CN107762435A - 一种应用于压裂充填防砂作业中的液压定位工具 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石油、天然气完井技术领域，公开了一种应用于压裂充填防砂作业中的液压定位工具，包括中心管、锁定套、弹性爪、挡块、锁紧螺母、下接头、弹簧、第一密封圈、第二密封圈、第三密封圈、定位螺钉、固定销钉。本发明在下放服务管柱时，通过锁定套与密封筒接触产生负荷显示，对管柱进行定位；工作结束后上提服务管柱，通过锁定套与密封筒解锁，恢复到工具的初始状态；该工具可实现重复工作。
Description
技术领域
本发明属于石油、天然气完井技术领域，具体的说，是涉及一种应用于压裂充填防砂作业中，起定位管柱位置作用的工具。
背景技术
压裂充填技术是近年发展的新技术，是一种新的完井方法；它的基本原理是：通过压裂充填技术替代常规砾石充填防砂作业，将缝端脱砂压裂与砾石充填防砂技术两者结合起来，用于疏松或胶结不好的地层，实现进一步改善防砂的效果，达到提高产量的目标。在多层压裂充填过程中，压裂防砂管柱的定位尤为重要，如果无法顺利定位，将影响整个作业过程，造成压裂充填失败。现有的压裂充填工具使用进口液压定位器，进口液压定位器价格昂贵、供货周期长、限制国际市场的拓展，并且现有的液压定位器存在下入时误开启，无法复位等缺陷，影响作业效率。
发明内容
本发明要解决的是压裂充填过程中管柱定位工具容易误打开且无法复位的技术问题，而提供一种应用于压裂充填防砂作业中的液压定位工具，该工具在下放服务管柱时，通过锁定套与密封筒接触产生负荷显示，对管柱进行定位；工作结束后上提服务管柱，通过锁定套与密封筒解锁，恢复到工具的初始状态；该工具可实现重复工作。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：
一种应用于压裂充填防砂作业中的液压定位工具，包括中心管(1)，所述中心管(1)外部套装有锁定套(2)，所述锁定套(2)上端的定位端部(201)能够与所述中心管(1)相对滑动，所述锁定套(2)除所述定位端部(201)以外的剩余部分与所述中心管(1)之间具有环空空间；所述锁定套(2)上部设置有弹性区段(202)，所述弹性区段(202)中部的外回转面沿圆周均布有定位台肩(203)，所述定位台肩(203)用于与密封筒接触而在产生负荷显示；
所述中心管(1)和所述锁定套(2)之间设置有套装在所述中心管(1)外部的弹簧(7)，所述弹簧(7)压缩在所述锁定套(2)的所述定位端部(201)与弹性爪(3)的上端面之间；所述弹性爪(3)与挡块(4)套装连接后安装在中心管(1)外部，并位于所述锁定套(2)和所述中心管(1)的环空空间内；
所述弹性爪(3)上部设置有沿圆周均布的弹性爪片，每个弹性爪片的外表面和内表面均对应的设置有外部支撑块(302)和内部支撑块(301)，所述内部支撑块(301)在定位前和复位后位于所述中心管(1)外回转面设置的环向凹槽(101)中；所述弹性爪(3)下部与所述中心管(1)之间具有压差环空，该压差环空起止于所述中心管(1)的第一定位斜面(102)和所述弹性爪(3)的第二定位斜面(303)；所述弹性爪(3)的所述内部支撑块(301)与所述中心管(1)的所述环向凹槽(101)上端作用面的距离小于所述中心管(1)的所述第一定位斜面(102)与所述弹性爪(3)的所述第二定位斜面(303)之间的距离；所述弹性爪(3)与所述中心管(1)之间的压差环空上方设置有安装于所述中心管(1)的第一密封圈(8)、下方设置有安装于所述弹性爪(3)第二密封圈(9)；所述弹性爪(3)与所述中心管(1)之间的压差环空上部开设有连通于所述中心管(1)内部的泄压孔(103)；所述弹性爪(3)下部的外回转面设置有第一台肩(306)；
所述挡块(4)上部设置有沿圆周均布的弹性挡片，每个弹性挡片端部的内侧设置有第二台肩(401)，所述第二台肩(401)与所述弹性爪(3)的所述第一台肩(306)相互卡接，以使所述弹性爪(3)下端套入所述挡块(4)上部；
所述锁定套(2)下端设置有导向销钉槽(204)并在所述导向销钉槽(204)中穿装有定位螺钉(11)，所述定位螺钉(11)底端螺纹连接在所述弹性爪(3)的销钉孔(305)中；
