CN107630696A - 一种地面防喷装置的井下试压装置及其试压方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种地面防喷装置的井下试压装置及其试压方法，为地面的半封和全封防喷装置测试其密封性能提供一种井下试压工具。本装置的上接头设有高压过流孔，上轨道接头设有低压过流孔和换向轨道，下轨道接头设有解锁轨道，活塞安装在上轨道接头的换向轨道中与安装在密封中心管外面的步进锁紧机构连接；步进锁紧机构中的锁爪与下轨道接头配合、能够完成步进解锁动作，复位弹簧能够使锁爪复位、使活塞在上轨道接头的换向轨道中换向。本发明利用柱塞泵使液柱作用于活塞，推动低压和高压膨胀管与锁爪一起下行，达到低压和高压膨胀管单向步进目的。在试压压力过高时，本装置的步进锁紧状态解除，有效避免了压力过高对防喷装置造成的损坏。

Description

一种地面防喷装置的井下试压装置及其试压方法

技术领域

本发明涉及油田井口防喷装置的试压装置，特别是一种地面防喷装置的井下试压装置及其试压方法，为地面的半封和全封防喷装置测试其密封性能提供一种井下试压工具。

背景技术

“井控”是指油气勘探开发全过程油气井、注水井、注气井的控制与管理，包括钻井、测井，录井、测试、注水、注气、井下作业、正常生产井管理和报废井弃置处理等各生产环节。在井下作业过程中，井下生产管柱是通过安装在套管法兰的防喷器和油管上的旋塞阀等装置，有效地对油套环空和油管进行封闭，从而实现完井过程的井控作业、溢流的处理和井喷失控的处理。因此，做为井控装置的半封和全封防喷器的密封可靠性极其重要。

相关的制度要求，全套井控装置安装完毕后，要用清水对井控装置进行试压，而防喷器需要进行高、低压两次试压，其中高压试压的试压值取施工层位目前最高地层压力和所使用套管抗内压强度以及井口额定工作压力三者中的最小值，稳压时间不少于15分钟，允许压降不超过0.7兆帕；低压试压的试压值为1.4-2.1兆帕，稳压时间不少于5分钟，允许压降不超过0.07兆帕。

目前，对半封和全封防喷器常用的试压手段和方法是：井下油管自上而下联接油管悬挂器、油管、筛管短节和皮碗封隔器，油管悬挂器座于套管大四通锥体上；防喷器安装在套管法兰上面。

对全封防喷器试压时，关闭防喷器的全封闸板，地面利用柱塞泵从套管阀门打压至设计的试压值，在液柱压力作用下皮碗封隔器的胶筒膨胀，将油套环空封隔，从而对防喷器的全封密封性能进行测试；对半封防喷器试压时，在全封试压管串的基础上，用上部安装有旋塞阀的油管短节穿过防喷器与油管悬挂器联接。关闭半封防喷器，半封闸板封隔油管短节与防喷器之间的环空。利用柱塞泵从套管阀门打压至设计的试压值，在液柱压力作用下皮碗封隔器的胶筒膨胀，对半封防喷器和油管顶部旋塞阀进行试压。

通过现场调研，防喷器试压过程中存在以下问题：

一是作业人员现场操作时一般仅起出原完井管柱的1-2根后，就联接皮碗封隔器下入井中，试压中油管悬挂器丝扣所受负载较大，特别是深抽井表现得更加明显。进行高压试压时，由于柱塞泵操作不当使其压力过大、液柱的受力面积大和油管悬挂器丝扣质量差等因素，会发生完井管柱的落井事故。

二是油井日常生产中，由于洗井、套管加清蜡剂等药剂和产出液结垢等因素，套管内壁上附着有异物，使得皮碗封隔器的胶筒无法与套管内壁紧密接触，导致密封失效。

三是原工艺是靠皮碗封隔器的胶筒受压膨胀，将套管环空进行封隔，而低压试压时，由于压力低，胶筒无法有效膨胀，皮碗封隔器的密封可靠性降低。

生产现场需要对目前地面防喷装置的试压装置进行改进。

发明内容

本发明的目的是针对以上在防喷器试压中暴露出的问题，提供一种地面防喷装置的井下试压装置及其试压方法，在地面防喷装置的高压和低压试压过程中，使井下试压装置的密封可靠同时又能限制试压压力过高对地面防喷装置造成的损坏，提高地面防喷装置的试压一次合格率，提高试压施工效率。

