CN109267978A - 一种分注管柱 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种分注管柱。分注管柱包括外管及位于外管内的内管，内管和外管之间形成用于向上部地层注水的环腔，外管上设有底部注水通道，内管和外管之间设有将底部注水通道与环腔隔开的密封结构，外管上于底部注水通道处活动装配有用于控制底部注水通道通断的活动阀芯，内管上设有用于在其下入外管时驱动所述活动阀芯动作以控制底部注水通道打开的驱动件，内管具有用于在底部注水通道打开时将内管内腔与底部注水通道连通的内部注水通道。分注管柱通过内管下方设有的驱动件控制外管上底部注水通道的通断，避免了采用压井液进行压井作业，大大降低了施工成本。
Description
技术领域
本发明涉及油气田开采领域，具体涉及一种分注管柱。
背景技术
随着油田进入开发后期，注水压力不断提高，为保证安全生产，在进行作业施工前，需要进行放压或压井后，再进行作业起下管柱。采用放压手段造成施工周期增长，浪费注入能量，并且因为压差变化大容易损坏套管。而采用高密度压井液一方面增加了作业施工成本，另一方面压井易对地层造成污染，将地层压死，导致近井地带储层渗透率急剧下降，地层中的油气水无法流入井筒。
授权公告号为CN206458433U的实用新型专利公开了一种同心双管分注密封装置及同心双管分注管柱，包括下方设有外管密封装置的外管及下方设有内管密封装置的内管，内管的内腔及内管密封装置的内腔构成第一注入通道，内管与外管之间的环形空间形成第二注入通道，外管的侧壁上设有与第二注入通道连通的出液孔。使用该实用新型的同心双管分注管柱时，因内管密封装置与地层连通，若地层压力过高，地层流体会沿管柱到达井口出现井喷，因此在起下管柱前需要进行放压或压井，无法进行不压井作业，施工成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种分注管柱，以解决现有技术中无法不压井起下管柱、施工成本高的技术问题。
为实现上述目的，本发明分注管柱采用的技术方案1：一种分注管柱，包括外管及位于外管内的内管，内管和外管之间形成用于向上部地层注水的环腔，所述外管上设有底部注水通道，内管和外管之间设有将底部注水通道与所述环腔隔开的密封结构，外管上于底部注水通道处活动装配有用于控制底部注水通道通断的活动阀芯，所述内管上设有用于在其下入外管时驱动所述活动阀芯动作以控制底部注水通道打开的驱动件，内管具有用于在底部注水通道打开时将内管内腔与底部注水通道连通的内部注水通道。
本发明的有益效果是：本发明的分注管柱通过内管下方设有的驱动件控制外管上底部注水通道的通断，因下入外管及内管时整个管柱处于密封状态，实现不压井下管柱作业，并且在起管柱时通过在小管柱内投入相应的堵塞器实现不压井起管柱作业，避免了采用压井液进行压井作业，大大降低了施工成本，防止了压井液污染地层，同时避免了放压导致的地层注水能量的损失和施工周期长的问题。
在分注管柱的技术方案1的基础上改进得到技术方案2：所述外管包括大管柱及可拆装配在所述大管柱下部的井下开关器，该井下开关器上设有所述的底部注水通道及活动阀芯。大管柱与井下开关器分体设置，便于装配。
在分注管柱的技术方案2的基础上改进得到技术方案3：所述井下开关器包括用于与大管柱连接的开关上接头，开关上接头的下端连接有沿上下方向延伸的管状结构，管状结构内设有所述的底部注水通道和活动阀芯，管状结构具有可引导活动阀芯上下动作的导向结构。
在分注管柱的技术方案3的基础上改进得到技术方案4：所述管状结构包括同心设置的内筒和外筒，内筒中活动装配有所述的活动阀芯，内筒和外筒上分别设有相应的导流孔，导流孔以及内、外筒之间的管腔形成所述的底部注水通道。通过外筒保护活动阀芯等组件。
