CN106761549A - 一种自平衡正反双向连续循环作业装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种自平衡正反双向连续循环作业装置，包括换向短节和换向井口，所述的换向短节套接在换向井口内；换向短节上端长出换向井口，换向短节下端穿过换向井口下端与油管连接；所述换向短节内设有中心堵块，换向短节的中心管上设有跨式过流孔。本发明提供的装置在油田上首次实现了一套装置正、反双向均可连续循环作业，极大地提高了现场适用性，同时提供了较大过流面积，避免了多余节流导致的井口回压过高，有效降低了施工管柱砂堵砂卡风险；有力保证了油管连续循环作业的施工可靠性，可广泛应用于油气田各类油管连续循环作业。
Description
技术领域
本发明涉及一种水力自平衡正反双向连续循环作业装置，适用于油管连续冲砂或连续钻磨作业，属于套管完井条件下的油田修井技术领域。
背景技术
在油气田开发过程中，经常实施井筒冲砂、洗井、钻磨等入井液循环类作业，以达到净化井筒的目的。在油管施工条件下，为降低井口作业风险，普遍采用的是“停泵接单根”方式，即在装卸水龙头、更换油管单根时必须停泵（详见专利201220176946X），造成了循环短暂中断，导致固体杂质二次沉降、入井液体回灌地层，降低了施工效率，增大了卡钻风险，给低压储层带来了不同程度的污染，在水平井措施作业中表现得尤为显著。
自上世纪90年代以来，研究油管连续循环作业技术的脚步就一直没有停止过，公开号GAI10CN1997E、2011201512390等专利就先后给出过较好的解决方案，却一直未能在油气田现场得到有效应用，主要存在以下问题：一是井口装置密封不可靠，井口压力始终处于波动状态，自封胶皮过紧容易被油管接箍刮伤，需要频繁更换，自封胶皮过松容易造成井口刺漏，存在安全环保隐患；二是井下装置换向原理不合理，现有换向机构多为弹簧单流阀类，循环作业过程中，液体需逐级推开各个单流阀，因井下装置通常级数较多（20～100级不等），导致井口回压明显升高，增大了动力损耗和井控风险；三是井下装置过流通道较小（通常不超过施工油管过流面积的50%），产生节流升压的同时，容易被液体中的固体杂质堵塞，造成循环通道不畅，甚至引发砂堵、砂卡事故。四是现有的连续循环装置仅能实现单一方向循环作业，如专利201220176946X中所述的装置只能实现反循环连续循环作业，如需倒换流程，要重新起出管柱、拆装井口，耗时费力，极大地限制了该类装置的现场适用性。因此，油气田现场迫切需要解决以上问题。
发明内容
为了克服现有的连续循环装置仅能实现单一方向循环作业的问题，本发明提供一种入井液连续循环作业装置，本装置高效、可靠地实现油管连接条件下的不停泵连续施工，并首次实现一套装置正、反双向均可连续循环作业，有效提高施工效率、降低作业风险、扩大现场应用。
本发明采用的技术方案为：
一种自平衡正反双向连续循环作业装置，包括换向短节和换向井口，所述的换向短节套接在换向井口内；换向短节上端长出换向井口，换向短节下端穿过换向井口下端与油管连接；所述换向短节内设有中心堵块，换向短节的中心管上设有跨式过流孔。
所述的换向短节由上接头、中心管、弹簧座、复位弹簧、滑套、下接头组成；上接头下端与中心管上端连接，弹簧座复位弹簧与滑套沿轴线从上到下依次套入中心管，滑套下端与下接头连接。
所述滑套与中心管留有环空间隙，中心管与滑套对应部分设有中心堵块和跨式过流孔。
所述上接头两端加工有锥管内螺纹，上接头下端与中心管上端锥管外螺纹连接。
所述复位弹簧上端套入弹簧座与中心管环形空间进行固定，复位弹簧下端与滑套上端面接触连接。
所述的换向井口由压盖、本体、上支架、上胶筒、旁通口、下支架、下胶筒、底座、平衡通道组成，所述底座与本体轴线对中后焊接固定，所述本体上端与压盖连接；所述上支架、下支架从上到下依次位于本体内，且所述上支架、下支架均为环面开有通孔的环形钢架，所述的上胶筒位于上支架内，下胶筒位于下支架内；本体上开有一个旁通孔和两个平衡孔，所述旁通口与旁通孔中心对正后焊接在本体上，所述平衡通道与平衡孔对正后焊接在本体上。
