CN111636851A - 一种井筒浮子开关器及控制井筒开关的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了井筒浮子开关器及控制井筒开关的方法，自上至下包括依次连接的上接头、外筒和下接头，外筒的筒内布设有内筒和定位环，内筒的中空腔体内插接有浮子，浮子的顶端沿径向扩径且扩径部可与上接头的内壁密封匹配，扩径部与内筒的上筒口之间设有套设于浮子的弹簧，浮子的底端中心旋接有限位螺栓，浮子和限位螺栓连接为一体并可沿内筒上下滑动，内筒可沿外筒的内筒壁上下滑动，滑动至下方时限位螺栓可贯穿定位环。关闭油气通道时，通过浮子的扩径部与上接头的线接触实现密封，结构简单且可保证密封效果，有效地控制液体喷出井口，缩短试投时间间隔，争取早投产，后期作业在常压下进行，防止地面污染，保证安全环保施工。
Description
技术领域
本发明属于石油工程机械领域，具体涉及一种井筒浮子开关器及控制井筒开关的方法。
背景技术
超低渗致密油是中石油近几年重要的资源接替层，储层渗透率低，体积压裂是提高单井产量的关键技术，然而绝大部分油井压裂时入井液超过10000方，加砂量也在1000方左右，油田压裂完成后一般采用抽汲排液，见油后下泵投产，这种作业方式对于丛式井组开发的大平台或高压油井，存在排液周期长（一般3个月）、井筒带压作业井控难度大、排采设备与大型作业相互影响等问题。
目前，油田领域采取排采一体化管柱实现排液，而排液需要一个关键工具，来控制井筒压力，实现投产后不带压作业，而现有的控制井筒压力的开关器无法实现压后快速排液。
发明内容
本发明实施方式的目的在于提供一种井筒浮子开关器及控制井筒开关的方法，以克服上述技术缺陷。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种井筒浮子开关器，包括自上至下依次连接的上接头、外筒和下接头，外筒的筒内上下布设有与其同轴的内筒和定位环，内筒为上下贯通的中空结构，它的中空腔体内插接有浮子，浮子的顶端伸出内筒的上筒口，伸出部分的外壁沿径向扩径且扩径部可与上接头的内壁密封匹配，扩径部与内筒的上筒口之间设有套设于浮子的弹簧，浮子的底端中心旋接有限位螺栓，围绕限位螺栓在内筒的底端面布设可抵接于定位环的支撑腿；
其中，浮子和限位螺栓连接为一体并与内筒上下滑动连接，内筒可沿外筒的内筒壁上下滑动，滑动至下方时限位螺栓可贯穿定位环，定位环的外环面固接于外筒的内壁。
进一步地，浮子的顶端中心开设有用于插接推杆的中心盲孔，浮子的底端中心开设有用于旋接限位螺栓的螺孔。
优选地，中心盲孔以下的浮子外壁自上至下分别是扩径部、第一缩颈部、第二缩颈部和第三缩颈部；
扩径部呈半球状，半球可与上接头的内壁密封接触；
第一缩颈部的外壁为花键槽，花键槽的外壁与外筒的内筒壁紧贴接触；
第二缩颈部的外壁套设着弹簧，弹簧的上端连接花键槽。
进一步地，第三缩颈部作为浮子的延长段，它的底端中心是用于旋接限位螺栓的螺孔。
优选地，内筒是纵截面呈倒T型的回转体，它由两部分组成，分别是竖直段和水平段，水平段的底端面开设台阶孔，限位螺栓的头部可嵌入台阶孔。
进一步地，浮子和内筒为间隙配合。
优选地，定位环的内径大于限位螺栓的头部的外径。
进一步地，内筒的底端面布设三个支撑腿，三个支撑腿沿内筒底部的圆环面均匀间隔分布。
本发明还保护了一种利用井筒浮子开关器控制井筒开关的方法，包括以下步骤：
S001.在油管下方连接上接头，井筒浮子开关器随油管下入井筒，直至预设位置，丢手坐封；
S002.井筒内的高压液体自下接头进入，流经定位环推动限位螺栓、内筒和浮子上行，直至浮子的扩径部与上接头的内壁密封接触，液体无法继续上行，井下油气通道被关闭，实施井筒无压力作业；
