CN108571300B - 憋压装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种憋压装置，包括：外管柱；固定设置在所述外管柱的下游的扩张管柱，所述扩张管柱的内径比所述外管柱的内径大；套设在所述外管柱内并与所述外管柱通过剪切销钉连接的活动管柱；以及连接在所述活动管柱的下游并接触式套设在所述外管柱内的球座；其中，在所述剪切销钉被剪断后，所述活动管柱和球座能相对于所述外管柱向下游移动，当所述球座移动到与扩张管柱相对应的位置时，所述球座能在力的作用下径向向外扩张。这种憋压装置有利于井下作业的顺利进行。

Description

憋压装置

技术领域

本发明涉及油气井固井施工技术领域，特别是涉及一种憋压装置。

背景技术

现有的憋压装置通常包括憋压球和相应的球座。例如在进行尾管悬挂作业时，通常在尾管悬挂器的下游尾管串内设置球座，并通过从井口投入的憋压球与球座的密封接合而实现憋压，以此来完成尾管悬挂作业。在作业完成后，需要通过更高压力的憋压使球座与尾管串断开连接，并使憋压球与球座一起下落，以在井内再次建立循环，由此方便后续作业的进行。

然而，为了使球座能顺利下落以憋通管串，需要将下游管串的内径都设置得较大。一般情况下，这需要将下游管串的外径尺寸也设置得较大。这种管串在下入过程中阻力较大，并且容易与井壁发生摩擦或卡在井壁上。另外，这还会导致管串与井壁之间的环空过小，从而对井内注浆等流程带来很大不便。因此，现有技术中的这种设置会严重妨碍井下作业的顺利进行。

因此，需要一种有利于井下作业顺利进行的憋压装置。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种憋压装置，这种憋压装置有利于井下作业的顺利进行。

根据本发明，提出了一种憋压装置，包括：外管柱；固定设置在所述外管柱的下游的扩张管柱，所述扩张管柱的内径比所述外管柱的内径大；套设在所述外管柱内并与所述外管柱通过剪切销钉连接的活动管柱；以及连接在所述活动管柱的下游并接触式套设在所述外管柱内的球座；其中，在所述剪切销钉被剪断后，所述活动管柱和球座能相对于所述外管柱向下游移动，当所述球座移动到与扩张管柱相对应的位置时，所述球座能在力的作用下径向向外扩张。

通过上述憋压装置，能在剪切销钉剪断后使球座下移至扩张管柱处，并在此处径向向外扩张允许憋压球通过球座落入下游的井内，由此实现憋通球座。由此，仅需将扩张管柱的径向尺寸设置得较大即可，其下游的管串(管柱)的径向尺寸不需为了球座憋通而设置得较大。另外，在活动管柱、球座和憋压球一起向下游移动的过程中，憋压球上游的压力减小。在这种情况下，在球座憋通的瞬间，憋压球上、下游之间的压差会较小，并因此下游井内的压力不会骤然变得很大。这能避免地层受到巨大的冲击，对地层能起到一定的保护作用。这种设置有利于井下作业的顺利进行。

在一个实施例中，球座包括与所述活动管柱固定连接的可径向变形的内套部，以及设置在所述内套部与外管柱之间的挡体。

在一个实施例中，挡体与所述活动管柱铰接。

在一个实施例中，憋压装置还包括缓冲机构，所述缓冲机构设置在所述外管柱与所述活动管柱之间以用于在所述活动管柱相对于所述外管柱移动时提供缓冲。在活动管柱和球座下移的过程中，球座上游的压力可逐步降低，从而在球座憋通前瞬间，憋压球上、下游之间的压力差较小。在这种情况下，能有效避免在球座憋通后井内压力骤增，并因此能避免地层受到巨大的冲击。

