CN111101895A - 井下多层坐压单向封堵式开关器 - Google Patents
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Abstract
井下多层坐压单向封堵式开关器，包括圆筒状的主体、阀座筒、阀座连接环、密封浮动弹簧、弹性密封、单向封堵阀板、舌板支撑骨架、滑套固定环、滑套、密封圈，下接头、下接头内环、主体上端设有连接内腔，主体中央从上至下内镶筒状结构的阀座连接环、阀座筒、下接头内环和下接头；阀座筒内侧壁上与阀座连接环连接处安装单向封堵阀板，单向封堵阀板包括销轴座、销轴、扭簧和防喷开关舌板，所述防喷开关舌板的安装平面与阀座筒侧平面平行，防喷开关舌板的一个边缘处通过销轴安装的销轴座上，销轴上设有扭簧；筒状结构的阀座连接环、阀座筒、下接头内环和下接头的内径均略大于滑套，滑套侧壁上设有垂直侧壁的销钉销在滑套侧壁与下接头内环的内壁。
Description
技术领域
本发明涉及一种油管堵塞器，可以设置安装在油管的指定位置，在需要对油管封堵时通过投球与加压对油管进行封堵。本发明尤其是加砂压裂带压拖动作用的井下多层坐压单向封堵式开关器。
背景技术
油管堵塞器或称封堵式开关器应用于石油勘探开采、大型常规压裂、双封单卡拖动压裂、带压解堵、起管作业等领域开展清洁生产，大大缩短施工周期、实施节能减排、降本增效、提高油井单产，确保油井压裂作业安全、高效具有极大的意义，能够大大节水(无须排水减压后起管)。
针对低渗、致密性油气层以及页岩油气储层改造过程中，压后地层能量变大、井下压力变高，在起下管柱过程中，油管内会溢流出大量污油污水及伴生气，油管内溢出液会对井场环境造成污染；且使员工工作环境变差；尤其是冬季施工时，井口结冰会加大井口操作人员的作业难度。随着新《环保法》的颁布，解决油管内溢流逐渐成为井下作业的重要问题。
现有的钢丝绳油管堵塞器是钢丝绳投放到油管的指定位置，卡瓦依靠自重向下滑行，与卡瓦座锥面产生相对位移，上提钢丝绳时，斜面向上运动所产生的径向分力迫使卡瓦咬入油管的内壁，下拉杆在上提力的作用下拉动胶筒下压帽上行，压缩胶筒实现封堵油管内腔，再上提钢丝绳，当拉力达到设计拉力时，销钉剪断，绳帽与油管堵塞器脱开，油管堵塞器的胶筒实现封堵，胶筒在制备上需要特种配方，此胶筒需要在三个月内降解(或消失强度的准降解)。但在使用钢丝绳投放时效率低，胶筒在配方上控制胶筒的物理性质很难。
目前实际生产情况：压裂后，投球封堵压裂管柱预置内防喷工具。如封堵成功，正常起出压裂管柱。如封堵不成功，进行钢丝绳油管堵塞器投堵，封堵工具串以上管柱。进行钢丝绳油管堵塞器作业后，压裂管柱只能起到(钢丝作业)堵塞器，工具串遗井。采油厂套管生产降压后，由采油厂作业队起出工具串。由于预置内防喷工具封堵成功率太低(不足10％)，后续的钢丝作业、联系终止施工、跟踪起压裂管柱作业队进度等问题严重制约了生产进度。针对预置内防喷工具封堵成功率低的问题，进行了多次整改方案讨论，包括改进封堵方案、改进滑套结构等方面都做了诸多的试验，但管内封堵成功率仍然没有提高。
目前市场上还有封堵喷砂器，利用封堵器对侧壁出砂口的封堵。
发明内容
本发明目的是，提出一种井下多层坐压单向封堵式开关器，克服钢丝绳油管堵塞器的不足；大大提高管内封堵的成功率。