S003.下放生产管柱至井筒内，生产管柱下端的推杆与浮子同轴插接，推动浮子、内筒和限位螺栓同时下行，到达定位环，内筒底面的支撑腿抵接定位环，推杆继续推动浮子和限位螺栓下行，压缩弹簧，限位螺栓和浮子的下端通过定位环，直至弹簧达到压缩极限，井筒内液体沿着内筒和限位螺栓之间的空隙上行，依次流经浮子和内筒之间的空隙、花键槽，最终自推杆下部的孔眼进入上接头，油气通道上下连通，井筒压力得到释放，实现压后排液；
S004.修井作业或检泵作业时，起出生产管柱，井筒浮子开关器关闭，丢手封隔器封闭油套环空。
进一步地，步骤S003所述的生产管柱下端的推杆与浮子同轴插接，具体是指推杆贯穿上接头插入浮子的中心盲孔，中心盲孔开设于浮子的顶端中心。
本发明的有益效果如下：
井筒浮子开关器通过机械结构实现油气通道的连通或关闭，特别是关闭油气通道时，通过浮子的扩径部与上接头的线接触实现密封，结构简单且可保证密封效果，确保井下无压力作业的实施，有效地控制液体喷出井口，缩短试投时间间隔，争取早投产、早拿油，改善了施工条件，后期作业在常压下进行，防止地面污染，保证安全环保施工。
为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并结合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1是井筒浮子开关器的结构示意图。
图2是浮子的结构示意图。
附图标记说明：
1.上接头；2.浮子；3.弹簧；4.内筒；5.限位螺栓；6.外筒；7.定位环；8.下接头；
201.扩径部；202.中心盲孔；203.螺孔；204.第一缩颈部；205.第二缩颈部；206.第三缩颈部；207.花键槽。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
需说明的是，在本发明中，图中的上、下、左、右即视为本说明书中所述的井筒浮子开关器的上、下、左、右。
现参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
第一实施方式：
本发明的第一实施方式涉及一种井筒浮子开关器，参照图1，包括自上至下依次连接的上接头1、外筒6和下接头8，外筒6的筒内上下布设有与其同轴的内筒4和定位环7，内筒4为上下贯通的中空结构，它的中空腔体内插接有浮子2，浮子2的顶端伸出内筒4的上筒口，伸出部分的外壁沿径向扩径且扩径部201可与上接头1的内壁密封匹配，扩径部201与内筒4的上筒口之间设有套设于浮子2的弹簧3，浮子2的底端中心旋接有限位螺栓5，围绕所述限位螺栓5在内筒4的底端面布设可抵接于定位环7的支撑腿；
其中，浮子2和限位螺栓5连接为一体并与内筒4上下滑动连接，内筒4可沿外筒6的内筒壁上下滑动，滑动至下方时限位螺栓5可贯穿定位环7，定位环7的外环面固接于外筒6的内壁。
本实施方式提供的井筒浮子开关器的工作原理如下：
关闭井下油气通道：井筒内的高压液体自下接头8进入，流经定位环7推动限位螺栓5、内筒4和浮子2上行，直至浮子2的扩径部201与上接头1的内壁密封接触，液体无法继续上行；
连通油气通道：推杆贯穿上接头1插入浮子2，推动浮子2、内筒4和限位螺栓5同时下行，到达定位环7，内筒4底面的支撑腿抵接定位环7，推杆继续推动浮子2和限位螺栓5下行，压缩弹簧3，限位螺栓5和浮子2的下端通过定位环7，直至弹簧3达到压缩极限，井筒内液体沿着内筒4和限位螺栓5之间的空隙上行，依次流经浮子2和内筒4之间的空隙，最终自推杆下部的孔眼进入上接头1。
具体地，浮子2是实现井筒开关的重要部件，它的结构可以是多样的，但作为优选，本实施方式选择了图2所示结构，但并不仅限于此。
在本实施方式中，液体上行时，浮子2、内筒4和限位螺栓5为一体，同时上行；而释放井筒压力时，分为两个阶段，第一阶段，浮子2、内筒4和限位螺栓5为一体，共同下行，当内筒4底面的支撑腿抵接定位环7时，到达第二阶段，此时限位螺栓5和浮子2为一体，共同沿着内筒4的内壁下行，直至弹簧3被内筒4的上沿挤压至极限，此时，浮子2、内筒4和限位螺栓5都保持在静止状态，而井筒内的液体则流经各部件之间的间隙直至自上接头1，完成排液。
