CN110905447B - 井下开关装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种井下开关装置，属于石油开采领域。所述装置包括：内壁从上至下依次有间隔的第一销钉孔、上球座凹槽、通道孔、环箍凹槽和下球座凹槽的外筒，固定于外筒内壁的第一销钉孔内的弹性部件，与弹性部件相抵的第一销钉，位于外筒内部的空腔中的上球座，与上球座下端连接的上滑套，第二销钉，通过第二销钉与上滑套连接的下滑套，将下滑套与外筒固定的第三销钉，位于下滑套下端的环箍，位于下滑套和环箍内部的下球座，第一球和第二球。本发明通过投入双球并配合油管加压的方式控制井下开关装置的开启和关闭，作业难度小、作业周期短、作业成本低，进而提高了地层测试的测试效率。
Description
技术领域
本发明涉及石油开采领域，特别涉及一种井下开关装置。
背景技术
在油田生产过程中，通常需要进行地层测试。地层测试是以钻杆或油管作为油气通道，将储层中的油气输送至地面进行测试以估算储层参数，进而确定储层生产能力的一种生产措施。在地层测试时，主要借助井下开关装置来实现储层与钻杆或油管的连通。
相关技术中，井下开关装置包括内部为空腔的外筒及滑套，外筒上有贯穿其内外壁的通道孔，滑套滑动连接于外筒内部的空腔中。使用时，将井下开关装置与钻杆或油管连接下入井内，此时通道孔被滑套封堵，装置处于关闭状态；需要开启井下开关装置进行地层测试时，从井口下入钢丝，勾动滑套滑动使通道孔暴露，则井内油气通过通道孔进入钻杆或油管，并被输送至地面进行测试；地层测试完毕后，再次通过钢丝勾动滑套滑动，重新将通道孔封堵，完成对井下开关装置的关闭，可根据需要继续进行后续作业。
发明人发现相关技术至少存在以下问题：
采用钢丝作业的方式对井下开关装置进行开启和关闭，作业难度大、作业周期长，使地层测试的测试效率很低；此外，下入井内的钢丝需要携带一次性辅助工具，导致作业成本较高。
发明内容
本发明实施例提供了一种井下开关装置，以解决相关技术作业难度大、作业周期长、作业成本高的问题。所述技术方案如下：
提供一种井下开关装置，所述装置包括：外筒、弹性部件、第一销钉、上球座、上滑套、第二销钉、下滑套、第三销钉、环箍、下球座、第一球和第二球。
其中，所述外筒内部为空腔，所述外筒内壁从上至下依次有间隔的第一销钉孔、上球座凹槽、通道孔、环箍凹槽和下球座凹槽，所述第一销钉孔内固定有所述弹性部件，所述弹性部件在装配时处于压缩状态；所述第一销钉与所述弹性部件相抵且位于所述第一销钉孔内；所述外筒上有贯穿内外壁的通道孔，所述通道孔位于所述第一销钉孔下方；
所述上球座、所述上滑套和所述下滑套滑动装配于所述外筒内部的所述空腔内，所述上球座、所述上滑套和所述下滑套内部均有空腔；所述上球座包括可发生形变的弹性侧壁，所述弹性侧壁在装配时处于压缩状态，所述上球座下端与所述上滑套上端连接；所述上滑套下端与所述下滑套上端通过所述第二销钉连接，所述上滑套外壁有第一销钉凹槽；所述下滑套在装配时通过所述第三销钉与所述外筒固定。
所述环箍位于所述下滑套下端，所述环箍下端有突出卡檐，所述环箍在装配时处于缩径状态；所述下球座包括可发生形变的弹性侧壁，所述弹性侧壁在装配时处于压缩状态，所述下球座上端位于所述下滑套内部的空腔中，所述下球座下端位于所述环箍内部。
在一种可选的实施方式中，所述上球座侧壁包括可发生形变的弹性台阶，所述弹性台阶在装配时处于释放状态，所述外筒与所述弹性台阶接触处的内壁与所述弹性台阶的形状吻合；所述第一球的直径和所述第二球的直径相同，所述上球座的弹性台阶的形变范围与所述下球座的弹性侧壁的形变范围根据所述第一球或所述第二球的直径确定。
