CN108204220A - 一种深水用地层隔离阀完井工具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深水用地层隔离阀完井工具，氮气弹簧机构包括上接头、氮气外筒、氮气注入套、上套筒、上心轴、滑道套筒、导向销钉、花键套筒、导向螺钉；位置锁定机构包括限位套、中间套筒、锁定轴、限位螺母、下心轴、锁定爪、锁定销钉；球阀密封机构包括转换套、球阀外筒、下接头、阀芯、下球座、弹簧挡圈、弹簧、弹簧调节垫圈、支撑座、上球座、操作臂、转销。本发明在不动管柱的情况下可实现远程控制地层隔离阀的开关，提高作业时效、节约作业费用，降低井控风险，提高作业安全性。
Description
技术领域
本发明涉及油气田深水完井技术领域，更具体的说，是涉及一种深水用地层隔离阀完井工具。
背景技术
随着海上油气田开发的深入以及开采技术的不断进步，越来越多开采难度大的深水、大斜度、大位移井的开发得以实施，而这些复杂井的作业队完井工艺和工具也提出更高的要求。地层隔离阀工具是目前海上油田完井作业过程中的常用工具。地层隔离阀在完井、修井过程中使用既可以防止完井、修井液向地层漏失，又可以在上部井段作业期间及起下管柱期间隔离地层，作为临时弃井的屏障。地层隔离阀依照开关方式可分为机械式和液压控制式。机械式地层隔离阀在生产阶段为常开状态，修井作业之前需要动管柱才能实现关闭，而在关闭之前，既无法实现防止工作液漏失，又无法隔离地层，存在一定井控风险。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供了一种既可液压打开、又可机械打开关闭的深水用地层隔离阀完井工具，是一种油气井用球阀式防漏失阀，在不动管柱的情况下即可实现远程控制地层隔离阀的开关，不仅可以提高作业时效、节约作业费用，还可以降低井控风险，提高作业安全性。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的深水用地层隔离阀完井工具，其特征在于，包括氮气弹簧机构、位置锁定机构和球阀密封机构，
所述氮气弹簧机构包括由上至下依次连接的上接头、氮气外筒、氮气注入套和上套筒，所述上接头内设置有上心轴，所述上心轴下端连接有滑道套筒，所述滑道套筒和氮气注入套之间通过导向销钉连接，所述滑道套筒外部设置有位于氮气注入套下端的花键套筒，所述花键套筒和滑道套筒通过导向螺钉连接；所述氮气注入套设置有“T”型注氮孔；
所述位置锁定机构包括限位套，所述限位套上端与上套筒连接，下端连接中间套筒，所述限位套内设置有锁定轴，所述锁定轴上端连接有限位螺母，下端连接有下心轴；所述锁定轴外部沿圆周均匀设置有锁定爪，每个锁定爪均通过锁定销钉与锁定轴连接；
所述球阀密封机构包括由上至下依次连接的转换套、球阀外筒和下接头，所述转换套上端与中间套筒连接，所述球阀外筒内设置有带轴向通孔的阀芯，所述阀芯下端和下接头内部台阶之间由上至下依次设置有下球座、弹簧挡圈、弹簧和弹簧调节垫圈，所述下球座和球阀外筒之间设置有用于轴向固定阀芯的支撑座，所述支撑座位于下接头的上端面，所述支撑座上端与阀芯连接；所述阀芯上端设置有上球座，所述上球座上端设置有与下心轴连接的操作臂，所述操作臂下端设置有直臂，直臂通过转销与阀芯连接，通过操作臂上下移动控制阀芯的开关。
所述上接头侧壁设置有泄压孔，所述泄压孔内设置有泄压销。
所述“T”型注氮孔包括进气口、调节口和出气口，所述进气口和调节口处于一条直线上，进气口设置有堵头，调节口由内而外依次设置有压帽、放泄阀、锁帽。
