CN112554831B - 换井口封井装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油田修井作业技术领域，具体涉及一种换井口封井装置，该换井口封井装置包括中心管和套装在中心管上的坐封总成，中心管于坐封总成的上方套设有井口座，中心管上设有中心管锁紧块，井口座上设有L型槽，L型槽包括挡止槽段和轴向槽段，井口座的上端设有固定结构，井口座和中心管之间设有传动螺帽，传动螺帽沿中心管的周向止转装配有推力管，推力管的上端设有操作部，中心管上还套设有压管，压管上设有避让槽。中心管锁紧块沿轴向槽段进入挡止槽段，实现与L型槽的挡止配合，相比于现有技术，仅需一人操作推力管的操作部实现井口的坐封，在有限的操作空间内施力方便，避免出现因两人共同配合导致操作施力较困难甚至相互伤到的情况。

Description

换井口封井装置

技术领域

本发明涉及油田修井作业技术领域，具体涉及一种换井口封井装置。

背景技术

在油田修井作业中，拆换井口是一种常规作业，例如：老井更换井口以及更换大级别井口等都离不开更换井口作业施工，在拆除井口后，井即处于失控状态，为保障井控安全，现有技术中，更换井口作业时，先将井口通过封井装置封堵，再进行换井口作业。

授权公告号为CN207161033U的中国实用新型专利文件公开了一种换井口密封装置，该装置包括中心管、旋转管以及卡瓦总成，旋转管设置在中心管的外部，旋转管通过螺纹连接方式与卡瓦总成上端连接；中心管的下部螺纹连接有皮碗总成，卡瓦总成下部与皮碗总成的上部相连；卡瓦总成包括锥形套、牙块以及卡瓦套，锥形套限位固定在中心管外壁上，牙块通过自身的内锥面与锥形套的外锥面相配合连接，牙块上端连接卡瓦套。更换井口时，用一个管钳卡住中心管，另一管钳卡住旋转管旋转，此时卡瓦套向上滑动，牙块在锥形套上移动并紧紧地卡在油井套管内壁，此时该装置在卡瓦支撑作用下固定在油井套管内壁上不宜落井，实现坐封，然后关闭位于中心管上方的旋塞阀使中心管通道密封，同时皮碗与套管内腔因为过盈配合也实现环空密封，此时，可拆下原井口并安装需要更换的井口，即进行换井口操作施工。

可以看出，上述装置在进行换井口施工作业时，将井口由敞开状态变为关闭状态，方便进行换井口施工，有效避免了换井口施工突发的井涌及井喷失控事故的发生，且省时省力，安装稳定牢固，但仍存在一定的问题：在施工时由于需要两个人各操作一个管钳来分别卡住中心管和旋转管，在操作空间有限的情况下容易互相影响，造成操作施力较困难甚至互相伤到。

发明内容

本发明的目的在于提供一种换井口封井装置，以解决现有技术中的封井装置需要两个人共同配合才能进行封井作业，在操作空间有限的情况下容易互相影响，造成操作施力较困难甚至互相伤到的问题。

为了实现上述目的，本发明换井口封井装置采用如下的技术方案：

换井口封井装置，包括中心管和套装在中心管上的坐封总成，所述中心管于坐封总成的上方套设有井口座，所述中心管上设有中心管锁紧块，井口座上设有L型槽，L型槽包括沿中心管周向延伸的挡止槽段和与挡止槽段连通的沿中心管轴向延伸的轴向槽段，轴向槽段用于供中心管锁紧块进出挡止槽段，挡止槽段用于与中心管锁紧块沿中心管轴向挡止配合，所述井口座的上端设有用于将井口座固定在井口处的固定结构，所述井口座和中心管之间设有与中心管螺纹连接的传动螺帽，传动螺帽与推力管在中心管周向上止转配合、在中心管轴向上滑动配合，所述推力管的上端设有布置在井口外的操作部，中心管上还套设有压管，压管上端与推力管顶压配合，压管下端在推力管向下顶压压管时向坐封总成传递推力，压管上设有在推力管顶推压管向下移动时避让中心管锁紧块的避让槽。

上述技术方案的有益效果是：中心管锁紧块沿轴向槽段进入挡止槽段，实现中心管锁紧块与L型槽在轴向上的挡止配合，即将中心管锁止在井口座上，当需要进行换井口封井作业时，将井口座固定在井口上，即实现了中心管的固定，此时，仅需一人操作推力管的操作部转动推力管，推力管通过与中心管螺纹连接的传动螺帽实现推力管沿中心管的移动，将推力沿压管传递给坐封总成，并通过压管压缩坐封总成，以实现井口的坐封，避让槽可避免压管在被推力管向下推动的过程中与中心管锁紧块相碰。相比于现有技术，在有限的操作空间内由一人操作，施力方便，操作简单，避免了施工作业中出现因两人共同配合导致操作施力较困难甚至相互伤到的情况。

