CN110173234A - 一种自扩式自动泄油装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于油田采油井下工具领域，尤其涉及一种自扩式自动泄油装置，包括上接头、中心管、下接头、外中心管、剪钉、上外套、弹性阻尼环组件、卡簧载体、卡簧和下外套，所述的中心管上端与上接头螺纹连接，螺纹连接处下方的中心管侧壁及该处所对应的上接头侧壁上开有泄油孔，所述的外中心管套装在中心管外部并与中心管之间留有用于过液的环腔，称之为过液通道，外中心管上端套装在上接头上并将泄油孔封堵住，外中心管通过剪钉与上接头连接，所述的上外套套装在外中心管外部并与外中心管之间留有环腔。本发明解决了常规泄油器需要打压、反复提放管柱、投重物等繁琐工序，本发明随管柱联动就能实现自动泄油，极大的提高了作业效率。
Description
技术领域
本发明属于油田采油井下工具领域，尤其涉及一种自扩式自动泄油装置。
背景技术
随着国家减排降耗、节能环保力度的深入展开，国内一些石油钻采工具的性能日趋落后时代要求，其中在起出管柱作业过程中用于泄油作用的泄油器最具代表性。目前各类常规泄油器普遍存在以下问题：1.泄油启动过程较复杂，需要加压车加压、投放重物碰撞、反复提放管柱等操作，人为造成井下落物。2.泄油启动部件多为碳钢材质，用在含蜡、结垢的油井、特别是聚合物驱油的油井时，易粘连、锈蚀、结垢，使滑动部件动作不畅或卡滞，造成卡井或无法泄油。若无法泄油，既增加人工清场的工作量，也对现场环境造成污染，同时也加大了作业周期和难度，增加了施工成本。
发明内容
为解决背景技术中问题，本发明提供一种自扩式自动泄油装置，本发明的泄油过程不需加压，不需投重物、不需反复提放，免去繁琐工序，极大的提高了作业效率，同时具有反洗井功能，满足油田反洗井作业和测液的需求。
本发明提供的技术方案是：一种自扩式自动泄油装置，包括上接头、中心管、下接头、外中心管、剪钉、上外套、弹性阻尼环组件、卡簧载体、卡簧和下外套，所述的中心管上端与上接头内侧螺纹连接，螺纹连接处下方的中心管侧壁及该处所对应的上接头侧壁上开有泄油孔，所述的外中心管套装在中心管外部并与中心管之间留有用于过液的环腔，称之为过液通道，外中心管上部内、外侧均为扩径结构，所述的扩径结构套装在上接头上并将泄油孔封堵住，外中心管通过剪钉与上接头连接，所述的上外套套装在外中心管外部并与外中心管之间留有环腔，上外套的上端螺纹连接在上接头上，上外套的下端内径小于外中心管扩径部分的外径，上外套侧壁上开有过液孔一，外中心管侧壁开有过液孔二，过液孔二将过液孔一和过液通道连通，所述的卡簧载体套装在外中心管下部，卡簧载体可相对外中心管轴向运动，卡簧设置在卡簧载体内，所述的弹性阻尼环组件套装在外中心管上，弹性阻尼环组件位于上外套和卡簧载体之间，弹性阻尼环组件所对应的外中心管外壁上加工有与所述的卡簧啮合的卡槽，卡簧载体的下端螺纹连接有连接套，连接套侧壁上开有过液孔三，过液孔一、过液孔二、过液通道和过液孔三共同组成洗井通道，所述的下外套套装在连接套外部并通过螺钉连接，下外套下部与中心管之间留有环腔，环腔内的下外套内壁上加工有凸环，凸环上方的环腔内设置有气腔活塞，凸环下方的环腔内设置有液腔活塞，气腔活塞与液腔活塞之间的腔室称为空气腔，液腔活塞下方的腔室称为液压腔，所述的气腔活塞螺纹连接在中心管上，气腔活塞上方的下外套内壁滑动插装有上防垢套，上防垢套连接在气腔活塞外部上端，所述的液腔活塞加工有轴向的通孔，通孔下端加工有扩径段，所述的可溶旋塞安装在扩径段内，中心管下端与下接头内壁螺纹连接，下外套的下端套装在下接头外壁，所述的液压腔内的中心管外壁滑动套装有内防垢套，内防垢套连接在液腔活塞下端，液压腔内的下外套内壁上滑动插装有外防垢套，外防垢套连接在下接头上端，液压腔所对应的中心管侧壁上开有进液孔，下外套下端内侧螺纹连接有可溶挡环，可溶挡环上端面抵在下接头上。
