CN113914813A - 一种小直径堵水工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小直径堵水工具，涉及完井施工工具技术领域，包括中心管和套设在中心管上且两端与中心管密封的扩张式胶筒，中心管右端为实心体且延伸出扩张式胶筒与下接头连接；中心管左端延伸出扩张式胶筒连接有卡瓦座，中心管左侧设置有通往扩张式胶筒内部的传压孔，卡瓦座内部装有单向阀组件，卡瓦座左侧外部依次套设三片式卡瓦、缸套，卡瓦座左端螺纹连接有与缸套连接的中间杆，中间杆左端内部固定有小活塞，中间杆左端外部连接有上连接杆，上连接杆右端内部连接有与中间杆左端内部连接的活塞杆，上连接杆左端螺纹连接有上接头，上接头左端连接有丢手接头；本发明对井内产水层的封堵，能实现小直径大范围的封堵。

Description

一种小直径堵水工具

技术领域

本发明涉及完井施工工具技术领域，更具体的是涉及小直径堵水工具技术领域，用于油气井内产水层的封堵。

背景技术

油气田是指受单一局部构造单位所控制的同一面积内的油藏、气藏、油气藏的总和，随着油气田开采的不断深入，常规生产油气井内的注入水、夹层水会逐渐增加，导致水窜严重，其中油气井中边水、底水更加活跃；油气井开采过程中需要用到套管，且入井后套管使用年限长，在长期的地层水腐蚀、地层应力变化会加快套管破损或错断的速度；

随着使用时间的增加，套管破裂出水也会日益严重，导致油井含水上升速度加快。油气井出水后若不及时进行堵水作业，可能会造成以下技术问题：

1)、油井出砂，使胶结疏松的砂岩层受到破坏，严重时使油层塌陷或导致油井停产。2)、油井停喷，见水后含水量不断增加，井筒液柱重量随之增大，导致自喷井不能自喷。3)、形成死油区，油井过早见水，会导致在地下形成一些死油区，大大降低了油藏的采收率。4)、设备腐蚀，会腐蚀油井设备及破坏井身结构，增加修井作业任务和难度，缩短油井寿命。5)、增加采油成本，增大地面注水量，相应增加了地面水源、注水设施及电能消耗。

因此，油气井堵水是油田开发中必须及时解决的问题，是油田开发中一项很重要的任务。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决上述技术问题，本发明提供一种小直径堵水工具，能实现小直径大范围的封堵。适用于产水层油管变径较大的复杂工况。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

一种小直径堵水工具，包括中心管，所述中心管上套设有扩张式胶筒，所述中心管右端延伸出扩张式胶筒套设有活动接头，扩张式胶筒和活动接头通过密封圈密封连接，中心管与活动接头通过密封圈实现密封，中心管为实心体且延伸出活动接头与下接头连接；

所述中心管左端延伸出扩张式胶筒通过密封圈连接有卡瓦座，所述扩张式胶筒左端与中心管左端密封连接，中心管左侧设置有通往扩张式胶筒内部的传压孔；

卡瓦座内部装有能够向扩张式胶筒内正向进液、反向截止的单向阀组件，卡瓦座左侧外部依次套设三片式卡瓦、缸套，卡瓦座左端螺纹连接有通过连接件与缸套连接的中间杆，中间杆左端内部通过防误启动剪钉固定有小活塞，中间杆左端外部螺纹连接有上连接杆，上连接杆右端内部通过循环剪钉连接有与中间杆左端内部连接的活塞杆，所述活塞杆位于小活塞的左端，上连接杆左端螺纹连接有上接头，上接头左端通过丢手剪钉连接有丢手接头。

进一步地，三片式卡瓦两端开有固定槽，固定槽内装入固定弹簧从而使三片式卡瓦固定为一整体。

进一步地，所述单向阀组件包括从右至左依次设置的弹簧、压帽、钢球、螺帽、开口销、挡圈、压套、皮腕和芯轴；芯轴包括金属密封锥面，芯轴的金属密封锥面和密封皮腕与卡瓦座内锥面配合密封，单向阀组件可以向扩张式胶筒内正向进液，反向则截止。

