CN109751011B - 一种热洗清蜡封隔器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种热洗清蜡封隔器,包括沿上下设置在中心管外的压缩胶筒和扩张胶筒,压缩胶筒在油管内液体压力升高时实现坐封,并设有保持结构使其保持在坐封状态,扩张胶筒在洗井液注入环空中后实现坐封,可以在压缩胶筒坐封后再向环空中注入洗井液进行洗井作业,洗井液不会进入油层中,保护了油层,同时双坐封可以保证坐封效果更加可靠。另外本发明中独特的环腔设计和解锁结构使得洗井液进入环腔中后即可使保持结构解锁,一旦洗井液停止注入,压缩胶筒和扩张胶筒就会自动回弹,即洗井完成后封隔器可实现自动解封,不需要上提抽油管柱等额外操作,在完成洗井的同时保证了油井的正常生产不中断,同时本发明的热洗清蜡封隔器还可以在井下重复使用。

Description

一种热洗清蜡封隔器
本申请为下述申请的分案申请,原申请的申请日:2016年9月6日,原申请的申请号:201610802750X,原申请的发明名称:一种封隔器。
技术领域
本发明涉及一种热洗清蜡封隔器。
背景技术
油井结蜡是油田开发过程中存在已久的问题,当原油从地下抽到地面时,由于溶解气体的逸出和膨胀而使原油温度逐渐降低,蜡就从原油中按分子量的大小顺序结晶析出,并继而沉积在油管内壁上,致使井筒变窄,油井产量降低,严重时还会堵塞油管造成油井停产。热洗清蜡技术是利用加热后的流体物质,如水或油等,通过热流体在井筒中的循环传热给井筒流体,提高井筒流体的温度,使得蜡沉积熔化后在溶于原油中,从而达到清蜡的目的。
在进行热洗清蜡作业时,为了防止热洗液直接注入油层中造成油层污染,需要在油管中连入封隔器,用于将油套环空封死。授权公告号为CN203188969U,授权公告日为2013.09.11的中国实用新型专利就公开了一种热洗清蜡封隔器,包括中心管,中心管的上部外周设有上液压缸,上液压缸下方设置有胶筒座和锁套,中心管的中部外周于胶筒座和锁套的下方设置有若干胶筒,中心管的下部外周与下接头之间设置有上、下平衡缸,上平衡缸体上侧支撑最下端胶筒,下平衡缸体下侧与下接头外周之间螺纹连接有解封套,解封套与下接头外周设有解封螺钉。
使用时,封隔器上接头的上侧依次连接洗井阀和抽油管柱,下接头下端连接有单向阀、筛管和丝堵等,在井上连接好后与抽油管一同下入井下设定位置。该热洗清蜡封隔器的工作原理是:中心管内加压后,加压液体进入上液压缸中,上液压缸上的坐封销钉被剪断,上液压缸下行并推动胶筒座和锁套向下移动,胶筒被纵向压缩、径向胀大直至将套管与油管的环形空间与油层分隔并密封,当中心管内压力达到设定值时,锁套与中心管外壁的倒齿互锁卡死。在这个过程中,上平衡缸和下平衡缸将胶筒下侧和解封套的压力平衡掉,防止解封螺钉提前剪断解封。反循环热洗清蜡时,热洗液通过洗井阀的洗井通道进入抽油泵,从抽油管柱返回到地面,洗井过程中,封隔器不会自行解封,从而实现热洗清蜡作业;当需要封隔器解封时,通过向上提起抽油管柱使解封螺钉剪断,解封套与下接头分离,胶筒推动上平衡缸和下平衡缸向下运动,使胶筒纵向伸长、径向收缩从而解除油套环空的密封,实现解封。
