CN111622710B - 一种滑套工具的高压激活导压机构及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种滑套工具的高压激活导压机构及使用方法，包括阀体和控压柱塞，阀体内开有安装空腔，安装空腔内连接有缓冲套，缓冲套上连接有弹簧轴，弹簧轴外围套有碟形弹簧，缓冲套下方连接有柱塞阀座，所述柱塞阀座中心开有控压柱塞孔，控压柱塞前端从控压柱塞孔插入并顶在弹簧轴后端，安装空腔开有与外界连通的导通孔，缓冲套为凹字形结构。通过固井时井口的高压来分离第二控压柱塞柱和第三控压柱塞环，同时还保持安装空腔内的密封。等到固井结束压力降低后，依靠蝶形弹簧自身的能量将控压柱塞从控压柱塞孔中推走，连通井筒与安装空腔，从而提高安装空腔内的压力。
Description
技术领域
本发明属于油气田开发领域，具体涉及一种滑套工具的高压激活导压机构及使用方法。
背景技术
固井滑套类工具在油气田水平井的开发工艺应用中越来越多，特别是趾端滑套类工具。然而，在新井作业前需要进行套管强度试压作业，与该类工具的性能产生矛盾。本发明涉及了一种用于固井滑套工具的高压激活启动机构，可以满足套管强度试压需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种滑套工具的高压激活导压机构及使用方法，以实现在井口施加高压激活导压通道机构，在井口泄压后依靠机构自身能量开启导压通道，实现井筒压力与套管滑套、趾端滑套等固井滑套工具特定机构压力联通的功能。
本发明的目的是通过以下技术手段实现的，
一种滑套工具的高压激活导压机构，包括阀体和控压柱塞，阀体内开有安装空腔，安装空腔内连接有缓冲套，缓冲套上连接有弹簧轴，弹簧轴外围套有蝶形弹簧，缓冲套下方连接有柱塞阀座，所述柱塞阀座中心开有控压柱塞孔，控压柱塞前端从控压柱塞孔插入并顶在弹簧轴后端，安装空腔开有与外界连通的导通孔，缓冲套为凹字形结构，且开口朝向导通孔，弹簧轴、柱塞阀座、控压柱塞和控压柱塞孔中心均与导通孔位于一条直线上；
所述控压柱塞孔，从导通孔至缓冲套方向宽度逐渐变小，分别为第一阶段、第二阶段和第三阶段，控压柱塞分为宽度依次增大的第一控压柱塞柱、第二控压柱塞柱和第三控压柱塞环，第二控压柱塞柱连接在第一控压柱塞柱下端，第三控压柱塞环套接在第二控压柱塞柱外，第三控压柱塞环及第二控压柱塞柱位于第三阶段内，第一控压柱塞柱穿过第一阶段和第二阶段直至顶住弹簧轴，第三控压柱塞环宽度等于第三阶段宽度，第二控压柱塞柱宽度大于第一阶段宽度且小于第二阶段宽度，第一控压柱塞柱宽度等于第一阶段宽度；
所述第二控压柱塞柱宽度小于或等于导通孔的宽度，第三控压柱塞环宽度大于导通孔的宽度。
所述缓冲套为凹字型，且开口面对导通孔，缓冲套与安装空腔通过螺纹连接，缓冲套外壁与安装空腔内壁之间还连接有密封圈。
所述弹簧轴为T字型，弹簧轴较窄的一端连接在缓冲套上，蝶形弹簧上端顶在弹簧轴较宽端上，下端顶在缓冲套上。
所述柱塞阀座外壁与安装空腔内壁之间连接有密封圈。
所述第一控压柱塞柱外壁与控压柱塞孔第一阶段内壁间连接有密封圈。
所述第三控压柱塞环内插有剪切销钉，剪切销钉插入第二控压柱塞柱内。
所述第二控压柱塞柱和第三控压柱塞环一体成型，但连接处开有剪切应力槽。