进一步地，所述中间杆右端外圆槽内装有与缸套配合的C型防退卡。

进一步地，所述中心管、活动接头、下接头、卡瓦座、三片式卡瓦、缸套、中间杆、小活塞、上连接杆、活塞杆、上接头、丢手接头、压帽、钢球、螺帽、开口销、挡圈、压套和芯轴采用合金钢制成；弹簧、固定弹簧和防退卡均采用弹簧钢制成。

进一步地，所述防误启动剪钉、循环剪钉和丢手剪钉采用铜合金制成；皮腕和密封圈采用氢化丁腈橡胶制成，扩张式胶筒采用橡胶镶嵌合金钢片制成。

进一步地，所述卡瓦座与缸套之间、缸套与中间杆之间、中间杆与小活塞之间、中间杆与上连接杆之间、中间杆与活塞杆之间、活塞杆与上连接杆之间、上连接杆与上接头之间、上接头与丢手接头之间均设置有密封圈。

进一步地，所述上连接杆包括上部连接孔和下部连接孔，所述上部连接孔与上接头连接，所述下部连接孔与活塞杆连接，上部连接孔靠近下部连接孔处设置有轴向的锥形孔，锥形孔上按圆周均布有4个与下部管柱连通的通孔，所述锥形孔末端连接有与外管连通的连通孔。

本发明的有益效果如下：

1、本发明的小直径堵水工具，具有较小的外径方便堵水工具下入，同时又能保证扩张式胶筒对较大尺寸套管内径的密封性能。本发明的小直径堵水工具，扩张式胶筒采用橡胶镶嵌合金钢片制成，可实现工具小直径，密封大套管内壁的功能。

3、本发明的小直径堵水工具具有单向限位功能，三片式卡瓦扩张后，能保证堵水工具座封后，整个管柱不会向上移动；三片式卡瓦即能找准扩张式胶筒的封堵位置，实现精确封堵，又避免了扩张式胶筒的损坏。

4、本发明的小直径堵水工具具有C型防退卡：堵水工具座封时，缸套向右推动三片式卡瓦、沿缸套锥面扩张，由于三片式卡瓦扩张后外径大于管柱变径接头内径，因此，起到了整个工具管柱限位防退的作用，同时缸套向右移动，迈过中间杆上的防退卡，防退卡弹出，此时，即使堵水工具内失去压力，缸套被防退卡挡住，无法往回移动复位，三片式卡瓦也不能回收，起到防退作用；

5、本发明的小直径堵水工具卡瓦座内部装有单向阀组件，单向阀组件从右至左依次是弹簧、压帽、钢球、螺帽、开口销、挡圈、压套、皮腕、芯轴；芯轴金属密封锥面和密封皮腕与卡瓦座内锥面配合密封。液体通过单向阀组件及中心管向扩张式胶筒内进液，使扩张式胶筒膨胀密封套管内壁，反向时则单向阀组件在弹簧的压力下截止，液体不能通过，扩张式胶筒无法泄压，保持永久密封。

6、本发明的小直径堵水工具中间杆左端内部装入小活塞，小活塞与中间杆由防误启动剪钉固定，当堵水工具下入管内需要循环液体时，此时小活塞密封了整个中间杆右边管柱的内腔，在液体压力无法剪断防误启动剪钉时，液体压力无法传至扩张式胶筒内部，从而避免了扩张式胶筒误动作提前扩张；