在分注管柱的技术方案4的基础上改进得到技术方案5：所述管状结构内设有用于使处在开启状态的活动阀芯强制复位以关闭底部注水通道的复位弹性件。防止管柱起出时碰撞震动造成活动阀芯的移动从而使底部注水通道开启，保证不压井作业施工的安全性。
在分注管柱的技术方案3的基础上改进得到技术方案6：所述活动阀芯通过剪切销钉装配于所述的管状结构内。通过剪切销钉装配便于利用下压力冲断剪切销钉使活动阀芯移动从而开启底部注水通道。
在分注管柱的技术方案6的基础上改进得到技术方案7：所述管状结构包括同心设置的内筒和外筒，内筒和外筒上分别设有相应的导流孔，导流孔以及内、外筒之间的管腔形成所述的底部注水通道，所述活动阀芯通过剪切销钉装配于内筒中，活动阀芯上设有用于与所述驱动件沿上下方向顶推配合以冲断剪切销钉的顶推台阶。
在分注管柱的技术方案7的基础上改进得到技术方案8：所述内筒包括用于与所述开关上接头连接的内连接筒及位于内连接筒下端的阀套，所述活动阀芯通过剪切销钉装配于内连接筒上，所述内筒上的导流孔设置在所述阀套上。
在分注管柱的技术方案8的基础上改进得到技术方案9：所述内连接筒的内壁上设有卡槽，卡槽内装配有所述的密封结构。
在分注管柱的技术方案9的基础上改进得到技术方案10：所述密封结构为纵截面呈T型的密封圈，内连接筒上于密封圈的上下侧对应设有用于配合压紧密封圈的卡环。采用T型密封圈提高滑动密封的密封性能和耐压性能，保证控制阀重复开启关闭时的密封性能。
在分注管柱的技术方案8的基础上改进得到技术方案11：所述活动阀芯上设有凹槽，所述驱动件与凹槽卡接配合以顶推活动阀芯沿阀套的轴向往复移动。保证驱动件顺利可靠推动活动阀芯从而使底部注水通道开启。
在分注管柱的技术方案8的基础上改进得到技术方案12：所述阀套上于活动阀芯的下方装配有用于使处在开启状态的活动阀芯强制复位以关闭底部注水通道的复位弹簧。
在分注管柱的技术方案8的基础上改进得到技术方案13：所述活动阀芯上于底部注水通道的上下侧分别设有用于使活动阀芯与阀套密封配合的密封件。进一步保证内管与外管之间的环腔与底部地层封隔。
在分注管柱的技术方案13的基础上改进得到技术方案14：所述阀套的底部设有用于使活动阀芯顺利向下活动的活动密封结构。利用活动密封结构使工具内部不会形成死腔，可以保证驱动件顺利插入。
在分注管柱的技术方案1至8中任一个的基础上改进得到技术方案15：所述内管包括小管柱及可拆装配于小管柱下方的插管，插管具有与所述密封结构密封配合的配合段，插管上设有所述的驱动件及内部注水通道。
在分注管柱的技术方案15的基础上改进得到技术方案16：所述驱动件包括位于插管下端的沿周向间隔设有的多个弹性臂，各弹性臂上分别设有向外延伸的凸起，所述活动阀芯上设有用于与所述凸起卡接配合以使驱动件推动活动阀芯动作的凹槽。弹性臂便于在插管插入井下开关器使受力收缩从而使弹性臂下端的凸起与活动阀芯上的凹槽卡接配合，保证驱动件顺利推动活动阀芯向下移动。
在分注管柱的技术方案15的基础上改进得到技术方案17：所述插管内于内部注水通道的上方通过剪切销钉设有堵头，插管上于剪切销钉安装处的上方设有用于防止堵头过度上行的挡止台阶。
在分注管柱的技术方案15的基础上改进得到技术方案18：所述内管还包括预置工作筒，预制工作筒的下端连接有所述的小管柱。采用预置工作筒结构在起管柱时只需投入相配合的堵塞器便可进行不压井起管柱作业，操作方便。
在分注管柱的技术方案1至14中任一个的基础上改进得到技术方案19：所述外管上于对应上部地层处的上方设有第一封隔器，于对应底部地层处的上方设有第二封隔器，第一封隔器和第二封隔器为可反洗封隔器。采用可反洗封隔器实现注水管柱的反洗，有效洗出管柱、油层内的腐蚀物、杂质等赃物，防止堵塞油层和管柱，提高试注和注水效果，延长管柱有效期。