所述氮气注入套设置有径向通孔，每个径向通孔内由内而外依次设置有扶正销钉、扶正弹簧和弹性挡圈。
所述上心轴外部设置有台阶面，台阶面上通过剪切销钉固定有剪切环，且所述剪切环位于氮气注入套的上端。
所述滑道套筒上端设置有外螺纹，左端外部设置有凸台，中部设置有沿圆周均布的滑道，其中一个滑道较长，其余较短，右端外部设置有台肩，台肩沿周向设置有槽，下端外部设置有一个沟槽，所述滑道套筒下端外部设置有导向带。
所述花键套筒内部设置有台阶，当此台阶与滑道套筒外部凸台对齐时，滑道套筒从花键套筒内部穿过。
所述限位套外部上下两端均设置有螺纹和密封圈槽，中间设置有台肩，所述限位套内部设有两个环形带有倒角的沟槽，所述沟槽与锁定爪配合。
所述锁定轴中部设置有两排沿圆周均布的与锁定爪配合的直槽口，两排直槽口之间设置有沿圆周均布的直孔，用于安装锁定销钉。
所述锁定爪外部上下两端均设有带倒角的台肩，内部设有两个环形槽，中间设有通孔。
所述限位螺母上部外表面设置有两个沟槽，一个作为导向带槽，另一个作为密封圈槽，下部设置有台阶和内螺纹，导向带槽内设置有导向带。
所述转换套外部上下两端均设置有密封圈槽和螺纹，内部下端对称设置有花键。
所述操作臂内部上端设置有螺纹和台阶，外部设置有与转换套的花键相配合的键槽，所述键槽均沿操作臂轴线方向开设；所述操作臂下端两个直臂均设置有一个带台阶的螺纹孔。
所述下球座上端面设置有密封圈槽，所述密封圈槽内设置有球座密封环、外部非挤压环、内部非挤压环和密封圈。
所述下球座下端外部设置有浮动活塞，所述浮动活塞上端面均布有直槽，外部设置有与下接头上端面进行轴向定位的台阶；所述支撑座侧壁设置有与浮动活塞配合的径向通孔。
所述阀芯外部对称设置有用于与支撑座连接的圆柱凸台，所述阀芯外部还对称设置有与转销配合的滑道。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
(1)本发明通过所述氮气注入套向注氮孔内注入氮气，可以推动上心轴和滑道套筒向下运动。当压力大于氮气弹簧机构预设压力时，液体推动滑道套筒和上心轴向上运动，导向销钉沿滑道套筒轨道相对下行，停止向工具内打压，上心轴和滑道套筒在氮气弹簧机构作用下向下运动，导向销钉沿滑道套筒轨道相对上行，由此可实现滑道套筒和上心轴往复运动；滑道套筒推动锁定轴和锁定爪下行，进而推动操作臂下移，打开阀芯。
(2)本发明有防漏和防喷功能，在开采过程中可实现分层开采。
(3)本发明既可以通过循环加压进行一次性开启，也可以进行无限制的机械式开关。
(4)本发明可以与完井管柱一起下入，在实现地层保护、防止井喷和井涌等现象出现的同时，大大缩短了作业时间，降低了作业风险。
附图说明
图1是本发明中氮气弹簧机构的结构示意图；
图2是本发明中位置锁定机构的结构示意图；
图3是本发明中球阀密封机构的结构示意图；
图4是图1中Ⅰ部分的示意图；
图5是图1中A-A剖视图；
图6是图1中B-B剖视图；
图7是图1中C-C剖视图；
图8是图2中D-D剖视图；
图9是图3中E-E剖视图；
图10是图3中Ⅱ部分的示意图；
图11是本发明中滑道套筒的结构示意图。