进一步地，所述中心管锁紧块通过卡槽结构固定装配在中心管上。卡槽结构简单，便于设置。

进一步地，所述卡槽结构包括所述中心管上设有沿中心管轴向延伸的燕尾槽，所述中心管锁紧块具有与所述燕尾槽配合的燕尾部，所述中心管上设有用于将中心管锁紧块沿中心管的轴向限位在燕尾槽内的限位件。通过燕尾槽与中心管锁紧块的燕尾部配合，便于中心管锁紧块的安装；限位件则能够避免中心管锁紧块在沿中心管的轴向上发生窜动。

进一步地，所述限位件为螺纹连接在中心管上的限位环。螺纹连接便于装配与拆卸。

进一步地，所述L型槽为沿中心管的径向贯通延伸的通槽。沿中心管的径向贯通的通槽具有加工工艺简单的优点；同时，相比于不贯通延伸的通槽，井口座的管壁不需设置过厚就能够使中心管锁紧块与L型槽实现有效的锁止，成本较低。

进一步地，所述推力管与传动螺帽通过键连接以实现周向止转装配。键连接具有设置方便的优点。

进一步地，所述中心管上还套设有位于压管和推力管之间以传递动力的止推轴承。止推轴承能够较好的承受轴向载荷，使压管与推力管之间的传力更加均匀。

进一步地，所述坐封总成包括沿上下方向布置的胶筒组件和卡瓦组件，所述压管的下端顶推在胶筒组件上。胶筒组件与油井套筒内壁的密封效果更好，且设置方便。

进一步地，所述换井口封井装置还包括解封装置，解封装置包括设置在中心管下端的限位筒和锁块座，锁块座的上端螺纹连接在中心管上，锁块座的下端通过限位筒剪钉固定在限位筒上，锁块座上设有沿限位筒的径向贯通延伸的锁孔，锁孔内设有下锥体锁紧块，所述解封装置还包括用于与下锥体锁紧块顶推配合以使下椎体锁紧块沿限位筒径向压紧在限位筒上的锁环座和用于支撑锁块座的锁块套，锁环座的下端与锁块套螺纹连接，锁环座的上端与卡瓦组件的下锥体螺纹连接且位于锁块套上端的内侧，所述中心管上套设有位于锁环座与卡瓦组件的下锥体之间的锁环。

进一步地，所述换井口封井装置还包括泄压装置，泄压装置包括与锁块套螺纹连接的泄压套筒，泄压套筒远离锁块套的一端通过堵头剪钉固定有堵头，所述堵头的上端设有在堵头剪钉断裂后用于与泄压套筒挡止配合的防落帽。利用泄压套筒、堵头和防落帽来构成泄压装置，结构简单，便于设置。

附图说明

图1为本发明换井口封井装置坐落在井口的示意图；

图2为本发明换井口封井装置的结构示意图；

图3为图2中井口座、中心管以及中心管锁紧块的配合示意图；

图4为图2中卡瓦组件的结构示意图；

附图标记说明：1-推力管，2-井口座，201-轴向槽段，202-挡止槽段，3-中心管，4-传动螺帽，5-止推轴承，6-压管，7-限位环，8-中心管锁紧块，9-隔环，10-胶筒，11-胶筒座，12-上锥体，13-卡瓦套，14-卡瓦块，15-片弹簧，16-下锥体，17-锁环，18-锁环座，19-锁块座，20-下锥体锁紧块，21-限位筒，22-锁块套，23-泄压套筒，24-防落帽，25-堵头，26-井口。

具体实施方式

下面结合对附图对本发明的实施方式作进一步说明。

本发明换井口封井装置的具体实施例：

如图1和图2所示，换井口封井装置包括推力管1、井口座2、中心管3、坐封总成以及解封装置，中心管3、推力管1和井口座2由内至外依次设置，中心管3的下方依次设置有坐封总成以及解封装置。