一种滑套工具的高压激活导压机构使用方法，固井加压时，井筒内的压力挤压控压柱塞的第二控压柱塞柱和第三控压柱塞环向井筒外侧移动，等到井筒内压力大于蝶形弹簧的预紧力及剪切应力槽剪切力之和，第二控压柱塞柱和第三控压柱塞环沿着剪切应力槽分离，第二控压柱塞柱向弹簧轴方向移动并挤压蝶形弹簧，然后第二控压柱塞柱被控压柱塞孔第二阶段卡住，第一控压柱塞柱仍堵在第一阶段内，保持井筒与安装空腔的隔离；井口泄压后，第二控压柱塞柱收到来自井筒的压力下降，当井筒压力低于蝶形弹簧的弹力时，蝶形弹簧推动第一控压柱塞柱和第二控压柱塞柱从导通孔弹出，控压柱塞孔第一阶段不再被第一控压柱塞柱堵住，井筒和安装空腔压力连通，安装空腔内压力产生变化。
本发明的有益效果在于：通过固井时井口的高压来分离第二控压柱塞柱和第三控压柱塞环，同时还保持安装空腔内的密封。等到固井结束压力降低后，依靠蝶形弹簧自身的能量将控压柱塞从控压柱塞孔中推走，连通井筒与安装空腔，从而提高安装空腔内的压力，以对后续的井下套管滑套、趾端滑套等工具产生影响，达到套管内憋压开启与新井的套管强度试压作业融合。
附图说明
图1为固井滑套工具的高压激活式导压机构结构示意图；
图2为固井滑套工具的高压激活式导压机构高压激活时结构示意图；
图3为控压柱塞结构示意图；
图4为控压柱塞另一结构示意图；
图5为固井滑套工具的高压激活式导压机构泄压开启时结构示意图；
图中1、阀体；2、缓冲套；3、蝶形弹簧；4、弹簧轴；5、控压柱塞；5-1、第一控压柱塞柱；5-2、第二控压柱塞柱；5-3、第三控压柱塞环；7、柱塞阀座；11、导通孔；16、剪切销钉；17、剪切应力槽。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
具体实施方式
【实施例1】
如图1所示，一种滑套工具的高压激活导压机构，包括上接头和控压柱塞5，上接头内开有安装空腔，安装空腔内连接有缓冲套2，缓冲套2上连接有弹簧轴4，弹簧轴4外围套有蝶形弹簧3，缓冲套2下方连接有柱塞阀座7，所述柱塞阀座7中心开有控压柱塞孔，控压柱塞5前端从控压柱塞孔插入并顶在弹簧轴4后端，安装空腔开有与外界连通的导通孔11，缓冲套2为凹字形结构，且开口朝向导通孔11，弹簧轴4、柱塞阀座7、控压柱塞5和控压柱塞孔中心均与导通孔11位于一条直线上。
整个上接头连接在井筒的下方，凹字形的缓冲套2连接在导通孔11对侧的安装空腔内壁上，且缓冲套2的开口直对导通孔11，弹簧轴4连接在缓冲套2上，且对着导通孔11。弹簧轴4外侧连有蝶形弹簧3。导通孔11和柱塞阀座孔连通着井筒和缓冲套2开口形成的空腔。
如图1所示，缓冲套2的下方连接有柱塞阀座7，柱塞阀座7堵住缓冲套2的开口，将缓冲套2开口内的空腔与井筒分隔开。
柱塞阀柱7中心开有导通孔11，导通孔11内插有控压柱塞5来堵住导通孔11，控压柱塞5穿过导通孔11顶在弹簧轴4上。
所述缓冲套2为凹字型，且开口面对导通孔11，缓冲套2与安装空腔通过螺纹连接，缓冲套2外壁与安装空腔内壁之间还连接有密封圈。
缓冲套2外壁与安装空腔螺纹连接，且缓冲套2外壁与安装空腔之间有密封圈作为密封。
所述缓冲套2为凹字型，且开口面对导通孔11，缓冲套2与安装空腔通过螺纹连接，缓冲套2外壁与安装空腔内壁之间还连接有密封圈。
缓冲套2外壁与安装空腔螺纹连接，且缓冲套2外壁与安装空腔之间有密封圈作为密封。
弹簧轴4为T字型，较窄的一端即图3中的上端连接有缓冲套2上，较宽的一端向下，而蝶形弹簧3就在弹簧轴4较宽端和缓冲套2之间。
所述弹簧轴4为T字型，弹簧轴4较窄的一端连接在缓冲套2上，蝶形弹簧3上端顶在弹簧轴4较宽端上，下端顶在缓冲套2上。
