CN110984888B - 一种桥式封隔注水洗井工艺管柱 - Google Patents
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Abstract
一种桥式封隔注水洗井工艺管柱，涉及油田井下工具技术领域，包括上封隔器、双壁管组件和下封隔器,双壁管组件的结构包括外层管柱和内层管柱，外层管柱由多根外层管通过外层管接头串联而成，内层管柱由多根内层管通过内层管接头串联而成，外层管柱和内层管柱的上端均连接在上封隔器的下端，外层管柱和内层管柱的下端均连接在下封隔器的上端，外层管柱和内层管柱之间的环形空间分别与上封隔器和下封隔器中的洗井通道衔接。本发明通过在管柱的上下两端设置封隔器，可将亏空层的上下两侧封堵，通过在两个封隔器以及两个封隔器之间的双壁管组件内设置贯通的洗井通道，可使洗井液绕过亏空层，实现顺利洗井。
Description
技术领域
本发明属于油田井下工具技术领域，尤其涉及一种桥式封隔注水洗井工艺管柱。
背景技术
随着油田开采年限的增加，地层能量逐年减小，地层产能逐年下降。为了解决这一问题，油田采用定量注水恢复地层产能，由于注水井多为多层开发，随着长时间的注水导致有些注水层位成为亏空层，注水时影响注水效果，需要进行有效封堵；同时由于地层亏空严重，正常注水封隔器反洗井时，洗井液进入亏空层无法正常完成油田反洗井作业，导致不能有效对注水层进行有效清理。由于无法洗井，给后期测试、调配造成困难，并影响注水合格率。因此，为避免洗井时洗井液进入亏空层，必须对亏空层进行隔离封堵。
发明内容
为了解决背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种桥式封隔注水洗井工艺管柱。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：本发明提供了一种桥式封隔注水洗井工艺管柱，包括上封隔器、双壁管组件和下封隔器，三者由上至下连接成一体；
上封隔器的结构包括上接头、中心管、转接头、外下接头、内下接头、坐封活塞、坐封活塞套、胶筒、衬管、洗井活塞和洗井活塞套，上接头、中心管和转接头由上至下依次通过螺纹连接，外下接头通过螺纹连接在转接头下端的外侧，内下接头通过螺纹连接在转接头下端的内侧，所述的衬管套在中心管的外侧，所述的坐封活塞和胶筒均套在衬管的外侧，所述的坐封活塞套套装在坐封活塞的外侧，坐封活塞套的下端通过螺纹连接在所述转接头上，坐封活塞与所述胶筒之间设置有支撑筒，所述的转接头上设置有径向通孔，坐封时，中心管内的液体压力经过径向通孔传递至坐封活塞的下侧，继而推动坐封活塞沿衬管滑动，坐封活塞通过支撑筒将作用力传递至胶筒，进而沿轴向挤压胶筒使胶筒直径增大，最终实现胶筒的坐封；
所述的洗井活塞套固定连接在上接头上，所述的洗井活塞滑动安装在中心管与洗井活塞套之间的环形空间内，洗井活塞内侧的上端与中心管之间密封，洗井活塞内侧的下端与衬管之间密封，衬管与中心管之间设置有洗井通道，洗井活塞套上与洗井活塞对应设置有洗井通道入口，所述转接头上设置有作为洗井通道出口的轴向通孔；
所述的下封隔器内也设置有洗井通道，但无洗井活塞，洗井通道入口位于下封隔器的内部，洗井通道出口位于下封隔器的外部；
所述双壁管组件的结构包括外层管柱和内层管柱，外层管柱由多根外层管通过外层管接头串联而成，内层管柱由多根内层管通过内层管接头串联而成，外层管柱和内层管柱的上端均连接在上封隔器的下端，外层管柱和内层管柱的下端均连接在下封隔器的上端，外层管柱和内层管柱之间的环形空间分别与上封隔器和下封隔器中的洗井通道衔接，从而在管柱内形成上下贯通的洗井通道；