如图2和图3所示，中心管3沿上下方向延伸，中心管3上设置有与井口座2的L型槽对应的中心管锁紧块8，中心管锁紧块8通过卡槽结构固定装配在中心管8上，具体的，中心管3上设置有沿中心管3轴向延伸的燕尾槽，中心管锁紧块8具有与燕尾槽配合的燕尾部，中心管3上于中心管锁紧块8的上侧螺纹连接有限位环7，用于对中心管锁紧块8沿轴向挡止限位，防止其向上发生窜动。

中心管3的下方套装有坐封总成，中心管3于坐封总成的上方设置有井口座2，井口座2包括水平部分和竖直部分，水平部分的外径大于油井的外径，用于将换井口封井装置固定在井口26上，水平部分上还设置有沿油井的径向方向延伸的长手柄，通过固定长手柄来实现将井口座固定在井口26上，进而实现将整个换井口封井装置固定在井口26上；竖直部分呈管状结构，竖直部分的下部设置有与中心管锁紧块8对应的L型槽，L型槽沿竖直部分的径向贯穿井口座2，即L型槽的槽深等于竖直部分的壁厚，L型槽包括沿竖直部分的周向延伸的挡止槽段和沿轴向延伸的轴向槽段201，挡止槽段202用于与中心锁紧块8沿轴向挡止配合，轴向槽段201用于使中心管锁紧块8从挡止槽段202内脱出。其中井口座2上对称设置有两个L型槽，对应的中心管3上的中心管锁紧块8设置有两个。

推力管1设置在中心管3的外部，具体的，中心管3的上侧外部螺纹连接有传动螺帽4，传动螺帽4的外周面设置有键槽，推力管1上设置有相应的键，通过键与键槽的配合实现推力管1与传动螺帽4的周向止转装配，进而实现推力管1与中心管3的传动连接，使得推力管1在沿中心管3的周向转动时可沿中心管3的外侧上下移动；推力管1向上延伸出井口座2的外侧，且推力管1上设置有沿推力管1的径向方向延伸的手柄，即操作部，通过手动操作旋转手柄，可以带动推力管1沿中心管3的周向转动。

中心管3上位于推力管1的下侧还套设有压管6，当推力管1沿中心管3下移时，可通过压管6将推力传递给中心管3下方的胶筒组件，压管6上还设置有避让槽，压管6下移时通过避让槽来避开中心管锁紧块8，避免二者相碰。同时当压管6未工作时，压管6的避让槽的槽底与中心管锁紧块8的距离不小于坐封的行程。为了使推力管1与压管6之间的传力更加均匀，推力管1与压管6之间还设置有套设在中心管3上的止推轴承5，止推轴承5的上端面与推力管1顶压配合，下端面与压管6顶压配合。

坐封总成包括沿上下方向依次套装在中心管3上的胶筒组件与卡瓦组件。具体的，胶筒组件包括沿中心管3的上下方向间隔设置的两个隔环9，此外，压管6的下端面在压管6下行时能够顶压上侧隔环9的上端面。胶筒组件还包括设置在下侧隔环9的下方并与下侧隔环9具有一定间隔的胶筒座11，在两个隔环9之间、下侧隔环9与胶筒座11之间均设置有胶筒10。

如图2和图4所示，卡瓦组件包括与胶筒座11螺纹连接的上锥体12、与上锥体12螺纹连接的卡瓦套13以及与卡瓦套13通过剪钉固定连接的下锥体16。其中，卡瓦套13内设置有卡瓦块14，卡瓦块14的上下两端分别被上锥体12和下锥体16的锥面承托，卡瓦块14与卡瓦套13之间设置有片弹簧15。

本发明的换井口封井装置还包括解封装置，如图1和图2所示，解封装置包括设置在中心管下端的限位筒21以及锁块座19，具体的，限位筒21的上端密封装配在中心管3下端的内侧，锁块座19的上端螺纹连接在中心管3的下端的外侧，限位筒21的外侧通过限位筒剪钉固定在锁块座19的下端；锁块座19的外侧还设置有锁环座18，锁环座18的上端与下锥体16螺纹连接，中心管3上于锁环座18与下锥体16之间套装有锁环17，锁环17的内壁面上设置有内螺纹，中心管3上于锁环17的下侧设置有锁止螺纹，在中心管3上提时锁环17通过其内螺纹与锁止螺纹锁止配合，且锁止螺纹的上端与锁环17之间的距离不小于上提中心管3至坐封总成解封时中心管3的上行距离。锁环座18的下侧外部螺纹连接有用于支撑锁块座19的锁块套22，锁块套22的内侧下端与限位筒21的下端密封配合；锁块座19上还具有沿限位筒21的径向贯通延伸的锁孔，锁孔内设置有下锥体锁紧块20，限位筒21与下锥体锁紧块20对应位置具有径向外凸的凸缘，用于将下锥体锁紧块20压紧在锁环座18上以实现对锁环座18锁紧。