所述柱塞阀座7外壁与安装空腔内壁之间连接有密封圈。用于密封安装空腔。
【实施例2】
在实施例1的基础上，如图1、图2和图5所示，所述控压柱塞孔，从导通孔11至缓冲套2方向宽度逐渐变小，分别为第一阶段、第二阶段和第三阶段，控压柱塞5分为宽度依次增大的第一控压柱塞柱5-1、第二控压柱塞柱5-2和第三控压柱塞环5-3，第二控压柱塞柱5-2连接在第一控压柱塞柱5-1下端，第三控压柱塞环5-3套接在第二控压柱塞柱5-2外，第三控压柱塞环5-3及第二控压柱塞柱5-2位于第三阶段内，第一控压柱塞柱5-1穿过第一阶段和第二阶段直至顶住弹簧轴4，第三控压柱塞环5-3宽度等于第三阶段宽度，第二控压柱塞柱5-2宽度大于第一阶段宽度且小于第二阶段宽度，第一控压柱塞柱5-1宽度等于第一阶段宽度。
所述第一控压柱塞柱5-1外壁与控压柱塞孔第一阶段内壁间连接有密封圈。
所述第三控压柱塞环5-3内插有剪切销钉16，剪切销钉16插入第二控压柱塞柱5-2内。
所述第二控压柱塞柱5-2和第三控压柱塞环5-3一体成型，但连接处开有剪切应力槽17。
所述第二控压柱塞柱5-2宽度小于或等于导通孔11的宽度，第三控压柱塞环5-3宽度大于导通孔11的宽度。
控压柱塞孔从井筒到安装空腔直径逐步缩小，依次分为第三阶段、第二阶段和第三阶段。
控压柱塞5也分为三部分，分别是逐渐缩小的第三控压柱塞环5-3、第二控压柱塞柱5-2和第一控压柱塞柱5-1，第二控压柱塞柱5-2和第一控压柱塞柱5-1均为圆柱形，如图3所示，第二控压柱塞柱5-2连在第一控压柱塞柱5-1，第二控压柱塞柱5-2和第一控压柱塞柱5-1整体呈T字型，第三控压柱塞环5-3则套在第二控压柱塞柱5-2外。
第三控压柱塞环5-3与第二控压柱塞柱5-2有两种连接方式，
如图3所示，一为第三控压柱塞环5-3与第二控压柱塞柱5-2分开，从第三控压柱塞环5-3外侧插入剪切销钉16至第二控压柱塞柱5-2内。
如图4所示，二为第三控压柱塞环5-3与第二控压柱塞柱5-2一体成型，但在两者交界出开有剪切应力槽17。
控压柱塞5在插入控压柱塞孔时，第三控压柱塞环5-3和第二控压柱塞柱5-2卡在第三阶段，第一控压柱塞柱5-1则穿过第二阶段和第一阶段直至顶住弹簧轴4。
如图2所示，第三控压柱塞环5-3直径等于第三阶段的直径，以将第三控压柱塞环5-3卡主并与第二控压柱塞柱5-2一起堵住导通孔11；
第二控压柱塞柱5-2直径小于第二阶段直径，但大于第一阶段的直径，这样第二控压柱塞柱5-2在受到足够的，来自下方的压力后，可以向上移动并导致第三控压柱塞环5-3和第二控压柱塞柱5-2分离，然后第二控压柱塞柱5-2卡在第二阶段，不进入第一阶段。
第一控压柱塞柱5-1直径等于第一阶段的直径，用于堵住第一阶段，保证缓冲套2开口内的密封，第一控压柱塞柱5-1外壁与控压柱塞孔第一阶段内壁间连接的密封圈也是为了密封。
第二控压柱塞柱5-2直径小于或等于导通孔11的直径，是为了让蝶形弹簧3将弹簧轴4向下顶，从而将第二控压柱塞柱5-2和第一控压柱塞柱5-1整体从控压柱塞孔弹出，从而连通井筒和缓冲套2内的腔室。
【实施例3】
