-中心管，15-胶筒，16-下接头，17-节流器。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参阅图1和图4，本发明是靠工作液体或井内自身的能量进行工作的一种保护器，主要由捕捉器1、防喷短节2、厚壁圆筒4、放喷阀门6、隔离阀门8、连接短节11、隔离管12、上接头13、中心管14、胶筒15、下接头16和节流器17组成。

厚壁圆筒4上端通过堵头1.1封闭，捕捉器1固定在堵头1.1底部置于厚壁圆筒4中，连接短节11连接在厚壁圆筒4下端；隔离管12置于厚壁圆筒4中、且能够在厚壁圆筒4中上下自由移动，空心的隔离管12上端外壁为锥面及凸肩结构，所述连接短节11上端内壁也为锥形面，用于悬挂隔离管12并与隔离管12之间实现密封，隔离管12下端连接胶筒15和节流器17；隔离阀门8安装在厚壁圆筒4上，隔离管12通过隔离阀门8关闭在厚壁圆筒4中。

压裂前将该保护器通过连接短节11安装在采油(气)树上端，隔离管12通过隔离阀门8关闭在厚壁圆筒4中；压裂时，打开隔离阀门8，隔离管12会靠重力下落一段距离，再通过上下压差使隔离管12下行到预定工作位置并使胶筒15扩张进行密封；当压裂结束后，利用井内的压力使隔离管冲出井口，利用捕捉器1进行捕捉。

为解决放喷问题，厚壁圆筒4和连接短节11之间连接有防喷短节2，堵头1.1将防喷短节2上端封闭，防喷短节2上连接有防喷管5，防喷管5上安装有放喷阀门6。所述厚壁圆筒4和连接短节11之间连接有防喷短节2，堵头1.1将防喷短节2上端封闭，防喷短节2上连接有防喷管5，防喷管5上安装有放喷阀门6。

如图2和图3所示，捕捉器1采用摩擦自锁的原理，捕捉器1由外筒1.2、楔块1.3和钢球1.4组成；外筒1.2焊接在堵头1.1上，锥形结构的楔块1.3固定在外筒1.2内，楔块1.3周向上均匀地开有三个圆弧形槽，外筒1.2上和楔块圆弧形槽对应的位置开有缺口，缺口的宽度略小于钢球1.4的直径，钢球1.4置于三个圆弧形槽内能在槽内上下移动，当钢球在最下端时，钢球有一部分露在外筒1.2外面，当在最上端时，钢球完全在外筒1.2内。在压裂结束后隔离管12被高压液体冲出采油(气)树时对隔离管进行捕捉。

外筒1.2底部连接有倒锥形的防偏块1.5，安装之前先将外筒1.2倒置，将钢球1.4放入，使其落在外筒1.2的底部，再安装防偏块1.5，防偏块1.5下端钻有装卸孔1.6，由于防偏块1.5为倒锥形结构，可能没有合适的工具对其井下安装和拆卸，所以通过设计装卸孔1.6来解决此问题。

所述连接短节11与采油(气)树用油管扣连接，捕捉器1与防喷短节2、防喷短节2与厚壁圆筒4、厚壁圆筒4与隔离阀门8均采用油管扣连接。

隔离管12下端依次连接上接头13、中心管14和下接头16，胶筒15套在中心管14上通过上接头13和下接头16固定，中心管14圆周上开有缝隙，液体通过缝隙进入到胶筒15内，节流器17安装在下接头16上。隔离管12、上接头13、中心管14、胶筒15、下接头16和节流器17之间均采用螺纹连接

进一步，防喷短节2与厚壁圆筒4之间、厚壁圆筒4与隔离阀门8之间均采用油管扣连接，设置有接箍3。

进一步，隔离管12上端采用锥面及凸肩结构，锥面和凸肩上各有两个O型密封圈9，凸肩上的两个密封圈不仅起密封作用还起到扶正作用，保证隔离管被冲出采油(气)树时和捕捉器1对正；下端通过上接头13和下接头16连接中心管14和胶筒15；节流器17通过螺纹连接在下接头16的下端，通过节流的作用实现胶筒15内外的压差，使胶筒15实现坐封。

进一步，节流器17上装有两个O型密封圈9，密封圈9在胶筒15坐封过程中能防止液体进入胶筒15外部空间，从而保证了胶筒15内外有足够的压差；在压裂完放喷时有效地增大了低面的受力面积，对隔离管12顺利冲出采油(气)树有极大的促进作用。