附图标记:1.上接头，2.固定销钉，3.氮气外筒，4.泄压销，5.上心轴，6.剪切环，7.剪切销钉，8.氮气注入套，9.压帽，10.放泄阀，11.锁帽，12.堵头，13.滑道套筒，14.导向销钉，15.花键套筒，16.扶正销钉，17.扶正弹簧，18.弹性挡圈，19.上套筒，20.导向带，21.限位螺母，22.垫片，23.限位套，24.中间套筒，25.下心轴，26.转换套，27.调节垫片，28.球阀外筒，29.操作臂，30.上球座，31.阀芯，32.转销，33.支撑座，34.下球座，35.浮动活塞，36.隔离垫，37.弹簧挡圈，38.弹簧，39.下接头，40.弹簧调节垫圈，41.锁定轴，42.锁定爪，43.锁定销钉，44.球座密封环，45.外部非挤压环，46.内部非挤压环，47.密封圈，48.导向螺钉。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹举以下实例，并配合附图详细说明如下。下述具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的。
如图1至图11所示，本发明的深水用地层隔离阀完井工具，主要包括氮气弹簧机构、位置锁定机构和球阀密封机构。氮气弹簧机构、位置锁定机构和球阀密封机构彼此间均通过螺纹连接。
所述氮气弹簧机构包括由上至下依次连接的上接头1、氮气外筒3、氮气注入套8和上套筒19。所述上接头1上端设置有内螺纹，中端设置有台阶和外螺纹，外螺纹下端外表面设置有密封圈槽，下端内表面设置有密封圈槽。所述上接头1侧壁设置有泄压孔，所述泄压孔内设置有泄压销4。所述氮气外筒3上下两端均设置有内螺纹，氮气外筒3和上接头1通过螺纹和固定销钉2连接，接触面设置有密封圈和挡圈。所述氮气注入套8外表面中部设置有台肩，台肩上下两端均设置有外螺纹和密封圈槽，所述氮气注入套8与氮气外筒3和上套筒19均通过螺纹和固定销钉2连接，接触面均设置有密封圈和挡圈。所述氮气注入套8设置有“T”型注氮孔，“T”型注氮孔包括进气口、调节口和出气口，所述进气口和调节口处于一条直线上，进气口设置有堵头12，调节口由内而外依次设置有压帽9、放泄阀10、锁帽11。所述氮气注入套8设置有径向通孔，每个径向通孔内由内而外依次设置有扶正销钉16、扶正弹簧17和弹性挡圈18，防止滑道套筒13发生偏移。所述堵头12右端面设置有密封圈槽，通过外螺纹与进气口相连接，所述压帽9由左至右依次设置有锥面、两个台阶、外螺纹，所述放泄阀10左端开设有与压帽9台阶配合的沟槽，沟槽内表面设置有螺纹，右端设置为凸台结构，所述放泄阀10外表面设置有密封圈槽，所述锁帽11左端设置为半圆结构，内部设置有与放泄阀10凸台进行卡扣的沟槽，锁帽11与氮气注入套8螺纹连接。所述上套筒19上下两端均设置有内螺纹，内部设置有若干台阶。
所述上接头1内设置有上心轴5，所述上心轴5下端连接有滑道套筒13，所述滑道套筒13和氮气注入套8之间通过导向销钉14连接，所述滑道套筒13外部设置有位于氮气注入套8下端的花键套筒15，所述花键套筒15上设有导向滑道，与滑道套筒13通过导向螺钉48连接。所述上心轴5外部设置有台阶面，台阶面上通过剪切销钉7固定有剪切环6，且所述剪切环6位于氮气注入套8的上端。所述上心轴5下端外表面设置有密封圈槽，内表面设置有螺纹。所述滑道套筒13上端设置有外螺纹，左端外部设置有凸台，中部设置有若干沿圆周均布的滑道，其中一个滑道较长，其余较短，右端外部设置有台肩，台肩沿周向设置有若干槽，下端外部设置有一个沟槽，所述滑道套筒13下端外部设置有导向带20。所述花键套筒15内部设置有台阶，当此台阶与滑道套筒13外部凸台对齐时，滑道套筒13可从花键套筒15内部穿过。上接头1与所述上心轴5之间设有密封圈和挡圈，所述上心轴5与氮气注入套8接触面设有密封圈和挡圈。