7、本发明的小直径堵水工具上连接杆内装有活塞杆，活塞杆与上连接杆由循环剪钉固定，当整个管柱密封加压时，小活塞的防误启动剪钉剪断，小活塞向下移动通道打开，中心管进液，扩张式胶筒膨胀密封管壁，当压力继续上胀，高于循环剪钉剪断值时，循环剪钉剪断，活塞杆向下移动，上连接杆通道打开，管内液体可向管外循环，从而为连续油管建立通道，些时，连续油管可投球将丢手接头打掉，使整个管柱与堵水工具分离，堵水工具被留在井中，起到封隔堵水工具下部水层的作用，而上面的管柱则可以正常取出。

8、本发明的小直径堵水工具上接头左端与丢手接头通过丢手剪钉连接，当管柱内压力继续上胀，活塞杆上的循环剪钉无法剪断时，管内与管外通道无法打开建立，连续油管管内投球，球无法通过液体泵送到位，连续油管的丢手接头无法打掉。此时，可继续加压直至丢手接头的丢手剪钉被剪断，丢手接头与上接头分离，整个管柱与堵水工具分离，堵水工具被留在井中起到封隔堵水工具下部水层的作用，而上面的管柱则可以正常取出。

9、本发明的小直径堵水工具上连接杆中间内孔与上连接杆管壁两侧的水孔相通，在不投球时，可实现整个管柱内外液体的循环，当管柱下入到位，需要座封堵水工具使扩张式胶筒膨胀时，可在管柱内投入座封球，当球泵送至上连接杆中间内孔使其内孔密封后，此时管柱内外不相通，液体通过上连接杆中间靠近管壁内侧的4个传压孔进液，进入活塞杆，推动小活塞，使其防误启动剪钉剪断，小活塞向下移动通道打开，中心管进液，扩张式胶筒膨胀密封管壁，当压力继续上胀，高于循环剪钉剪断值时，循环剪钉剪断，活塞杆向下移动，上连接杆通道打开，管内液体又可向管外循环，从而为连续油管建立通道，些时，连续油管可投球将丢手接头打掉，使整个管柱与堵水工具分离，堵水工具被留在井中，起到封隔堵水工具下部水层的作用，而上面的管柱则可以正常取出。

10、本发明的小直径堵水工具，采用高强度材料制作而成，入井方便，操作简单，结构可靠、自带丢手接头，即使连续油管的丢手接头无法正常丢手，使堵水工具与连续油管分离，自带的丢手接头通过继续提高管柱内压力，也能实现丢手，使堵水工具与连续油管分离，因些小直径堵水工具能较好的适应井下复杂的完井施工环境。避免井下作业风险，能缩短施工周期，实现简化完井工艺、降低完井成本，节约完井时间，实现了分层堵水，分层开采。

附图说明

图1是本发明小直径堵水工具的结构示意图；

图2是图1的局部结构示意图；

图3是图2的另一个局部结构示意图；

图4是本发明小直径堵水工具单向阀组件的结构示意图；

图5是本发明小直径堵水工具上连接杆的结构示意图；

附图标记：1－丢手接头，2－上接头，3－上连接杆，4－活塞杆，5－小活塞，6－中间杆，7－缸套，8－防退卡，9－卡瓦座，10－固定弹簧，11－三片式卡瓦，12－密封圈，13－单向阀组件，14－中心管，15－扩张式胶筒，16－活动接头，17－，18－下接头，19－连接件，20－防误启动剪钉，21－循环剪钉，22－丢手剪钉，23－压帽，24－弹簧，25－钢球，26－螺帽，27－开口销，28－挡圈，29－压套，30－皮腕，3－芯轴。

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中的附图，对本发明实施例中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一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施方式的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1

如图1到3所示，本实施例提供一种小直径堵水工具，包括中心管14，所述中心管14上套设有扩张式胶筒15，所述中心管14右端延伸出扩张式胶筒15套设有活动接头16，扩张式胶筒15和活动接头16通过密封圈12密封连接，中心管14与活动接头16通过密封圈12实现密封，中心管14为实心体且延伸出活动接头16与下接头18连接；