这种封隔器虽然实现了油套环空与油层的分隔,防止了洗井液污染地下油层,但是若应用在边抽油、边热洗清蜡的场合时,由于须上提管柱实现封隔器解封,因此就会对抽油作业造成影响,造成正常生产的中断。且上提管柱的操作比较复杂,需要有相应的人力和物力投入。另外,这种封隔器的使用具有一次性,坐封销钉和解封螺钉一旦被剪断,就无法再恢复,也就是说,这种封隔器只能实现一次坐封和解封,若后续随着生产的进行,油管中再次出现结蜡段时,还需要将管柱起出,重新更换坐封销钉和解封螺钉或者重新更换封隔器,封隔器不能在井下重复使用,给实际应用带来不便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热洗清蜡封隔器,以解决现有技术中封隔器在上提管柱解封时影响正常抽油作业的问题。
为了解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
一种热洗清蜡封隔器,包括沿上下方向延伸的中心管,中心管外沿上下设置有胶筒座和压缩胶筒,热洗清蜡封隔器上设置有在油管内液体压力升高时使压缩胶筒被压缩以实现坐封的坐封结构,热洗清蜡封隔器上还设置有在压缩胶筒实现坐封后使其保持坐封状态的保持结构,所述保持结构包括位于中心管外的与坐封结构相连的锁套以及设置在中心管外周的锁环,锁套和锁环上分别设置有牙尖朝上和牙尖朝下的以实现互锁卡死的锁牙,锁套的下端与所述胶筒座相连,锁套、中心管、胶筒座以及坐封结构之间形成环腔,所述锁环位于环腔中,锁套上开设有供油套环空中的洗井液进入环腔中的洗井液进液口,热洗清蜡封隔器还包括在洗井液由油套环空通过洗井液进液口进入环腔中后实现锁套和锁环解锁的解锁结构。
所述解锁结构包括设置于锁环上的用于使锁环可被压缩的间隙以及设置于中心管外的锁环下方的解封活塞,解封活塞位于环腔中,解封活塞和锁环的相对端设置有在解封活塞上行时互相配合以使锁环被压缩的锥形面,解封活塞具有在洗井液由油套环空通过洗井液进液口进入环腔中后上行以使锁环和锁套实现解锁的解锁位。
所述环腔中于锁环的上方设置有弹簧,锁环上具有用于对弹簧进行支撑的支撑面。
所述坐封结构包括设置在中心管上的上部进液孔以及设置于中心管外于上部进液孔对应处的上坐封活塞,所述锁套的上端与上坐封活塞相连,所述上坐封活塞具有在抽油泵正常生产时油液从上部进液孔进入后使压缩胶筒不被压缩的平衡位、以及在油管内液体压力升高时打破平衡并对压缩胶筒施压以实现坐封的坐封位。
所述坐封结构还包括设置在中心管上的下部进液孔以及设置于中心管外于下部进液孔对应处的下坐封活塞,所述下坐封活塞具有在抽油泵正常生产时油液从下部进液孔进入后使上坐封活塞保持在所述平衡位的保持位。
下坐封活塞的上部与胶筒座固定连接,下坐封活塞与中心管之间设置有洗井液腔,洗井液腔与所述环腔连通,所述压缩胶筒的下部、下坐封活塞的外部设置有扩张胶筒,扩张胶筒与下坐封活塞之间设置有扩张腔,下坐封活塞上开设有连通洗井液腔和扩张腔的第一通过口。
下坐封活塞上还开设有一个与洗井液腔连通的第二通过口,热洗清蜡封隔器的下部设置有在封隔器坐封时与第二通过口错开、在封隔器解封时与第二通过口对中以实现压缩胶筒和扩张胶筒快速回弹的通孔。
本发明的有益效果在于:锁套上开设有供油套环空中的洗井液进入环腔中的洗井液进液口,热洗清蜡封隔器还包括在洗井液由油套环空通过洗井液进液口进入环腔中后实现锁套和锁环解锁的解锁结构,使用时,热洗清蜡封隔器依靠油管内液体压力的升高实现坐封,洗井时,油套环空中注入高压洗井液,洗井液就可以通过洗井液进液口进入环腔中,从而使解锁结构实现锁套和锁环的解锁。由于环腔是在锁套、中心管、胶筒座以及坐封结构之间形成的,因此环腔中的洗井液会对四周产生压力,一方面由于锁套和锁环已经解锁,那么在洗井液的压力作用下,坐封结构就会恢复到未坐封之前的状态,从而为压缩胶筒的解封做好准备;另一方面,胶筒座在洗井液的压力作用下,继续对压缩胶筒施压,从而可以使压缩胶筒保持坐封状态。这样也就意味着,一旦洗井液停止注入,环腔中没有了压力,压缩胶筒就会自动回弹,这样就可以在洗井完成后,停止注入洗井液,封隔器就能自动解封,不需要进行上提抽油管柱等额外的操作,因此,在完成洗井的同时保证了油井的正常生产不中断。