在实施例2的基础上，如图2和图3所示，一种滑套工具的高压激活导压机构使用方法，固井加压时，井筒内的压力挤压控压柱塞5的第二控压柱塞柱5-2和第三控压柱塞环5-3向井筒外侧移动，等到井筒内压力大于蝶形弹簧3的预紧力及剪切应力槽17剪切力之和，第二控压柱塞柱5-2和第三控压柱塞环5-3沿着剪切应力槽17分离，第二控压柱塞柱5-2向弹簧轴4方向移动并挤压蝶形弹簧3，然后第二控压柱塞柱5-2被控压柱塞孔第二阶段卡住，第一控压柱塞柱5-1仍堵在第一阶段内，保持井筒与安装空腔的隔离；井口泄压后，第二控压柱塞柱5-2收到来自井筒的压力下降，当井筒压力低于蝶形弹簧3的弹力时，蝶形弹簧3推动第一控压柱塞柱5-1和第二控压柱塞柱5-2从导通孔11弹出，控压柱塞孔第一阶段不再被第一控压柱塞柱5-1堵住，井筒和安装空腔压力连通，安装空腔内压力产生变化。
具体的工作流程为，将上接头连接到井筒的底端，一起下入到预定位置。此时第三控压柱塞环5-3与第二控压柱塞柱5-2之间的固定于大于固井作业最高压力，那么第三控压柱塞环5-3与第二控压柱塞柱5-2就不会在固井过程中激活。
固井加压，如图2所示，当井筒内压力大于蝶形弹簧3的预紧力及剪切应力槽17的剪切力之和，第三控压柱塞环5-3与第二控压柱塞柱5-2沿着剪切应力槽17分离，第二控压柱塞柱5-2上行直至顶在第二阶段中，此时第一控压柱塞柱5-1依然堵在第一阶段中，井筒内的高压不进入缓冲套2的空腔内。压差滑套9依然不动，堵住出液槽15。
当使用剪切销钉16时，剪切销钉16受力被剪断，从而使得第三控压柱塞环5-3与第二控压柱塞柱5-2分离。
井口泄压后，如图3所示，控压柱塞5受到的来自下方的井筒压力降低，当井筒压力低于蝶形弹簧3的弹力时，蝶形弹簧3推动弹簧轴4向井筒方向移动，随之带动第一控压柱塞柱5-1及第二控压柱塞柱5-2向井筒方向移动，最终第一控压柱塞柱5-1及第二控压柱塞柱5-2向井筒方向移动被从导通孔11推出，整个控压柱塞孔不再被堵住，井筒与缓冲套2开口的空腔相互连通完毕。
在具体使用时，阀体1作为上接头，下部连接有其他的滑套和滑套外的阀体，滑套阀体下端连接有下接头，上接头和下接头将滑套阀体上下密封起来，在滑套阀体内部形成空腔，这个空腔内滑动连接有压差滑套，压差滑套的长度小于上接头至下接头的长度，因此压差滑套上端至上接头的部分形成了上腔室，即井下工具执行活塞腔，压差滑套下端至下接头的部分形成了下腔室。
压差滑套封堵住了滑套阀体的出液槽，阻止了滑套阀体内外之间的连通，同时上腔室和下腔室内压力一致，保证了压差滑套位置不动，可以一直堵住出液槽。同时压差滑套在出液槽的两侧也连接有密封圈，确保阀体内外的隔离。
上腔室与上接头的固井滑套工具高压激活式导压机构通过导压通道相连，一旦固井滑套工具高压激活式导压机构与井筒连通，那么上腔室也随之与井筒内压力连通，而井筒内压力高于下腔室的压力，在压力作用下，压差滑套向下移动，最终露出出液槽，滑套阀体内外连通，井筒也与外界连通。实现了趾端滑套的开启。避免了井下固井滑套类工具在进行套管强度整体高压试压的过程中启动，使得套管滑套、趾端滑套等固井滑套工具满足井筒试压工艺需求。
本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。
Claims (8)
1.一种滑套工具的高压激活导压机构，其特征在于：包括阀体(1)和控压柱塞(5)，阀体(1)内开有安装空腔，安装空腔内连接有缓冲套(2)，缓冲套(2)上连接有弹簧轴(4)，弹簧轴(4)外围套有蝶形弹簧(3)，缓冲套(2)下方连接有柱塞阀座(7)，所述柱塞阀座(7)中心开有控压柱塞孔，控压柱塞(5)前端从控压柱塞孔插入并顶在弹簧轴(4)后端，安装空腔开有与外界连通的导通孔(11)，缓冲套(2)为凹字形结构，且开口朝向导通孔(11)，弹簧轴(4)、柱塞阀座(7)、控压柱塞(5)和控压柱塞孔中心均与导通孔(11)位于一条直线上；