本体上开有一个旁通孔和两个平衡孔，所述旁通孔位于上支架和下支架之间的本体上；所述两个平衡孔分别位于上支架和下支架环空对应的本体上。
所述底座为中心开孔、周向开有螺纹通孔的法兰结构。
所述上支架上下两端分别设有上密封垫圈和下密封垫圈。
本发明的有益效果为：
（1）本发明提供一种自平衡正反双向连续循环作业装置，首次实现了一套装置正、反双向均可连续循环作业，并可以在不拆卸井口、不增设装置的情况下完成即时倒换，极大地提高了该发明的现场适用性和灵活性。
（2）本发明通过将换向井口上、下胶筒设计为自平衡密封结构，使得上、下胶筒密封作用力可随泵注压力的波动而同步变化，有效解决了长期以来胶筒密封因作用力太小密封不严、作用力太大容易损坏的两难问题，极大地提高了油管连续循环作业的施工可靠性。
（3）本发明通过在换向短节内设计跨式过流孔结构，与滑套配合可快速实现换向短节的开启和关闭，完成液流通道的切换。由于换向短节中没有弹簧单流阀结构，且跨式过流孔各处过流面积均与油管本身过流面积相当，不会因为不必要的节流导致井口回压升高，同时有效降低管串砂堵风险，极大地保证了施工安全性。
以下将结合附图进行进一步的说明。
附图说明
图1为本发明自平衡正反双向连续循环作业装置示意图。
图2为本发明中换向短节结构示意图。
图3为本发明中换向井口结构示意图。
图中，附图标记为：1-换向短节；11-上接头；12-中心管；122-跨式过流孔；13-弹簧座；14-复位弹簧；15-滑套；16-下接头；121-中心堵块；2-换向井口；201-压盖；202-本体；203-上密封垫圈；204-上支架；205-上胶筒；206-下密封垫圈；207-旁通口；208-下支架；209-下胶筒；210-底座；211-平衡通道。
具体实施方式
实施例1：
为了克服现有的连续循环装置仅能实现单一方向循环作业的问题，本发明提供如图1所示的一种入井液连续循环作业装置，本装置高效、可靠地实现油管连接条件下的不停泵连续施工，并首次实现一套装置正、反双向均可连续循环作业，有效提高施工效率、降低作业风险、扩大现场应用。
一种自平衡正反双向连续循环作业装置，包括换向短节1和换向井口2，所述的换向短节1套接在换向井口2内；换向短节1上端长出换向井口2，换向短节1下端穿过换向井口2下端与油管连接；所述换向短节1内设有中心堵块121，换向短节1的中心管12上设有跨式过流孔122。
本发明通过在换向短节内1设计跨式过流孔122结构，与换向短节1的滑套配合可快速实现换向短节的开启和关闭，完成液流通道的切换。由于换向短节1中没有弹簧单流阀结构，且跨式过流孔122各处过流面积均与油管本身过流面积相当，不会因为不必要的节流导致井口回压升高，同时有效降低管串砂堵风险，极大地保证了施工安全性。
本发明提供一种自平衡正反双向连续循环作业装置，首次实现了一套装置正、反双向均可连续循环作业，并可以在不拆卸井口、不增设装置的情况下完成即时倒换，极大地提高了该发明的现场适用性和灵活性
实施例2：
以油田51/2″套管完井，27/8″油管实施反循环连续冲砂为例。
如图1所示，本实施例提供的自平衡正反双向连续循环作业装置至少包括换向短节1和换向井口2两部分。
所述的换向短节1由上接头11、中心管12、弹簧座13、复位弹簧14、滑套15、下接头16组成；上接头下端与中心管12上端连接，弹簧座13复位弹簧14与滑套15沿轴线从上到下依次套入中心管12，滑套15下端与下接头16连接。
所述滑套15与中心管12留有环空间隙，中心管12与滑套15对应部分设有中心堵块121和跨式过流孔122。
所述上接头11两端加工有锥管内螺纹，上接头11下端与中心管12上端锥管外螺纹连接。
所述复位弹簧14上端套入弹簧座13与中心管12环形空间进行固定，复位弹簧14下端与滑套15上端面接触连接。