所述的内防垢套内侧、外防垢套外侧、上防垢套外侧均加工有应力槽；所述的可溶旋塞的成分包括：Al-86％，Mg-9.3％，Zn-0.7％，Cu-1.7％,Fe-1.3％，Ga-0.7％，In-0.3％；所述的可溶挡环的成分包括：Al-88％，Mg-5.4％，Mn-2.3％，Ni-1.1％,Fe-1.9％，Ga-0.9％，In-0.4％；所述的上接头与中心管和外中心管之间分别设有密封圈，所述的气腔活塞与下外套和中心管之间分别设有密封圈，所述的液腔活塞与下外套和中心管之间分别设有密封圈，所述的下接头与下外套和中心管之间分别设有密封圈。
本发明的有益效果为：
1.本装置的可溶挡环与套管油液发生反应并在一定时间内溶解，其锁定功能消失，液腔活塞在油液压力作用下压缩空气腔，并带动下外套、内防垢套、卡簧、卡簧载体上行，挤压弹性阻尼环组件，使弹性阻尼环组件径向扩张增大，紧贴套管内壁；同时卡簧与外中心管上的卡槽啮合，保证弹性阻尼环组件始终处于受压扩张状态，实现对套管内壁的持续胀紧功能，实现油管管柱的自动扶正功能。
2.内防垢套与所在位置的中心管外壁以及外防垢套、上防垢套与所在位置的下外套内壁紧密结合，防止油液中聚合物、石蜡和垢在各对应零件表面聚集、生成，保持零件表面光滑；内防垢套内壁、外防垢套外壁、上防垢套外壁均加工有应力槽，在滑动过程中遇阻可破裂，保证液腔活塞和下外套滑动顺畅。
3.本装置由过液孔一、过液孔二、过液通道及过液孔三共同组成洗井通道，满足反洗井作业和测液面需要。
4.本装置与管柱串接下放，随管柱上提自动泄油，不需旋转、不需打压、不需投重物、不需反复提放，极大的简化了作业工序，提高了作业效率，避免了投重物造成的机械故障和无法泄油造成的环境污染。
附图说明
图1是本发明下放时的初始状态结构示意图。
图2是本发明中可溶挡环溶解后液腔活塞向上压缩空气腔的结构示意图。
图3是本发明中可溶旋塞溶解后，空气腔和液压腔连通的结构示意图。
图4是起出管柱作业时，上提管柱，本装置随动上移至套管接箍位置的示意图。
图5是剪钉剪断后，泄油孔漏出的结构示意图。
图中：1-上接头，2-剪钉，3-上外套，4-外中心管，5-中心管，6-弹性阻尼环组件，7-卡槽，8-卡簧，9-卡簧载体，10-连接管，11-螺钉，12-下外套，13-气腔活塞，14-液腔活塞，15-可溶旋塞，16-内防垢套，17-外防垢套，18-下接头，19-可溶挡环，20-泄油孔，21-过液孔一，22-过液孔二，23-过液通道，24-过液孔三，25-空气腔，26-液压腔，27-进液孔，28-套管，29-套管接箍，30-上防垢套。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步描述：
请结合附图1-5，本实施例包括上接头1、中心管5、下接头18、外中心管4、剪钉2、上外套3、弹性阻尼环组件6、卡簧载体9、卡簧8和下外套12。所述的上接头1与油管柱下端相连接，所述的中心管5上端与上接头1内侧螺纹连接，螺纹连接处下方的中心管5侧壁及该处所对应的上接头1侧壁上开有泄油孔20，泄油孔20与中心管5内部相通，中心管5内部又与本装置上方的油管柱内部相通，所以泄油孔20能够泄掉油管柱内的油液。所述的外中心管4套装在中心管5外部并与中心管5之间留有用于过液的环腔，称之为过液通道23，外中心管4上部内、外侧均为扩径结构，外中心管4的扩径结构套装在上接头1上并将泄油孔20封堵住。外中心管4通过剪钉2与上接头1连接，只有在剪钉2被剪断以后，外中心管4相对上接头1下行时，泄油孔20的封堵才能被解除。所述的上外套3套装在外中心管4外部并与外中心管4之间留有环腔，上外套3的上端螺纹连接在上接头1上，上外套3的下端内径小于外中心管4扩径部分的外径，上外套3的下端面能够卡住外中心管4的扩径部分，对其下行进行限位，防止剪钉2剪断后，外中心管4、弹性阻尼环组件6、卡簧载体9等零件落入井下；上外套3与外中心管4之间的环腔的作用之一是使过液孔一21与过液孔二22无论孔位是否对准都能相连通，环腔的第二个作用是当剪钉2被剪断后，外中心管4下行漏出泄油孔20时，泄油孔20与过液孔一21之间得以连通，进而泄掉油管柱内的油。