所述中心管(1)下端螺纹连接有下接头(6)，所述下接头(6)与所述中心管(1)通过第三密封圈(10)进行密封，同时所述下接头(6)的上端面与所述挡块(4)的下端面相接触；所述下接头(6)下部外侧具有定位端面；
所述下接头(6)外部套装有锁紧螺母(5)，所述锁紧螺母(5)与所述锁定套(2)下端螺纹连接并通过固定销钉(12)固定，同时所述锁紧螺母(5)的上端面与所述挡块(4)的下端面相接触。
所述中心管(1)下部的外回转面设计有缩径部分，该缩径部分以所述第一定位斜面(102)过渡；所述弹性爪(3)下部的内回转面设置有缩径并以所述第二定位斜面(303)过渡。
所述锁定套(2)在所述定位端部(201)的下方开设有沿圆周均匀布置的长条槽口，以使所述锁定套(2)的上部形成所述弹性区段(202)。
下放服务管柱时，所述锁定套(2)与密封筒接触而产生负荷显示，作业过程中通过液体加压使管柱外压强比较管柱内压强大，所述中心管(1)与所述弹性爪(3)之间的压差环空内的液体通过泄压孔(103)进入所述中心管(1)内，在所述弹性爪(3)上产生方向向上的压力差，当该压力差累积到所述弹性爪(3)的第一台肩(306)越过所述挡块(4)的第二台肩(401)时，所述弹性爪(3)与所述挡块(4)分离并沿轴向向上移动，直至所述弹性爪(3)的第二定位斜面(303)与所述中心管(1)的第一定位斜面102相接触而停止；与此同时，所述弹性爪(3)的内部支撑块(301)由所述中心管(1)的环向凹槽(101)脱出，使弹性爪(3)的内部支撑块(301)和外部支撑块(302)将支撑在所述中心管(1)与所述锁定套(2)之间，从而使所述锁定套(2)外部的定位台肩(203)卡在与其配套密封筒上，完成定位；
工作结束后上提服务管柱时，所述锁定套(2)由于卡在密封筒而静止不动，所述弹性爪(3)通过所述定位螺钉(11)与所述锁定套(2)上的所述导向销钉槽(204)限位而静止不动，所述中心管(1)带动所述下接头(6)、所述挡块(4)向上运动，使所述弹性爪(3)的内部支撑块(301)重新落入所述中心管(1)的环向凹槽(101)中，即所述锁定套(2)失去弹性爪(3)的内部支撑块(301)和外部支撑块(302)的支撑而与密封筒脱离；所述中心管(1)带动所述下接头(6)、所述挡块(4)继续向上运动，直至所述下接头(6)的定位端面与所述锁紧螺母(5)的下端面相接触；同时所述弹性爪(3)的第一台肩(306)撑起先所述挡块(4)的第二台肩(401)，然后在所述弹簧(7)的弹性力作用下所述弹性爪(3)复位，使所述弹性爪(3)的第一台肩(306)重新卡入所述挡块(4)的第二台肩(401)，恢复到工具的初始状态。
本发明的有益效果是：
本发明结构紧凑短小，操作稳定可靠，组装和维护方便；增加了挡块弹性挡片机构，降低了液压定位工具提前打开的风险；采用了定位销钉和弹性爪配合，通过上提复位，现场操作方便；中心管设置泄压通道，确保压力传输稳定；优化弹性爪与中心管的接触，启动时确保推力稳定。
附图说明
图1是本发明所提供液压定位工具的结构示意图；
图2是中心管的结构示意图；
图3是锁定套的结构示意图；
图4是弹性爪和挡块的结构示意图。
上述图中：1、中心管，101、环向凹槽，102、第一定位斜面，103、泄压孔，104、第一密封槽；2、锁定套，201、定位端部，202、弹性区段，203、定位台肩，204、导向销钉槽；3、弹性爪，301、内部支撑块，302、外部支撑块，303、第二定位斜面，304、第二密封槽，305、销钉孔，306、第一台肩，4.挡块、401、第二台肩，5.锁紧螺母、6.下接头、7.弹簧、8.第一密封圈、9.第二密封圈、10.第三密封圈、11.定位销钉、12.固定销钉。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
如图1所示，本实施例提供了一种应用于压裂充填防砂作业中，起定位管柱位置作用的液压定位工具，包括中心管1、锁定套2、弹性爪3、挡块4、锁紧螺母5、下接头6、弹簧7、第一密封圈8、第二密封圈9、第三密封圈10、定位螺钉11、固定销钉12。