可选地，为加强装置的密封性，所述上滑套外壁还包括密封圈槽，所述密封圈槽内有密封圈。
其中，位于所述上滑套外壁的密封圈槽的数量为两个。
进一步地，所述下滑套外壁包括密封圈槽，所述密封圈槽内有密封圈，用于增强装置的密封性。
其中，位于所述下滑套外壁的密封圈槽的数量为两个。
另外，所述下滑套内壁包括密封圈槽，所述密封圈槽位于所述下滑套内壁与所述下球座外壁的接触处，所述密封圈槽内有密封圈，进一步增强了装置的密封性。
可选地，位于所述上滑套内壁与所述下球座外壁的接触处的密封圈槽的数量为一个。
为简化作业步骤，所述第一球与所述第二球的材质采用可溶解性材质，其特征在于所述第一球和所述第二球在一定时间内可自动溶解。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
通过投入双球并配合油管加压的方式控制井下开关装置的开启和关闭，作业难度小、作业周期短、作业成本低，进而提高了地层测试的测试效率；
进一步地，通过上球座外壁的弹性台阶，使得装置使用过程中上球座所能承接的小球直径发生变化，则可投入相同外径双球并配合油管打压的方式控制装置的开启与关闭，有效避免了施工现场的误操作。
附图说明
图1是本发明实施例提供的井下开关装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的井下开关装置的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的井下开关装置的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的井下开关装置的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的井下开关装置的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的井下开关装置的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的井下开关装置的结构示意图。
其中，对附图中的各标号说明如下：
1外筒，101第一销钉孔，102上球座凹槽，103通道孔，104环箍凹槽，105下球座凹槽，2弹性部件，3第一销钉，4上球座，5上滑套，501第一销钉凹槽，6第二销钉，7下滑套，8第三销钉，9环箍，10下球座，11第一球，12第二球。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施例提供一种井下开关装置，如图1所示，装置包括：外筒1、弹性部件2、第一销钉3、上球座4、上滑套5、第二销钉6、下滑套7、第三销钉8、环箍9、下球座10、第一球11和第二球12。
其中，外筒1内部为空腔，外筒1内壁从上至下依次有间隔的第一销钉孔101、上球座凹槽102、通道孔103、环箍凹槽104和下球座凹槽105；第一销钉孔101内固定有弹性部件2，该弹性部件2在装配时处于压缩状态；第一销钉3与该弹性部件2相抵且位于第一销钉孔101内；外筒1上有贯穿内外壁的通道孔103，该通道孔103位于第一销钉孔101下方。
上球座4、上滑套5和下滑套7滑动装配于外筒1内部的空腔内，上球座4、上滑套5和下滑套7内部均有空腔；上球座4包括可发生形变的弹性侧壁，该弹性侧壁在装配时处于压缩状态，上球座4下端与上滑套5上端连接；上滑套5下端与下滑套7上端通过第二销钉6连接，上滑套5外壁有第一销钉凹槽501；下滑套7在装配时通过第三销钉8与外筒1固定；