扩径部201可与上接头1的内壁密封匹配，具体是指，井筒高压液体从下接头8进入，通过定位环7，推动限位螺栓5和内筒4下部上行至上接头1凹槽处与扩径部201的弧面接触，无法继续上行，同时上接头1凹槽与扩径部201形成线密封，液体无法继续上行。
第二实施方式：
本实施方式提供了井筒浮子开关器，参照图1，包括自上至下依次连接的上接头1、外筒6和下接头8，外筒6的筒内上下布设有与其同轴的内筒4和定位环7，内筒4为上下贯通的中空结构，它的中空腔体内插接有浮子2，浮子2的顶端伸出内筒4的上筒口，伸出部分的外壁沿径向扩径且扩径部201可与上接头1的内壁密封匹配，扩径部201与内筒4的上筒口之间设有套设于浮子2的弹簧3，浮子2的底端中心旋接有限位螺栓5，围绕限位螺栓5，内筒4的底端面布设若干支撑腿；
其中，浮子2和限位螺栓5连接为一体并与内筒4上下滑动连接，内筒4可沿外筒6的内筒壁上下滑动，滑动至下方时限位螺栓5可贯穿定位环7，定位环7的外环面固接于外筒6的内壁。
在实际使用时，需要将生产管柱下入井筒，生产管柱下方是推杆，推杆需要和浮子2连接，为了方便连接和确保连接的牢固性、提高可靠度，在浮子2的顶端中心开设有用于插接推杆的中心盲孔202，使用时，可将推杆插入中心盲孔202两者可以旋接、卡接，或者其他连接方式，不作要求。
浮子2的底端中心开设有用于旋接限位螺栓5的螺孔203，应用时，将限位螺栓5旋入螺孔203，使限位螺栓5和浮子2可拆卸地连接，一方面可以方便检修和安装，另一方面可确保二者同时上行或同时下行，且在上行过程中，限位螺栓5可以为浮子2的上行提供保障，防止其滑脱。
第三实施方式：
在第二实施方式的基础上，参照图2，中心盲孔202以下的浮子2外壁自上至下分别是扩径部201、第一缩颈部204、第二缩颈部205和第三缩颈部206；
作为优选，扩径部201呈半球状，半球可与上接头1的内壁密封接触，具体地，井筒高压液体自下接头8进入，通过定位环7，推动限位螺栓5和内筒4下部上行至上接头1凹槽处与半球的弧面接触，无法继续上行，同时上接头1的凹槽与半球形成线密封，液体无法继续上行；
为了防止井筒内高压液体对生产过程造成影响，第一缩颈部204的外壁为花键槽207，花键槽207的外壁与外筒6的内筒壁紧贴接触，第二缩颈部205的外壁套设着弹簧3，弹簧3的上端连接花键槽207，当高压液体流经花键槽207后，对高压液体进行了分流，即相当于进行了减压，但并不影响液体的有序排出，进而降低了井控风险。
具体地，本实施方式提供的井筒浮子开关器的工作原理如下：
关闭井下油气通道：井筒内的高压液体自下接头8进入，流经定位环7推动限位螺栓5、内筒4和浮子2上行，直至浮子2的扩径部201与上接头1的内壁密封接触，液体无法继续上行；
连通油气通道：推杆贯穿上接头1插入浮子2，推动浮子2、内筒4和限位螺栓5同时下行，到达定位环7，内筒4底面的支撑腿抵接定位环7，推杆继续推动浮子2和限位螺栓5下行，压缩弹簧3，限位螺栓5和浮子2的下端通过定位环7，直至弹簧3达到压缩极限，井筒内液体沿着内筒4和限位螺栓5之间的空隙上行，依次流经浮子2和内筒4之间的空隙、花键槽207，最终自推杆下部的孔眼进入上接头1。
需要说明的是，第三缩颈部206作为浮子2的延长段，它的底端中心是用于旋接限位螺栓5的螺孔203。
作为优选，内筒4是纵截面呈倒T型的回转体，它由两部分组成，分别是竖直段和水平段，水平段的底端面开设台阶孔，限位螺栓5的头部可嵌入台阶孔，上行时，限位螺栓5的头部嵌入台阶孔，此时形成了第一道密封，继续上行，浮子2的扩径部201与上接头1的内壁密封接触，形成第二道密封，双向密封可以确保完全关闭油气通道，实现井下关井，确保井筒无压力作业。