本发明的技术解决方案是：

一种地面防喷装置的井下试压装置包括高压胶筒，上接头设有高压过流孔，上轨道接头设有低压过流孔和换向轨道，下轨道接头设有解锁轨道，高压胶筒套装在上中心管的外部，上中心管的上端与上接头连接、下端通过变扣接头与上外管以及上外管内的上轨道接头连接；上轨道接头的下部内圆自上而下依次与密封中心管、下轨道接头、下变扣接头和下中心管连接，下中心管的外部装有通刮器；活塞安装在上轨道接头的换向轨道中与安装在密封中心管外面的步进锁紧机构连接；在步进锁紧机构的锁爪外面套装低压胶筒，低压胶筒的两端分别顶靠着上外管和锁套，由锁套与下变扣接头连接，复位弹簧安装在锁套中部内壁与下变扣接头之间。

一种地面防喷装置的井下试压装置的试压方法，是：

A、首先在地面泵入试压液使低压胶筒膨胀、封隔油套环空，使压力达到井口防喷器低压试压值1.4－2.1兆帕后，停止打压；

B、在低压膨胀管的作用下，低压胶筒保持膨胀状态，进行稳压，稳压时间等于或大于5分钟；

C、利用地面柱塞泵的压力表测试全封防喷器或半封防喷器的压降值，压降不超过0.07兆帕，视为合格；

D、对井口防喷器的低压试压完成后，继续打压，试压液通过上接头的高压过流孔进入油套环空，使得高压胶筒膨胀；同时在活塞和锁爪以及锁套的共同作用下，高压膨胀管单向步进下行、进入低压胶筒中，在高压膨胀管的作用下低压胶筒继续膨胀，将油套环空密封；

E、在压力达到井口防喷器设计的高压试压值后，停止打压，进行稳压；

F、稳压时间不少于15分钟，利用地面柱塞泵的压力表测试全封防喷器或半封防喷器的压降值，压降不超过0.7兆帕，视为合格。

本发明的显著使用效果是：本发明采用在地面利用柱塞泵对试压液打压，使液柱作用于活塞，推动低压膨胀管和锁爪一起下行，在锁爪和锁套的共同作用下，达到低压膨胀管的单向步进目的。在低压膨胀管的作用下低压胶筒膨胀，并与套管内壁接触，将油套环空进行封隔。在压力达到低压试压值1.4-2.1兆帕后，停止打压。此时在低压膨胀管的作用下，低压胶筒保持膨胀状态，进行稳压，稳压时间不少于5分钟。利用地面柱塞泵的压力表测试防喷器的全封或半封闸板的压降值，压降不超过0.07兆帕，视为合格。继续打压，试压液通过上接头加工的高压过流孔进入油套环空，使得高压胶筒膨胀。同时液柱作用于活塞、推动高压膨胀管和锁爪一起下行，在锁爪和锁套的共同作用下，达到高压膨胀管的单向步进目的。在高压膨胀管的作用下低压胶筒继续膨胀，进一步将油套环空密封。在压力达到防喷装置的高压试压值后，停止打压，稳压时间不少于15分钟，允许压降不超过0.7兆帕，视为合格。由于本发明的上接头和下中心管分别与油管悬挂器和油管接箍以及原完井管柱相连，在下井过程中，本装置下部的通刮器对套管内壁进行刮管处理，可将套管内壁上的垢、铁锈等异物刮下，提高了高、低压胶筒膨胀后与套管内壁的密封可靠性。在锁爪和锁套共同作用下，可达到低压膨胀管和高压膨胀管完成单向步进的目的，有效提高了防喷装置低压试压和高压试压的准确性。在试压压力过高时，本试压装置的步进锁紧状态解除，锁爪从锁套中转向回弹，试压液泄压，有效避免了压力过高对防喷装置造成的损坏。综上所述，本发明显著提高了防喷装置的试压施工效率和效果，具有显著的使用效果并能产生较好的经济效益。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是锁爪的下半图。

图3是锁爪A－A向的结构示意图。

图4是锁爪B－B向的结构示意图。

图5是锁套C－C向的结构示意图。

图6是下轨道接头轨道段的结构示意图。

图7是上轨道接头轨道段的结构示意图。

图1中所示，1-上接头；2-压帽；3-高压胶筒；4-托环；5-上中心管；6-上轨道接头；7-活塞；8-高压膨胀管；9-密封中心管；10-过渡接头；11-上外管；12-低压膨胀管；13-低压胶筒；14-锁爪；15-锁套；16-下轨道接头；17-复位弹簧；18-通刮器；19-下中心管。

