CN111911100B - 步进式井下牵引装置及牵引方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种步进式井下牵引装置，包括：缸套，缸套内活动设置有活塞杆；缸套封隔器固定套设于缸套的外部；活塞杆封隔器固定套设于活塞杆的前端；射流泵固定连接所述活塞杆；第一注水管与缸套封隔器的内腔相连通；第二注水管与活塞杆封隔器的内腔相连通；回砂管与射流泵的回流管相连通。本发明能够实现步进式前进，从而能够从前端对设备提供拉力，从而将设备送至井下的指定位置，实现多种水平井作业动作。本发明还公开了一种步进式井下牵引方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种石油采收作业设备，具体涉及一种步进式井下牵引装置。本发明还涉及一种步进式井下牵引方法。
背景技术
随着石油采收作业技术的发展，水平井日渐增多。但是，水平井段的测井、水平井段砂堵的清除、水平井段的找水堵水作业等，一直都是难题，要完成这些任务，所需耗费的成本昂贵。金属连续管出现后，承担了主要的作业任务。但是，金属连续管仍然有许多局限性，靠井口注入设备给它的推力难以使其在水平段前行太远距离，且反复卷绕作业，耐疲劳性差。将复合材料连续管用作水平井作业，拥有许多金属连续管不具备的优势，譬如：管体较轻，在水平井段的液体里处于漂浮状态，拖动时摩擦力小；具有更好的耐疲劳性；管体内敷设电缆、数据线、光纤等，可以更方便配备井下测控和运动装置。但是，由于复合材料连续管采用非金属的复合材料制成，其硬度远小于金属，无法承受太大的推力，因此不能像输送金属管一样从后端将管道推入井底，尤其是水平井段。所以，如何对管道的前端施力，将复合材料连续管的前端送入指定的位置，始终是一个难题，目前尚无有效的解决办法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种步进式井下牵引装置，它可以在井下从前端对设备提供拉力，从而将设备运送至井下的指定位置。
为解决上述技术问题，本发明步进式井下牵引装置的技术解决方案为：
包括：缸套1，缸套1内活动设置有活塞杆2，活塞杆2将缸套1的内腔分隔为彼此独立的缸套前腔II和缸套后腔I，活塞杆2相对于缸套1前后运动的过程中，能够使缸套前腔II和缸套后腔I的容积发生变化；所述活塞杆2的前端伸出缸套1；缸套封隔器6，固定套设于所述缸套1的外部；活塞杆封隔器3，固定套设于所述活塞杆2的前端；射流泵5，固定连接所述活塞杆2；第一注水管11，与所述缸套封隔器6的内腔相连通，通过第一注水管11能够向缸套封隔器6的内腔注水；第一单向顺序阀14，其入口端连通所述缸套封隔器6的内腔或第一注水管11，其出口端连通所述缸套后腔I；当缸套封隔器6胀紧后能够实现对缸套后腔I的注水；第一溢流管18，其入口端与所述缸套后腔I相连通，其出口端与射流泵5的第一进水管5-1相连通；第二注水管12，与所述活塞杆封隔器3的内腔相连通，通过第二注水管12能够向活塞杆封隔器3的内腔注水；第二单向顺序阀15，其入口端连通第二注水管12或活塞杆封隔器3的内腔，其出口端连通缸套前腔II；当活塞杆封隔器3胀紧后能够实现对缸套前腔II的注水；第二溢流管19，其入口端与所述缸套前腔II相连通，其出口端与所述射流泵5的第二进水管5-2相连通；以及回砂管13，与所述射流泵5的回流管5-4相连通。
在另一实施例中，所述第一溢流管18上设置有第一单向阀16；所述第二溢流管19上设置有第二单向阀17。
在另一实施例中，所述第一注水管11和第二注水管12的入口端共同连接设置于地面的换向阀；通过控制换向阀，交替向第一注水管11和第二注水管12注水。