如图2所示，中心管1中部设置有环向凹槽101，该环向凹槽101用于在定位前和复位后容纳弹性爪3的内部支撑块301。中心管1下部的外回转面设计有缩径部分，用于与弹性爪3下部内回转面的缩径部分形成压差环空；中心管1下部外回转面的缩径部分以第一定位斜面102过渡，第一定位斜面102用于对弹性爪3的上行移动限位。中心管1对应于压差环空的上端位置设置有泄压孔103，用于将压差环空内受到压力的液体导入中心管1内。中心管1在第一定位斜面102上方设置有第一密封槽104，该第一密封槽104内安装有第一密封圈8。
如图3所示，锁定套2上端内回转面具有加厚的定位端部201，该定位端部201套装在中心管1外部，使中心管1能与锁定套2相对滑动；锁定套2除定位端部201以外的剩余部分与中心管1之间具有环空空间。定位端部201下方即锁定套2上部设置有沿圆周均匀布置的长条槽口，以使锁定套2上部形成具有一定径向伸缩量的弹性区段202，弹性区段202中部的外回转面沿圆周均匀布置有定位台肩203，该定位台肩203的上下端作用面均为45度斜面，用于与密封筒接触，从而在井上产生负荷显示。锁定套2下部开设有两个沿圆周均匀布置的导向销钉槽204，每个导向销钉槽204为下端具有安装圆孔的长条孔，用于对定位销钉11进行导向和行程限制。
弹簧7套装在中心管1外部，设置于中心管1和锁定套2的环空内上部，弹簧7压缩在锁定套2的定位端部201和弹性爪3的上端面之间。
弹性爪3与挡块4套装连接后安装在中心管1外部，设置于弹簧7下方的中心管1和锁定套2环空中，并对弹簧7进行压缩。
如图4所示，弹性爪3上部设置有沿圆周均匀布置的弹性爪片，每个弹性爪片的内表面和外表面均对应的设置有内部支撑块301和外部支撑块302，内部支撑块301和外部支撑块302的轴向位置相同，内部支撑块301在定位之前位于中心管1的环向凹槽101中。弹性爪3下部的内回转面设置有缩径并以第二定位斜面303过渡，以通过不同内径产生面积差；弹性爪3下部内回转面的缩径部分位于中心管1下部外回转面的缩径部分的下方并具有一定距离，以在中心管1的第一定位斜面102和弹性爪3的第二定位斜面303之间形成中心管1与弹性爪3的压差环空。弹性爪3在第二定位斜面303下方设置有第二密封槽304，该第二密封槽304内安装有第二密封圈9。第一密封圈8和第二密封圈9用于在定位过程中，对压差环空内的液体密封，从而对弹性爪3产生方向向上的压力差。弹性爪3在其弹性爪片和下部缩径部分之间的区段设置有两个销钉孔305，用于通过螺纹固定定位螺钉11。弹性爪3下部的外回转面设置有第一台肩306，第一台肩306用于套入挡块4上部与挡块4连接。
如图4所示，挡块4上部设置有沿圆周均匀布置的弹性挡片，每个弹性挡片端部的内侧设置有第二台肩401。挡块4的第二台肩401与弹性爪3的第一台肩306相互卡接，以使弹性爪3和挡块4套接。
两个定位螺钉11分别穿过锁定套2的两个导向销钉槽204，并螺纹连接在弹性爪3的销钉孔305中。
下接头6上部设置有内螺纹和第三密封槽，下接头6通过该内螺纹与中心管1下部的外螺纹进行连接，同时下接头6的上端面抵靠于挡块4的下端面；第三密封槽内安装有第三密封圈10，第三密封圈10用于对中心管1和下接头6的连接进行密封。下接头6下部外侧加宽而形成方向向上的定位端面。
锁紧螺母5套装在下接头6外部，锁紧螺母5上部设置有外螺纹，通过该外螺纹与锁定套2下部的内螺纹连接，并通过固定销钉12将锁紧螺母5与锁定套2进行固定，同时锁紧螺母5的上端面抵靠于挡块4的下端面。
装配后，弹性爪3的内部支撑块301与中心管1的环向凹槽101上端作用面的距离应小于中心管1的第一定位斜面102与弹性爪3的第二定位斜面303之间的距离，以使定位时弹性爪3上行移动到位后，弹性爪3的内部支撑台肩302能够从中心管1的环向凹槽101中完全脱出，从而使弹性爪3的外部支撑台肩301和内部支撑台肩302支撑在中心管1与锁定套2之间，进而保证锁定套2卡套在与其配套的密封筒上。
并且，液压锁定工具开启后，弹性爪3下端面与挡块4内部上端作用面的距离应大于锁紧螺母5下端面与下接头6下部定位端面之间的距离，使液压锁定工具进行关闭动作时，依靠下接头6的定位端面与锁紧螺母5的下端面相接触进行限位。