附图说明
图1为本发明的分注管柱的具体实施例的结构示意图；
图2为图1所示的分注管柱中井下开关器的结构示意图；
图3为图1所示的分注管柱中插管的结构示意图；
图4为图1所示的分注管柱中预置工作筒的结构示意图；
图5为图1所示的分注管柱中第一封隔器的结构示意图；
图6为图1所示的分注管柱中单向阀的结构示意图；
图7为图1所示的分注管柱中井下开关器关闭状态的结构示意图；
图8为图1所示的分注管柱中井下开关器开启状态的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明的分注管柱的具体实施例，如图1至图8所示，一种分注管柱，包括外管及位于外管内的内管，内管和外管之间形成用于向上部地层注水的环腔，其中外管包括由上至下依次布置的大管柱40、第一封隔器60、单向阀70、第二封隔器80、井下开关器10及丝堵90，内管包括由上至下依次布置的预置工作筒30、小管柱50和插管20，井下开关器10上设有底部注水通道及活动阀芯6，插管20上设有驱动件203，驱动件203与井下开关器10内的活动阀芯6顶推配合以控制底部注水通道的通断，从而实现内外管与地层的连通或封隔。
井下开关器10包括用于与大管柱40下端的螺纹段螺接的开关上接头1，开关上接头1的下端连接有同心设置的双管结构，开关上接头1的下部分别设有内螺纹段和外螺纹段，外螺纹段上螺接有相对位于外部的筒体2，即外筒，筒体2上设有多个外孔21，外孔21即为筒体2上用于将筒体内腔与外部空间连通的导流孔，筒体2的下端螺接有用于安装丝堵30的开关下接头3。
开关上接头1的内螺纹段上螺接有中部为通孔的内连接筒4，内连接筒4的内侧壁上沿上下方向间隔设有两个内密封件41，内密封件41为将底部注水通道与环腔隔开的密封结构，内密封件41为纵截面呈T型的密封圈，具体来讲，内侧壁上开有用于插接密封圈的T型头部的卡槽，密封圈的上、下两侧分别设有用于配合压紧密封圈的卡环，这样就保证密封圈牢靠的卡接在内侧壁上，不会因插管20的反复插装出现脱落。内连接筒4的下端设有外螺纹段，外螺纹段上螺接有阀套5，阀套5即内筒，内连接筒4与开关上接头1的配合面上、与阀套5的配合面上均沿上下方向间隔设有两个O型密封圈7。
内连接筒4的下端套装有活动阀芯6，两者通过第一剪切销钉62固定，活动阀芯6位于阀套5内并与阀套5滑动密封配合，内连接筒4的下端设有挡止面朝下的上挡止结构42，上挡止结构42将上行的活动阀芯挡止在上极限位，防止活动阀芯过度上行，活动阀芯6的上部设有用于与插管20上的驱动件203挡止配合的下挡止台阶，下挡止台阶具有倾斜向下延伸的朝上的下挡止面，活动阀芯6的中部设有用于与驱动件203上的凸起204卡接配合的凹槽63，驱动件203上的凸起204卡接在凹槽63内并推动活动阀芯6向下滑动。活动阀芯6的外侧于通流孔58的上下方分别间隔设有两个外密封件61，外密封件61也为纵截面呈T型的密封圈，其安装方式与内连接筒4上的内密封件41的安装方式相同，在此不再赘述。
内连接筒4下端的外螺纹段上螺接有具有内腔的阀套5，活动阀芯6位于阀套5的内腔并可沿阀套5在上下方向滑动，定义活动阀芯6处于最上方的位置为上极限位，最下方的位置为下极限位，阀套5上间隔设有多个通流孔58，通流孔58即为阀套5上用于使阀套内腔与外部通道连通并使流体通过的导流孔，外孔21、通流孔58、阀套5与筒体2之间的管腔构成底部注水通道，阀套5的下端螺接有球座53，球座53与阀套5的配合面上设有O型密封圈7，阀套5内于活动阀芯6与球座53之间设有复位弹簧51，活动阀芯6的下端面与球座53的上端面配合顶压复位弹簧51，阀套5于通流孔的下方设有使活动阀芯6处于下极限位的挡止面朝上的下挡止结构52，下挡止结构52的挡止面倾斜向下延伸。