上外套3侧壁上开有过液孔一21，外中心管4侧壁开有过液孔二22，过液孔二22将过液孔一21和过液通道23连通，所述的卡簧载体9套装在外中心管4下部，卡簧载体9可相对外中心管4轴向运动，卡簧8设置在卡簧载体9内，所述的弹性阻尼环组件6套装在外中心管4上，弹性阻尼环组件6位于上外套3和卡簧载体9之间，因为上外套3螺纹连接在上接头1上，是固定零件，所以当卡簧载体9上行压缩弹性阻尼环组件6时，弹性阻尼环组件6发生了径向膨胀变形。弹性阻尼环组件6可采用聚氨酯、耐油橡胶、耐油橡塑等弹性材质，可单一或多组串联组合使用，也可用相同性能规格的封隔器胶筒替代。弹性阻尼环组件6具有自动回弹特性和可压缩特性，上提管柱时不易卡井。弹性阻尼环组件6所对应的外中心管4外壁上加工有与所述的卡簧8啮合的卡槽7，卡簧载体9对弹性阻尼环组件6施压轴向力，弹性阻尼环组件6被压缩，卡槽7逐渐漏出，卡簧载体9内的卡簧8与卡槽7啮合，卡簧8在卡槽7上只上不下，进而锁定了弹性阻尼环组件6的膨胀。
卡簧载体9的下端螺纹连接有连接套10，连接套10用来连接卡簧载体9和下外套12，连接套10侧壁上开有过液孔三24，过液孔一21、过液孔二22、过液通道23和过液孔三24共同组成洗井通道，当弹性阻尼环组件6膨胀到最大以后，封堵了油套环腔，洗井通道的存在一方面保证套管28内油液通过该通道实现上下流通，另一方便满足反洗井和测液面作业需要。所述的下外套12套装在连接套10外部并通过螺钉11连接，下外套12下部与中心管5之间留有环腔，环腔内的下外套12内壁上加工有凸环，凸环上方的环腔内设置有气腔活塞13，凸环下方的环腔内设置有液腔活塞14，气腔活塞13与液腔活塞14之间的腔室称为空气腔25，液腔活塞14下方的腔室称为液压腔26，所述的气腔活塞13螺纹连接在中心管5上，保证空气腔25的一端是固定不动的，只能从空气腔25的另一端去平衡压差。气腔活塞13上方的下外套12内壁滑动插装有上防垢套30，上防垢套30连接在气腔活塞13外部上端，上防垢套30与下外套12紧密结构并能够相对滑动，防止油液中聚合物、石蜡和垢在下外套12内表面聚集、生成，保持下外套12内表面光滑，降低下外套12滑动不顺畅与气腔活塞13发生卡堵的概率。
所述的液腔活塞14加工有轴向的通孔，通孔能够连通空气腔25和液压腔26，通孔下端加工有扩径段，所述的可溶旋塞15安装在扩径段内，可溶旋塞15的直径大于通孔的直径，可溶旋塞15能够与进入液压腔26内的油液发生反应并最终溶解，通孔的作用是对可溶旋塞15进行限位，避免液压直接将可溶旋塞15压入到空气腔25。
中心管5下端与下接头18内部螺纹连接，下外套12的下端套装在下接头18外部，所述的液压腔26内中心管5外壁滑动套装有内防垢套16，所述的内防垢套16连接在液腔活塞14下端，内防垢套16与中心管5紧密结合并能够相对滑动，防止油液中聚合物、石蜡和垢在中心管5外表面聚集、生成，保持中心管5外表面光滑，降低液腔活塞14滑动不顺畅卡在中心管5上的概率，降低机械故障的发生。
液压腔26内下外套12内壁上滑动插装有外防垢套17，所述的外防垢套17连接在下接头18上端，外防垢套17与下外套12紧密结构并能够相对滑动，防止油液中聚合物、石蜡和垢在下外套12内表面聚集、生成，保持下外套12内表面光滑，降低下外套12滑动不顺畅与下接头18发生卡堵的概率。