本发明的应用于压裂充填防砂作业中的液压定位工具，其装配顺序如下：
先将第一密封圈8安装在中心管1上；锁定套2套装在中心管1外部；弹簧7套装在中心管1外部，并放置于锁定套2与中心管1之间；然后将第二密封圈9安装在弹性爪3上，将弹性爪3与挡块4套装，并将弹性爪3与挡块4的套装体套在中心管1外部，同时对弹簧7进行压缩；将定位螺钉11穿过锁定套2的定位销钉槽202并通过螺纹连接在弹性爪3的销钉孔305中；再将锁紧螺母5通过螺纹连接于锁定套2，并通过固定销钉12将锁紧螺母5固定，同时将弹性爪3与挡块4的套装体限位于锁定套2内；最后将第三密封圈10安装在下接头6上，并通过螺纹将下接头6连接到中心管1下端。
本发明的应用于压裂充填防砂作业中的液压定位工具，其工作过程如下：
对管柱进行环空加压，由于外管柱压强比较内管柱压强大，中心管1与弹性爪3之间的压差环空内的液体通过泄压孔103进入中心管1内，在弹性爪3上产生方向向上的压力差，当该压力差累积到大于挡块4的弹性挡片的弹性势能时，弹性爪3的第一台肩306越过挡块4的第二台肩401，弹性爪3与挡块4分离并沿轴向向上移动，直至弹性爪3下部的第二定位斜面303与中心管1的第一定位斜面102相接触而停止；与此同时，弹性爪3的内部支撑块301由中心管1的环向凹槽101脱出，弹性爪3的内部支撑块301和外部支撑块302将会支撑在中心管1与锁定套2之间，下放服务管柱，锁定套2的定位台肩203的45度下端作用斜面卡在与其配套密封筒上，完成定位。此时，井中管柱可向下压，管柱被锁定在液压定位工具的设计位置上。
工作结束后，释放环空压力，上提服务管柱，锁定套2、锁紧螺母5由于卡在密封筒而静止不动，弹性爪3通过定位螺钉11与锁定套2上的导向销钉槽204限位而静止不动；中心管1、下接头6、挡块4向上运动，弹性爪3的内部支撑块301将会重新落入中心管1的环向凹槽101中，弹性爪3的内部支撑块301和外部支撑块302不再支撑锁定套2，锁定套2的定位台肩203与密封筒脱离；弹性爪3因下部挡块4的作用暂不能复位，中心管1带动下接头6、挡块4继续向上运动，直至下接头6的定位端面与锁紧螺母5的下端面相接触；同时弹性爪3的第一台肩306先撑起挡块4的第二台肩401，然后在弹簧7的弹性力作用下弹性爪3复位，使弹性爪3的第一台肩306重新卡入挡块4的第二台肩401，恢复到工具的初始状态，完成整个工具的工作过程，该工具可实现重复工作。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种应用于压裂充填防砂作业中的液压定位工具，包括中心管(1)，其特征在于，所述中心管(1)外部套装有锁定套(2)，所述锁定套(2)上端的定位端部(201)能够与所述中心管(1)相对滑动，所述锁定套(2)除所述定位端部(201)以外的剩余部分与所述中心管(1)之间具有环空空间；所述锁定套(2)上部设置有弹性区段(202)，所述弹性区段(202)中部的外回转面沿圆周均布有定位台肩(203)，所述定位台肩(203)用于与密封筒接触而在产生负荷显示；
所述中心管(1)和所述锁定套(2)之间设置有套装在所述中心管(1)外部的弹簧(7)，所述弹簧(7)压缩在所述锁定套(2)的所述定位端部(201)与弹性爪(3)的上端面之间；所述弹性爪(3)与挡块(4)套装连接后安装在中心管(1)外部，并位于所述锁定套(2)和所述中心管(1)的环空空间内；
所述弹性爪(3)上部设置有沿圆周均布的弹性爪片，每个弹性爪片的外表面和内表面均对应的设置有外部支撑块(302)和内部支撑块(301)，所述内部支撑块(301)在定位前和复位后位于所述中心管(1)外回转面设置的环向凹槽(101)中；所述弹性爪(3)下部与所述中心管(1)之间具有压差环空，该压差环空起止于所述中心管(1)的第一定位斜面(102)和所述弹性爪(3)的第二定位斜面(303)；所述弹性爪(3)的所述内部支撑块(301)与所述中心管(1)的所述环向凹槽(101)上端作用面的距离小于所述中心管(1)的所述第一定位斜面(102)与所述弹性爪(3)的所述第二定位斜面(303)之间的距离；所述弹性爪(3)与所述中心管(1)之间的压差环空上方设置有安装于所述中心管(1)的第一密封圈(8)、下方设置有安装于所述弹性爪(3)第二密封圈(9)；所述弹性爪(3)与所述中心管(1)之间的压差环空上部开设有连通于所述中心管(1)内部的泄压孔(103)；所述弹性爪(3)下部的外回转面设置有第一台肩(306)；