如图2所示，本实施例中换向短节1由上接头11、中心管12、弹簧座13、复位弹簧14、滑套15、下接头16组成。上接头11两端加工有锥管内螺纹（油管母扣），其一端与中心管12上端锥管外螺纹（油管公扣）连接，弹簧座13沿轴线套入中心管12，通过螺纹连接固定，复位弹簧14与滑套15同样沿轴线套入中心管12，复位弹簧14一端套入弹簧座13与中心管12环形空间进行固定，另一端与滑套15上端通过面接触进行限位，滑套15下端则通过下接头16与中心管12的锥管螺纹连接进行限位。滑套15与中心管12留有环空间隙，中心管12与滑套15对应部分设有中心堵块121和跨式过流孔122。
所述的换向井口2由压盖201、本体202、上支架204、上胶筒205、旁通口207、下支架208、下胶筒209、底座210、平衡通道211组成，所述底座210与本体202轴线对中后焊接固定，所述本体202上端与压盖201连接；所述上支架204、下支架208从上到下依次位于本体202内，且所述上支架204、下支架208均为环面开有通孔的环形钢架，所述的上胶筒205位于上支架204内，下胶筒209位于下支架208内；本体202上开有一个旁通孔和两个平衡孔，所述旁通口207与旁通孔中心对正后焊接在本体202上，所述平衡通道211与平衡孔对正后焊接在本体202上。
本体202上开有一个旁通孔和两个平衡孔，所述旁通孔位于上支架204和下支架208之间的本体202上；所述两个平衡孔分别位于上支架204和下支架208环空对应的本体202上。
所述底座210为中心开孔、周向开有螺纹通孔的法兰结构。
所述上支架204上下两端分别设有上密封垫圈203和下密封垫圈206。
图3所示，本实施例中换向井口2由压盖201、本体202、上密封垫圈203、上支架204、上胶筒205、下密封垫圈206、旁通口207、下支架208、下胶筒209、底座210、平衡通道211组成。底座210为中心开孔、周向开有螺纹通孔的法兰结构，与本体202轴线对中后焊接固定，上支架204、下支架208均为环面开有通孔的环形钢架，上胶筒205压入上支架204通过弹力固定并预紧形成上胶筒组合，下胶筒209压入下支架208通过弹力固定并预紧形成下胶筒组合，按照下胶筒组合、下密封垫圈206、上胶筒组合、上密封垫圈203的顺序依次装入本体202，通过压盖201与本体的螺纹连接进行紧固，本体上开有一个旁通孔和两个平衡孔，旁通口207与旁通孔中心对正后焊接在本体202上，平衡通道211与平衡孔对正后焊接在本体202上。
本发明的具体工作过程如下：
如图1箭头方向所示，反循环连续冲砂过程中，冲砂液由套管三通泵入，冲砂管柱下钻时，上返液经过各级换向短节1由油管通道返出，冲砂管柱座于换向井口2更换油管单根时，上返液由换向井口旁通口207返出，可概括为“一进两出”。
在上述过程中，本实施例中换向井口2与套管法兰连接，换向短节1上端与水龙头（用于连接水龙带）连接、下端与施工油管连接（每根油管上端均接一个换向短节），下钻过程中，当换向短节1未经过换向井口2时，滑套13处于关闭状态，油管内腔仍为密闭通道，上返液经跨式过流孔122通过，当换向短节1经过换向井口2时，滑套15在上胶筒205的摩擦力作用下向上滑动，压缩复位弹簧14，逐渐开启，当该换向短节1完全座于换向井口2压盖201上时，滑套15正好全部开启，露出下半部分跨式过流孔122，经下密封垫圈206旁通孔与旁通口207连通，形成不停泵换油管单根时的冲砂液上返通道，同时滑套15下端抱紧换向短节中心堵块121，密封中心堵块121上部油管通道，保证了换油管单根时井口不溢流，此时，液体由套管三通泵入，由换向井口2旁通口207返出。当更换好油管单根继续下钻时，处于开启状态的滑套15随之一同下移，通过下胶筒209后，滑套15在复位弹簧14的作用下迅速向下滑动，关闭旁通孔液流通道，同步开启换向短节1跨式过流孔122上返通道，上返液可再次经油管通道返出。如此循环往复直到彻底冲砂至设计位置为止。