为了确保油气通道连通时，液体的顺利通行，浮子2和内筒4为间隙配合，同时，定位环7的内径大于限位螺栓5的头部的外径，这样，当井筒内液体沿着内筒4和限位螺栓5之间的空隙上行，依次流经浮子2和内筒4之间的空隙、花键槽207，最终自推杆下部的孔眼进入上接头1。
作为优选，内筒4的底端面布设三个支撑腿，三个支撑腿沿内筒4底部的圆环面均匀间隔分布。
第四实施方式：
本实施方式提供了一种利用井筒浮子开关器控制井筒开关的方法，包括以下步骤：
S001.在油管下方连接上接头1，井筒浮子开关器随油管下入井筒，直至预设位置，丢手坐封；
S002.井筒内的高压液体自下接头8进入，流经定位环7推动限位螺栓5、内筒4和浮子2上行，直至浮子2的扩径部201与上接头1的内壁密封接触，液体无法继续上行，井下油气通道被关闭，实施井筒无压力作业；
S003.下放生产管柱至井筒内，生产管柱下端的推杆与浮子2同轴插接，推动浮子2、内筒4和限位螺栓5同时下行，到达定位环7，内筒4底面的支撑腿抵接定位环7，推杆继续推动浮子2和限位螺栓5下行，压缩弹簧3，限位螺栓5和浮子2的下端通过定位环7，直至弹簧3达到压缩极限，井筒内液体沿着内筒4和限位螺栓5之间的空隙上行，依次流经浮子2和内筒4之间的空隙、花键槽207，最终自推杆下部的孔眼进入上接头1，油气通道上下连通，井筒压力得到释放，实现压后排液；
S004.修井作业或检泵作业时，起出生产管柱，井筒浮子开关器关闭，丢手封隔器封闭油套环空。
本实施方式中的井筒浮子开关器，包括自上至下依次连接的上接头1、外筒6和下接头8，外筒6的筒内上下布设有与其同轴的内筒4和定位环7，内筒4为上下贯通的中空结构，它的中空腔体内插接有浮子2，浮子2的顶端伸出内筒4的上筒口，伸出部分的外壁沿径向扩径且扩径部201可与上接头1的内壁密封匹配，扩径部201与内筒4的上筒口之间设有套设于浮子2的弹簧3，浮子2的底端中心旋接有限位螺栓5，围绕限位螺栓5，内筒4的底端面布设若干支撑腿；
其中，浮子2和限位螺栓5连接为一体并与内筒4上下滑动连接，内筒4可沿外筒6的内筒壁上下滑动，滑动至下方时限位螺栓5可贯穿定位环7，定位环7的外环面固接于外筒6的内壁。
具体地，浮子2的顶端中心开设有用于插接推杆的中心盲孔202，浮子2的底端中心开设有用于旋接限位螺栓5的螺孔203。
中心盲孔202和螺孔203之间为浮子2的中段，中段的外壁自上至下分别是扩径部201、第一缩颈部204、第二缩颈部205和第三缩颈部206；
扩径部201呈半球状，半球可与上接头1的内壁密封接触；
第一缩颈部204的外壁为花键槽207，花键槽207的外壁与外筒6的内筒壁紧贴接触；
第二缩颈部205的外壁套设着弹簧3，弹簧3的上端连接花键槽207。
进一步地，第三缩颈部206作为浮子2的延长段，它的底端中心是用于旋接限位螺栓5的螺孔203；内筒4是纵截面呈倒T型的回转体，它由两部分组成，分别是竖直段和水平段，水平段的底端面开设台阶孔，限位螺栓5的头部可嵌入台阶孔；浮子2和内筒4为间隙配合；定位环7的内径大于限位螺栓5的头部的外径；内筒4的底端面布设三个支撑腿，三个支撑腿沿内筒4底部的圆环面均匀间隔分布。
综上所述，本实施方式保护的井筒浮子开关器通过机械结构实现油气通道的连通或关闭，特别是关闭油气通道时，通过浮子的扩径部与上接头的线接触实现密封，结构简单且可保证密封效果，确保井下无压力作业的实施，有效地控制液体喷出井口，缩短试投时间间隔，争取早投产、早拿油，改善了施工条件，后期作业在常压下进行，防止地面污染，保证安全环保施工。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
Claims (9)