本发明换井口封井装置还包括泄压装置，如图1和图2所示，泄压装置包括泄压套筒23、防落帽24和堵头25。具体的，泄压套筒23螺纹连接在锁块套22的下端，泄压套筒23远离锁块套22的一端具有泄压口，堵头25通过剪钉固定连接在泄压口的内壁上，堵头25包括大径段和小径段，且大径段在下，小径段在上，防落帽24固定连接在堵头25的小径段，且防落帽24的外径小于限位筒21的内径并大于堵头25小径段的外径。

本发明的换井口封井装置的工作原理为：如图1所示，在地面上，将换井口封井装置的中心管锁紧块8装入井口座2的L型槽的挡止槽段202，实现中心管3与井口座2的锁止，将换井口封井装置置入油井内，井口座2上端的长手柄固定在井口26上以使井口座2固定，手动转动推力管1上端的手柄，中心管3在L型槽的挡止作用下不再转动，推力管1带动传动螺帽4沿中心管3转动并下行，依次推动止推轴承5和压管6下行，压管6压缩胶筒组件并推动上锥体12与卡瓦套13下行，卡瓦套13下行时剪断卡瓦套13与下锥体16之间的剪钉，上锥体12推动卡瓦块14径向移动，进而带动片弹簧15相对卡瓦套13径向移动，以使卡瓦块14卡定在油井套筒内壁上，继续转动推力管1，压管6压缩胶筒组件，使胶筒10沿径向扩张至与油井套筒内壁密封，完成坐封。然后上提推力管1，将其从油井提出，转动井口座2的长手柄使其沿L型槽的挡止槽段202移动至轴向槽段201，并向上移动，以将井口座2从油井提出，此时，可在地面上进行换井口作业。

换井口作业完成后，需要解封换井口装置并通过打捞工具将其取出，具体的，将打捞工具与油管串连接，下放至中心管3内，吊起油管串后释放，以形成向下的撞击力，打捞工具向下撞击防落帽24，防落帽24受力后使堵头25剪断堵头25与泄压套筒23之间的剪钉并推动堵头25下行，从而释放掉井内的圈闭压力，同时，限位筒21也在打捞工具的撞击下剪断锁块座19与限位筒21之间的剪钉，限位筒21上的凸缘下行并解除对锁块20的限位，锁块20沿中心管3的径向内移，以解除对锁环座18的限位。

由于中心管3的上端内侧还设置有凹槽，此时，打捞工具的打捞爪张开卡紧在中心管3内腔上端的凹槽内。上提油管串，打捞爪带动中心管3上行，中心管3带动中心管锁紧块8和传动螺帽4上行，中心管锁紧块8向上顶推压管6和止推轴承5，压管6随即解除对胶筒组件的压缩，胶筒组件在胶筒10的弹性力作用下恢复至原始状态。同时，中心管3上的锁止螺纹上行至锁环17处，继续上提油管串，卡瓦块14在片弹簧15的弹性力作用下收回复位，完成上解封，并最终将换井口封井装置打捞出井外。在上提油管串的过程中，如果卡瓦块14锚定力较大，可通过打捞工具向下撞击中心管3，撞击力传递给被锁止螺纹锁定的锁环17，锁环17推动锁环座18及下锥体16相对中心管3下行，并解除下锥体16的斜面对卡瓦块14的挡止限位，完成下解封，以保证打捞工具将换井口封井装置打捞出。

在本实施例中，坐封总成包括沿上下方向布置的胶筒组件和卡瓦组件，压管的下端顶推在胶筒组件上，在其他实施例中，坐封总成也可以是沿上下方向布置的皮碗组件和卡瓦组件，压管的下端顶推在皮碗组件上，此时皮碗组件用于与油井套筒内壁密封。

在本实施例中，泄压装置包括与锁块套螺纹连接的泄压套筒，泄压套筒远离锁块套的一端通过堵头剪钉固定有堵头，所述堵头的上端设有在堵头剪钉断裂后用于与泄压套筒挡止配合的防落帽，在其他实施例中，泄压装置也可以是背景技术中所提文献CN207161033U中提到的设置在中心管上端的旋塞阀。