本发明技术方案是，井下多层坐压单向封堵式开关器，包括圆筒状的主体1、阀座筒3、阀座连接环2、密封浮动弹簧8、弹性密封、单向封堵阀板、舌板支撑骨架4-2、滑套固定环6-2、滑套6、密封圈7、8，下接头10、下接头内环9、主体上端设有连接内腔11，主体中央从上至下内镶筒状结构的阀座连接环2、阀座筒3、下接头内环9和下接头10，下接头10凸出于圆筒状的主体1的下端；阀座筒内侧壁上与阀座连接环2连接处安装单向封堵阀板，单向封堵阀板包括销轴座、销轴4、扭簧4-1和防喷开关舌板5，其中防喷开关舌板5是面积能覆盖阀座连接环横截面面积的板，所述防喷开关舌板5的安装平面与阀座筒侧平面平行，防喷开关舌板5的一个边缘处通过销轴4安装的销轴座上，销轴4上设有扭簧4-1，扭簧4-1的扭力方向从安装平面扭到阀座连接环横截面，滑套6安装在阀座筒3内，滑套6侧壁使得防喷开关舌板5安装平面贴在阀座筒3的内侧面；筒状结构的阀座连接环2、阀座筒3、下接头内环9和下接头10的内径均略大于滑套6，滑套6侧壁上设有垂直侧壁的销钉13销在滑套6侧壁与滑套6侧壁外部的阀座筒3或下接头内环的内壁；
进一步，下接头10的内部为下接头通道14、下接头10的下端设有连接螺纹。
进一步，弹性密封2-1位于阀座3、阀座连接环之间。
进一步，滑套6为内部的下端设有台阶6-1的套筒；阀球15的直径小于滑套6的内径但大于台阶处的内径。
阀座筒3安装防喷开关舌板5内侧处直径大于阀座筒3上部的阀座连接环的直径。
本发明装置(工具)安装在压裂卡距段之上，可配合API油管、连续油管连接进行压裂作业，入井呈常开状态，完成挤注、压裂后或当井下出现(一般是超过某压力或进行某种作业时，如起管)状况时，需要关闭油管管柱，此时只需要关闭防喷开关器和舌板即可，可通过向管柱内投入相适应的阀球(本发明产品连接在管柱的中央或若干位置，平时导通不影响管柱的工作)，进行正打压(加压)打掉防喷开关器内部滑套侧壁上的定位的销钉，使滑套脱落，此时防喷开关器的舌板在扭簧的作用下，处于关闭状态，即可排除隐患以及起管时可实现井口内孔防喷。
有益效果：本发明“井下多层坐压单向封堵式开关器”能达到压后套压10MPa管内不喷液。“封堵式开关器”是采用单向密封机构封堵管内主通道，而不是封堵喷砂器侧壁出砂口，是新思路下的新产品，以往在施工过程中，目前高压注水井通常是采用放喷溢流加砂压裂带压拖动井下多层坐压单向封堵式开关器，由于压后管柱内封堵工艺的不完善，严重制约了生产进度。本发明“井下多层坐压单向封堵式开关器”(封堵式开关器)通过投球压裂、封堵各层，工艺简单、可靠；滑套分布合理，不会产生该结构固有的“憋死压”的问题；各层压后均保持管内外压力平衡，有利于活动管柱安装与工作。并适用于压裂施工应用经验，能大大提高封堵成功率(基本均能成功)。
本发明能够在不压井带压作业技术中作为油管堵塞器，其作用是在井口有压力的情况下实现油管的安全、无污染起出。是申请人自主研发的安全、节能、环保的高新技术产品；其结构简单实用。这一产品的研发、应用、推广是申请人节能环保技术、工艺、装备推广应用，追求绿色发展的重要举措。本发明产品具有节能、环保、承压高、耐冲蚀、密封性能好、使用寿命长、安全性高、且具有简化作业流程、缩短完井工期、降低作业成本、可正反洗井等优越性能。