1.一种井筒浮子开关器，包括自上至下依次连接的上接头（1）、外筒（6）和下接头（8），其特征在于：所述外筒（6）的筒内上下布设有与其同轴的内筒（4）和定位环（7），内筒（4）为上下贯通的中空结构，它的中空腔体内插接有浮子（2），浮子（2）的顶端伸出内筒（4）的上筒口，伸出部分的外壁沿径向扩径且扩径部（201）可与上接头（1）的内壁密封匹配，所述扩径部（201）与内筒（4）的上筒口之间设有套设于浮子（2）的弹簧（3），所述浮子（2）的底端中心旋接有限位螺栓（5），围绕所述限位螺栓（5）在内筒（4）的底端面布设可抵接于定位环（7）的支撑腿；
其中，浮子（2）和限位螺栓（5）连接为一体并与内筒（4）上下滑动连接，所述内筒（4）可沿外筒（6）的内筒壁上下滑动，滑动至下方时所述限位螺栓（5）可贯穿定位环（7），所述定位环（7）的外环面固接于外筒（6）的内壁。
2.如权利要求1所述的井筒浮子开关器，其特征在于：所述浮子（2）的顶端中心开设有用于插接推杆的中心盲孔（202），浮子（2）的底端中心开设有用于旋接所述限位螺栓（5）的螺孔（203）。
3.如权利要求2所述的井筒浮子开关器，其特征在于：所述中心盲孔（202）以下的浮子（2）外壁自上至下分别是扩径部（201）、第一缩颈部（204）、第二缩颈部（205）和第三缩颈部（206）；
所述扩径部（201）呈半球状，半球可与上接头（1）的内壁密封接触；
所述第一缩颈部（204）的外壁为花键槽（207），花键槽（207）的外壁与外筒（6）的内筒壁紧贴接触；
所述第二缩颈部（205）的外壁套设着弹簧（3），弹簧（3）的上端连接花键槽（207）。
4.如权利要求1所述的井筒浮子开关器，其特征在于：所述内筒（4）是纵截面呈倒T型的回转体，它由两部分组成，分别是竖直段和水平段，所述水平段的底端面开设台阶孔，限位螺栓（5）的头部可嵌入所述台阶孔。
5.如权利要求1或4所述的井筒浮子开关器，其特征在于：所述浮子（2）和所述内筒（4）为间隙配合。
6.如权利要求1所述的井筒浮子开关器，其特征在于：所述定位环（7）的内径大于所述限位螺栓（5）的头部的外径。
7.如权利要求1所述的井筒浮子开关器，其特征在于：所述内筒（4）的底端面布设三个支撑腿，三个支撑腿沿内筒（4）底部的圆环面均匀间隔分布。
8.一种利用权利要求1～7中任一权利要求所述的井筒浮子开关器控制井筒开关的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S001.在油管下方连接上接头（1），井筒浮子开关器随油管下入井筒，直至预设位置，丢手坐封；
S002.井筒内的高压液体自下接头（8）进入，流经定位环（7）推动限位螺栓（5）、内筒（4）和浮子（2）上行，直至浮子（2）的扩径部（201）与上接头（1）的内壁密封接触，液体无法继续上行，井下油气通道被关闭，实施井筒无压力作业；
S003.下放生产管柱至井筒内，生产管柱下端的推杆与浮子（2）同轴插接，推动浮子（2）、内筒（4）和限位螺栓（5）同时下行，到达定位环（7），内筒（4）底面的支撑腿抵接定位环（7），推杆继续推动浮子（2）和限位螺栓（5）下行，压缩弹簧（3），限位螺栓（5）和浮子（2）的下端通过定位环（7），直至弹簧（3）达到压缩极限，井筒内液体沿着内筒（4）和限位螺栓（5）之间的空隙上行，依次流经浮子（2）和内筒（4）之间的空隙、花键槽（207），最终自推杆下部的孔眼进入上接头（1），油气通道上下连通，井筒压力得到释放，实现压后排液；
S004.修井作业或检泵作业时，起出生产管柱，井筒浮子开关器关闭，丢手封隔器封闭油套环空。
9.如权利要求8所述的控制井筒开关的方法，其特征在于，步骤S003所述的生产管柱下端的推杆与浮子（2）同轴插接，具体是指推杆贯穿上接头（1）插入浮子（2）的中心盲孔（202），所述中心盲孔（202）开设于浮子（2）的顶端中心。
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