所述位置锁定机构包括限位套23，所述限位套23上端与上套筒19螺纹连接，下端螺纹连接中间套筒24，接触面设有密封圈和挡圈，所述限位套23内设置有锁定轴41，所述锁定轴41上端连接有限位螺母21，下端连接有下心轴25，所述限位螺母21和锁定轴41之间设置有垫片22。所述限位套23外部上下两端均设置有螺纹和密封圈槽，中间设置有台肩，所述限位套23内部设有两个环形带有倒角的沟槽，所述沟槽与锁定爪42配合，限制地层隔离阀打开关闭状态的位置。所述限位螺母21上部外表面设置有两个沟槽，一个作为导向带槽，另一个作为密封圈槽，下部设置有台阶和内螺纹，导向带槽内设置有导向带20。所述锁定轴41上下两端均设置有外螺纹，中部设置有两排沿圆周均布的直槽口，两排直槽口之间设置有沿圆周均布的若干直孔，用于安装锁定销钉43。所述锁定轴41外部沿圆周均匀设置有与直槽口配合的锁定爪42，每个锁定爪42均通过锁定销钉43与锁定轴41连接，其中每个锁定爪42外部上下两端均设置有带倒角的台肩，内部设置有两个环形槽，中间设置有若干通孔。
所述球阀密封机构包括由上至下依次连接的转换套26、球阀外筒28和下接头39，所述转换套26上端与中间套筒24连接。所述转换套26外部上下两端均设置有密封圈槽和螺纹，内部下端对称设置有花键。所述下接头39上端设置有隔离垫36，下接头39外表面设有一个密封圈槽，密封圈槽下端设有螺纹和台阶，内表面设有一个台阶，下端设有螺纹。所述球阀外筒28上下两端均设置有内螺纹，所述球阀外筒28与转换套26和下接头39均通过螺纹和固定销钉2连接，接触面均设置有密封圈和挡圈。所述球阀外筒28内设置有带轴向通孔的阀芯31，所述阀芯31外部对称设置有圆柱凸台和滑道。所述阀芯31下端和下接头39内部台阶之间由上至下依次设置有下球座34、弹簧挡圈37、弹簧38和弹簧调节垫圈40，所述弹簧挡圈37内部设置有一个台阶。所述下球座34和球阀外筒28之间设置有用于轴向固定阀芯31的支撑座33，所述支撑座33位于下接头39的上端面，所述支撑座33上端与阀芯31凸台连接。所述下球座34外部设置有台阶，上端面设置有密封圈槽，所述密封圈槽内设置有球座密封环44、外部非挤压环45、内部非挤压环46和密封圈47。所述球座密封环44上部内外表面均设有斜角台阶，下端面设有密封圈槽。所述下球座34下端外部设置有浮动活塞35，所述浮动活塞35上端面均布有若干直槽，外部设置有与下接头39上端面进行轴向定位的台阶，内外表面均设置有密封圈槽，所述支撑座33侧壁设置有与浮动活塞35配合的径向通孔。支撑座33与阀芯31之间设有密封圈，与浮动活塞35接触面之间设有密封圈和挡圈。阀芯31与下球座34之间设有密封圈，保证阀芯31在低压状态下仍能够密封良好。
所述阀芯31上端设置有上球座30，所述上球座30上端设置有与下心轴25连接的操作臂29，所述操作臂29下端设置有直臂，直臂通过转销与阀芯31连接，转销设置于阀芯31的滑道内，通过操作臂29上下移动控制阀芯31的开关。所述操作臂29和下心轴25之间设置有调节垫片27，所述操作臂29内部上端设置有螺纹和台阶，外部设置有两个对称的键槽，与转换套26的花键相配合连接，所述键槽均沿操作臂29轴线方向开设，操作臂29下端两个直臂均设置有一个带台阶的螺纹孔。所述上球座30右端设有带圆弧的开口槽，便于操作臂29的两个直臂通过。