内防垢套16内表面、外防垢套17外表面、上防垢套30外表面均加工有应力槽，在滑动过程中遇到较软的蜡垢等能够有效清除，遇到较硬的蜡垢时应力槽可破裂，保证液腔活塞14和下外套12滑动顺畅。
液压腔26所对应的中心管5侧壁上开有进液孔27，进液孔27连通了中心管5内腔与液压腔26，下外套12下端内侧螺纹连接有可溶挡环19，可溶挡环19上端面抵在下接头18上，可溶挡环19限制了下外套12的上行，可溶挡环19强度性能能够满足所有井深的抗拉强度要求，作为一个释放器件，其材质采用了可溶金属，避免了因不同井深设置不同释放器件所带来的隐患和不确定性。
所述的上接头1与中心管5和外中心管4之间分别设有密封圈，防止泄油孔20处任意漏油。
所述的气腔活塞13与下外套12和中心管5之间分别设有密封圈，所述的液腔活塞14与下外套12和中心管5之间分别设有密封圈，两处密封圈使空气腔25形成一个密封腔，防止油液渗入空气腔25，造成液腔活塞14上下两个腔室压差的减小。
所述的下接头18与下外套12和中心管5之间分别设有密封圈，保证了液压腔26不泄压，保证了液压腔26的液压与中心管5内液压相同。
本实施例的工作原理和工作步骤是：
1.本装置中上接头1与油管柱下端相连接，下接头1与抽油泵泵筒上端连接，本装置随同管柱下放到油井设定深度。此时装置沉没于套管28液面下，油管内油液通过进液孔27进入液压腔26，由于可溶挡环19的锁定功能，使装置保持如图1所示的初始结构状态。
2.如图2所示，装置内的可溶挡环19与套管28油液发生反应并在一定时间内溶解，其锁定功能消失，空气腔25使液腔活塞14两侧因油液压力产生压差，推动液腔活塞14上行，压缩空气腔25，并带动下外套12、内防垢套16、卡簧8、卡簧载体9上行，挤压弹性阻尼环组件6，使弹性阻尼环组件6径向扩张增大，紧贴套管28内壁；同时卡簧8与外中心管4上的卡槽7啮合，保证弹性阻尼环组件6始终处于受压扩张状态，实现对套管28内壁的持续胀紧功能，并起到对油管管柱的扶正作用。
3.如图3所示，经过一定时间，可溶旋塞15溶解，空气腔25和液压腔26连通，装置内外压力达到平衡。通过调整可溶挡环19和可溶旋塞15合金的配方，使可溶旋塞15溶解时间长于可溶挡环19的溶解时间，保证只有在可溶挡环19完全溶解后，可溶旋塞15才开始溶解，保证弹性阻尼环组件6扩张充分。经过反复实验，得出了可溶旋塞15和可溶挡环19合金的成分如下：
可溶旋塞15中：Al-86％，Mg-9.3％，Zn-0.7％，Cu-1.7％,Fe-1.3％，Ga-0.7％，In-0.3％；
可溶挡环19中：Al-88％，Mg-5.4％，Mn-2.3％，Ni-1.1％,Fe-1.9％，Ga-0.9％，In-0.4％；
4.如图4所示，起出管柱作业时，上提管柱，本装置随动上移至套管接箍29位置；弹性阻尼环组件6紧紧卡在该处，产生反作用推力，向下推动卡簧载体9，推力通过卡簧8与外中心管4上的卡槽7啮合作用，向下拉动外中心管4。
5.如图5所示，当外中心管4所受拉力大于剪钉2的强度时，剪钉2被剪断，此时外中心管4连同卡簧载体9、卡簧8、液腔活塞14、内防垢套16和下外套12一同下行，解除弹性阻尼环组件6受压状态，弹性阻尼环组件6轴向伸展，径向收缩；同时露出上接头1被封堵住的泄油孔20，油管内的油液通过泄油孔20、过液孔一21自动排放到套管28内，实现本装置的自动泄油功能。弹性阻尼环组件6完全复位，装置通过套管接箍29处，随同管柱一起提出油井。
本装置开启动力来自油管内液柱压力，在下次起管柱作业的同时，即自动开启泄油功能，不需要增加额外的液压、提拉等操作过程。解决了常规泄油器需要加压、投放重物、反复提放等繁杂操作问题，极大的提高了作业效率。
Claims (4)