附图说明
图1为本发明中热洗清蜡封隔器的使用原理图;
图2为本发明中热洗清蜡封隔器的结构图。
图中:1.上接头;2.上坐封活塞;3.中心管;4.弹簧;5.锁套;6.锁环;7.洗井液进液口;8.解封活塞;9.连通口;10.胶筒座;11.压缩胶筒;12.扩张胶筒;13.下坐封活塞;14.下接头;15.上部进液孔;16.中部进液孔;17.下部进液孔;18.油套环空;19.油管;20.洗井开关;21.封隔器;22.套管;23.抽油泵;24.筛管;25.丝堵;26.结蜡段;27.油层;28.第一通过口;29间隙;30.内锥面;31.外锥面;32.第二通过口;33.通孔。
具体实施方式
本发明中热洗清蜡封隔器的实施例如图1~图2所示,该热洗清蜡封隔器是一种热洗清蜡作业时用于封隔油套环空与油层的封隔器21,使用时,封隔器21连接在油管19的结蜡段26下方,封隔器21的上端连接有洗井开关20,油管19的底部连接有抽油泵23,抽油泵23的底部顺序连接有筛管24和丝堵25。
封隔器21包括沿上下方向延伸的中心管3,封隔器上设置有在油管19内液体压力升高时实现坐封的坐封结构,在该实施例中,油管19内液体压力升高是通过关小井口生产闸门、提高油管内油液压力的方式实现的,即油管内憋压。所述坐封结构包括设置在中心管3上的上部进液孔15以及设置于中心管3外于上部进液孔15对应处的上坐封活塞2,上坐封活塞2的内径为上大下小的两个不同的直径,两个直径内各装有两个密封圈,上坐封活塞2与中心管3之间形成有活塞腔一,所述上部进液孔15位于上下密封圈之间并与活塞腔一连通。锁套5的上端与上坐封活塞2固定连接,锁套5的下方设置有胶筒座10,胶筒座10呈L型,L型胶筒座10的竖直边位于锁套5的内侧,其水平边与锁套5挡止配合,用于限制锁套5向下移动的移动极限,锁套5、中心管3、上坐封活塞2以及胶筒座10构成环腔。
胶筒座10的下方设置有压缩胶筒11,所述上坐封活塞2具有在抽油泵正常生产时油液从上部进液孔15进入活塞腔一后使压缩胶筒11不被压缩的平衡位、以及在油管内憋压时打破平衡并对压缩胶筒11施压以实现坐封的坐封位。所述坐封结构还包括设置在中心管3上的下部进液孔17以及设置于中心管3外于下部进液孔17对应处的下坐封活塞13,下坐封活塞13为一长度较长的圆套体,其上端与胶筒座10的竖直边螺纹连接,其下端位于下部进液孔17的上部,且在下端的内圆面上设置有密封圈,与下部进液孔17的上面形成密封。中心管3外于下部进液孔17的下部螺纹连接有下接头14,下坐封活塞13与下接头14之间形成有活塞腔二,下部进液孔17与活塞腔二连通,所述下坐封活塞13具有在抽油泵正常生产时油液从下部进液孔17进入活塞腔二后使上坐封活塞2保持在所述平衡位的保持位。中心管3的上端螺纹连接有上接头1,封隔器通过上接头1和下接头14串设在油管中。
封隔器还包括在压缩胶筒11实现坐封后使其保持在坐封状态的保持结构,所述保持结构包括锁套5以及固定设置在中心管外周的锁环6,锁环6位于环腔中,锁套5和锁环6上分别设置有牙尖朝上和牙尖朝下的以实现互锁卡死的锁牙。所述环腔中于锁环6的上方设置有弹簧4,锁环6上具有用于对弹簧4进行支撑的支撑面,该支撑面即为锁环6的上端面,弹簧4在装配后使其下端顶在锁环6的支撑面上并处于预压缩状态。
