CN105484676B - 分层注气安全接头及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油田井下工具安全接头技术领域,用于分层采油完井管柱。缸套上端与上接头环空中设置活塞，在活塞和上接头之间设置锁紧机构一和启动剪钉；连接管与缸套相连；护套的下部套在连接管外；护套与活塞相连接；在护套和丢手管之间设置锁紧机构二；丢手管和连接管之间设置上丢手机构；下接头从连接管下端伸入；下接头和丢手管之间设置下丢手机构；下接头和连接管之间设置丢手剪钉。其使用步骤是，本装置安装在两个封隔器之间；打液压使启动剪钉剪断；下放管柱；上提注气管柱丢手。由于设计了二套丢手机构，本装置应用在分层完井管柱上很好地同时满足了管柱下井、封隔器坐封、解封和封隔器遇卡时丢手等多方面需求。

Description

分层注气安全接头及其使用方法

技术领域

本发明涉及油田开采技术中的分层采油井下工具安全接头技术领域 ，更具体地说是一种分层注气安全接头及其使用方法。

背景技术

近年来，CO₂驱油技术在国内外得到了蓬勃发展，其中注气技术是该项技术的重要一环。为了减少油层之间的相互干扰，提高油层的采收率，进行了分层注气技术的研究和应用。

井下分层注采管柱一般都安装了井下封隔器，分层注气技术也不例外，需要在油层上下都安装封隔器，至少是两个封隔器。保证封隔器和注气装置能安全地下入井下和安装并尽可能地回收，是完井作业技术必须研究的课题。然而，到目前为止，封隔器技术还不能达到令人满意的程度，不能保证所有安装在井下的封隔器都能顺利地解封回收。为了解决这一问题，石油工程师不约而同地采取了同样的解决方案，就是在井下的两个封隔器之间安装一个安全接头，当下一级封隔器遇到故障而不能解封时，通过安全接头实现丢手，把下一级封隔器暂时留在井下，而把安全接头以上部分的管柱先提出井筒。

中国专利申请号201510346547.1，申请日2015.06.19，专利名称“油田作业用安全接头”公开了一种压差丢手式安全接头，这种安全接头主要由上接头、下接头、内衬管和剪钉组成，上接头和下接头之间有相互配合的锁爪和内槽，锁爪通过内衬管支撑锁定，当使用这种安全接头的管柱的内压差足够大时，内衬管剪断剪钉下行，从而让出锁爪位置，安全接头实现丢手。这样的安全接头如应用在分层注气完井管柱上时就存在一个问题，分层注气完井管柱上所使用的封隔器一般都是液压坐封的，封隔器打液压坐封时就会激发安全接头丢手，这样就影响了完井管柱正常的解封封隔器的作业，增加了作业工序。

中国专利申请号201420328376.0，申请日2014.06.19，专利名称“一种液压安全接头”也公开了一种压差丢手式安全接头，这种安全接头的结构与上述的“油田作业用安全接头”类似，只是在丢手时需要通过管柱内投球再打液压来实现。这样的安全接头如应用在分层注气完井管柱上时就存在另一个问题，当管柱内径受到限制而无法投球时就不能实现丢手。

发明内容

为了解决上述技术问题，发明了分层注气安全接头，本发明的装置应用在分层注气完井管柱上很好地同时满足了管柱下井、封隔器坐封、封隔器解封和封隔器遇卡时丢手等多方面需求。

本发明的技术方案如下：

分层注气安全接头，包括上接头、下接头和缸套，缸套上端与上接头相连，活塞置于缸套与上接头所形成的环空内，在活塞和上接头之间设置锁紧机构一和启动剪钉；连接管从缸套下端伸入缸套中并与缸套相连，连接管内设置二级内台阶槽；丢手管从连接管的上端伸入，丢手管的下部进入连接管的下内台阶槽内；护套置于缸套与丢手管所形成的环空内，护套的下部套在连接管外；护套与活塞相连接；在护套和丢手管之间设置锁紧机构二；丢手管和连接管之间设置上丢手机构；下接头从连接管下端伸入，下接头上部进入丢手管下端；下接头和丢手管之间设置下丢手机构；下接头和连接管之间设置丢手剪钉。