在另一实施例中，所述缸套1的内腔前端设置有前限位凸台1-1，缸套1的内腔后端设置有后限位凸台1-2，所述活塞杆2在后限位凸台1-2与前限位凸台1-1之间运动。
在另一实施例中，所述活塞杆2形成缸套连接部2-1，所述活塞杆封隔器3固定套设于缸套连接部2-1的外部。
在另一实施例中，所述射流泵5通过过渡接头4固定连接所述活塞杆2的前端；
在另一实施例中，所述缸套1的后端固定连接下金具7。
在另一实施例中，所述第一单向顺序阀14设置于缸套1内；和/或所述第二单向顺序阀15设置于活塞杆2内。
本发明还提供一种步进式井下牵引方法，其技术解决方案为，包括如下步骤：
第一步，通过第一注水管11向缸套封隔器6注水，使缸套封隔器6的外径胀大，缸套封隔器6将缸套1与套管固定连接为一体，此时缸套1固定不动；
第二步，通过第一注水管11继续向缸套封隔器6注水，水压将第一单向顺序阀14打开，水通过第一单向顺序阀14进入缸套后腔I，使缸套后腔I的容积变大；缸套后腔I的水推动活塞杆2并带动与其连接的活塞杆封隔器3向前运动，从而使缸套封隔器6与活塞杆封隔器3的间距变大；随着水继续注入，缸套后腔I内的水经第一溢流管18流入射流泵5的第一进水管5-1；
第三步，停止向第一注水管11注水，缸套封隔器6的外径缩小，缸套1与套管分离，此时缸套1处于自由状态；通过第二注水管12向活塞杆封隔器3注水，使活塞杆封隔器3的外径胀大，活塞杆封隔器3将活塞杆2与套管固定连接为一体，此时活塞杆2固定不动；
第四步，通过第二注水管12继续向活塞杆封隔器3注水，水压将第二单向顺序阀15打开，水通过第二单向顺序阀15进入缸套前腔II，使缸套前腔II的容积变大；缸套前腔II的水推动缸套1并带动与其连接的缸套封隔器6向前运动，从而使缸套封隔器6与活塞杆封隔器3的间距变小；随着水继续注入，缸套前腔II内的水经第二溢流管19流入射流泵5的第二进水管5-2。
在另一实施例中，所述第二步中活塞杆2向前运动的同时使缸套前腔II内的水压增大，缸套前腔II内的水反向打开所述第二单向顺序阀15，并从第二注水管12的入口端排出；所述第四步中缸套1向前运动的同时使缸套后腔I内的水压增大，缸套后腔I内的水反向打开所述第一单向顺序阀14，从第一注水管11的入口端排出。
本发明可以达到的技术效果是：
本发明能够实现步进式前进，从而能够从前端对设备(如多孔复合材料连续管、金属管或测井仪器等)提供拉力，从而将设备送至井下的指定位置，实现多种水平井作业动作。
附图说明
本领域的技术人员应理解，以下说明仅是示意性地说明本发明的原理，所述原理可按多种方式应用，以实现许多不同的可替代实施方式。这些说明仅用于示出本发明的教导内容的一般原理，不意味着限制在此所公开的发明构思。
结合在本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施方式，并且与上文的总体说明和下列附图的详细说明一起用于解释本发明的原理。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明步进式井下牵引装置的示意图；
图2是本发明的另一工作状态的示意图。
图中附图标记说明：
1为缸套， 2为活塞杆，
3为活塞杆封隔器， 4为过渡接头，
5为射流泵， 6为缸套封隔器，
5-1为第一进水管， 5-2为第二进水管，
5-3为喷射管， 5-4为回流管，
7为下金具，
11为第一注水管， 12为第二注水管，
13为回砂管， 14为第一单向顺序阀，
15为第二单向顺序阀， 16为第一单向阀，
17为第二单向阀， 18为第一溢流管，
19为第二溢流管，
1-1为前限位凸台， 1-2为后限位凸台，
2-1为缸套连接部。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