锁套5上开设有供油套环空中的洗井液进入环腔中的洗井液进液口7,封隔器还包括在洗井液由油套环空通过洗井液进液口7进入环腔中后实现锁套5和锁环6解锁的解锁结构。所述解锁结构包括设置于锁环6上的用于使锁环6可被压缩的间隙29以及设置于中心管3外的位于锁环6下方的解封活塞8,解封活塞8位于环腔中,解封活塞8具有在洗井液由油套环空通过洗井液进液口7进入环腔中后上行以使锁环6和锁套5实现解锁的解锁位。解封活塞8和锁环6的相对端分别设置有在解封活塞8上行时互相配合以使锁环6被压缩的内锥面30和外锥面31,当间隙29被压缩后,锁环6的外径变小,锁套5和锁环6之间的锁牙解除卡死,从而实现解锁。解封活塞8的内径为上大下小的两个不同的直径,解封活塞8与中心管3之间形成有活塞腔三,解封活塞8与中心管3的上下贴合面上均设置有密封圈,中心管3上开设有与活塞腔三连通的位于上下密封圈之间的中部进液孔16。
下坐封活塞13与中心管3之间设置有洗井液腔,洗井液腔与所述环腔连通,下坐封活塞13的上端设置有连通口9,所述压缩胶筒11的下部、下坐封活塞13的外部设置有扩张胶筒12,扩张胶筒12与下坐封活塞13之间设置有扩张腔,下坐封活塞13上开设有连通洗井液腔和扩张腔的第一通过口28。
本发明中热洗清蜡封隔器的工作原理是:正常生产时,抽油泵23工作,油管内液体通过封隔器的上部进液孔15进入活塞腔一中,油液对上坐封活塞2施加向下的作用力,上坐封活塞2带动锁套5有向下运动的趋势,同时,油管内液体通过封隔器的下部进液孔17进入活塞腔二中,油液对下坐封活塞13施加向上的作用力。在这个过程中,上坐封活塞2所受的向下的作用力等于下坐封活塞13所受的向上的作用力加上弹簧4向上的弹力之和,因此上坐封活塞2处于平衡位、下坐封活塞13处于保持位,压缩胶筒11未被压缩,即封隔器处于解封状态。此时油管19和套管22之间的油套环空18与油层27是连通的,可以进行正常测液面等工艺。
当生产一段时间,由于受温度等因素的影响,油管19的内壁上会形成结蜡段26,根据实际生产发现,该结蜡段26一般形成在800米井深处以上,因此将热洗清蜡封隔器随油管柱一起下入井中,封隔器直接连接在油管的结蜡段下方。结蜡段26形成后将会影响油井的产量,此时需要进行热洗清蜡的作业,首先关小井口生产闸门,提高油管内油液压力,实现油管内憋压,这时油液作用在上坐封活塞2上向下的作用力将会大于作用在下坐封活塞13上向上的作用力加上弹簧4向上的弹力之和,上坐封活塞2将会推动锁套5向下运动。锁套5的下端顶在胶筒座10的水平边上,当锁套5继续向下运动时,压缩胶筒11被压缩,封隔器处于坐封状态,从而封隔油套环空18。当锁套5向下运动到一定程度时,锁套5和锁环6上的锁牙相互卡扣,实现锁死,从而防止下一步油管内压力卸掉后压缩胶筒11回弹,使封隔器保持在坐封状态。同时在这个过程中,油液从中部进液孔16进入活塞腔三中,并推动解封活塞8下行,解封活塞8与锁环6保持一定的距离,防止解封活塞8压缩锁环6使锁套5和锁环6解锁。