所述控压柱塞孔，从导通孔(11)至缓冲套(2)方向宽度逐渐变小，分别为第一阶段、第二阶段和第三阶段，控压柱塞(5)分为宽度依次增大的第一控压柱塞柱(5-1)、第二控压柱塞柱(5-2)和第三控压柱塞环(5-3)，第二控压柱塞柱(5-2)连接在第一控压柱塞柱(5-1)下端，第三控压柱塞环(5-3)套接在第二控压柱塞柱(5-2)外，第三控压柱塞环(5-3)及第二控压柱塞柱(5-2)位于第三阶段内，第一控压柱塞柱(5-1)穿过第一阶段和第二阶段直至顶住弹簧轴(4)，第三控压柱塞环(5-3)宽度等于第三阶段宽度，第二控压柱塞柱(5-2)宽度大于第一阶段宽度且小于第二阶段宽度，第一控压柱塞柱(5-1)宽度等于第一阶段宽度；
所述第二控压柱塞柱(5-2)宽度小于或等于导通孔(11)的宽度，第三控压柱塞环(5-3)宽度大于导通孔(11)的宽度。
2.根据权利要求1所述的一种滑套工具的高压激活导压机构，其特征在于：所述缓冲套(2)为凹字型，且开口面对导通孔(11)，缓冲套(2)与安装空腔通过螺纹连接，缓冲套(2)外壁与安装空腔内壁之间还连接有密封圈。
3.根据权利要求1所述的一种滑套工具的高压激活导压机构，其特征在于：所述弹簧轴(4)为T字型，弹簧轴(4)较窄的一端连接在缓冲套(2)上，蝶形弹簧(3)上端顶在弹簧轴(4)较宽端上，下端顶在缓冲套(2)上。
4.根据权利要求1所述的一种滑套工具的高压激活导压机构，其特征在于：所述柱塞阀座(7)外壁与安装空腔内壁之间连接有密封圈。
5.根据权利要求1所述的一种滑套工具的高压激活导压机构，其特征在于：所述第一控压柱塞柱(5-1)外壁与控压柱塞孔第一阶段内壁间连接有密封圈。
6.根据权利要求1所述的一种滑套工具的高压激活导压机构，其特征在于：所述第三控压柱塞环(5-3)内插有剪切销钉(16)，剪切销钉(16)插入第二控压柱塞柱(5-2)内。
7.根据权利要求1所述的一种滑套工具的高压激活导压机构，其特征在于：所述第二控压柱塞柱(5-2)和第三控压柱塞环(5-3)一体成型，但连接处开有剪切应力槽(17)。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种滑套工具的高压激活导压机构的使用方法，其特征在于：固井加压时，井筒内的压力挤压控压柱塞(5)的第二控压柱塞柱(5-2)和第三控压柱塞环(5-3)向井筒外侧移动，等到井筒内压力大于蝶形弹簧(3)的预紧力及剪切应力槽(17)剪切力之和，第二控压柱塞柱(5-2)和第三控压柱塞环(5-3)沿着剪切应力槽(17)分离，第二控压柱塞柱(5-2)向弹簧轴(4)方向移动并挤压蝶形弹簧(3)，然后第二控压柱塞柱(5-2)被控压柱塞孔第二阶段卡住，第一控压柱塞柱(5-1)仍堵在第一阶段内，保持井筒与安装空腔的隔离；井口泄压后，第二控压柱塞柱(5-2)收到来自井筒的压力下降，当井筒压力低于蝶形弹簧(3)的弹力时，蝶形弹簧(3)推动第一控压柱塞柱(5-1)和第二控压柱塞柱(5-2)从导通孔(11)弹出，控压柱塞孔第一阶段不再被第一控压柱塞柱(5-1)堵住，井筒和安装空腔压力连通，安装空腔内压力产生变化。
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Also Published As
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