本发明有效地解决了针对带压及压裂作业工艺复杂、大排量加砂压裂其携砂液冲蚀影响工具密封性能进而影响作业安全问题；解决了油井吸液能力强弱对压控式防喷工具启闭影响较大；解决了传统机械式封堵易坐封不严，造成伤人事故；解决了压裂时下测井仪器或投球对工具结构尺寸及性能的要求过于苛刻；简化作业流程、提高作业安全；减少作业周期、降低作业成本；颠覆了传统压裂工艺，是油气井压裂作业的一次技术革命。
本发明在使石油开采压裂作业实现清洁生产，改进传统压裂工艺在作业中途卸压放喷过程中排放的油气及压裂液对空气及周边环境造成严重污染；在非常规油气田实施大规模压裂应用，延长单口油井可持续开采时间，大幅度提高单口油井的产能，实现石油开采循环经济，提高资源回收利用率，构建绿色采油体系。
附图说明
图1为井下多层坐压单向封堵式开关器结构图(投球前导通状态)；
图2为井下多层坐压单向封堵式开关器结构图(投球后单向封堵式关闭状态)。
具体实施方式
井下多层坐压单向封堵式开关器，包括圆筒(钢管状)状的主体1、阀座筒3、阀座连接环2、密封浮动弹簧8、弹性密封、单向封堵阀板、舌板支撑骨架4-2、滑套固定环6-2、滑套6、密封圈7、8，下接头10、下接头内环9、主体上端设有与管柱的连接接头及连接内腔11(与管柱连通)，主体中央从上至下内镶筒(均为管状或环状)状结构的阀座连接环2、阀座筒3、下接头内环9和下接头10，且钢管状的下接头10凸出于圆筒状的主体1的下端；阀座筒内侧壁上与阀座连接环2连接处安装单向封堵阀板；单向封堵阀板的结构是：包括销轴座、销轴4、扭簧4-1和防喷开关舌板5，其中防喷开关舌板5是面积能覆盖阀座连接环横截面面积的板，所述防喷开关舌板5的安装平面(单向封堵式开关器导通时的防喷开关舌板位置)与阀座筒侧平面平行、不影响阀座筒及其它管状另件与管柱的连通，防喷开关舌板5(一般采用圆板或椭圆板)的一个边缘处设有一凸座，凸座上有轴孔，通过销轴4安装在销轴座和凸座的轴孔上，销轴座是在阀座筒侧壁上加工形成，销轴4上设有扭簧4-1，扭簧4-1的扭力方向从安装平面扭到阀座连接环横截面，销轴在长度方向是垂直于管柱的流道方向的，保证扭簧4-1的扭力方向；钢制的滑套6安装在阀座筒3内(外径小于阀座筒的内径)，滑套6的侧壁的挡住(舌板)使得防喷开关舌板5安装平面贴在阀座筒3的内侧面与滑套的外侧壁之间；筒状结构的阀座连接环2、阀座筒3、下接头内环9和下接头10的内径均略大于滑套6，滑套6侧壁上设有垂直侧壁的销钉13销在滑套6侧壁与滑套6侧壁外部的阀座筒3或下接头内环的内壁；销钉具有一定的强度，可以在额定剪切力下断裂(最好采用一定的脆性的材料，甚至采用高分子杆或铸铁丝等)。图中销钉13销在滑套6侧壁下接头内环9的内壁之间。
下接头10的内部为下接头通道14与管柱连通、下接头10的下端设有与管柱连接螺纹。弹性密封2-1位于阀座3、阀座连接环之间。滑套6为内部的下端设有台阶6-1的套筒；阀球15的直径小于滑套6的内径但大于台阶处的内径，阀球采用钢芯外裹橡胶的结构，橡胶层的厚度为1-3毫米，可以保证阀球在使用时施压的可靠；阀座筒3安装防喷开关舌板5内侧处直径大于阀座筒3上部的阀座连接环的直径；防喷开关器阀座其实为阀座筒，密封浮动弹簧指阀座连接环2与阀座筒3连接处为PU圈或石墨密封圈；弹性密封如图所示，指下接头内环9、下接头与主体的筒壁之间有交叉套叠，套叠面上设有两道或更多道的密封圈(采用橡胶O形圈)，套叠结构为主体环内包裹下接头筒的大半截，下接头内包裹下接头内环9。