所述胶筒的外侧设置有两个环形槽，每个环形槽内分别设置有一个扩张支撑环，扩张支撑环由钢板弯折成的蛇形弹簧制成。
作为进一步的技术方案，所述胶筒上的环形槽的横截面形状为等腰梯形，环形槽的槽顶与等腰梯形的下底对应，环形槽的槽底与等腰梯形的上底对应。
作为进一步的技术方案，所述胶筒为分体式结构，包括位于上下两侧的两个边胶筒和位于两个边胶筒中间的中胶筒，两个边胶筒与中胶筒之间各夹有一个膨胀橡胶环，所述环形槽由边胶筒、中胶筒和膨胀橡胶环围成，膨胀橡胶环位于所述扩张支撑环的内侧。
作为进一步的技术方案，所述的外层管接头的上下两端分别通过螺纹连接在被其连接的两根外层管上，所述内层管的下端插入内层管接头的上端并通过密封圈密封，内层管接头的下端通过螺纹与另一根内层管连接；
所述内层管接头的外侧设置有限位销，限位销通过螺纹连接在内层管接头上，限位销的轴线与内层管接头的轴线垂直，所述外层管接头的结构包括外层管接头A部和外层管接头B部，两部分之间通过螺纹连接并将所述限位销夹在中间，从而使外层管接头和内层管接头的轴向位置相对固定。
作为进一步的技术方案，所述外层管采用标准油管，对应地，外层管接头采用与标准油管匹配的油管接箍；
所述内层管下端的侧面固定设置有导向销，所述内层管接头上端的内侧与所述导向销对应设置有导向滑道，导向滑道的结构包括滑道入口、上死点和下死点，滑道入口朝上设置，所述导向销向从滑道入口向下运动时，导向销导向滑道的导向作用下到达下死点，导向销从下死点开始向上运动时，导向销在导向滑道的导向作用下到达上死点，从而实现内层管下端与内层管接头上端之间的连接；
所述内层管接头的下端通过螺纹与另一根内层管的上端连接。
作为进一步的技术方案，所述外层管采用标准油管，对应地，外层管接头采用与标准油管匹配的油管接箍；
所述内层管采用标准油管，对应地，内层管接头采用与标准油管匹配的油管接箍；
所述内层管柱的下端设置有伸缩节，伸缩节的结构包括内滑管和外滑管，内滑管插装在外滑管内，内滑管与外滑管之间通过密封圈密封。
本发明的有益效果为：
1、本发明通过在管柱的上下两端设置封隔器，可将亏空层的上下两侧封堵，通过在两个封隔器以及两个封隔器之间的双壁管组件内设置贯通的洗井通道，可使洗井液绕过亏空层，实现顺利洗井。
2、在本发明中，上下两个封隔器上的胶筒是最重要的密封节点，是对亏空层进行可靠密封的技术关键。本发明通过在胶筒外侧设置由蛇形弹簧制成的扩张支撑环，可在胶筒承压时对胶筒进行有效支撑，可有效提高胶筒的承压能力，从而改善封隔器的密封性能。
3、本发明对双壁管组件的结构进行了合理设计，安装工艺难度小，制造成本低。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是上封隔器的上半部分的结构示意图；
图3是上封隔器的下半部分的结构示意图；
图4是下封隔器的上半部分的结构示意图；
图5是下封隔器的下半部分的结构示意图；
图6是胶筒的一种实施例的结构示意图；
图7是图6中A处的截面图；
图8是胶筒第二种实施例的结构示意图；
图9是胶筒第三种实施例的结构示意图；
图10是双壁管组件的一种实施例的结构示意图；
图11是双壁管组件第二种实施例的结构示意图；
图12是图11中导向滑道的平面展开图；
图13是双壁管组件第三种实施例的结构示意图；
图14是图8中B处的局部放大图。