环箍9位于下滑套7下端，环箍9下端有突出卡檐，环箍9在装配时处于缩径状态；下球座10包括可发生形变的弹性侧壁，该弹性侧壁在装配时处于压缩状态。下球座10上端位于下滑套7内部的空腔中，下球座10下端位于环箍9内部。
对装置进行使用时，将装置与钻杆或油管连接并下入井内，如图1所示，此时外筒1侧壁的通道孔103被下滑套7封堵，即装置处于关闭状态。
需要开启装置时，向油管内投入的第一球11，第一球11从上球座4内部的空腔中穿过，落于下球座7。
第一球11落于下球座7后，通过钻杆或油管缓慢加压，当压力大于第三销钉8的剪断压力时，第三销钉8被剪断，则下滑套7与外筒1的固定连接被解除，下滑套7带动上滑套5及上球座4沿外筒1内壁向下移动；当上滑套5外壁的第一销钉凹槽501移动至正对外筒1内壁的第一销钉孔101时，第一销钉孔101内的弹性部件2解除压缩状态，第一销钉3在弹性作用下进入第一销钉凹槽501，锁定上滑套5。
继续通过钻杆或油管缓慢加压，当压力大于第二销钉6的剪断压力时，第二销钉6被剪断，解除上滑套5与下滑套7的连接，下滑套7脱离被锁定的上滑套5继续向下移动，使外筒1内壁的通道孔103暴露；当环箍9下端的突出卡檐移动至正对外筒1内壁的环箍凹槽104时，该突出卡檐进入外筒1内壁的环箍凹槽104，环箍9的缩颈状态解除，同时环箍9解除对下球座10的约束作用，则下球座10脱离环箍9继续向下移动。
当下球座10移动至正对外筒1内壁的下球座凹槽105时，下球座10进入下球座凹槽105，下球座10的弹性侧壁解除压缩状态，同时该弹性侧壁发生形变，释放落于其上的第一球11，第一球11穿过下球座10内部的空腔落入井内。
需要关闭装置时，投入直径大于第一球11的直径的第二球12，使第二球12落于上球座4上。通过钻杆或油管缓慢加压，当压力大于第一销钉3的剪断压力时，第一销钉3被剪断，解除上滑套5的锁定状态，上滑套5带动上球座4沿外筒1内壁向下移动，将外筒1内壁的通道孔103重新封堵。
当上球座4移动至正对外筒1内壁的上球座凹槽102时，上球座4进入上球座凹槽102，上球座4的弹性侧壁解除压缩状态，同时该弹性侧壁发生形变，释放落于其上的第二球12，第二球12穿过上球座4内部的空腔落入井内。
在一种可选的实施方式中，上球座4侧壁包括可发生形变的弹性台阶，该弹性台阶在装配时处于释放状态，外筒1与该弹性台阶接触处的内壁与该弹性台阶的形状吻合；第一球11的直径和第二球12的直径相同，上球座4的弹性台阶的形变范围与下球座10的弹性侧壁的形变范围根据第一球11的直径和第二球12的直径确定。
接下来，对该实施方式中提供的的井下开关装置的使用过程进行说明：
将装置与钻杆或油管连接并下入井内，此时外筒1侧壁的通道孔103被下滑套7封堵，即装置处于关闭状态。
需要开启装置时，向油管内投入的第一球11，使第一球11从上球座4内部的空腔中穿过，落于下球座7，此时装置的结构如图2所示。
图3为第一球11落于下球座7后装置的结构示意图，通过钻杆或油管缓慢加压，当压力大于第三销钉8的剪断压力时，第三销钉8被剪断，则下滑套7与外筒1的固定连接被解除，下滑套7带动上滑套5及上球座4沿外筒1内壁向下移动。
发生移动后，如图3所示，上球座4侧壁的弹性台阶在外筒1内壁的限制作用下发生形变，使上球座4能够承接在后续投球过程中投入的直径与第一球11的直径相同的第二球12；当上滑套5外壁的第一销钉凹槽501移动至正对外筒1内壁的第一销钉孔101时，第一销钉孔101内的弹性部件2解除压缩状态，第一销钉3在弹性作用下进入第一销钉凹槽501，锁定上滑套5。