具体实施方式

以下结合附图详述本发明，并非限制本发明的保护范围，凡使用本发明的设计思路得出的改进均属于本发明的保护范畴。

参见图1，一种地面防喷装置的井下试压装置包括高压胶筒3，上接头1设有高压过流孔，上轨道接头6设有低压过流孔和换向轨道，下轨道接头16设有解锁轨道，高压胶筒3套装在上中心管5的外部，上中心管5的上端与上接头1连接、下端通过变扣接头与上外管11以及上外管11内的上轨道接头6连接；上轨道接头6的下部内圆自上而下依次与密封中心管9、下轨道接头16、下变扣接头和下中心管19连接，下中心管19的外部装有通刮器18；活塞7安装在上轨道接头6的换向轨道中与安装在密封中心管9外面的步进锁紧机构连接；在步进锁紧机构的锁爪14外面套装低压胶筒13，低压胶筒13的两端分别顶靠着上外管11和锁套15，由锁套15与下变扣接头连接，复位弹簧17安装在锁套15中部内壁与下变扣接头之间。步进锁紧机构中的锁爪14与下轨道接头16配合、能够完成步进解锁动作，复位弹簧17能够使锁爪14复位、使活塞7在上轨道接头6的换向轨道中换向。

参见图5，所述锁套15的中部内壁设有步进齿条和解锁通槽，步进齿条和解锁通槽交错设置，步进齿条是轴向设置在内壁上的下斜内齿，步进齿条和解锁通槽各设有四个。

所述步进锁紧机构包括高压膨胀管8、过渡接头10、低压膨胀管12和锁爪14，高压膨胀管8与过渡接头10、低压膨胀管12和锁爪14自上而下依次螺纹连接，高压膨胀管8的上端是阶梯内圆、该阶梯内圆的结构与活塞7的下部结构相符并与活塞7螺纹连接，在活塞7的带动下步进锁紧机构能够沿密封中心管9滑动。

参见图1、图2、图3和图4，所述锁爪14的上部外圆设有锥形台阶、该锥形台阶的上部外圆与低压膨胀管12螺纹连接，锥形台阶的外径大于低压胶筒13的内圆；锁爪14的底部外圆小于锁套15的内圆、下部外圆设有钩状台阶，该钩状台阶是上斜台阶、其外径大于低压胶筒13的内径、小于锁套15的解锁通槽形成的内径；锁爪14的下部本体被纵向槽分割后成为钩状筋条、具有收缩功能，锁爪14的纵向槽和钩状筋条的数量与锁套15的步进齿条和解锁通槽的数量相等；锁爪14的底部内圆设有解锁凸，该解锁凸与下轨道接头16的解锁轨道配合。

所述活塞7的上端内圆设有换向凸，该换向凸卡在上轨道接头6的换向轨道中，能够沿上轨道接头6的换向轨道滑动。

参见图6和图7，所述上轨道接头6的换向轨道和下轨道接头16的解锁轨道均是纵向长轨道与纵向短轨道互通的N型轨道，上轨道接头6的换向轨道与下轨道接头16的解锁轨道的安装位置交错，当活塞7的换向凸位于上轨道接头6的长轨道时，锁爪14的解锁凸位于下轨道接头16的短轨道中。

所述上轨道接头6的低压过流孔与上变扣接头和活塞7之间的安装间隙相对应。对低压胶筒13打压坐封时，地面泵入的高压液流自上接头1的高压过流孔和上轨道接头6的低压过流孔中流出，在较低的液压力下，活塞7就能够被推动下移使低压胶筒13膨胀并封隔了油套环空；如继续打压，就能够使高压胶筒3坐封。

所述通刮器18是本体内设有金属骨架的胶筒，上部外圆大于下部外圆，通刮器18设有两个、与下中心管19螺纹连接、与下变扣接头之间装有压帽2。

所述下中心管19的上部与下变扣接头螺纹连接、下部设有通刮器限位台阶和外螺纹，下部的外螺纹与本试压装置下方的油管接箍连接；高压胶筒3与上接头1之间装有压帽2，高压胶筒3设有两个，两个高压胶筒3之间安装托环4，上接头1的上部外螺纹与油管悬挂器连接。

