CN106837228B - 用于井下的驱动管柱系统 - Google Patents

Abstract

本发明的用于井下的驱动管柱系统，包括管柱装置和与管柱装置连接的蓄能器，其中管柱装置包括：管柱本体；移动件，与管柱本体连接并与管柱本体之间构造有用于盛放驱动流体的流体腔；以及输入管路，与流体腔连通，用于将驱动流体导入流体腔。由于移动件设置在管柱本体上，因此在下放管柱本体时，移动件与管柱本体一起下放至井中。这样可以省去单独下放移动件的时间，从而可以有效地减少在完井等环节中的施工时间，提高施工效率。

Description

用于井下的驱动管柱系统

技术领域

本发明涉及井下工具技术领域，特别地涉及一种用于井下的驱动管柱系统。

背景技术

石油工程中的钻井、固井或完井等环节中需要使用具有一定功能的井下工具，以通过井下工具完成一定的动作，达到施工目的。例如滑套的打开或关闭等。

目前滑套的打开或关闭主要通过以下几种方式：1)投球憋压。在往井中下入滑套后，从地面向滑套中投入憋压球。憋压球到达球座位置后与球座形成密封。然后再通过滑套管内憋压，使球座下行，完成滑套的打开动作。2)专用工具。滑套内部设计有与专用工具相配合的槽。施工时，先往井中下入滑套，然后再通过钻杆或连续油管等下入专用工具。待专用工具到达滑套的内槽位置后，上提、下压专用工具，完成滑套的打开或关闭动作。但是，投球憋压的方式存在滑套只能打开的弊端。使用专用工具虽然可以实现滑套的多次反复打开或关闭，但是在需要打开或关闭滑套时，需要下入专用工具，造成施工时间长等。

因此，如何解决上述中至少一项问题，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种驱动管柱系统，通过设置在管柱本体上的移动件来遮挡管柱本体的壁孔，结构简单，施工方便，省时省力。

本发明的用于井下的驱动管柱系统，包括管柱装置和与所述管柱装置连接并设有驱动流体的蓄能器，其中所述管柱装置包括：管柱本体；移动件，与所述管柱本体连接并与所述管柱本体之间构造有用于盛放驱动流体的流体腔，以通过所述驱动流体驱动所述移动件移动，并且所述移动件上设有能遮挡所述管柱本体的壁孔的遮挡部；以及输入管路，与所述流体腔连通，用于将所述驱动流体导入所述流体腔。

在一个实施例中，所述移动件的侧壁与所述管柱本体的侧壁之间构造有所述流体腔。

在一个实施例中，所述流体腔设有至少两个，其中至少两个所述流体腔实现所述移动件的往复运动。

在一个实施例中，在所述流体腔的体积减小时，所述流体腔中的驱动流体排出至外界。

在一个实施例中，在所述管柱本体的侧壁上设有与所述流体腔和外界连通的阀门。

在一个实施例中，还包括用于控制所述阀门开闭的控制器，其中所述控制器固定在所述管柱本体上。

在一个实施例中，所述蓄能器包括蓄能器本体，所述蓄能器本体上设有用于存储所述驱动流体的储能腔，以及用于使地下流体流动的通路，其中所述储能腔与安装在所述储能腔的出口位置的所述输入管路连通。

在一个实施例中，所述通路位于所述蓄能器本体的中部，而所述储能腔设置成环绕所述通路。

在一个实施例中，所述储能腔包括沿所述蓄能器本体的轴线延伸的多个腔体，其中，多个所述腔体环绕所述蓄能器本体的轴线布置。

在一个实施例中，各所述腔体之间通过环形通道而彼此连通，其中所述环形通道构造成与所述腔体相垂直。

在一个实施例中，所述储能腔的出口位于其中一个所述腔体上，并构造成位于所述腔体的底部且与所述腔体相平行的圆柱孔。

在一个实施例中，所述蓄能器本体与所述管柱本体固定连接。

相对于现有技术，本发明的用于井下的驱动管柱系统包括管柱装置和蓄能器。其中管柱装置的管柱本体上设置有移动件，以通过移动件根据需要遮挡管柱本体上的壁孔。由于移动件设置在管柱本体上，因此在下放管柱本体时，移动件与管柱本体一起下放至井中。这样可以省去单独下放移动件的时间，从而可以有效地减少在完井等环节中的施工时间，提高施工效率。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。