本发明用于深水完井作业，工具入井前先通过所述氮气注入套8向注氮孔内注入氮气，由于氮气具有可压缩性，近似于压缩弹簧机构，可以推动上心轴5和滑道套筒13向下运动。工具下入过程中，阀芯31处于关闭状态，当需要液压打开阀芯31时，向工具内打压，当压力大于氮气弹簧机构预设压力时，液体推动滑道套筒13和上心轴5向上运动，导向销钉14沿滑道套筒13轨道相对下行，停止向工具内打压，上心轴5和滑道套筒13在氮气弹簧机构作用下向下运动，导向销钉14沿滑道套筒13轨道相对上行，由此可实现滑道套筒13和上心轴5往复运动，花键套筒15在导向螺钉48作用下沿周向旋转，当导向销钉14往复循环至滑道套筒13长轨道时，滑道套筒13可以穿过花键套筒15，剪切环6内的剪切销钉7被剪断，氮气弹簧机构推动滑道套筒13下移，滑道套筒13推动锁定轴41和锁定爪42下行，进而推动操作臂29下移，打开阀芯31。
也可以通过专用开关工具打开关闭阀芯31，开关工具弹性爪与锁定爪42配合，上提开关工具，带动锁定轴41和锁定爪42上移，拉动操作臂29上行，关闭阀芯31；下压开关工具，锁定轴41和锁定爪42下移，推动操作臂29下行，打开阀芯31。当阀芯31处于打开位置时，锁定爪42上端进入限位套23上端沟槽内，当阀芯31处于关闭位置时，锁定爪42下端进入限位套23下端沟槽内。
阀芯31和支撑座33之间设有密封圈，可以保证阀芯31在低压状态下仍能够密封良好，阀芯31在受到低压作用下通过密封圈密封，在受到较高压力时，通过金属密封。在弹簧挡圈37和下接头39之间设有压缩弹簧38，保证阀芯31和支撑座33之间始终有密封预压力。本发明可以通过远程液压控制打开一次阀芯31，也可以通过专用开关工具重复打开关闭阀芯31。本阀既可以防漏，也可以防喷，操作简单方便，密封性安全可靠，可以在高温高压环境下长期安全工作。
Claims (16)
1.一种深水用地层隔离阀完井工具，其特征在于，包括氮气弹簧机构、位置锁定机构和球阀密封机构，
所述氮气弹簧机构包括由上至下依次连接的上接头(1)、氮气外筒(3)、氮气注入套(8)和上套筒(19)，所述上接头(1)内设置有上心轴(5)，所述上心轴(5)下端连接有滑道套筒(13)，所述滑道套筒(13)和氮气注入套(8)之间通过导向销钉(14)连接，所述滑道套筒(13)外部设置有位于氮气注入套(8)下端的花键套筒(15)，所述花键套筒(15)和滑道套筒(13)通过导向螺钉(48)连接；所述氮气注入套(8)设置有“T”型注氮孔；
所述位置锁定机构包括限位套(23)，所述限位套(23)上端与上套筒(19)连接，下端连接中间套筒(24)，所述限位套(23)内设置有锁定轴(41)，所述锁定轴(41)上端连接有限位螺母(21)，下端连接有下心轴(25)；所述锁定轴(41)外部沿圆周均匀设置有锁定爪(42)，每个锁定爪(42)均通过锁定销钉(43)与锁定轴(41)连接；
所述球阀密封机构包括由上至下依次连接的转换套(26)、球阀外筒(28)和下接头(39)，所述转换套(26)上端与中间套筒(24)连接，所述球阀外筒(28)内设置有带轴向通孔的阀芯(31)，所述阀芯(31)下端和下接头(39)内部台阶之间由上至下依次设置有下球座(34)、弹簧挡圈(37)、弹簧(38)和弹簧调节垫圈(40)，所述下球座(34)和球阀外筒(28)之间设置有用于轴向固定阀芯(31)的支撑座(33)，所述支撑座(33)位于下接头(39)的上端面，所述支撑座(33)上端与阀芯(31)连接；所述阀芯(31)上端设置有上球座(30)，所述上球座(30)上端设置有与下心轴(25)连接的操作臂(29)，所述操作臂(29)下端设置有直臂，直臂通过转销与阀芯(31)连接，通过操作臂(29)上下移动控制阀芯(31)的开关。
2.根据权利要求1所述的深水用地层隔离阀完井工具，其特征在于，所述上接头(1)侧壁设置有泄压孔，所述泄压孔内设置有泄压销(4)。