在一个实施例中，缓冲机构为设置在所述外管柱与所述活动管柱之间的液压机构。

在一个实施例中，缓冲机构为设置在所述外管柱与所述活动管柱之间的液压腔，所述液压腔的上游壁由所述活动管柱构成，所述液压腔的下游壁由所述外管柱构成。

在一个实施例中，活动管柱构造有能与所述外管柱密封配合的密封部，以及处于所述密封部的上游并不能与所述外管柱密封配合的泄流部。

在一个实施例中，泄流部的外径小于所述密封部的内径。

在一个实施例中，憋压装置还包括套设在所述外管柱内的支撑管柱，所述支撑管柱与所述外管柱包围形成开口朝向下游的容纳腔，所述活动管柱处于所述容纳腔内。

在一个实施例中，在所述活动管柱的上游处，所述支撑管柱径向向外延伸形成连接部，所述连接部与所述外管柱固定连接，在所述连接部上构造有连通到所述容纳腔内的通孔。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过上述憋压装置，能在剪切销钉剪断后使球座下移至扩张管柱处，并在此处径向向外扩张允许憋压球通过球座落入下游的井内，由此实现憋通球座。由此，仅需将扩张管柱的径向尺寸设置得较大即可，其下游的管串(管柱)的径向尺寸不需为了球座憋通而设置得较大。另外，在活动管柱、球座和憋压球一起向下游移动的过程中，憋压球上游的压力减小。在这种情况下，在球座憋通的瞬间，憋压球上、下游之间的压差会较小，并因此下游井内的压力不会骤然变得很大。这能避免地层受到巨大的冲击，对地层能起到一定的保护作用。这种设置有利于井下作业的顺利进行。

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。其中：

图1是根据本发明的憋压装置的一个实施例的结构示意图；

图2是图1中的憋压装置处于一种状态下的结构示意图；

图3是图1中的憋压装置处于另一种状态下的结构示意图；

图4是图1中的憋压装置处于又一种状态下的结构示意图；

图5是图1中的憋压装置中A部的结构的一个实施例的放大图；

图6是图5中的结构处于另一状态下的示意图。

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。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1示意性地显示了根据本发明的一个实施例的憋压装置100的大体结构。

憋压装置100包括外管柱1和处于外管柱1下游的扩张管柱7。外管柱1的内径小于扩张管柱7的内径。如图1所示，扩张管柱7在其内部相对于外管柱1形成类似于凹陷的形状。应当理解的是，扩张管柱7与外管柱1可以是连接在一起的两个独立结构，也可以成形为一体。

憋压装置100还包括套设在外管柱1内的活动管柱3。在活动管柱3的下端连接有可扩张式的球座。在初始状态下，活动管柱3与外管柱1通过剪切销钉2连接在一起。在活动管柱3受到足够大的轴向作用力时，剪切销钉2会被剪断。此时，活动管柱3可相对于外管柱1在轴向方向上移动。

在初始状态下，球座的外侧与外管柱1的内壁相接触。在这种情况下，球座的最小内径小于憋压球8(参见图2)的最大外径。因而，憋压球8能与球座接合以进行憋压。而在剪切销钉2剪断后，球座随着活动管柱3一起在压力的作用下向下游移动，直到球座移动到与扩张管柱7相对应的位置为止。此时，由于扩张管柱7的内径比外管柱1的内径大，所以球座与扩张管柱7之间存在间隙。在压力作用下，球座会径向向外扩张。当球座的最小内径大于(或至少等于)憋压球8的最大外径时，憋压球8能顺利通过球座落入下游的管串内。此时，球座被憋通。

通过上述设置，由于仅有憋压球8需要落入下游的管串内，所以下游管串的径向尺寸可以制造得较小，从而在管串下入井内时，能降低管串磨损或被卡住的可能性。另外，这还能避免下游管串与其外侧的井壁之间的环空过窄，从而有利于促使井下作业的顺利进行。

球座的具体结构可如图1中所示。在图1中，球座包括与活动管柱固定相连的内套部5和设置在内套部5与外管柱1的内壁之间的挡体6。内套部5可以与活动管柱通过螺纹连接在一起。内套部5可在受到较小的作用力的情况下，即可径向向外扩张边形。为此，内套部5可以由易于径向向外扩张变形的材料制成，例如可由易于塑性变形的材料制成。另外，内套部5也可以构造得较薄，以利于变形。例如，内套部5可由金属薄板制成。

通过设置挡体6可以避免内套部5提前径向向内扩张。在球座5处于外管柱1的内侧时，挡体6同时与内套部5和外管柱1相接触，以支撑内套部5，防止内套部5朝向外管柱1扩张。当球座5移动到扩张管柱7处时，挡体6不再对内套部5起支撑作用，因而内套部5在受到较小的作用力时，即可扩张开。