如图1所示，本发明步进式井下牵引装置，包括缸套1，缸套1内活动设置有活塞杆2，活塞杆2将缸套1的内腔分隔为彼此独立的缸套前腔II和缸套后腔I，活塞杆2相对于缸套1前后运动的过程中，能够使缸套前腔II和缸套后腔I的容积发生变化；缸套1的内腔前端设置有前限位凸台1-1，缸套1的内腔后端设置有后限位凸台1-2，活塞杆2在后限位凸台1-2与前限位凸台1-1之间运动；当活塞杆2接触前限位凸台1-1时，缸套前腔II最小，如图2所示；当活塞杆2接触后限位凸台1-2时，缸套后腔I最小；
缸套1的外部固定套设有缸套封隔器6；缸套1的后端固定连接下金具7，下金具7用于连接复合材料连续管；下金具7内穿设有第一注水管11、第二注水管12和回砂管13；
第一注水管11穿过缸套1，与缸套封隔器6的内腔相连通，通过第一注水管11能够向缸套封隔器6的内腔注水；缸套封隔器6的内腔连通第一单向顺序阀14的入口端，第一单向顺序阀14的出口端连通缸套后腔I；
优选地，第一单向顺序阀14设置于缸套1内；
本发明中的第一单向顺序阀14和第二单向顺序阀15为现有技术。其特性是当液体从入口端流向出口端时，液体从内部顺序阀通道经过(此时单向阀是关闭状态)；当液体从出口端流向入口端时，液体从内部单向阀通道经过。
活塞杆2的前端伸出缸套1，活塞杆2的前部形成缸套连接部2-1，活塞杆2的缸套连接部2-1固定套设有活塞杆封隔器3；活塞杆2的前端通过过渡接头4固定连接射流泵5；
活塞杆2内穿设有第一溢流管18；第一溢流管18的入口端与缸套后腔I相连通，第一溢流管18上设置有第一单向阀16；
过渡接头4内穿设有第一过渡水管4-1、第二过渡水管4-2和第三过渡水管4-3；第一过渡水管4-1的入口端连接第一溢流管18的出口端；
射流泵5内设置有第一进水管5-1和第二进水管5-2，第一进水管5-1的入口端与第一过渡水管4-1的出口端相连通；第二进水管5-2的入口端与第二过渡水管4-2的出口端相连通；
第一进水管5-1和第二进水管5-2的出口端同时连通喷射管5-3和回流管5-4；本发明中的射流泵5为现有技术。
第二注水管12沿轴向穿过活塞杆2，第二注水管12的出口端与活塞杆封隔器3的内腔相连通；通过第二注水管12能够向活塞杆封隔器3的内腔注水；第二注水管12连通第二单向顺序阀15的入口端，第二单向顺序阀15的出口端连通缸套前腔II；优选地，第二单向顺序阀15设置于活塞杆2内；
活塞杆2内穿设有第二溢流管19；第二溢流管19的入口端与缸套前腔II相连通，第二溢流管19上设置有第二单向阀17；第二溢流管19的出口端连接第二过渡水管4-2的入口端；
回砂管13的入口端通过第三过渡水管4-3连通回流管5-4；
第一注水管11和第二注水管12的入口端共同连接设置于地面的换向阀；通过控制换向阀，能够实现交替向第一注水管11和第二注水管12注入高压水，从而实现缸套封隔器6和缸套封隔器6的步进式前进，同时冲砂。
本发明的步进式井下牵引方法，能够从前端对多孔复合材料连续管提供拉力，包括如下步骤：
第一步，控制地面的换向阀，先通过第一注水管11向缸套封隔器6注水，随着缸套封隔器6的内压逐渐增大，缸套封隔器6的外径胀大，从而将缸套1与套管固定连接为一体，此时缸套1固定不动；