图中：1-上封隔器，2-双壁管组件，3-下封隔器，4-上接头，5-洗井活塞套，6-中心管，7-洗井活塞，8-洗井通道入口，9-衬管，10-胶筒，11-支撑筒，12-坐封活塞，13-坐封活塞套，14-径向通孔，15-洗井通道出口，16-外下接头，17-内下接头，18-扩张支撑环，19-弹片，20-边胶筒，21-膨胀橡胶环，22-中胶筒，23-外层管接头A部，24-内层管接头，25-外层管接头B部，26-限位销，27-外层管，28-内层管，29-外层管接头，30-导向销，31-滑道入口，32-上死点，33-下死点，34-水平限位部，35-内滑管，36-外滑管，37-转接头。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步描述：
如图1所示，本发明包括上封隔器1、双壁管组件2和下封隔器3，三者由上至下连接成一体。上封隔器1、双壁管组件2和下封隔器3内均设置有洗井通道。通过在管柱的上下两端设置封隔器，可将亏空层的上下两侧封堵，通过在两个封隔器以及两个封隔器之间的双壁管组件内设置贯通的洗井通道，可使洗井液绕过亏空层，实现顺利洗井。
如图2和图3所示，上封隔器1的结构包括上接头4、中心管6、转接头37、外下接头16、内下接头17、坐封活塞12、坐封活塞套13、胶筒10、衬管9、洗井活塞7和洗井活塞套5，上接头4、中心管6和转接头37由上至下依次通过螺纹连接，外下接头16通过螺纹连接在转接头37下端的外侧，内下接头17通过螺纹连接在转接头37下端的内侧，所述的衬管9套在中心管6的外侧，所述的坐封活塞12和胶筒10均套在衬管9的外侧，所述的坐封活塞套13套装在坐封活塞12的外侧，坐封活塞套13的下端通过螺纹连接在所述转接头37上，坐封活塞12与所述胶筒10之间设置有支撑筒11，所述的转接头37上设置有径向通孔14，坐封时，中心管6内的液体压力经过径向通孔14传递至坐封活塞12的下侧，继而推动坐封活塞12沿衬管9滑动，坐封活塞12通过支撑筒11将作用力传递至胶筒10，进而沿轴向挤压胶筒10使胶筒10直径增大，最终实现胶筒10的坐封。通过压缩胶筒10的方式使封隔器坐封是一种最常见的封隔器坐封形式，是封隔器的一种常规设计，其具体技术细节是本领域技术人员所熟知的，并且已经在附图中详细画出，技术人员一看即懂，在此不再赘述。
所述的洗井活塞套5固定连接在上接头4上，所述的洗井活塞7滑动安装在中心管6与洗井活塞套5之间的环形空间内，洗井活塞7内侧的上端与中心管6之间密封，洗井活塞7内侧的下端与衬管9之间密封，衬管9与中心管6之间设置有洗井通道，洗井活塞套5上与洗井活塞7对应设置有洗井通道入口8，所述转接头37上设置有作为洗井通道出口15的轴向通孔。在封隔器内设置洗井活塞7和洗井通道也是封隔器的一种常规设计，其具体技术细节是本领域技术人员所熟知的，并且已经在附图中详细画出，技术人员一看即懂，在此不再赘述。
如图4和图5所示，所述的下封隔器3的结构与上封隔器1的结构大体相同，下封隔器3与上封隔器1具有相同的坐封机构，相同的胶筒及胶筒安装结构，下封隔器3内也设置有洗井通道。两个封隔器的区别在于：第一，下封隔器3无需完成打开洗井通道的功能，因此无洗井活塞7；第二：上封隔器1的上端和下封隔器3的下端均与普通油管连接，上封隔器1的下端和下封隔器3的上端均与双壁管组件连接，为了实现上述上述连接，两个封隔器的上下两端的接头处进行了适应性设计(接头的具体结构已经在图中详细画出)，并且洗井通道入口8位于下封隔器3的内部，洗井通道出口15位于下封隔器3的外部。