本发明的分层注气安全接头的使用方法，其步骤是，

a、所述的分层注气安全接头安装在井下的分层注气管柱上并位于两个封隔器之间；

b、打液压使启动剪钉剪断；

c、下放注气管柱剪断丢手剪钉；

d、上提注气管柱丢手。

与现有技术相比，本发明的有益效果是，由于本发明的装置内设计了二套丢手机构，它实现了三个功能，一是管柱下井过程中，如果出现遇阻、遇卡情况，可以上下活动管柱而不会意外丢手；二是在封隔器解封过程中不会丢手，能够保证管柱可以有较大的上提负荷；三是在下一级封隔器解封失败或遇卡需要丢手时，本发明的装置可以实现安全丢手。

附图说明

前面简单地描述了本发明，接下来参考描述本发明的以下具体实施例的图纸进一步、详细地叙述本发明。这些图纸只描述了该发明的一些典型的实施例，因此不能认为是限制本发明的范围。在这些图纸中：

图1是本发明的分层注气安全接头的结构示意图。

图2是本发明的分层注气安全接头的结构示意图，图中展示了不同的锁紧机构和丢手机构。

图3是本发明的分层注气安全接头的结构示意图，图中展示了活塞与护套作为一体设计的情况。

图4是连接管的结构示意图。

图5是丢手管的结构示意图。

图6是图1中A部的局部放大图。

具体实施方式

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的布图方式来进行描述的，如：上、下、上部、下部等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。

参见图1和图2，分层注气安全接头，缸套2上端与上接头1相连，活塞8置于缸套2与上接头1所形成的环空内，活塞8与上接头1、缸套2之间各自设置密封圈。

在活塞8和上接头1之间设置锁紧机构一20。

所述的锁紧机构一20可以是锯齿形螺纹锁紧机构，如图1和图6所示，锯齿形螺纹锁紧机构由内锁环7和外锁紧螺纹6构成，内锁环7内能沿外锁紧螺纹6向上运动。锯齿形螺纹锁紧机构是一种已有技术，在井下液压封隔器上普遍使用。为了方便安装，活塞8可以拆为两件，如图1所示，在内锁环7以上设置一个压帽5，压帽5与活塞8相连接。当然，活塞8也可以不拆为两件，如图2所示，在内卡簧21处只设置一个内槽，把内卡簧21装入。

所述的锁紧机构一20也可以是卡簧锁紧机构。如图2所示，卡簧锁紧机构包括内卡簧21和外槽22，当活塞8带动内卡簧21向上移动到达外槽22处时，内卡簧21卡住外槽22，防止活塞8下行。卡簧锁紧机构也是一种已有技术。

如图2所示，在活塞8和上接头1之间设置启动剪钉4，设置启动剪钉4的目的是给活塞8一个向上运动的启动压力，当启动剪钉4被剪断时，活塞8才可以轴向运动。所述的在活塞8和上接头1之间设置启动剪钉4，不是指在活塞8和上接头1之间的间隙中设置，而是指设置一个启动剪钉4使活塞8和上接头1在轴向上相互关联。本说明书中的其它位置说明中，例如在护套25和丢手管11之间设置锁紧机构二，关于两件零件之间设置机构的表述与此相同，不再赘述。

如图1所示，由于压帽5和活塞8相连接，在向上移动过程中二者是作为一体来看待的，所以启动剪钉4也可以设置在压帽5上。

为了使活塞8上行更通畅，在缸套2上部设置排液孔3。

如图1所示，连接管14从缸套2下端伸入缸套中并与缸套相连，连接管14内设置二级内台阶槽，包括上内台阶槽28和下内台阶槽17。

丢手管11从连接管14的上端伸入，丢手管11的下部进入连接管14的下内台阶槽17内。

护套25置于缸套2与丢手管11所形成的环空内，护套25的下部套在连接管14外；护套25与活塞8相连接；在实际应用中，护套25与活塞8可以合为一件，如图3所示，在本说明书中只是为了叙述方便，从功能上进行了区分，把它拆为了二件来说明。