球座53的下端设有内螺纹段，内螺纹段上螺接有用于防止钢球55在移动的过程中发生严重偏移的扶正套54，扶正套54的下端设有用于滑动插装推杆57的安装孔，推杆57与扶正套54之间沿上下方向装有预紧弹簧56，预紧弹簧56给推杆57提供向上的支撑力，扶正套54上于安装孔的旁侧设有用于传递压力的传压孔540。当地层压力大于井下开关器内的压力时，在地层压力的作用下钢球55坐封在球座53上形成活动密封结构，此时阀套5内腔的下端封闭，地层压力无法传到井口。当驱动件20推动活动阀芯6向下滑动时，活动阀芯6压缩复位弹簧51，钢球55形成的活动密封结构可以使阀套5的内腔不会形成死腔，保证驱动件20顺利插入下推。
插管20包括用于与小管柱50连接的插管上接头201，插管上接头201的下端螺纹连接有具有内腔的连接管202，连接管202具有与内密封件41密封配合的配合段，连接管202上设有多个用于使其内腔与外部连通以使流体通过的内部注水通道208，连接管202上于内部注水通道208的上方通过第二剪切销钉206安装有用于密封内腔的堵头205，为防止堵头205过度上行，在连接管上设有相应的挡止面朝下的挡止台阶209，堵头205与连接管202的配合面上沿上下方向间隔设有两个O型密封圈7。
连接管202的下端一体设置有用于顶推活动阀芯6向下滑动的驱动件203，驱动件203为沿连接管202的周向间隔分布的多个弹性臂，弹性臂可使驱动件203在受到井下开关器10施加的径向力上沿径向伸缩。各弹性臂的下端设有用于与活动阀芯6上的凹槽63卡接配合的向外延伸的凸起204，驱动件203上于凸起的上方设有用于与活动阀芯6上的下挡止台阶挡止配合的上挡止台阶207，上挡止台阶207具有倾斜向下延伸的朝下的上挡止面。
外管中的第一封隔器60和第二封隔器80均为具有三级坐封机构的可反洗封隔器，单向阀70为只允许环腔内的流体由内向外流动的单向阀。
井下作业需要下管柱时，井下开关器10通过其开关上接头1与上部的大管柱40螺接，通过其下端的开关下接头3安装丝堵90，在下井的过程中，阀套5下端的钢球55在地层压力的作用下坐封在球座53上，使外管整体处于密封状态，地层压力无法传至井口，实现不压井下管柱。当井下开关器10下到指定位置时，将插管20的上部螺接到小管柱50下端后再下放小管柱，当小管柱50下至设定位置时，插管20沿上下方向插入井下开关器10的内腔，直至插管20下端的凸起204卡接到活动阀芯6的凹槽63内，继续下放管柱，在下压力的作用下剪断第一剪切销钉62，驱动件203通过凸起204推动活动阀芯6向下滑动，使井下开关器10的内腔通过阀套5上的通流孔58与地层连通，底部注水通道打开。之后，通过小管柱加压，堵头205受压剪断第二剪切销钉206，堵头205下行，插管20的内腔通过连接管202上设有的内部注水通道208、底部注水通道与地层连通。小管柱50的内腔、插管20的内腔、内部注水通道208、通流孔58及外孔21形成向底部地层注水的第一注入通道，大管柱40与小管柱50之间的环腔、单向阀70形成向中部地层注水的第二注入通道，大管柱40与外部套管100之间的油套环空形成向上部地层注水的第三注入通道。
洗井时，通过大管柱40与其外部套管100之间的油套环空打压，液体沿井下开关器的外孔21、阀套的通流孔58及插管上的内部注水通道208进入小管柱，之后沿小管柱返回地面。