在本发明中，上下两个封隔器上的胶筒10是最重要的密封节点，是对亏空层进行可靠密封的技术关键。生产实践中发现，胶筒10承压能力不足是封隔器的一种主要失效形式，其原因是：根据工艺要求，普通封隔器的整体直径不超过114mm，而一般套管的直径为124-127mm，也就是说，需要胶筒10密封的单边缝隙至少为5mm，作为密封件的胶筒10是由橡胶制成的，质地较软，在承压后会在封隔器与套管之间的缝隙内“流动”，导致密封失效。为了解决这一问题，现有技术中通常采用增加胶筒10的硬度的方式来增大其承压能力，但胶筒10硬度越大，越容易开裂，开裂同样会导致胶筒10密封失效。
在本发明中，如图6和图7所示，所述胶筒10的外侧设置有两个环形槽，每个环形槽内分别设置有一个扩张支撑环18，扩张支撑环18由钢板弯折成的蛇形弹簧制成。扩张支撑环18可在胶筒10承压时被同步撑起，从而对胶筒10进行有效支撑，防止胶筒10沿套管的轴向蠕动，可有效提高胶筒10的承压能力，从而改善封隔器的密封性能。
如图6、图8和图9所示，所述胶筒10上的环形槽的横截面形状为等腰梯形，环形槽的槽顶与等腰梯形的下底对应，环形槽的槽底与等腰梯形的上底对应。这种结构能保证扩张支撑环18可以在胶筒10坐封时被顺利撑起。
如图8所示，作为胶筒10的第二种实施方式，所述胶筒10为一体式结构，胶筒10内部与所述环形槽对应设置有弹片19，弹片19由弹簧钢制成，弹片19的中部向外隆起，隆起部的最高处与所述环形槽槽底的正中央位置对应。胶筒10被轴向挤压时，弹片19的上下两侧也被挤压，从而消除胶筒10上环形槽处隆起形状的随机性，同时增大扩张支撑环18内侧的支撑力，保证扩张支撑环18的直径顺利扩大。
作为进一步的技术方案，所述胶筒10为分体式结构，包括位于上下两侧的两个边胶筒20和位于两个边胶筒20中间的中胶筒22，两个边胶筒20与中胶筒22之间各夹有一个膨胀橡胶环21，所述环形槽由边胶筒20、中胶筒22和膨胀橡胶环21围成，膨胀橡胶环21位于所述扩张支撑环18的内侧。基于上述结构，加工胶筒10时，可将中胶筒22的硬度做得小一些，保证密封效果，同时将边胶筒20的硬度做得大一些，保证承压能力。
如图10-13所示，所述双壁管组件2的结构包括外层管柱和内层管柱，外层管柱由多根外层管27通过外层管接头串联而成，内层管柱由多根内层管28通过内层管接头24串联而成，外层管柱和内层管柱的上端均连接在上封隔器1的下端，外层管柱和内层管柱的下端均连接在下封隔器3的上端，外层管柱和内层管柱之间的环形空间分别与上封隔器1和下封隔器3中的洗井通道衔接，从而在管柱内形成上下贯通的洗井通道。
如图10所示的是双壁管组件2的第一种实施例，也是与图中上封隔器1和下封隔器3的端部结构匹配的实施例。在该实施例中，所述的外层管接头的上下两端分别通过螺纹连接在被其连接的两根外层管27上，所述内层管28的下端插入内层管接头24的上端并通过密封圈密封，内层管接头24的下端通过螺纹与另一根内层管28连接；所述内层管接头24的外侧设置有限位销26，限位销26通过螺纹连接在内层管接头24上，限位销26的轴线与内层管接头24的轴线垂直，所述外层管接头的结构包括外层管接头A部23和外层管接头B部25，两部分之间通过螺纹连接并将所述限位销26夹在中间，从而使外层管接头和内层管接头24的轴向位置相对固定。该实施例的优点是安装方便，缺点是管柱内的承压能力较差，同时，双壁管组件2的长度也不宜太长。