第二步，通过第一注水管11继续向缸套封隔器6注水，当缸套封隔器6胀至最大，高压水无法继续进入缸套封隔器6，则高压水将第一单向顺序阀14打开，水通过第一单向顺序阀14进入缸套后腔I并使缸套后腔I的容积变大；随着高压水的流入，缸套后腔I的高压水推动活塞杆2并带动与其连接的活塞杆封隔器3向前运动，直至活塞杆2的前端限位面接触缸套1的前限位凸台1-1，活塞杆2无法继续前进，从而使缸套封隔器6与活塞杆封隔器3的间距变大；随着水继续注入，缸套后腔I内的高压水经第一溢流管18通过第一单向阀16经第一过渡水管4-1流入射流泵5的第一进水管5-1；水流在射流泵5内分为两股，第一股水经喷射管5-3从吹砂口向前喷射，将射流泵5周围的砂土与水混合成为混合液体；第二股水经回流管5-4返流至回砂管13，从回砂管13的出口端流出，在第二股水向外流出的过程中，能够将射流泵5周围的混合液体带出，从而实现冲砂；活塞杆2向前运动的同时使缸套前腔II内的水压增大，缸套前腔II内的水反向打开第二单向顺序阀15，从第二注水管12的入口端排出；
第三步，停止向第一注水管11注水，缸套封隔器6内的水自动排出，使缸套封隔器6的内压逐渐减小，缸套封隔器6的外径缩小，缸套1与套管分离，此时缸套1处于自由状态；切换地面的换向阀，通过第二注水管12向活塞杆封隔器3注水，随着活塞杆封隔器3的内压逐渐增大，活塞杆封隔器3的外径胀大，从而将活塞杆2与套管固定连接为一体，此时活塞杆2固定不动；
第四步，通过第二注水管12继续向活塞杆封隔器3注水，当活塞杆封隔器3胀至最大，高压水无法继续进入活塞杆封隔器3，则高压水将第二单向顺序阀15打开，水通过第二单向顺序阀15进入缸套前腔II并使缸套前腔II的容积变大，由于活塞杆2固定不动，则缸套前腔II的高压水推动缸套1带动与其连接的缸套封隔器6向前运动，直至缸套1的后端接触活塞杆2的后端限位面，缸套1无法继续前进，此时缸套封隔器6与活塞杆封隔器3的间距变小；随着水的继续注入，缸套前腔II内的水经第二溢流管19通过第二单向阀17经第二过渡水管4-2流入射流泵5的第二进水管5-2；同理，水流在射流泵5内分为两股，第一股水经喷射管5-3从吹砂口向前喷射，将射流泵5周围的砂土与水混合成为混合液体；第二股水经回流管5-4返流至回砂管13，从回砂管13的出口端流出；缸套1向前运动的同时使缸套后腔I内的水压增大，缸套后腔I内的水反向打开第一单向顺序阀14，从第一注水管11的入口端排出。
本发明尤其适用于水平井，能够将多孔式复合材料连续管、金属管或测井仪器的前端送至水平井的任意位置，从而对水平井进行冲砂作业。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形，而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形在内。
Claims (10)
1.一种步进式井下牵引装置，其特征在于，包括：
缸套(1)，缸套(1)内活动设置有活塞杆(2)，活塞杆(2)将缸套(1)的内腔分隔为彼此独立的缸套前腔(II)和缸套后腔(I)，活塞杆(2)相对于缸套(1)前后运动的过程中，能够使缸套前腔(II)和缸套后腔(I)的容积发生变化；所述活塞杆(2)的前端伸出缸套(1)；
缸套封隔器(6)，固定套设于所述缸套(1)的外部；
活塞杆封隔器(3)，固定套设于所述活塞杆(2)的前端；
射流泵(5)，固定连接所述活塞杆(2)；
第一注水管(11)，与所述缸套封隔器(6)的内腔相连通，通过第一注水管(11)能够向缸套封隔器(6)的内腔注水；
第一单向顺序阀(14)，其入口端连通所述缸套封隔器(6)的内腔或第一注水管(11)，其出口端连通所述缸套后腔(I)；当缸套封隔器(6)胀紧后能够实现对缸套后腔(I)的注水；
第一溢流管(18)，其入口端与所述缸套后腔(I)相连通，其出口端与射流泵(5)的第一进水管(5-1)相连通；
第二注水管(12)，与所述活塞杆封隔器(3)的内腔相连通，通过第二注水管(12)能够向活塞杆封隔器(3)的内腔注水；
第二单向顺序阀(15)，其入口端连通第二注水管(12)或活塞杆封隔器(3)的内腔，其出口端连通缸套前腔(II)；当活塞杆封隔器(3)胀紧后能够实现对缸套前腔(II)的注水；