压缩胶筒11坐封好以后,打开井口生产闸门,保持正常生产。然后向油套环空18中注入热洗液即洗井液,在打开洗井开关20使洗井液进入油管的结蜡段26之前,洗井液会首先通过封隔器上的洗井液进液口7进入环腔中,高压洗井液进入环腔中以后对胶筒座10施加向下的作用力,使压缩胶筒11继续保持坐封状态,并使下坐封活塞13保持在下死点位置不动。同时,洗井液通过连通口9进入洗井液腔中,洗井液腔中的洗井液又利用第一通过口28进入扩张腔中,在洗井液的压力作用下,扩张胶筒12扩张并实现了坐封,从而实现了封隔器的双重坐封,进一步加强了油套环空的隔离,防止洗井液污染油层。同时在这个过程中,环腔中的洗井液还作用在解封活塞8上并使解封活塞8上行,当解封活塞8的内锥面30与锁环6的外锥面31配合后,在解封活塞8的作用下,锁环6上的间隙29被压缩,锁环6的外径变小,锁套5和锁环6之间的锁牙解除卡死,锁套5和锁环6实现解锁。同时,洗井液还到达环腔中的上部,并对上坐封活塞2施加向上的作用力,当锁套5和锁环6解锁后,在弹簧4和洗井液压力的双重作用下,上坐封活塞2带动锁套5上行,最终上坐封活塞2、锁套5、锁环6以及弹簧4均恢复到原来的位置,为下步洗井压力卸掉后压缩胶筒11和扩张胶筒12解封做好准备。
在压缩胶筒11和扩张胶筒12实现双坐封以后,打开封隔器上部的洗井开关20,此时洗井液通过洗井开关20进入油管19的结蜡段26中,从而进行热洗清蜡的作业。由于洗井液直接进入结蜡段,相比将封隔器连在油管底部时,洗井液不用通过长长的管道才能到达结蜡段,因此热损失很少,热能被充分利用,提高了热洗清蜡的效果,且所用洗井液量少、热洗清蜡效率高。同时封隔器依靠油管内憋压提前实现了坐封,当洗井液注入油套环空时,不会有任何洗井液进入油层中,实现了零污染,保护了油层。
当热洗清蜡完成后,停止注入洗井液,这时作用在胶筒座10和下坐封活塞13上部的压力消失,而作用在下坐封活塞13下部的油管内压力大于油套环空内的压力,下坐封活塞13将推动胶筒座10上行,从而释放压缩胶筒11和扩张胶筒12实现自动解封,油套环空又恢复到洗井前的与油层连通状态。在这个过程中,为了便于压缩胶筒11和扩张胶筒12快速回弹,在下坐封活塞13的下部还设置有一个与洗井液腔连通的第二通过口32,并在封隔器的下部设置有与第二通过口32连通的通孔33,当封隔器处于坐封状态时,由于下坐封活塞13下行,第二通过口32和通孔33是错开的,当洗井液停止注入封隔器要解封时,下坐封活塞13上行,第二通过口32和通孔33刚好对中,因此洗井液腔中的一部分洗井液还可以从第二通过口32和通孔33排出封隔器,从而使封隔器内上下压力快速恢复平衡,实现压缩胶筒11和扩张胶筒12快速回弹。
在整个注入洗井液进行热洗清蜡的过程中,不管是进一步坐封扩张胶筒12,还是压缩胶筒11和扩张胶筒12同时解封,抽油泵23始终保持正常生产,不会对抽油作业造成影响。也就是说,当热洗清蜡作业完成后,洗井液一旦停止注入,压缩胶筒11和扩张胶筒12就会同时自动解封,不需要进行上提抽油管柱等额外的操作,因此,在完成热洗清蜡的同时保证了油井的正常生产不中断。且这种解封方式更加方便快捷,反应灵敏,不需要人力和物力投入,解封时间短。
另外,封隔器坐封之前的平衡状态即上坐封活塞的平衡位是由下坐封活塞辅助实现的,在油管内液体压力升高时,上坐封活塞才下行对压缩胶筒施压,上、下坐封活塞与中心管之间均未设置剪断销钉。当洗井液从油套环空进入环腔中后,解封活塞上行靠压缩锁环的方式使锁环和锁套解锁,随后上坐封活塞、锁套、锁环以及弹簧均恢复到原来的状态,因此当洗井液停止注入,压缩胶筒和扩张胶筒回弹后,封隔器完全恢复到油管内未憋压前的状态,也就是说,封隔器可以重复使用,这样当后期随着生产的进行,油管中再次出现结蜡段时,直接按照以上步骤重复操作即可,不需要将管柱起出更换部件,大大方便了抽油管柱以及封隔器的应用。