如图11所示的是双壁管组件2的第二种实施例，所述外层管27采用标准油管，对应地，外层管接头29采用与标准油管匹配的油管接箍；所述内层管28下端的侧面固定设置有导向销30，所述内层管接头24上端的内侧与所述导向销30对应设置有导向滑道，导向滑道的结构包括滑道入口31、上死点32和下死点33，滑道入口31朝上设置，所述导向销30向从滑道入口31向下运动时，导向销30在导向滑道的导向作用下到达下死点33，导向销30从下死点33开始向上运动时，导向销30在导向滑道的导向作用下到达上死点32，从而实现内层管28下端与内层管接头24上端之间的连接；所述内层管接头24的下端通过螺纹与另一根内层管28的上端连接。该实施例的优点是安装快速，连接可靠，外层管27和内层管28可同时承受拉力载荷，因此管柱内的承压能力更强。
进一步地，还可在导向滑道内设置水平限位部34，水平限位部34务必设置在上死点32的左侧，保证连接螺纹时导向销30不会从水平限位部34内脱出。导向销30进入水平限位部34内之后，外层管27和内层管28便可在轴向完全固定。
导向滑道的形状如图12所示，导向滑道通过去除材料的方式加工，图中阴影部分为导向滑道的位置。
如图13所示的是双壁管组件2的第一种实施例，所述外层管27采用标准油管，对应地，外层管接头29采用与标准油管匹配的油管接箍；所述内层管28采用标准油管，对应地，内层管接头24采用与标准油管匹配的油管接箍。所述内层管柱的下端设置有伸缩节，伸缩节的结构包括内滑管35和外滑管36，内滑管35插装在外滑管36内，内滑管35与外滑管36之间通过密封圈密封。这种结构的优点在于可利用现有的油管和接箍来组成双壁管组件2，成本较低，缺点在于：中心管打压后，内滑管35和外滑管36便需要相对滑动，二者之间的密封圈很可能被破坏，因此密封可靠性较差。
Claims (6)
1.一种桥式封隔注水洗井工艺管柱，其特征在于：包括上封隔器(1)、双壁管组件(2)和下封隔器(3)，三者由上至下连接成一体；
上封隔器(1)的结构包括上接头(4)、中心管(6)、转接头(37)、外下接头(16)、内下接头(17)、坐封活塞(12)、坐封活塞套(13)、胶筒(10)、衬管(9)、洗井活塞(7)和洗井活塞套(5)，上接头(4)、中心管(6)和转接头(37)由上至下依次通过螺纹连接，外下接头(16)通过螺纹连接在转接头(37)下端的外侧，内下接头(17)通过螺纹连接在转接头(37)下端的内侧，所述的衬管(9)套在中心管(6)的外侧，所述的坐封活塞(12)和胶筒(10)均套在衬管(9)的外侧，所述的坐封活塞套(13)套装在坐封活塞(12)的外侧，坐封活塞套(13)的下端通过螺纹连接在所述转接头(37)上，坐封活塞(12)与所述胶筒(10)之间设置有支撑筒(11)，所述的转接头(37)上设置有径向通孔(14)，坐封时，中心管(6)内的液体压力经过径向通孔(14)传递至坐封活塞(12)的下侧，继而推动坐封活塞(12)沿衬管(9)滑动，坐封活塞(12)通过支撑筒(11)将作用力传递至胶筒(10)，进而沿轴向挤压胶筒(10)使胶筒(10)直径增大，最终实现胶筒(10)的坐封；
所述的洗井活塞套(5)固定连接在上接头(4)上，所述的洗井活塞(7)滑动安装在中心管(6)与洗井活塞套(5)之间的环形空间内，洗井活塞(7)内侧的上端与中心管(6)之间密封，洗井活塞(7)内侧的下端与衬管(9)之间密封，衬管(9)与中心管(6)之间设置有洗井通道，洗井活塞套(5)上与洗井活塞(7)对应设置有洗井通道入口(8)，所述转接头(37)上设置有作为洗井通道出口(15)的轴向通孔；
所述的下封隔器(3)内也设置有洗井通道，但无洗井活塞(7)，下封隔器(3)与上封隔器(1)具有相同的坐封机构，相同的胶筒及胶筒安装结构，下封隔器(3)的上端设置有与所述双壁管组件(2)对接的接头结构，下封隔器(3)上的洗井通道入口(8)位于下封隔器(3)的内部，下封隔器(3)上的洗井通道出口(15)位于下封隔器(3)的外部；