图1是本发明中的管柱装置的结构示意图。

图2是本发明中的管柱装置在第一位置时的状态示意图。

图3是本发明中的管柱装置在第二位置时的状态示意图。

图4是本发明中的蓄能器的结构示意图。

图5是图4的B-B剖视图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如图1和图4所示，本发明的驱动管柱系统用于井下作业环节。驱动管柱系统包括管柱装置100和与管柱装置100连接并用于为管柱装置100提供所需的驱动流体的蓄能器200。其中，管柱装置100包括管柱本体1，以及分别与管柱本体1连接的移动件2和输入管路4。移动件2可移动地设置在管柱本体1上并与管柱本体1之间构造有用于盛放驱动流体的流体腔3，以通过驱动流体驱动移动件2在管柱本体1上移动。在移动件2上还设有遮挡部，在移动件2移动的过程中，遮挡部能遮挡管柱本体1上的壁孔11，以实现管柱本体1(例如滑套)的关闭。输入管路4与流体腔3连通，以能够将驱动流体导入流体腔3中。由于移动件2设置在管柱本体1上，因此在下放管柱本体1时，移动件2与管柱本体1一起下放至井中。这样可以省去单独下放移动件2的时间，从而可以有效地减少在完井等环节中的施工时间，提高施工效率。

移动件2包括管状部分21和设置在管状部分21一侧的凸起22。管柱本体1 的靠近一端的内侧设有沿周向环绕管柱本体1的凹槽。在安装好移动件2后，在管柱本体1的端部设置例如接头5，以通过接头5固定并限位移动件2，防止移动件2与管柱本体1脱离，并可以通过接头5连接相邻的管柱本体1。在将移动件2设置在管柱本体1上时，移动件2的凸起22位于管柱本体1的凹槽中，移动件2的管状部分21与管柱本体1和接头5贴合，通过凸起22将凹槽分成两个环绕移动件2(管柱本体1)的流体腔3，移动件2的与管柱本体1贴合的管状部分21可以构成遮挡部。如此设置，可以在移动件2的侧壁与管柱本体1的侧壁之间构造有流体腔3，这样在管柱本体1中放置有移动件2后，管柱本体1的中部便于设置通孔，以使地下流体(例如石油)可以通过管柱本体1的通孔被排至地面。并且通过上述方式设置，可以减少石油对流体腔3的干涉，提高管柱装置 100在使用时的安全性等；而且结构简单，加工方便，成本较低。

当然，在设置移动件2时，可以将移动件2设置在管柱本体1的外侧等。在移动件2与接头5和管柱本体1贴合的部位可以设置密封圈8，以提高流体腔3 的密封性。

在具体的使用过程中，流体腔3的体积大小可以随着驱动流体的多少而变化。其中，当流体腔3的体积减小时，该流体腔3中的驱动流体被排出至外界。在一个例子中，在管柱本体1的侧壁上设有与流体腔3和外界连接的阀门。在将管柱装置100下放至井中后，当流体腔3的体积减小时，阀门打开，驱动流体被排出至例如管柱本体1和井壁之间的空隙中。如此设置，可以减少管路的布置，能够更好地使用于井下作业环境。

此时驱动流体可以设置为气体。这样在气体被排出至管柱本体1和井壁之间的空隙中时，其会逸出至地面，从而可以有效地减少驱动流体对例如石油等的污染；而且气体的压缩程度较大。当然，驱动流体也可以为液压油等。驱动流体具体地可以为氮气或氦气等，以提高安全性。气体的可压缩性相对于液体的可压缩性较高，在高压高温环境下的稳定性较好，而且不具有腐蚀性，对井下设备造成的损坏较小。