第二溢流管(19)，其入口端与所述缸套前腔(II)相连通，其出口端与所述射流泵(5)的第二进水管(5-2)相连通；以及
回砂管(13)，与所述射流泵(5)的回流管(5-4)相连通。
2.根据权利要求1所述的步进式井下牵引装置，其特征在于，所述第一溢流管(18)上设置有第一单向阀(16)；所述第二溢流管(19)上设置有第二单向阀(17)。
3.根据权利要求1所述的步进式井下牵引装置，其特征在于，所述第一注水管(11)和第二注水管(12)的入口端共同连接设置于地面的换向阀；通过控制换向阀，交替向第一注水管(11)和第二注水管(12)注水。
4.根据权利要求1所述的步进式井下牵引装置，其特征在于，所述缸套(1)的内腔前端设置有前限位凸台(1-1)，缸套(1)的内腔后端设置有后限位凸台(1-2)，所述活塞杆(2)在后限位凸台(1-2)与前限位凸台(1-1)之间运动。
5.根据权利要求1所述的步进式井下牵引装置，其特征在于，所述活塞杆(2)形成缸套连接部(2-1)，所述活塞杆封隔器(3)固定套设于缸套连接部(2-1)的外部。
6.根据权利要求1所述的步进式井下牵引装置，其特征在于，所述射流泵(5)通过过渡接头(4)固定连接所述活塞杆(2)的前端。
7.根据权利要求1所述的步进式井下牵引装置，其特征在于，所述缸套(1)的后端固定连接下金具(7)。
8.根据权利要求1所述的步进式井下牵引装置，其特征在于，所述第一单向顺序阀(14)设置于缸套(1)内；和/或所述第二单向顺序阀(15)设置于活塞杆(2)内。
9.一种步进式井下牵引方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，通过第一注水管(11)向缸套封隔器(6)注水，使缸套封隔器(6)的外径胀大，缸套封隔器(6)将缸套(1)与套管固定连接为一体，此时缸套(1)固定不动；
第二步，通过第一注水管(11)继续向缸套封隔器(6)注水，水压将第一单向顺序阀(14)打开，水通过第一单向顺序阀(14)进入缸套后腔(I)，使缸套后腔(I)的容积变大；缸套后腔(I)的水推动活塞杆(2)并带动与其连接的活塞杆封隔器(3)向前运动，从而使缸套封隔器(6)与活塞杆封隔器(3)的间距变大；随着水继续注入，缸套后腔(I)内的水经第一溢流管(18)流入射流泵(5)的第一进水管(5-1)；
第三步，停止向第一注水管(11)注水，缸套封隔器(6)的外径缩小，缸套(1)与套管分离，此时缸套(1)处于自由状态；通过第二注水管(12)向活塞杆封隔器(3)注水，使活塞杆封隔器(3)的外径胀大，活塞杆封隔器(3)将活塞杆(2)与套管固定连接为一体，此时活塞杆(2)固定不动；
第四步，通过第二注水管(12)继续向活塞杆封隔器(3)注水，水压将第二单向顺序阀(15)打开，水通过第二单向顺序阀(15)进入缸套前腔(II)，使缸套前腔(II)的容积变大；缸套前腔(II)的水推动缸套(1)并带动与其连接的缸套封隔器(6)向前运动，从而使缸套封隔器(6)与活塞杆封隔器(3)的间距变小；随着水继续注入，缸套前腔(II)内的水经第二溢流管(19)流入射流泵(5)的第二进水管(5-2)。
10.根据权利要求9所述的步进式井下牵引方法，其特征在于，所述第二步中活塞杆(2)向前运动的同时使缸套前腔(II)内的水压增大，缸套前腔(II)内的水反向打开所述第二单向顺序阀(15)，并从第二注水管(12)的入口端排出；所述第四步中缸套(1)向前运动的同时使缸套后腔(I)内的水压增大，缸套后腔(I)内的水反向打开所述第一单向顺序阀(14)，从第一注水管(11)的入口端排出。
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