所述双壁管组件(2)的结构包括外层管柱和内层管柱，外层管柱由多根外层管(27)通过外层管接头串联而成，内层管柱由多根内层管(28)通过内层管接头(24)串联而成，外层管柱和内层管柱的上端均连接在上封隔器(1)的下端，外层管柱和内层管柱的下端均连接在下封隔器(3)的上端，外层管柱和内层管柱之间的环形空间分别与上封隔器(1)和下封隔器(3)中的洗井通道衔接，从而在管柱内形成上下贯通的洗井通道；
所述胶筒(10)的外侧设置有两个环形槽，每个环形槽内分别设置有一个扩张支撑环(18)，扩张支撑环(18)由钢板弯折成的蛇形弹簧制成。
2.根据权利要求1所述的一种桥式封隔注水洗井工艺管柱，其特征在于：所述胶筒(10)上的环形槽的横截面形状为等腰梯形，环形槽的槽顶与等腰梯形的下底对应，环形槽的槽底与等腰梯形的上底对应。
3.根据权利要求1所述的一种桥式封隔注水洗井工艺管柱，其特征在于：所述胶筒(10)为分体式结构，包括位于上下两侧的两个边胶筒(20)和位于两个边胶筒(20)中间的中胶筒(22)，两个边胶筒(20)与中胶筒(22)之间各夹有一个膨胀橡胶环(21)，所述环形槽由边胶筒(20)、中胶筒(22)和膨胀橡胶环(21)围成，膨胀橡胶环(21)位于所述扩张支撑环(18)的内侧。
4.根据权利要求1所述的一种桥式封隔注水洗井工艺管柱，其特征在于：所述的外层管接头的上下两端分别通过螺纹连接在被其连接的两根外层管(27)上，所述内层管(28)的下端插入内层管接头(24)的上端并通过密封圈密封，内层管接头(24)的下端通过螺纹与另一根内层管(28)连接；
所述内层管接头(24)的外侧设置有限位销(26)，限位销(26)通过螺纹连接在内层管接头(24)上，限位销(26)的轴线与内层管接头(24)的轴线垂直，所述外层管接头的结构包括外层管接头A部(23)和外层管接头B部(25)，两部分之间通过螺纹连接并将所述限位销(26)夹在中间，从而使外层管接头和内层管接头(24)的轴向位置相对固定。
5.根据权利要求1所述的一种桥式封隔注水洗井工艺管柱，其特征在于：所述外层管(27)采用标准油管，对应地，外层管接头(29)采用与标准油管匹配的油管接箍；
所述内层管(28)下端的侧面固定设置有导向销(30)，所述内层管接头(24)上端的内侧与所述导向销(30)对应设置有导向滑道，导向滑道的结构包括滑道入口(31)、上死点(32)和下死点(33)，滑道入口(31)朝上设置，所述导向销(30)向从滑道入口(31)向下运动时，导向销(30)在导向滑道的导向作用下到达下死点(33)，导向销(30)从下死点(33)开始向上运动时，导向销(30)在导向滑道的导向作用下到达上死点(32)，从而实现内层管(28)下端与内层管接头(24)上端之间的连接；
所述内层管接头(24)的下端通过螺纹与另一根内层管(28)的上端连接。
6.根据权利要求1所述的一种桥式封隔注水洗井工艺管柱，其特征在于：所述外层管(27)采用标准油管，对应地，外层管接头(29)采用与标准油管匹配的油管接箍；
所述内层管(28)采用标准油管，对应地，内层管接头(24)采用与标准油管匹配的油管接箍；
所述内层管柱的下端设置有伸缩节，伸缩节的结构包括内滑管(35)和外滑管(36)，内滑管(35)插装在外滑管(36)内，内滑管(35)与外滑管(36)之间通过密封圈密封。
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