如图2和图3所示，在通过凸起22将管柱本体1的凹槽分隔成两个流体腔3 时，两个流体腔3的总体积之和不变。但是，各流体腔3的体积大小可以随着驱动流体的量的多少而变化，以能够实现移动件2沿管柱本体1的轴线做往复运动，从而便于打开或关闭管柱本体1的壁孔11。当设置有两个流体腔3时，对应于各流体腔3可以设置一个与外界连通的阀门31，以方便安装。该阀门31可以为两位两通阀。

进一步地，在移动件2的一侧可以设置阶梯状凸起22。其中，凸出程度较高的第一凸起将管柱本体1的凹槽分成两个流体腔3。凸出程度较低的第二凸起在移动件2运动到一定程度后与管柱本体1或接头5抵接，以防止第一凸起与管柱本体1或接头5抵接而使得不方便再次向该流体腔3中充入驱动流体的情况发生。

另外，在设有至少两个流体腔3时，每个流体腔3对应有输入管路4，以方便向流体腔3中导入驱动流体。在一个例子中，管柱装置100上设有两个流体腔 3，在各流体腔3上设有一个分支管路。两个分支管路均与总管路42连接，并且在两个分支管路和总管路42的连接部位设置有一个两位三通电磁阀6，以能够通过两位三通电磁阀6选择性打开或关闭各输入管路4。总管路42可以蓄能器连接等。

在设置输入管路4时，可以直接在管柱本体1的外侧连接管路，或者将输入管路4设置在管柱本体1的内侧。当然也可以在管柱本体1上开设孔而形成输入管路4。将输入管路4与管柱本体1分开设置时，可以根据需要布置输入管路4 的长度；可以防止因在管柱本体1上开设孔而造成管柱本体1强度降低的情况发生；方便加工和布置。另外，在将输入管路4设置在管柱本体1的外侧时可以减少例如石油等对输入管路4的损坏，提高输入管路4的使用寿命。输入管路4的材质可以为金属等。

进一步地，该管柱装置100还包括用于控制阀门31和阀门6开闭的控制器7，控制器7中存储有控制命令的控制芯片，在将控制器7入井之前，可以预先对其编制好命令信息，并且该控制命令为联动控制，即可以在地面对控制器7进行控制。在安装控制器7时，可以将控制器7固定在管柱本体1上。在一个具体的例子中，将控制器7分为设置在两个阀门31之间的一个控制器单元和设置在阀门6 附近的一个控制器单元，以减少控制器7与阀门31、6之间的连接线路，提高管柱装置100的使用寿命。阀门6可以设置在管柱本体1(或接头5)的凹槽中。在设置控制器7时可以在控制器7的外侧设置金属壳，以通过金属壳保护控制器 7，提高控制器7的使用寿命。

在向井中下放管柱本体1之前，可以先在管柱本体1上开设壁孔11，以提高移动件2遮挡壁孔11时的准确性。由于该壁孔11在将管柱本体1下放至井中之前形成，因此该管柱装置100尤其适用于裸井。当壁孔11在下放管柱本体1之前形成时，在下放管柱本体1的过程中，壁孔11通过移动件2封堵，在使用管体本体1的过程中(例如需要开采石油时)，壁孔11才处于打开状态，以使石油可以通过壁孔11流入到管柱本体1并从管柱本体1中排出。当然，该壁孔11 也可以在将管柱装置100下入井下之后通过例如射孔形成。

另外，如图4所示，蓄能器200包括大致成圆柱状的蓄能器本体9，以便于加工蓄能器200，并便于将蓄能器200下放至井中。蓄能器本体9可以为铸造结构，也可以经车削加工而成。蓄能器本体9上的孔可以在铸造时形成，也可以经钻具钻出。蓄能器本体9的长度和内径、外径尺寸可以根据具体的需要具体设定。也可以同时向井体中下放一个或多个蓄能器本体9。

在蓄能器本体9上设有贯穿其两端的通路91。当将蓄能器200放入到井中时，位于蓄能器200上方的井体部分和位于蓄能器200下方的井体部分经该通路91 连通。这样，可以使例如钻井液经该通路91进入到井体的下方，也可以使地下流体(如石油)经通路91达到地面，从而便于进行井下作业或便于其他井下工具的使用，省事省力。