在护套25和丢手管11之间设置锁紧机构二30。

所述的锁紧机构二30可以是卡簧锁紧机构，该卡簧锁紧机构包括外卡簧10和内槽9。在丢手管11上设置一个外环槽，并把外卡簧10装入其中，在护套25上设置一个内槽9，当外卡簧10进入内槽9时，丢手管11被锁住而再不能向下移动。本卡簧锁紧机构与前述的安装在活塞与上接头之间的卡簧锁紧机构的原理是相同的，不同的是一个是内卡簧，另一个是外卡簧。

所述的锁紧机构二30也可以是锯齿形螺纹锁紧机构。锯齿形螺纹锁紧机构包括安装在丢手管11外环槽中的外锁环24和设置在护管25上的内锁紧螺纹23，其结构原理与前述的设置在活塞与上接头之间的锯齿形螺纹锁紧机构是相同的。

丢手管11和连接管14之间设置上丢手机构。

所述的上丢手机构是锁爪螺纹丢手机构。锁爪螺纹丢手机构是一种已有技术，它的作用是把两个零件临时锁定在一起，当满足一定条件时就脱开。锁爪螺纹丢手机构包括三层顺次嵌套的管体，以及内层管与中层管之间相连接的丢手螺纹、中层管的指状爪，这里，指状爪起到弹性作用，在受力时可以径向扩张。具体说到上丢手机构，如图1和图4所示，连接管14上部是指爪状，在其上部设置内螺纹，在丢手管11的外部设置外螺纹，二者构成丢手螺纹副一12，也就是连接管14与丢手管11通过丢手螺纹副一12相连接，护管25套在连接管14上部外周，这样，当丢手螺纹副一承受轴向拉力的时候，由于护套25的支撑，丢手螺纹副一不会脱开；当护套25向上移动脱开连接管14后，这时，丢手螺纹副一承受轴向拉力的时候，由于没有了护套25的支撑，连接管14上部的指状爪径向扩张，丢手螺纹副一脱开，连接管14与丢手管11可以在轴向上相对运动了。

所述的上丢手机构还可以是锁块丢手机构。这也是一种已有技术，它的作用也是把两个零件临时锁定在一起，当满足一定条件时就脱开。锁块丢手机构包括三层顺次嵌套的管体，在中层管上径向开孔，在开孔处对应的内层管上设置横截面为梯形的外环槽，锁块置于所述的开孔与外环槽中。锁块的径向运动受到内层管与外层管的约束，内层管与中层管的轴向相对运动也受到锁块的约束。也可以用球代替锁块。具体说到上丢手机构，如图2所示，丢手管11、连接管14和护管25顺次嵌套，在连接管14上部开孔，在丢手管11于连接管14上部开孔处所对应的位置设横截面为梯形的外环槽，上锁块26置于所述的开孔与外环槽中。当护套25向上移动脱开连接管14后，这时，当丢手管11与连接管14相对运动时，锁块26受到推力径向上向外移动，丢手管11与连接管14之间就失去了轴向相互约束。

下接头16从连接管14 下端伸入，下接头16上部进入丢手管11下端。

下接头16和丢手管11之间设置下丢手机构；

所述的下丢手机构是锁爪螺纹丢手机构，如图1和图5所示，丢手管11下部为指状爪，下接头16、丢手管11和连接管14顺次嵌套，下接头16与丢手管11之间设置丢手螺纹副二13。下丢手机构的锁爪螺纹丢手机构与上丢手机构所述的锁爪螺纹丢手机构的结构与原理相同。

所述的下丢手机构还可以是锁块丢手机构。如图2所示，下接头16、丢手管11和连接管14顺次嵌套，丢手管11下部设径向开孔，在开孔处对应的下接头16上设置横截面为梯形的外环槽，下锁块27置于所述的开孔与外环槽中。下丢手机构的锁块丢手机构与上丢手机构所述的锁块丢手机构的结构与原理相同。