当地面柱塞泵打入试压液，锁爪14在活塞7的推动下进入锁套15设有步进齿条的内壁后，锁爪14的钩状筋条沿着锁套15的步进齿条只能慢慢下移、不能回缩，锁爪14带动低压膨胀管12进入低压胶筒13，使其膨胀并封隔了油套环空，可以对地面防喷器进行低压试压。当地面柱塞泵继续打入试压液，高压膨胀管8进入低压胶筒13中，使低压胶筒13密封了油套环空，可对地面防喷器进行高压试压。试压结束后，锁爪14穿过锁套15的步进齿条段、下压复位弹簧17向下轨道接头16的解锁轨道滑动，锁爪14底部内圆的解锁凸被下轨道接头16的解锁轨道引导、使锁爪14转向90度，从锁套15的解锁通槽中退出，进而带动活塞7沿上轨道接头6的换向轨道回转90度，换位到初始位置，锁爪14重新处于步进锁紧准备状态，为下次试压做好准备。

一种地面防喷装置的井下试压装置的试压方法，是：

A、首先在地面泵入试压液使低压胶筒13膨胀、封隔油套环空，使压力达到井口防喷器低压试压值1.4－2.1兆帕后，停止打压；

B、在低压膨胀管12的作用下，低压胶筒13保持膨胀状态，进行稳压，稳压时间等于或大于5分钟；

C、利用地面柱塞泵的压力表测试全封防喷器或半封防喷器的压降值，压降不超过0.07兆帕，视为合格；

D、对井口防喷器的低压试压完成后，继续打压，试压液通过上接头1的高压过流孔进入油套环空，使得高压胶筒3膨胀；同时在活塞7和锁爪14以及锁套15的共同作用下，高压膨胀管8单向步进下行、进入低压胶筒13中，在高压膨胀管8的作用下低压胶筒13继续膨胀，将油套环空密封；

E、在压力达到井口防喷器设计的高压试压值后，停止打压，进行稳压；

F、稳压时间不少于15分钟，利用地面柱塞泵的压力表测试全封防喷器或半封防喷器的压降值，压降不超过0.7兆帕，视为合格。

试压结束后或试压压力过高时，锁爪14继续步进下行，进入到下轨道接头16，此时锁爪14的解锁凸与下轨道接头16的解锁轨道配合，进入步进解锁状态，使锁爪14旋转90度，步进锁紧状态解除。在试压液泄压的同时，在复位弹簧17的作用下锁爪14从锁套15中回弹复位，低压胶筒13收缩；当活塞7复位到上轨道接头6时，在上轨道接头6换向轨道的作用下，活塞7带动锁爪14回转90度，再次复位，使锁爪14重新处于步进锁紧准备状态，为下次试压做好准备。

上面叙述的实施例仅仅为典型实施例，但本发明不仅限于这些实施例，本领域的技术人员可以在不偏离本发明的精神和启示下做出修改。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。

Claims (10)

1.一种地面防喷装置的井下试压装置，包括高压胶筒（3），其特征是，上接头（1）设有高压过流孔，上轨道接头（6）设有低压过流孔和换向轨道，下轨道接头（16）设有解锁轨道，高压胶筒（3）套装在上中心管（5）的外部，上中心管（5）的上端与上接头（1）连接、下端通过变扣接头与上外管（11）以及上外管（11）内的上轨道接头（6）连接；上轨道接头（6）的下部内圆自上而下依次与密封中心管（9）、下轨道接头（16）、下变扣接头和下中心管（19）连接，下中心管（19）的外部装有通刮器（18）；活塞（7）安装在上轨道接头（6）的换向轨道中与安装在密封中心管（9）外面的步进锁紧机构连接；在步进锁紧机构的锁爪（14）外面套装低压胶筒（13），低压胶筒（13）的两端分别顶靠着上外管（11）和锁套（15），由锁套（15）与下变扣接头连接，复位弹簧（17）安装在锁套（15）中部内壁与下变扣接头之间。

2.如权利要求1所述的一种地面防喷装置的井下试压装置，其特征是，所述锁套（15）的中部内壁设有步进齿条和解锁通槽，步进齿条和解锁通槽交错设置，步进齿条是轴向设置在内壁上的下斜内齿，步进齿条和解锁通槽各设有四个。