应当理解的是，挡体6和内套部5可以制造成一体的。甚至，可以将内套部5制造得较厚，以同时还起到挡体6的作用。然而，制造较薄的内套部5并在其外侧设置挡体6既能使内套部5在不受支撑时更易于变形，从而降低憋通球座所需的压力，也能够有效地起到支撑作用。

优选地，围绕内套部5设置有多个挡体6，各个挡体6相互间隔开，以更加均匀而有效地支撑内套部5。更优选地，挡体6与活动管柱3铰接。由此，更有利于挡体6在处于扩张管柱7内时向外扩张。

另外，还可如图1所示的那样，在外管柱1与活动管柱3之间设置缓冲机构。由此，在活动管柱3相对于外管柱1沿轴向向下游移动时，活动管柱3将会受到阻力，以避免球座过快地移动到扩张管柱7处。

缓冲机构例如可以是液压机构，例如如图1所示的液压腔23。液压腔23由活动管柱3与外管柱1包围形成。液压腔23的上游壁由活动管柱3形成，而其下游壁由外管柱1形成。由此，在活动管柱3向下游移动时，液压腔23内的液压油(或类似的填充物)将会受到压缩，并因此阻碍活动管柱3向下游移动。此时，例如可人为地降低憋压压力，或者通过其他工具降低，以此来减小憋压球8上、下游之间的压力差。由此，在球座憋通后，管串内的压力不会骤然增大过多。

这里应理解的是，液压油可以具备一定的压缩能力，其压缩能力可以通过改变液压油的性质(例如，密度和/或粘度)来调整。

优选地，如图5和图6所示，活动管柱3构造有密封部31和处于密封部31上游的泄流部32。密封部31构造成可以与外管柱1的内壁密封配合，而泄流部32构造成不能与外管柱1的内壁密封配合。这里所提到的密封配合既可以是直接接触配合，也可以是通过其他中间结构进行的间接配合。例如，在如图5和图6所示的实施例中，密封部31与外管柱1的内壁通过密封件(例如，密封垫圈)进行密封配合。即，在密封部31与外管柱1通过密封件密封配合时，液压腔23内的液压油不会由此通过并泄漏到液压腔23之外。

而在泄流部32与外管柱1的内壁配合时，泄流部32与外管柱1的内表面则无法通过密封件进行密封配合。这例如可以是由泄流部32相对于密封部31构造得凹陷(即，泄流部32的外径小于密封部31的外径)来实现。此时，会在泄流部32与外管柱1的内壁之间形成流通间隙。液压腔23内的液压油可以通过该流通间隙泄漏到液压腔23之外，例如可泄漏到下游的管串内。由此，可以自动地降低憋压球8上游的压力。

另外，如图1所示，还可在活动管柱3的内侧另外套设支撑管柱4。应当理解的是，支撑管柱4也套设在外管柱1的内侧，并且支撑管柱4与外管柱1包围形成容纳腔24。活动管柱3则至少部分容纳于该容纳腔24内。容纳腔24构造得相当于一个活塞腔，而其中的活动管柱3则相当于可在活塞腔内活动的活塞。支撑管柱4相对于外管柱1固定(例如通过螺纹连接)，从而能给活动管柱3提供支撑，以确保活动管柱3能与外管柱1密封式贴合。这对于设置有液压腔23的情况来说，是尤为有利的。尤其是，在液压腔23内的压力非常大的情况下，设置支撑管柱4有利于避免活动管柱3在压力作用下径向向内变形。

应当理解的是，也可以通过增大活动管柱3的壁厚来避免活动管柱3变形。然而，应当理解的是，活动管柱3需要与外管柱1精密配合(例如密封配合)。如果通过支撑管柱4来进行支撑，则活动管柱3可由更易于加工的材料制造得更加精密(通常，易于加工的材料都较软，并因此较为容易变形)。

优选地，如图1所示，支撑管柱4在活动管柱3的上游处朝向外管柱1凸出(即，径向向外凸出)形成与外管柱相连的连接部，为了确保剪切销钉2能如预期的那样剪断，可在该连接部处设置连通到容纳腔24内的通孔41，以便于压力传递给活动管柱3。