在本实施例中，所述中心管上还套设有位于压管和推力管之间以传递动力的止推轴承，在其他实施例中，也可不设置止推轴承。

在本实施例中，所述推力管与传动螺帽通过键连接以实现周向止转装配，具体的，传动螺帽的外周面设置有键槽，推力管上设置有相应的键，在其他实施例中，也可以是在传动螺帽的外周面设置键，在推力管上设置相应的键槽，当然在其他实施例中，推力管与传动螺帽的周向止转装配也可通过卡接实现，即在推力管和传动螺帽的一个上设置卡块，另一个上设置卡槽。

在本实施例中，设置解封装置丰富了换井口封井装置的解封手段，提高了解封的可靠性。在其他实施例中，也可不设置解封装置。

在本实施例中，所述L型槽为沿中心管的径向贯通延伸的通槽，即L型槽的槽深等于井口座竖直部分的壁厚，在其他实施例中，L型槽也可不是贯通槽，即L型槽的槽深小于井口座竖直部分的壁厚。

在本实施例中，限位件为螺纹连接在中心管上的限位环，在其他实施例中，限位件也可以是与中心管焊接固定，当然在其他实施例中，限位环也可以是限位块。

在本实施例中，中心管锁紧块通过燕尾部装配到中心管的燕尾槽中，在其他实施例中，中心管锁紧块也可以与中心管焊接固定，此时不需设置限位件。

Claims (10)

1.换井口封井装置，包括中心管和套装在中心管上的坐封总成，其特征在于：所述中心管于坐封总成的上方套设有井口座，所述中心管上设有中心管锁紧块，井口座上设有L型槽，L型槽包括沿中心管周向延伸的挡止槽段和与挡止槽段连通的沿中心管轴向延伸的轴向槽段，轴向槽段用于供中心管锁紧块进出挡止槽段，挡止槽段用于与中心管锁紧块沿中心管轴向挡止配合，所述井口座的上端设有用于将井口座固定在井口处的固定结构，所述井口座和中心管之间设有与中心管螺纹连接的传动螺帽，传动螺帽与推力管在中心管周向上止转配合、在中心管轴向上滑动配合，所述推力管的上端设有布置在井口外的操作部，中心管上还套设有压管，压管上端与推力管顶压配合，压管下端在推力管向下顶压压管时向坐封总成传递推力，压管上设有在推力管顶推压管向下移动时避让中心管锁紧块的避让槽。

2.根据权利要求1所述的换井口封井装置，其特征在于：所述中心管锁紧块通过卡槽结构固定装配在中心管上。

3.根据权利要求2所述的换井口封井装置，其特征在于：所述卡槽结构包括所述中心管上设有的沿中心管轴向延伸的燕尾槽，所述中心管锁紧块具有与所述燕尾槽配合的燕尾部，所述中心管上设有用于将中心管锁紧块沿中心管的轴向限位在燕尾槽内的限位件。

4.根据权利要求3所述的换井口封井装置，其特征在于：所述限位件为螺纹连接在中心管上的限位环。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的换井口封井装置，其特征在于：所述L型槽为沿中心管的径向贯通延伸的通槽。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的换井口封井装置，其特征在于：所述推力管与传动螺帽通过键连接以实现周向止转装配。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的换井口封井装置，其特征在于：所述中心管上还套设有位于压管和推力管之间以传递动力的止推轴承。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的换井口封井装置，其特征在于：所述坐封总成包括沿上下方向布置的胶筒组件和卡瓦组件，所述压管的下端顶推在胶筒组件上。

9.根据权利要求8所述的换井口封井装置，其特征在于：所述换井口封井装置还包括解封装置，解封装置包括设置在中心管下端的限位筒和锁块座，锁块座的上端螺纹连接在中心管上，锁块座的下端通过限位筒剪钉固定在限位筒上，锁块座上设有沿限位筒的径向贯通延伸的锁孔，锁孔内设有下锥体锁紧块，所述解封装置还包括用于与下锥体锁紧块顶推配合以使下椎体锁紧块沿限位筒径向压紧在限位筒上的锁环座和用于支撑锁块座的锁块套，锁环座的下端与锁块套螺纹连接且位于锁块套上端的内侧，锁环座的上端与卡瓦组件的下锥体螺纹连接，所述中心管上套设有位于锁环座与卡瓦组件的下锥体之间的锁环。

10.根据权利要求9所述的换井口封井装置，其特征在于：所述换井口封井装置还包括泄压装置，泄压装置包括与锁块套螺纹连接的泄压套筒，泄压套筒远离锁块套的一端通过堵头剪钉固定有堵头，所述堵头的上端设有在堵头剪钉断裂后用于与泄压套筒挡止配合的防落帽。

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