以下简述可投入返出式井口保护器的工作过程。

参阅图1。如果井内没有压力，只需安装隔离阀门，把隔离管直接投入井内；如果井内有压力，通过油管扣将保护器安装在采油(气)树井口上。打开隔离阀门，隔离管靠重力会自行下滑一段距离，然后通过防喷管注入高压液体，在压差作用下隔离管下行，当隔离管锥面和连接短节锥面密切接触且胶筒15完全进入双公短节后，打压结束。拆掉厚壁圆管和防喷短节，在隔离阀门上端接上压裂管线进行试压，试压合格之后开始压裂作业，由于节流器的作用，使胶筒15内部压力高于外部压力从而扩张紧贴着油管，对采油(气)树起到了隔离作用。

当压裂结束后，关闭隔离阀门，拆掉压裂管线，如果井内没有压力，可直接将隔离管提出；如果井内有压力，则将厚壁圆管、连接短节和捕捉器一起安装在隔离阀门上，安装好后打开隔离阀门和放喷阀门进行放喷，此时由于隔离管上部的压力小于下部的压力，在压差的作用下隔离管会冲出采油(气)树，捕捉器对其进行捕捉。等放喷完毕，将保护器从采油(气)树上卸下。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (8)

1.一种可投入返出式井口保护器，其特征在于：包括捕捉器(1)、厚壁圆筒(4)、隔离阀门(8)、连接短节(11)、隔离管(12)、胶筒(15)和节流器(17)；

所述厚壁圆筒(4)上端通过堵头(1.1)封闭，捕捉器(1)固定在堵头(1.1)底部置于厚壁圆筒(4)中，连接短节(11)连接在厚壁圆筒(4)下端；隔离管(12)置于厚壁圆筒(4)中、且能够在厚壁圆筒(4)中上下自由移动，空心的隔离管(12)上端外壁为锥面及凸肩结构，所述连接短节(11)上端内壁也为锥形面，用于悬挂隔离管(12)并与隔离管(12)之间实现密封，隔离管(12)下端连接胶筒(15)和节流器(17)；隔离阀门(8)安装在厚壁圆筒(4)上，隔离管(12)通过隔离阀门(8)关闭在厚壁圆筒(4)中；

井口保护器通过连接短节(11)安装在采油树上端，压裂时打开隔离阀门(8)，隔离管(12)靠重力下落一段距离，再通过上下压差使隔离管(12)下行到预定工作位置并使胶筒(15)扩张与油管之间密封；压裂结束后利用井内的压力使隔离管(12)冲出井口，利用捕捉器(1)进行捕捉；

所述厚壁圆筒(4)和连接短节(11)之间连接有防喷短节(2)，堵头(1.1)将防喷短节(2)上端封闭，防喷短节(2)上连接有防喷管(5)，防喷管(5)上安装有放喷阀门(6)；

所述隔离管(12)下端依次连接上接头(13)、中心管(14)和下接头(16)，胶筒(15)套在中心管(14)上通过上接头(13)和下接头(16)固定，中心管(14)圆周上开有缝隙，液体通过缝隙进入到胶筒(15)内，节流器(17)安装在下接头(16)上。

2.如权利要求1所述的可投入返出式井口保护器，其特征在于：所述捕捉器(1)由外筒(1.2)、楔块(1.3)和钢球(1.4)组成；外筒(1.2)焊接在堵头(1.1)上，锥形结构的楔块(1.3)固定在外筒(1.2)内，楔块(1.3)周向上均匀地开有三个圆弧形槽，外筒(1.2)上和楔块圆弧形槽对应的位置开有缺口，缺口的宽度略小于钢球(1.4)的直径，钢球(1.4)置于三个圆弧形槽内能在槽内上下移动，当钢球在最下端时，钢球有一部分露在外筒(1.2)外面，当在最上端时，钢球完全在外筒(1.2)内。

3.如权利要求2所述的可投入返出式井口保护器，其特征在于：所述外筒(1.2)底部连接有倒锥形的防偏块(1.5)，防偏块(1.5)下端钻有装卸孔(1.6)。

4.根据权利要求2所述的可投入返出式井口保护器，其特征在于：所述楔块(1.3)顶部有一段圆柱体，外筒(1.2)底部开有盲孔，圆柱体插入外筒(1.2)的盲孔中将楔块(1.3)上端固定。

5.如权利要求1所述的可投入返出式井口保护器，其特征在于：所述隔离管(12)、上接头(13)、中心管(14)、胶筒(15)、下接头(16)和节流器(17)之间均采用螺纹连接。

6.如权利要求1所述的可投入返出式井口保护器，其特征在于：所述防喷短节(2)与厚壁圆筒(4)之间、厚壁圆筒(4)与隔离阀门(8)之间均采用油管扣连接。

7.如权利要求1或2所述的可投入返出式井口保护器，其特征在于：所述隔离管(12)上端锥面和凸肩上各设有两个O型密封圈(9)。

8.如权利要求1或2所述的可投入返出式井口保护器，其特征在于：所述节流器(17)上装有两个O型密封圈(9)。