下面将结合图1到图4对憋压装置100的工作过程进行详细说明。

在初始状态下，如图1所示，外管柱1与活动管柱3通过剪切销钉2连接在一起，球座保持在外管柱1内、扩张管柱7的上游处。活动管柱3的密封部31与外管柱1的内壁相配合，如图5所示的那样。

在投放憋压球8后，憋压球8会与球座接合进行憋压。为了将球座憋通，可增大憋压球8上游的压力，直到连接外管柱1与活动管柱3的剪切销钉2剪断为止。

图2即显示了剪切销钉2剪断后活动管柱3相对于外管柱1向下游移动的状态。随着活动管柱3向下游移动，液压腔23受到压缩并对活动管柱3向下游的移动形成阻碍，以使活动管柱3向下游的移动变得缓慢。尤其是，能避免剪切销钉2剪断的瞬间活动管柱3在巨大的压力下迅速移动，从而能避免该瞬间球座被巨大的作用力憋通，从而能有效避免下游管串内的压力骤然增长得巨大。在活动管柱3移动的过程中，可降低憋压球8上游的压力。在活动管柱3向下游移动一定距离后，活动管柱3的泄流部32与外管柱1的内壁相配合，如图6所示的那样。此时，液压腔23内的液压油泄漏，活动管柱3向下游移动的阻力减小。然而，此时上游的压力也相对减小了。因此，活动管柱3仍能较为平稳地移动。

如图3所示，当球座移动到扩张管柱7处时，挡体6不再能支撑内套部5。挡体6和内套部5均在较小的力的作用下即可径向向外扩张。由此，憋压球8不再与球座接合，并如图4所示的那样落入到下游的管柱内，从而完成了球座憋通。应当理解的是，上述较小的力仅需比憋压球8下游的压力略大即可。因而在憋通后，憋压球8下游的压力不会骤然变得巨大，从而能有效避免地层受到冲击。

在本文中，“上游”指的是接近井口的方向，而相对地，“下游”指的是接近井底的方向。对于附图中显示的结构而言，左侧为上游，右侧为下游。

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 (3)

1.一种憋压装置，包括：

外管柱；

固定设置在所述外管柱的下游的扩张管柱，所述扩张管柱的内径比所述外管柱的内径大；

套设在所述外管柱内并与所述外管柱通过剪切销钉连接的活动管柱；

连接在所述活动管柱的下游并接触式套设在所述外管柱内的球座；

套设在所述外管柱内的支撑管柱，所述支撑管柱与所述外管柱包围形成开口朝向下游的容纳腔，所述活动管柱处于所述容纳腔内，在所述活动管柱的上游处，所述支撑管柱径向向外延伸形成连接部，所述连接部与所述外管柱固定连接，在所述连接部上构造有连通到所述容纳腔内的通孔，通过所述支撑管柱来避免所述活动管柱在压力作用下径向向内变形；以及

缓冲机构，所述缓冲机构构造为设置在所述外管柱与所述活动管柱之间的液压腔，所述液压腔的上游壁由所述活动管柱构成，所述液压腔的下游壁由所述外管柱构成，所述活动管柱构造有能与所述外管柱密封配合的密封部，以及处于所述密封部的上游并不能与所述外管柱密封配合的泄流部，所述泄流部的外径小于所述密封部的外径；

其中，在所述剪切销钉被剪断后，所述活动管柱和球座能相对于所述外管柱向下游移动，当所述球座移动到与扩张管柱相对应的位置时，所述球座能在力的作用下径向向外扩张，

其中，在初始状态下，所述活动管柱的所述密封部与所述外管柱的内壁密封配合，在所述活动管柱向下游移动一定距离后，所述活动管柱的泄流部与所述外管柱的内壁相配合，并在所述外管柱与所述泄流部之间形成流通间隙，所述液压腔内的液压油可通过所述流通间隙而泄漏到所述液压腔之外。

2.根据权利要求1所述的憋压装置，其特征在于，所述球座包括与所述活动管柱固定连接的可径向变形的内套部，以及设置在所述内套部与外管柱之间的挡体。

3.根据权利要求2所述的憋压装置，其特征在于，所述挡体与所述活动管柱铰接。

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