进一步地，该通路91为大致位于蓄能器本体9的中部的圆柱孔。并且通路 91的延伸方向与蓄能器本体9的延伸方向大致相同。这样，便于加工和设置，而且当将蓄能器200应用于例如油气井的时候，在需要进行例如投球射孔时，可以使球体直接经该通路91进入到井体的下方，不需提出蓄能器200，省事省力。

此外，在蓄能器本体9上还设有用于存储驱动流体的储能腔92，并设有用于使储能腔92与外界连通的出口95和进口94。储能腔92内的压力可以达到 10-70MPa，以提高蓄能器200的储能效率的同时，还有效地保证蓄能器200的使用寿命。

进一步地，储能腔92位于蓄能器本体9的外侧，环绕通路91而设置，以提高蓄能器200的紧凑性。优选地，储能腔92包括多个独立的腔体921。各腔体 921的延伸方向均大致与蓄能器本体9的延伸方向相同，并均大致成圆柱状，以便于加工和设置。各腔体921均环绕通路91而设置。并且各腔体921的轴线所在的圆柱面与通路91保证一定的同轴度。如此设置，在能够有效地存储能量的同时，还可以提高蓄能器本体9的强度，并且可以保证蓄能器本体9的壁厚均匀性，从而提高蓄能器200的使用寿命和安全强度。腔体921的布置位置以保证蓄能器本体9强度、腔体921空间满足使用要求为准。在一个例子中，沿通路91 的环向均布有6-12个腔体921，各腔体921的大小均相同。

此外，如图5所示，各腔体921之间通过环形通道93而彼此连通。这样，设置一个出口95即可使所有腔体921中的驱动流体流出，从而简化结构，并便于加工和安装。环形通道93设置成与各腔体921均相垂直。这样，当其余腔体 921中的驱动流体通过环形通道93向其中一个腔体921(为便于描述，此处叫做第一腔体)中流入而产生对流时，可以通过第一腔体中的驱动流体向下或向上流动来减小对流，从而减少能量的损失。加工蓄能器本体9时，可以将蓄能器本体 9沿环形通道93的轴线分为上下两个部分。待加工好各个孔径后，将两个部分焊接在一起。

进一步地，环形通道93可以设置在腔体921的顶部和底部之间。这样，在其余腔体921中的驱动流体进入第一腔体时，可以向第一腔体中扩散一些，从而使第一腔体中能够不断地补充到驱动流体；而且，当在第一腔体的下方设置出口 95时，可以防止环形通道93、第一腔体和出口95彼此交汇而造成蓄能器本体9 的强度降低的现象发生。

优选地，环形通道93可以靠近腔体921的底部。如此设置，在第一腔体的底部设置出口95后，可以使第一腔体中的驱动流体在环形通道处有较大的流速，从而进一步降低其他的驱动流体流出环形通道93时的而产生的对流，进而进一步降低能量的损失。在一个例子中，环形通道93与腔体921的底端之间的距离为30-50cm，以提高蓄能器本体9的强度。

另外，进口94位于腔体921的顶部，并且在每个腔体921上均设有一个进口94，以减少向腔体921中充入驱动流体时所需的时间。在每个进口94均设置一个单向阀98。在每个单向阀98的外侧均设有挡帽99，以通过挡帽99保护单向阀98。其中，也可以通过控制器7控制单向阀98的开闭，或者单独设置靠近单向阀98的控制器来控制单向阀98。

在第一腔体的底端设有出口95。出口95大致成孔径小于第一腔体921的孔径的圆柱孔，并贯穿蓄能器本体9的底端。出口95的延伸方向大致与第一腔体的延伸方向相同。如此设置，便于使驱动流体从出口95处流出，并减少驱动流体的能量损失。在出口95处也可以设置单向阀和挡帽(图中未示出)。