3.如权利要求2所述的一种地面防喷装置的井下试压装置，其特征是，所述步进锁紧机构包括高压膨胀管（8）、过渡接头（10）、低压膨胀管（12）和锁爪（14），高压膨胀管（8）与过渡接头（10）、低压膨胀管（12）和锁爪（14）自上而下依次螺纹连接，高压膨胀管（8）的上端是阶梯内圆、该阶梯内圆的结构与活塞（7）的下部结构相符并与活塞（7）螺纹连接，在活塞（7）的带动下步进锁紧机构能够沿密封中心管（9）滑动。

4.如权利要求2或3所述的一种地面防喷装置的井下试压装置，其特征是，所述锁爪（14）的上部外圆设有锥形台阶、该锥形台阶的上部外圆与低压膨胀管（12）螺纹连接，锥形台阶的外径大于低压胶筒（13）的内圆；锁爪（14）的底部外圆小于锁套（15）的内圆、下部外圆设有钩状台阶，该钩状台阶是上斜台阶、其外径大于低压胶筒（13）的内径、小于锁套（15）的解锁通槽形成的内径；锁爪（14）的下部本体被纵向槽分割后成为钩状筋条、具有收缩功能，锁爪（14）的纵向槽和钩状筋条的数量与锁套（15）的步进齿条和解锁通槽的数量相等；锁爪（14）的底部内圆设有解锁凸，该解锁凸与下轨道接头（16）的解锁轨道配合。

5.如权利要求4所述的一种地面防喷装置的井下试压装置，其特征是，所述活塞（7）的上端内圆设有换向凸，该换向凸卡在上轨道接头（6）的换向轨道中，能够沿上轨道接头（6）的换向轨道滑动。

6.如权利要求5所述的一种地面防喷装置的井下试压装置，其特征是，所述上轨道接头（6）的换向轨道和下轨道接头（16）的解锁轨道均是纵向长轨道与纵向短轨道互通的N型轨道，上轨道接头（6）的换向轨道与下轨道接头（16）的解锁轨道的安装位置交错，当活塞（7）的换向凸位于上轨道接头（6）的长轨道时，锁爪（14）的解锁凸位于下轨道接头（16）的短轨道中。

7.如权利要求6所述的一种地面防喷装置的井下试压装置，其特征是，所述上轨道接头（6）的低压过流孔与上变扣接头和活塞（7）之间的安装间隙相对应。

8.如权利要求1所述的一种地面防喷装置的井下试压装置，其特征是，所述通刮器（18）是本体内设有金属骨架的胶筒，上部外圆大于下部外圆，通刮器（18）设有两个、与下中心管（19）螺纹连接、与下变扣接头之间装有压帽（2）。

9.如权利要求8所述的一种地面防喷装置的井下试压装置，其特征是，所述下中心管（19）的上部与下变扣接头螺纹连接、下部设有通刮器限位台阶和外螺纹，下部的外螺纹与本试压装置下方的油管接箍连接；高压胶筒（3）与上接头（1）之间装有压帽（2），高压胶筒（3）设有两个，两个高压胶筒（3）之间安装托环（4），上接头（1）的上部外螺纹与油管悬挂器连接。

10.如权利要求1所述的一种地面防喷装置的井下试压装置的试压方法，是：

A、首先在地面泵入试压液使低压胶筒（13）膨胀、封隔油套环空，使压力达到井口防喷器低压试压值1.4－2.1兆帕后，停止打压；

B、在低压膨胀管（12）的作用下，低压胶筒（13）保持膨胀状态，进行稳压，稳压时间等于或大于5分钟；

C、利用地面柱塞泵的压力表测试全封防喷器或半封防喷器的压降值，压降不超过0.07兆帕，视为合格；

D、对井口防喷器的低压试压完成后，继续打压，试压液通过上接头（1）的高压过流孔进入油套环空，使得高压胶筒（3）膨胀；同时在活塞（7）和锁爪（14）以及锁套（15）的共同作用下，高压膨胀管（8）单向步进下行、进入低压胶筒（13）中，在高压膨胀管（8）的作用下低压胶筒（13）继续膨胀，将油套环空密封；

E、在压力达到井口防喷器设计的高压试压值后，停止打压，进行稳压；

F、稳压时间不少于15分钟，利用地面柱塞泵的压力表测试全封防喷器或半封防喷器的压降值，压降不超过0.7兆帕，视为合格。