起管柱时，向预置工作筒30的内腔投入堵塞器31密封小管柱50，使地层压力无法传至井口，之后上提小管柱50，连接管202在小管柱50的带动下上行，驱动件203带动活动阀芯6上行，当活动阀芯6与内连接筒2顶紧时，通过施加一定的上提力，驱动件203下端的弹性臂内收，凸起204退出活动阀芯的凹槽63，井下开关器10关闭，同时复位弹簧51顶紧活动阀芯6防止活动阀芯6下行从而保证内管内腔与地层封隔，内外管之间的环腔通过井下开关器上设有的相应的密封件与地层封隔，地层压力无法传至井口，上提小管柱50直至井口，之后上提大管柱40，实现不压井起管柱。
本实施例中，活动阀芯与驱动件通过凹槽和凸起实现卡接配合，在其他实施例中，也可以采用其他方式，如直接顶压配合。
本实施例中，在活动阀芯下方设有提供向上的复位力的复位弹簧，在其他实施例中，也可以不设置。
本实施例中，内密封件和外密封件均为纵截面呈T型的密封圈，在其他实施例中，也可以是O型密封圈。
本实施例中，在阀套下方设置球座和钢球形成活动密封结构，在其他实施例中，也可以直接封闭。
本实施例中，在大管柱上安装了第一封隔器和第二封隔器，在其他实施例中，也可以不设置。
本实施例中，第一封隔器和第二封隔器均为可反洗封隔器，在其他实施例中，也可以是其他类型的封隔器。
Claims (10)
1.一种分注管柱，包括外管及位于外管内的内管，内管和外管之间形成用于向上部地层注水的环腔，其特征在于：所述外管上设有底部注水通道，内管和外管之间设有将底部注水通道与所述环腔隔开的密封结构，外管上于底部注水通道处活动装配有用于控制底部注水通道通断的活动阀芯，所述内管上设有用于在其下入外管时驱动所述活动阀芯动作以控制底部注水通道打开的驱动件，内管具有用于在底部注水通道打开时将内管内腔与底部注水通道连通的内部注水通道。
2.根据权利要求1所述的分注管柱，其特征在于：所述外管包括大管柱及可拆装配在所述大管柱下部的井下开关器，该井下开关器上设有所述的底部注水通道及活动阀芯。
3.根据权利要求2所述的分注管柱，其特征在于：所述井下开关器包括用于与大管柱连接的开关上接头，开关上接头的下端连接有沿上下方向延伸的管状结构，管状结构内设有所述的底部注水通道和活动阀芯，管状结构具有可引导活动阀芯上下动作的导向结构。
4.根据权利要求3所述的分注管柱，其特征在于：所述管状结构包括同心设置的内筒和外筒，内筒中活动装配有所述的活动阀芯，内筒和外筒上分别设有相应的导流孔，导流孔以及内、外筒之间的管腔形成所述的底部注水通道。
5.根据权利要求4所述的分注管柱，其特征在于：所述管状结构内设有用于使处在开启状态的活动阀芯强制复位以关闭底部注水通道的复位弹性件。
6.根据权利要求3所述的分注管柱，其特征在于：所述活动阀芯通过剪切销钉装配于所述的管状结构内。
7.根据权利要求6所述的分注管柱，其特征在于：所述管状结构包括同心设置的内筒和外筒，内筒和外筒上分别设有相应的导流孔，导流孔以及内、外筒之间的管腔形成所述的底部注水通道，所述活动阀芯通过剪切销钉装配于内筒中，活动阀芯上设有用于与所述驱动件沿上下方向顶推配合以冲断剪切销钉的顶推台阶。
8.根据权利要求7所述的分注管柱，其特征在于：所述内筒包括用于与所述开关上接头连接的内连接筒及位于内连接筒下端的阀套，所述活动阀芯通过剪切销钉装配于内连接筒上，所述内筒上的导流孔设置在所述阀套上。
9.根据权利要求8所述的分注管柱，其特征在于：所述内连接筒的内壁上设有卡槽，卡槽内装配有所述的密封结构。
10.根据权利要求9所述的分注管柱，其特征在于：所述密封结构为纵截面呈T型的密封圈，内连接筒上于密封圈的上下侧对应设有用于配合压紧密封圈的卡环。
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