所述中心管14左端延伸出扩张式胶筒15通过密封圈12连接有卡瓦座9，所述扩张式胶筒15左端与中心管14左端密封连接，中心管14左侧设置有通往扩张式胶筒15内部的传压孔；

卡瓦座9内部装有能够向扩张式胶筒15内正向进液、反向截止的单向阀组件13，卡瓦座9左侧外部依次套设三片式卡瓦11、缸套7，卡瓦座9左端螺纹连接有通过连接件19与缸套7连接的中间杆6，中间杆6左端内部通过防误启动剪钉20固定有小活塞5，中间杆6左端外部螺纹连接有上连接杆3，上连接杆3右端内部通过循环剪钉21连接有与中间杆6左端内部连接的活塞杆4，所述活塞杆4位于小活塞5的左端，上连接杆3左端螺纹连接有上接头2，上接头2左端通过丢手剪钉22连接有丢手接头1。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上做了进一步优化，具体是：

其中，三片式卡瓦11两端开有固定槽，固定槽内装入固定弹簧10从而使三片式卡瓦11固定为一整体。

其中，所述单向阀组件13包括从右至左依次设置的弹簧24、压帽23、钢球25、螺帽26、开口销27、挡圈28、压套29、皮腕30和芯轴31；芯轴31包括金属密封锥面，芯轴31的金属密封锥面和密封皮腕30与卡瓦座9内锥面配合密封，单向阀组件可以向扩张式胶筒15内正向进液，反向则截止。

其中，所述中间杆6右端外圆槽内装有与缸套7配合的C型防退卡8。

其中，所述中心管14、活动接头16、下接头18、卡瓦座9、三片式卡瓦11、缸套7、中间杆6、小活塞5、上连接杆3、活塞杆4、上接头2、丢手接头1、压帽23、钢球25、螺帽26、开口销27、挡圈28、压套29和芯轴31采用合金钢制成；弹簧24、固定弹簧10和防退卡8均采用弹簧钢制成。

其中，所述防误启动剪钉20、循环剪钉21和丢手剪钉22采用铜合金制成；皮腕30和密封圈12采用氢化丁腈橡胶制成，扩张式胶筒15采用橡胶镶嵌合金钢片制成。

其中，所述卡瓦座9与缸套7之间、缸套7与中间杆6之间、中间杆6与小活塞5之间、中间杆6与上连接杆3之间、中间杆6与活塞杆4之间、活塞杆4与上连接杆3之间、上连接杆3与上接头2之间、上接头2与丢手接头1之间均设置有密封圈12。

其中，所述上连接杆3包括上部连接孔和下部连接孔，所述上部连接孔与上接头2连接，所述下部连接孔与活塞杆4连接，上部连接孔靠近下部连接孔处设置有轴向的锥形孔，锥形孔上按圆周均布有4个与下部管柱连通的通孔，所述锥形孔末端连接有与外管连通的连通孔。

本实施中的堵水工具针对井内产水层的封堵，能实现小直径大范围的封堵。适用于产水层油管变径较大的复杂工况。下入套管或油管内达到目的层位，实现有效坐封。层间封堵。小直径堵水工具入井方便，操作简单，结构安全可靠、两种丢手装置：自带丢手装置和连续油管丢手装置，在连续油管无法丢手的情况下，也能保证正常丢手，实现复杂堵水施工的要求。以节省施工费用以及避免井下作业风险，缩短施工周期，实现简化完井工艺、降低完井成本，节约完井时间，提前实现完井投产。

Claims (8)

1.一种小直径堵水工具，包括中心管(14)，其特征在于，所述中心管(14)上套设有扩张式胶筒(15)，所述中心管(14)右端延伸出扩张式胶筒(15)套设有活动接头(16)，扩张式胶筒(15)和活动接头(16)通过密封圈(12)密封连接，中心管(14)与活动接头(16)通过密封圈(12)实现密封，中心管(14)为实心体且延伸出活动接头(16)与下接头(18)连接；