1.一种自扩式自动泄油装置，其特征在于：包括上接头(1)、中心管(5)、下接头(18)、外中心管(4)、剪钉(2)、上外套(3)、弹性阻尼环组件(6)、卡簧载体(9)、卡簧(8)和下外套(12)，所述的中心管(5)上端与上接头(1)内侧螺纹连接，螺纹连接处下方的中心管(5)侧壁及该处所对应的上接头(1)侧壁上开有泄油孔(20)，所述的外中心管(4)套装在中心管(5)外部并与中心管(5)之间留有用于过液的环腔，称之为过液通道(23)，外中心管(4)上部内、外侧均为扩径结构，所述的扩径结构套装在上接头(1)上并将泄油孔(20)封堵住，外中心管(4)通过剪钉(2)与上接头(1)连接，所述的上外套(3)套装在外中心管(4)外部并与外中心管(4)之间留有环腔，上外套(3)的上端螺纹连接在上接头(1)上，上外套(3)的下端内径小于外中心管(4)扩径部分的外径，上外套(3)侧壁上开有过液孔一(21)，外中心管(4)侧壁开有过液孔二(22)，过液孔二(22)将过液孔一(21)和过液通道(23)连通，所述的卡簧载体(9)套装在外中心管(4)下部，卡簧载体(9)可相对外中心管(4)轴向运动，卡簧(8)设置在卡簧载体(9)内，所述的弹性阻尼环组件(6)套装在外中心管(4)上，弹性阻尼环组件(6)位于上外套(3)和卡簧载体(9)之间，弹性阻尼环组件(6)所对应的外中心管(4)外壁上加工有与所述的卡簧(8)啮合的卡槽(7)，卡簧载体(9)的下端螺纹连接有连接套(10)，连接套(10)侧壁上开有过液孔三(24)，过液孔一(21)、过液孔二(22)、过液通道(23)和过液孔三(24)共同组成洗井通道，所述的下外套(12)套装在连接套(10)外部并通过螺钉(11)连接，下外套(12)下部与中心管(5)之间留有环腔，环腔内的下外套(12)内壁上加工有凸环，凸环上方的环腔内设置有气腔活塞(13)，凸环下方的环腔内设置有液腔活塞(14)，气腔活塞(13)与液腔活塞(14)之间的腔室称为空气腔(25)，液腔活塞(14)下方的腔室称为液压腔(26)，所述的气腔活塞(13)螺纹连接在中心管(5)上，气腔活塞(13)上方的下外套(12)内壁滑动插装有上防垢套(30)，上防垢套(30)连接在气腔活塞(13)外部上端，所述的液腔活塞(14)加工有轴向的通孔，通孔下端加工有扩径段，所述的可溶旋塞(15)安装在扩径段内，中心管(5)下端与下接头(18)内壁螺纹连接，下外套(12)的下端套装在下接头(18)外壁，所述的液压腔(26)内的中心管(5)外壁滑动套装有内防垢套(16)，内防垢套(16)连接在液腔活塞(14)下端，液压腔(26)内的下外套(12)内壁上滑动插装有外防垢套(17)，外防垢套(17)连接在下接头(18)上端，液压腔(26)所对应的中心管(5)侧壁上开有进液孔(27)，下外套(12)下端内侧螺纹连接有可溶挡环(19)，可溶挡环(19)上端面抵在下接头(18)上。
2.根据权利要求1所述的一种自扩式自动泄油装置，其特征在于：所述的内防垢套(16)内侧、外防垢套(17)外侧、上防垢套(30)外侧均加工有应力槽。
3.根据权利要求1所述的一种自扩式自动泄油装置，其特征在于：所述的可溶旋塞(15)的成分包括：Al-86％，Mg-9.3％，Zn-0.7％，Cu-1.7％，Fe-1.3％，Ga-0.7％，In-0.3％；所述的可溶挡环(19)的成分包括：Al-88％，Mg-5.4％，Mn-2.3％，Ni-1.1％,Fe-1.9％，Ga-0.9％，In-0.4％。
4.根据权利要求1所述的一种自扩式自动泄油装置，其特征在于：所述的上接头(1)与中心管(5)和外中心管(4)之间分别设有密封圈，所述的气腔活塞(13)与下外套(12)和中心管(5)之间分别设有密封圈，所述的液腔活塞(14)与下外套(12)和中心管(5)之间分别设有密封圈，所述的下接头(18)与下外套(12)和中心管(5)之间分别设有密封圈。
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