继续通过钻杆或油管缓慢加压，如图4所示，当压力大于第二销钉6的剪断压力时，第二销钉6被剪断，解除上滑套5与下滑套7的连接，下滑套7脱离被锁定的上滑套5继续向下移动，使外筒1内壁的通道孔103暴露；当环箍9下端的突出卡檐移动至正对外筒1内壁的环箍凹槽104时，该突出卡檐进入外筒1内壁的环箍凹槽104，环箍9的缩颈状态解除，同时环箍9解除对下球座10的约束作用，则下球座10脱离环箍9继续向下移动。
当下球座10移动至正对外筒1内壁的下球座凹槽105时，装置的结构如图5所示，下球座10进入下球座凹槽105，下球座10的弹性侧壁解除压缩状态，同时该弹性侧壁发生形变，释放落于其上的第一球11，第一球11穿过下球座10内部的空腔落入井内。
需要关闭装置时，投入直径与第一球11的直径相同的第二球12，第二球12落于上球座4上，此时装置的结构如图6所示。通过钻杆或油管缓慢加压，当压力大于第一销钉3的剪断压力时，第一销钉3被剪断，解除上滑套5的锁定状态，上滑套5带动上球座4沿外筒1内壁向下移动，将外筒1内壁的通道孔103重新封堵。
当上球座4移动至正对外筒1内壁的上球座凹槽102时，装置的结构如图7所示，上球座4进入上球座凹槽102，上球座4外壁的弹性台阶解除压缩状态，同时该弹性台阶发生形变，释放落于其上的第二球12，第二球12穿过上球座4内部的空腔落入井内。
需要说明的是，本发明实施例提供的井下开关装置中，第一销钉3的剪断压力大于第二销钉6的剪断压力，第二销钉6的剪断压力大于第三销钉8的剪断压力，则在通过油管缓慢加压的过程中，第三销钉8、第二销钉6和第一销钉3按顺序依次被剪断，使装置完成上述开启与关闭过程。当然，本装置也可采用相同剪断压力的第一销钉3、第二销钉6和第三销钉8，调整销钉数量使第一销钉3、第二销钉6、第三销钉8的数量依次减少，以达到第三销钉8、第二销钉6和第一销钉3按顺序依次被剪断的目的。
可选地，为加强装置的密封性，上滑套5外壁还包括密封圈槽，该密封圈槽位于上球座凹槽102下方，密封圈槽内有密封圈。相比上滑套5外壁与外筒1内壁之间形成的刚性密封，密封圈的密封效果较好，增强了装置的密封性。
其中，位于上滑套5外壁的密封圈槽的数量为两个。本发明实施例不对上滑套5外壁的密封圈槽的数量做具体限定，如可将密封圈槽的数量可为一个，也可为三个。
进一步地，下滑套7外壁包括密封槽，密封槽内有密封圈，用于增强装置的密封性。
可选地，位于下滑套7外壁的密封圈槽的数量为两个，本发明实施例不对下滑套7外壁的密封圈槽的数量加以限定，例如，密封圈槽的数量可为一个、也可为三个。
另外，下滑套7内壁包括密封圈槽，该密封圈槽位于下滑套7内壁与下球座10外壁的接触处，密封圈槽内有密封圈，进一步增强了装置的密封性。
本发明实施例中，位于下滑套7内壁的密封圈槽的数量为一个，也可根据实际情况改变该密封圈槽的数量。
在一种可选的实施方式中，所投入的第一球11和第二球12均采用可溶解性材料，则第一球11和第二球12落入井内套管后，在一定时间内可自动溶解，因而无需将第一球11和第二球12取出，简化了本装置的作业步骤。
综上所述，本发明实施例通过投入双球并配合油管加压的方式控制井下开关装置的开启和关闭，作业难度小、作业周期短、作业成本低，进而提高了地层测试的测试效率；
进一步地，通过上球座外壁的弹性台阶，使得装置使用过程中上球座所能承接的小球直径发生变化，则可投入相同外径双球并配合油管打压的方式控制装置的开启与关闭，有效避免了施工现场的误操作。
上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本公开的可选实施例，在此不再一一赘述。