所述挡块(4)上部设置有沿圆周均布的弹性挡片，每个弹性挡片端部的内侧设置有第二台肩(401)，所述第二台肩(401)与所述弹性爪(3)的所述第一台肩(306)相互卡接，以使所述弹性爪(3)下端套入所述挡块(4)上部；
所述锁定套(2)下端设置有导向销钉槽(204)并在所述导向销钉槽(204)中穿装有定位螺钉(11)，所述定位螺钉(11)底端螺纹连接在所述弹性爪(3)的销钉孔(305)中；
所述中心管(1)下端螺纹连接有下接头(6)，所述下接头(6)与所述中心管(1)通过第三密封圈(10)进行密封，同时所述下接头(6)的上端面与所述挡块(4)的下端面相接触；所述下接头(6)下部外侧具有定位端面；
所述下接头(6)外部套装有锁紧螺母(5)，所述锁紧螺母(5)与所述锁定套(2)下端螺纹连接并通过固定销钉(12)固定，同时所述锁紧螺母(5)的上端面与所述挡块(4)的下端面相接触。
2.根据权利要求1所述的一种应用于压裂充填防砂作业中的液压定位工具，其特征在于，所述中心管(1)下部的外回转面设计有缩径部分，该缩径部分以所述第一定位斜面(102)过渡；所述弹性爪(3)下部的内回转面设置有缩径并以所述第二定位斜面(303)过渡。
3.根据权利要求1所述的一种应用于压裂充填防砂作业中的液压定位工具，其特征在于，所述锁定套(2)在所述定位端部(201)的下方开设有沿圆周均匀布置的长条槽口，以使所述锁定套(2)的上部形成所述弹性区段(202)。
4.根据权利要求1所述的一种应用于压裂充填防砂作业中的液压定位工具，其特征在于，下放服务管柱时，所述锁定套(2)与密封筒接触而产生负荷显示，作业过程中通过液体加压使管柱外压强比较管柱内压强大，所述中心管(1)与所述弹性爪(3)之间的压差环空内的液体通过泄压孔(103)进入所述中心管(1)内，在所述弹性爪(3)上产生方向向上的压力差，当该压力差累积到所述弹性爪(3)的第一台肩(306)越过所述挡块(4)的第二台肩(401)时，所述弹性爪(3)与所述挡块(4)分离并沿轴向向上移动，直至所述弹性爪(3)的第二定位斜面(303)与所述中心管(1)的第一定位斜面102相接触而停止；与此同时，所述弹性爪(3)的内部支撑块(301)由所述中心管(1)的环向凹槽(101)脱出，使弹性爪(3)的内部支撑块(301)和外部支撑块(302)将支撑在所述中心管(1)与所述锁定套(2)之间，从而使所述锁定套(2)外部的定位台肩(203)卡在与其配套密封筒上，完成定位；
工作结束后上提服务管柱时，所述锁定套(2)由于卡在密封筒而静止不动，所述弹性爪(3)通过所述定位螺钉(11)与所述锁定套(2)上的所述导向销钉槽(204)限位而静止不动，所述中心管(1)带动所述下接头(6)、所述挡块(4)向上运动，使所述弹性爪(3)的内部支撑块(301)重新落入所述中心管(1)的环向凹槽(101)中，即所述锁定套(2)失去弹性爪(3)的内部支撑块(301)和外部支撑块(302)的支撑而与密封筒脱离；所述中心管(1)带动所述下接头(6)、所述挡块(4)继续向上运动，直至所述下接头(6)的定位端面与所述锁紧螺母(5)的下端面相接触；同时所述弹性爪(3)的第一台肩(306)撑起先所述挡块(4)的第二台肩(401)，然后在所述弹簧(7)的弹性力作用下所述弹性爪(3)复位，使所述弹性爪(3)的第一台肩(306)重新卡入所述挡块(4)的第二台肩(401)，恢复到工具的初始状态。
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2017
- 2017-10-12 CN CN201710947633.7A patent/CN107762435B/zh active Active
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