所述中心管(14)左端延伸出扩张式胶筒(15)通过密封圈(12)连接有卡瓦座(9)，所述扩张式胶筒(15)左端与中心管(14)左端密封连接，中心管(14)左侧设置有通往扩张式胶筒(15)内部的传压孔；

卡瓦座(9)内部装有能够向扩张式胶筒(15)内正向进液、反向截止的单向阀组件(13)，卡瓦座(9)左侧外部依次套设三片式卡瓦(11)、缸套(7)，卡瓦座(9)左端螺纹连接有通过连接件(19)与缸套(7)连接的中间杆(6)，中间杆(6)左端内部通过防误启动剪钉(20)固定有小活塞(5)，中间杆(6)左端外部螺纹连接有上连接杆(3)，上连接杆(3)右端内部通过循环剪钉(21)连接有与中间杆(6)左端内部连接的活塞杆(4)，所述活塞杆(4)位于小活塞(5)的左端，上连接杆(3)左端螺纹连接有上接头(2)，上接头(2)左端通过丢手剪钉(22)连接有丢手接头(1)。

2.根据权利要求1所述的一种小直径堵水工具，其特征在于，三片式卡瓦(11)两端开有固定槽，固定槽内装入固定弹簧(10)从而使三片式卡瓦(11)固定为一整体。

3.根据权利要求1所述的一种小直径堵水工具，其特征在于，所述单向阀组件(13)包括从右至左依次设置的弹簧(24)、压帽(23)、钢球(25)、螺帽(26)、开口销(27)、挡圈(28)、压套(29)、皮腕(30)和芯轴(31)；芯轴(31)包括金属密封锥面，芯轴(31)的金属密封锥面和密封皮腕(30)与卡瓦座(9)内锥面配合密封，单向阀组件可以向扩张式胶筒(15)内正向进液，反向则截止。

4.根据权利要求1所述的一种小直径堵水工具，其特征在于，所述中间杆(6)右端外圆槽内装有与缸套(7)配合的C型防退卡(8)。

5.根据权利要求1所述的一种小直径堵水工具，其特征在于，所述中心管(14)、活动接头(16)、下接头(18)、卡瓦座(9)、三片式卡瓦(11)、缸套(7)、中间杆(6)、小活塞(5)、上连接杆(3)、活塞杆(4)、上接头(2)、丢手接头(1)、压帽(23)、钢球(25)、螺帽(26)、开口销(27)、挡圈(28)、压套(29)和芯轴(31)采用合金钢制成；弹簧(24)、固定弹簧(10)和防退卡(8)均采用弹簧钢制成。

6.根据权利要求1所述的一种小直径堵水工具，其特征在于，所述防误启动剪钉(20)、循环剪钉(21)和丢手剪钉(22)采用铜合金制成；皮腕(30)和密封圈(12)采用氢化丁腈橡胶制成，扩张式胶筒(15)采用橡胶镶嵌合金钢片制成。

7.根据权利要求1所述的一种小直径堵水工具，其特征在于，所述卡瓦座(9)与缸套(7)之间、缸套(7)与中间杆(6)之间、中间杆(6)与小活塞(5)之间、中间杆(6)与上连接杆(3)之间、中间杆(6)与活塞杆(4)之间、活塞杆(4)与上连接杆(3)之间、上连接杆(3)与上接头(2)之间、上接头(2)与丢手接头(1)之间均设置有密封圈(12)。

8.根据权利要求1所述的一种小直径堵水工具，其特征在于，所述上连接杆(3)包括上部连接孔和下部连接孔，所述上部连接孔与上接头(2)连接，所述下部连接孔与活塞杆(4)连接，上部连接孔靠近下部连接孔处设置有轴向的锥形孔，锥形孔上按圆周均布有4个与下部管柱连通的通孔，所述锥形孔末端连接有与外管连通的连通孔。

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