本发明制备成的产品主要技术参数：
型号：FDQ-52/70
公称压力：10000PSI
投球关闭压差：≥15MPa(出厂前调定)
通径：≥52mm
温度范围：0～121℃
适用介质：水、油气、携沙液等
连接类型：2 7/8〞UP TBG螺纹
材料级别：EE
总长度：456mm左右。
使用与维护保养，存放时应置于干燥通风外，并妥善封闭器门进出口，以防杂物进入内腔，接头外螺纹注意防护，以防撞碰。产品在出厂前均进行了强度试验，由于压力过高，不允许做重复试验。定期检查，以防主体与内部锈蚀和接头与主体间松动。
以上实施例不以任何方式限定本发明，凡是对以上实施例以等效变换方式做出的其它改进与应用，都属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.井下多层坐压单向封堵式开关器，其特征是，包括圆筒状的主体、阀座筒、阀座连接环、密封浮动弹簧、弹性密封、单向封堵阀板、舌板支撑骨架、滑套固定环、滑套、密封圈，下接头、下接头内环、主体上端设有连接内腔，主体中央从上至下内镶筒状结构的阀座连接环、阀座筒、下接头内环和下接头，下接头凸出于圆筒状的主体的下端；阀座筒内侧壁上与阀座连接环连接处安装单向封堵阀板，单向封堵阀板包括销轴座、销轴、扭簧和防喷开关舌板，其中防喷开关舌板是面积能覆盖阀座连接环横截面面积的板，所述防喷开关舌板的安装平面与阀座筒侧平面平行，防喷开关舌板的一个边缘处通过销轴安装的销轴座上，销轴上设有扭簧，扭簧的扭力方向从安装平面扭到阀座连接环横截面，滑套安装在阀座筒内，滑套侧壁使得防喷开关舌板安装平面贴在阀座筒的内侧面；筒状结构的阀座连接环、阀座筒、下接头内环和下接头的内径均略大于滑套，滑套侧壁上设有垂直侧壁的销钉销在滑套侧壁与滑套侧壁外部的阀座筒或下接头内环的内壁。
2.根据权利要求1所述的井下多层坐压单向封堵式开关器，其特征是，下接头10的内部为下接头通道、下接头的下端设有连接螺纹。
3.根据权利要求1所述的井下多层坐压单向封堵式开关器，其特征是，弹性密封位于阀座与阀座连接环之间。
4.根据权利要求1所述的井下多层坐压单向封堵式开关器，其特征是，滑套为内部的下端设有台阶的套筒；阀球的直径小于滑套的内径但大于台阶处的内径。
5.根据权利要求1所述的井下多层坐压单向封堵式开关器，其特征是，阀座筒安装防喷开关舌板内侧处直径大于阀座筒上部的阀座连接环的直径。
6.根据权利要求4所述的井下多层坐压单向封堵式开关器，其特征是，阀球采用钢芯外裹橡胶的结构。
7.根据权利要求1所述的井下多层坐压单向封堵式开关器，其特征是，密封浮动弹簧指阀座连接环与阀座筒连接处为PU圈或石墨密封圈。
8.根据权利要求1所述的井下多层坐压单向封堵式开关器，其特征是，弹性密封指下接头内环、下接头与主体的筒壁之间有交叉套叠，套叠面上设有两道或更多道的密封圈套叠结构为主体内包裹下接头筒的大半截，下接头内包裹下接头内环。
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