在上述过程中，泵注管线的一端经平衡阀（常规配件）与换向井口2平衡通道211连接，一小部分泵注液体由此可同时进入上胶筒205和下胶筒209环形内腔，在泵注压力的作用下对上胶筒205和下胶筒209起到鼓撑作用，进而增强了上胶筒205和下胶筒209对入井管串的密封作用，与此同时，上胶筒205和下胶筒209的密封作用力会随着泵注压力的波动而同步变化，即井口压力升高密封作用力也变大，井口压力降低密封作用力也变小，达到自平衡密封的目的。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述实施例所述的技术方案进行修改，或是对其中部分或者全技术特征进行等同替换，但这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下，所获得的所有基于本发明的其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (9)
1.一种自平衡正反双向连续循环作业装置，其特征在于：包括换向短节（1）和换向井口（2），所述的换向短节（1）套接在换向井口（2）内；换向短节（1）上端长出换向井口（2），换向短节（1）下端穿过换向井口（2）下端与油管连接；所述换向短节（1）内设有中心堵块（121），换向短节（1）的中心管（12）上设有跨式过流孔（122）。
2.根据权利要求1所述的一种自平衡正反双向连续循环作业装置，其特征在于：所述的换向短节（1）由上接头（11）、中心管（12）、弹簧座（13）、复位弹簧（14）、滑套（15）、下接头（16）组成；上接头下端与中心管（12）上端连接，弹簧座（13）复位弹簧（14）与滑套（15）沿轴线从上到下依次套入中心管（12），滑套（15）下端与下接头（16）连接。
3.根据权利要求2所述的一种自平衡正反双向连续循环作业装置，其特征在于：所述滑套（15）与中心管（12）留有环空间隙，中心管（12）与滑套（15）对应部分设有中心堵块（121）和跨式过流孔（122）。
4.根据权利要求2所述的一种自平衡正反双向连续循环作业装置，其特征在于：所述上接头（11）两端加工有锥管内螺纹，上接头（11）下端与中心管12上端锥管外螺纹连接。
5.根据权利要求1所述的一种自平衡正反双向连续循环作业装置，其特征在于：所述复位弹簧（14）上端套入弹簧座（13）与中心管（12）环形空间进行固定，复位弹簧（14）下端与滑套（15）上端面接触连接。
6.根据权利要求1所述的一种自平衡正反双向连续循环作业装置，其特征在于：所述的换向井口（2）由压盖（201）、本体（202）、上支架（204）、上胶筒（205）、旁通口（207）、下支架（208）、下胶筒（209）、底座（210）、平衡通道（211）组成，所述底座（210）与本体（202）轴线对中后焊接固定，所述本体（202）上端与压盖（201）连接；所述上支架（204）、下支架（208）从上到下依次位于本体（202）内，且所述上支架（204）、下支架（208）均为环面开有通孔的环形钢架，所述的上胶筒（205）位于上支架（204）内，下胶筒（209）位于下支架（208）内；本体（202）上开有一个旁通孔和两个平衡孔，所述旁通口（207）与旁通孔中心对正后焊接在本体（202）上，所述平衡通道（211）与平衡孔对正后焊接在本体（202）上。
7.根据权利要求6所述的一种自平衡正反双向连续循环作业装置，其特征在于：本体（202）上开有一个旁通孔和两个平衡孔，所述旁通孔位于上支架（204）和下支架（208）之间的本体（202）上；所述两个平衡孔分别位于上支架（204）和下支架（208）环空对应的本体（202）上。
8.根据权利要求1所述的一种自平衡正反双向连续循环作业装置，其特征在于：所述底座（210）为中心开孔、周向开有螺纹通孔的法兰结构。
9.根据权利要求1所述的一种自平衡正反双向连续循环作业装置，其特征在于：所述上支架（204）上下两端分别设有上密封垫圈、（203）下密封垫圈（206）。
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