当然,本实施例中热洗清蜡封隔器的结构同样也可以应用在反循环洗井的场合,同样可以达到洗井液停止注入即可自动解封的效果。
在热洗清蜡封隔器的其他实施例中:油管内液体压力升高也可以通过向油管内打压的方式实现;环腔中可以不设置弹簧,上坐封活塞处于平衡位时,油液对上坐封活塞向下的作用力等于对下坐封活塞向上的作用力;下坐封活塞上可以不设置第二通过口,而只有一个第一通过口;下坐封活塞的外部可以不设置扩张胶筒,封隔器只依靠压缩胶筒实现坐封,此时也无需再设置热洗液腔,只有一个环腔即可;坐封结构可以不包括下部进液孔以及下坐封活塞,这时可以在上坐封活塞与中心管之间设置剪断销钉,当抽油泵正常生产时,进入活塞腔一中的油液不足以使剪断销钉剪断,上坐封活塞处于平衡位不会下行,当油管内液体压力升高时,剪断销钉被剪断,平衡被打破,上坐封活塞下行对压缩胶筒施压以实现坐封,此时上坐封活塞处于坐封位;解锁结构可以不包括解封活塞,解锁结构可以是设置在锁环与中心管之间的剪断销钉,当锁套与锁环锁死时,压缩胶筒的回弹力不足以使剪断销钉剪断,从而可以使压缩胶筒保持坐封状态,当高压洗井液进入环腔中以后,洗井液对锁环向上的作用力使剪断销钉被剪断,锁套与锁环解锁。

Claims (3)

1.一种热洗清蜡封隔器,包括沿上下方向延伸的中心管,中心管外沿上下设置有胶筒座和压缩胶筒,热洗清蜡封隔器上设置有在油管内液体压力升高时使压缩胶筒被压缩以实现坐封的坐封结构,热洗清蜡封隔器上还设置有在压缩胶筒实现坐封后使其保持坐封状态的保持结构,其特征在于:所述保持结构包括位于中心管外的锁套以及设置在中心管外周的锁环,锁套和锁环上分别设置有牙尖朝上和牙尖朝下的以实现互锁卡死的锁牙,锁套的下端与所述胶筒座相连,锁套、中心管、胶筒座以及坐封结构之间形成环腔,所述锁环位于环腔中,锁套上开设有供油套环空中的洗井液进入环腔中的洗井液进液口,热洗清蜡封隔器还包括在洗井液由油套环空通过洗井液进液口进入环腔中后实现锁套和锁环解锁的解锁结构,所述坐封结构包括设置在中心管上的上部进液孔以及设置于中心管外于上部进液孔对应处的上坐封活塞,所述锁套的上端与上坐封活塞相连,所述上坐封活塞具有在抽油泵正常生产时油液从上部进液孔进入后使压缩胶筒不被压缩的平衡位、以及在油管内液体压力升高时打破平衡并对压缩胶筒施压以实现坐封的坐封位,所述坐封结构还包括设置在中心管上的下部进液孔以及设置于中心管外于下部进液孔对应处的下坐封活塞,所述下坐封活塞具有在抽油泵正常生产时油液从下部进液孔进入后使上坐封活塞保持在所述平衡位的保持位,下坐封活塞的上部与胶筒座固定连接,下坐封活塞与中心管之间设置有洗井液腔,洗井液腔与所述环腔连通,所述压缩胶筒的下部、下坐封活塞的外部设置有扩张胶筒,扩张胶筒与下坐封活塞之间设置有扩张腔,下坐封活塞上开设有连通洗井液腔和扩张腔的第一通过口。
2.根据权利要求1所述的热洗清蜡封隔器,其特征在于:所述环腔中于锁环的上方设置有弹簧,锁环上具有用于对弹簧进行支撑的支撑面。
3.根据权利要求1所述的热洗清蜡封隔器,其特征在于:下坐封活塞上还开设有一个与洗井液腔连通的第二通过口,热洗清蜡封隔器的下部设置有在封隔器坐封时与第二通过口错开、在封隔器解封时与第二通过口对中以实现压缩胶筒和扩张胶筒快速回弹的通孔。
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