此外，在蓄能器本体9的两端还设有连接部。位于蓄能器本体9上端的上连接部96设有内连接螺纹。在蓄能器本体9下端的下连接部97设有外连接螺纹，以便于设置储能腔92的出口95。当使用蓄能器200时，蓄能器200通过连接部 96、97与位于其两端的固定管柱连接。如此设置，结构简单，方便使用。

当井下作业需要使用驱动管柱系统时，先在地面将蓄能器本体9和管柱本体1通过例如螺纹固定连接。将管柱装置100的输入管路4连接在蓄能器本体9的出口95位置，以通过输入管路4连通储能腔92和流体腔3。并根据需要在蓄能器200和管柱装置100上连接一定数量的其他管柱。此外，在下放蓄能器200之前，先通过蓄能器本体9的进口94向储能腔92中充入驱动流体。

待准备工作完成后，下放驱动管柱系统至井中。使用者根据实际工作情况，控制阀门31、6和98的开启或关闭，从而来完成井下作业。待蓄能器200中的能量消耗完但未完成井下作业时，将蓄能器200起出地面，向储能腔92中充入例如高压氮气，并再次下放至井中使用。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (11)

1.一种用于井下的驱动管柱系统，包括管柱装置和与所述管柱装置连接并设有驱动流体的蓄能器，其中所述管柱装置包括：

管柱本体；

移动件，与所述管柱本体连接并与所述管柱本体之间构造有用于盛放驱动流体的流体腔，以通过所述驱动流体驱动所述移动件移动，并且所述移动件上设有能遮挡所述管柱本体的壁孔的遮挡部；以及

输入管路，与所述流体腔连通，用于将所述驱动流体导入所述流体腔；

在管柱本体的端部设置接头，通过接头固定并限位移动件，并通过接头连接相邻的管柱本体；

在移动件的一侧设置阶梯状凸起，其中，凸出程度较高的第一凸起将管柱本体的凹槽分成两个流体腔，凸出程度较低的第二凸起在移动件运动到一定程度后与管柱本体或接头抵接；

所述蓄能器包括蓄能器本体，所述蓄能器本体上设有用于存储所述驱动流体的储能腔，所述储能腔包括沿所述蓄能器本体的轴线延伸的多个腔体，其中，多个所述腔体环绕所述蓄能器本体的轴线布置；

每个所述腔体上均设有一个进口，每个所述进口均设置一个单向阀，每个所述单向阀的外侧均设有挡帽；

所述移动件并未设置有流体口。

2.根据权利要求1所述的用于井下的驱动管柱系统，其特征在于，所述移动件的侧壁与所述管柱本体的侧壁之间构造有所述流体腔。

3.根据权利要求2所述的用于井下的驱动管柱系统，其特征在于，所述流体腔设有至少两个，其中至少两个所述流体腔实现所述移动件的往复运动。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的用于井下的驱动管柱系统，其特征在于，在所述流体腔的体积减小时，所述流体腔中的驱动流体排出至外界。

5.根据权利要求4所述的用于井下的驱动管柱系统，其特征在于，在所述管柱本体的侧壁上设有与所述流体腔和外界连通的阀门。

6.根据权利要求5所述的用于井下的驱动管柱系统，其特征在于，还包括用于控制所述阀门开闭的控制器，其中所述控制器固定在所述管柱本体上。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的用于井下的驱动管柱系统，其特征在于，所述蓄能器本体上设有用于使地下流体流动的通路，其中所述储能腔与安装在所述储能腔的出口位置的所述输入管路连通。

8.根据权利要求7所述的用于井下的驱动管柱系统，其特征在于，所述通路位于所述蓄能器本体的中部，而所述储能腔设置成环绕所述通路。

9.根据权利要求1所述的用于井下的驱动管柱系统，其特征在于，各所述腔体之间通过环形通道而彼此连通，其中所述环形通道构造成与所述腔体相垂直。

10.根据权利要求1所述的用于井下的驱动管柱系统，其特征在于，所述储能腔的出口位于其中一个所述腔体上，并构造成位于所述腔体的底部且与所述腔体相平行的圆柱孔。

11.根据权利要求7所述的用于井下的驱动管柱系统，其特征在于，所述蓄能器本体与所述管柱本体固定连接。