上内台阶槽28是为丢手管11的下部径向扩张或下锁块27的径向运动而设。

下接头16和连接管14之间设置丢手剪钉15。

本发明的装置是一种液压井下工具，在必要处均设有密封圈，参见附图1。

一般地，在井下分层注气管柱的封隔器之间安装本发明的分层注气安全接头。

本发明装置的使用步骤是：

a、所述的分层注气安全接头安装在井下的分层注气管柱上并位于两个封隔器之间；

b、打液压使启动剪钉4剪断；活塞与护套上行，锁紧机构一20把活塞与护套的上行锁定，不使它们下行。这时，上丢手机构失效。

当需要丢手时，执行以下步骤。

c、下放注气管柱剪断丢手剪钉15；除下接头16和丢手管11外的其它零件下行，当丢手管11的下端到达上内台阶槽28时，下丢手机构失效，同时，锁紧机构二把丢手管11锁定在护套25上，不使它再下行。

d、上提注气管柱丢手。下接头16留在井下，装置其它零件提出井筒。

前述仅为本发明的典型实施例，但不仅限于这些实施例，本领域技术人员可以在不偏离本发明的精神启示下做出修改。本文所公开的方案可能存在很多变更、组合和修改，且都在本发明的范围内，因此，保护范围不仅限于上文的说明，而是根据权利要求来定义，保护范围包括权利要求的标的的所有等价物。

Claims (9)

1.分层注气安全接头，包括上接头(1)、下接头(16)和缸套(2)，缸套(2)上端与上接头(1)相连，其特征在于，

活塞（8）置于缸套(2)与上接头(1)所形成的环空内，在活塞(8)和上接头(1)之间设置锁紧机构一(20)和启动剪钉（4）；

连接管(14)从缸套(2)下端伸入缸套中并与缸套(2)相连，连接管(14)内设置二级内台阶槽；

丢手管(11)从连接管(14)的上端伸入，丢手管(11)的下部进入连接管(14)的下内台阶槽（17）内；

护套（25）置于缸套(2)与丢手管(11)所形成的环空内，护套（25）的下部套在连接管(14)外；护套（25）与活塞（8）相连接；

在护套（25）和丢手管(11)之间设置锁紧机构二(30)；

丢手管(11)和连接管（14）之间设置上丢手机构；

下接头(16)从连接管(14) 下端伸入，下接头(16)上部进入丢手管(11)下端；

下接头(16)和丢手管(11)之间设置下丢手机构；

下接头(16)和连接管(14)之间设置丢手剪钉(15)。

2.根据权利要求1所述的分层注气安全接头，其特征在于，所述的锁紧机构二(30)是卡簧锁紧机构或锯齿形螺纹锁紧机构。

3.根据权利要求1所述的分层注气安全接头，其特征在于，所述的锁紧机构一(20)是卡簧锁紧机构或锯齿形螺纹锁紧机构。

4.根据权利要求1所述的分层注气安全接头，其特征在于，所述的上丢手机构是锁爪螺纹丢手机构或锁块丢手机构。

5.根据权利要求1所述的分层注气安全接头，其特征在于，所述的下丢手机构是锁爪螺纹丢手机构或锁块丢手机构。

6.根据权利要求4所述的分层注气安全接头，其特征在于，所述的锁爪螺纹丢手机构包括顺次嵌套的丢手管（11）、连接管（14）和护套（25）；连接管（14）上部是指爪状，在指爪状上部设置内螺纹，在丢手管（11）的外部设置外螺纹，二者构成丢手螺纹副一（12），连接管（14）与丢手管（11）通过丢手螺纹副一（12）相连接，护套（25）套在连接管（14）上部外周。

7.根据权利要求5所述的分层注气安全接头，其特征在于，所述的锁爪螺纹丢手机构包括顺次嵌套的下接头（16）、丢手管（11）和连接管（14）；丢手管（11）下部是指爪状，在指爪状下部设置内螺纹，在下接头（16）的外部设置外螺纹，二者构成丢手螺纹副（13），下接头（16）与丢手管（11）通过丢手螺纹副（13）相连接，连接管（14）的下内台阶槽（17）内套住丢手管（11）下部外周。

8.权利要求1所述的分层注气安全接头的使用方法，其特征在于，井下分层注气管柱的封隔器之间安装所述的分层注气安全接头。

9.权利要求1～5任一权利要求所述的分层注气安全接头的使用方法，其步骤是，

a、所述的分层注气安全接头安装在井下的分层注气管柱上并位于两个封隔器之间；

b、打液压使启动剪钉（4）剪断；

c、下放注气管柱剪断丢手剪钉（15）；

d、上提注气管柱丢手。