以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种井下开关装置，其特征在于，所述装置包括：外筒(1)、弹性部件(2)、第一销钉(3)、上球座(4)、上滑套(5)、第二销钉(6)、下滑套(7)、第三销钉(8)、环箍(9)、下球座(10)、第一球(11)和第二球(12)；
其中，所述外筒(1)内部为空腔，所述外筒(1)内壁从上至下依次有间隔的第一销钉孔(101)、上球座凹槽(102)、通道孔(103)、环箍凹槽(104)和下球座凹槽(105)，所述第一销钉孔(101)内固定有所述弹性部件(2)，所述弹性部件(2)在装配时处于压缩状态；所述第一销钉(3)与所述弹性部件(2)相抵且位于所述第一销钉孔(101)内；所述外筒(1)上有贯穿内外壁的通道孔(103)，所述通道孔(103)位于所述第一销钉孔(101)下方；
所述上球座(4)、所述上滑套(5)和所述下滑套(7)滑动装配于所述外筒(1)内部的所述空腔内，所述上球座(4)、所述上滑套(5)和所述下滑套(7)内部均有空腔；所述上球座(4)包括可发生形变的弹性侧壁，所述弹性侧壁在装配时处于压缩状态，所述上球座(4)下端与所述上滑套(5)上端连接；所述上滑套(5)下端与所述下滑套(7)上端通过所述第二销钉(6)连接，所述上滑套(5)外壁有第一销钉凹槽(501)；所述下滑套(7)在装配时通过所述第三销钉(8)与所述外筒(1)固定，所述第一销钉(3)的剪断压力大于第二销钉(6)的剪断压力，所述第二销钉(6)的剪断压力大于第三销钉(8)的剪断压力，在加压过程中第三销钉(8)、第二销钉(6)和第一销钉(3)依次被剪断；
所述环箍(9)位于所述下滑套(7)下端，所述环箍(9)下端有突出卡檐，所述环箍(9)在装配时处于缩径状态；所述下球座(10)包括可发生形变的弹性侧壁，所述弹性侧壁在装配时处于压缩状态，所述下球座(10)上端位于所述下滑套(7)内部的空腔中，所述下球座(10)下端位于所述环箍(9)内部。
2.根据权利要求1所述的井下开关装置，其特征在于，所述上球座(4)侧壁包括可发生形变的弹性台阶，所述弹性台阶在装配时处于释放状态，所述外筒(1)与所述弹性台阶接触处的内壁与所述弹性台阶的形状吻合；
所述第一球(11)的直径和所述第二球(12)的直径相同，所述上球座(4) 的弹性台阶的形变范围与所述下球座(10)的弹性侧壁的形变范围根据所述第一球的直径(11)或所述第二球(12)的直径确定。
3.根据权利要求1或2所述的井下开关装置，其特征在于，所述上滑套(5)外壁还包括密封圈槽，所述密封圈槽内有密封圈。
4.根据权利要求3所述的井下开关装置，其特征在于，位于所述上滑套(5)外壁的所述密封圈槽的数量为两个。
5.根据权利要求1或2所述的井下开关装置，其特征在于，所述下滑套(7)外壁包括密封圈槽，所述密封圈 槽内有密封圈。
6.根据权利要求5所述的井下开关装置，其特征在于，位于所述下滑套(7)外壁的所述密封圈槽的数量为两个。
7.根据权利要求1或2所述的井下开关装置，其特征在于，所述下滑套(7)内壁包括密封圈槽；
所述密封圈槽位于所述下滑套(7)内壁与所述下球座(10)外壁的接触处，所述密封圈槽内有密封圈。
8.根据权利要求7所述的井下开关装置，其特征在于，位于所述下滑套(7)内壁与所述下球座(10)外壁的接触处的所述密封圈槽的数量为一个。
9.根据权利要求1或2所述的井下开关装置，其特征在于，所述第一球(11)和所述第二球(12)的材质为可溶解性材质。
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