3.根据权利要求1所述的深水用地层隔离阀完井工具，其特征在于，所述“T”型注氮孔包括进气口、调节口和出气口，所述进气口和调节口处于一条直线上，进气口设置有堵头(12)，调节口由内而外依次设置有压帽(9)、放泄阀(10)、锁帽(11)。
4.根据权利要求1所述的深水用地层隔离阀完井工具，其特征在于，所述氮气注入套(8)设置有径向通孔，每个径向通孔内由内而外依次设置有扶正销钉(16)、扶正弹簧(17)和弹性挡圈(18)。
5.根据权利要求1所述的深水用地层隔离阀完井工具，其特征在于，所述上心轴(5)外部设置有台阶面，台阶面上通过剪切销钉(7)固定有剪切环(6)，且所述剪切环(6)位于氮气注入套(8)的上端。
6.根据权利要求1所述的深水用地层隔离阀完井工具，其特征在于，所述滑道套筒(13)上端设置有外螺纹，左端外部设置有凸台，中部设置有沿圆周均布的滑道，其中一个滑道较长，其余较短，右端外部设置有台肩，台肩沿周向设置有槽，下端外部设置有一个沟槽，所述滑道套筒(13)下端外部设置有导向带(20)。
7.根据权利要求1所述的深水用地层隔离阀完井工具，其特征在于，所述花键套筒(15)内部设置有台阶，当此台阶与滑道套筒外部凸台对齐时，滑道套筒(13)从花键套筒(15)内部穿过。
8.根据权利要求1所述的深水用地层隔离阀完井工具，其特征在于，所述限位套(23)外部上下两端均设置有螺纹和密封圈槽，中间设置有台肩，所述限位套(23)内部设有两个环形带有倒角的沟槽，所述沟槽与锁定爪(42)配合。
9.根据权利要求1所述的深水用地层隔离阀完井工具，其特征在于，所述锁定轴(41)中部设置有两排沿圆周均布的与锁定爪(42)配合的直槽口，两排直槽口之间设置有沿圆周均布的直孔，用于安装锁定销钉(43)。
10.根据权利要求1所述的深水用地层隔离阀完井工具，其特征在于，所述锁定爪(42)外部上下两端均设有带倒角的台肩，内部设有两个环形槽，中间设有通孔。
11.根据权利要求1所述的深水用地层隔离阀完井工具，其特征在于，所述限位螺母(21)上部外表面设置有两个沟槽，一个作为导向带槽，另一个作为密封圈槽，下部设置有台阶和内螺纹，导向带槽内设置有导向带(20)。
12.根据权利要求1所述的深水用地层隔离阀完井工具，其特征在于，所述转换套(26)外部上下两端均设置有密封圈槽和螺纹，内部下端对称设置有花键。
13.根据权利要求1所述的深水用地层隔离阀完井工具，其特征在于，所述操作臂(29)内部上端设置有螺纹和台阶，外部设置有与转换套(26)的花键相配合的键槽，所述键槽均沿操作臂(29)轴线方向开设；所述操作臂(29)下端两个直臂均设置有一个带台阶的螺纹孔。
14.根据权利要求1所述的深水用地层隔离阀完井工具，其特征在于，所述下球座(34)上端面设置有密封圈槽，所述密封圈槽内设置有球座密封环(44)、外部非挤压环(45)、内部非挤压环(46)和密封圈(47)。
15.根据权利要求1所述的深水用地层隔离阀完井工具，其特征在于，所述下球座(34)下端外部设置有浮动活塞(35)，所述浮动活塞(35)上端面均布有直槽，外部设置有与下接头(39)上端面进行轴向定位的台阶；所述支撑座(33)侧壁设置有与浮动活塞(35)配合的径向通孔。
16.根据权利要求1所述的深水用地层隔离阀完井工具，其特征在于，所述阀芯(31)外部对称设置有用于与支撑座(33)连接的圆柱凸台，所述阀芯(31)外部还对称设置有与转销配合的滑道。
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