CN114482922A - 多管生产管柱用环空安全控制装置及使用其的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多管生产管柱用环空安全控制装置，包括密封工作筒、外筒结构，外筒结构与密封工作筒之间形成环空，外筒结构包括接箍、上接头、活塞套、上连接体、下连接体和下接头，活塞套内具有活塞腔室，活塞腔室内设置有活塞，上连接体上具有第一台阶，活塞的底部设置有连接套，连接套的底部设置有推杆，连接套的底部还设置有弹簧，下连接体与密封工作筒之间的环空空腔内还设置具有皮碗自封和分瓣式阀板密封的多级密封方式。本发明还公开了使用上述多管生产管柱用环空安全控制装置的方法，本发明在正常注水时多级密封打开进行注水操作，当井下出现异常高压流体时强制关闭环空，防止井下流体在环空内泄出导致井喷事故。

Description

多管生产管柱用环空安全控制装置及使用其的方法

技术领域

本发明涉及油水井环空安全控制装置，尤其涉及一种多管生产管柱用环空安全控制装置及使用其的方法。

背景技术

目前国内大部分油田已进入特高含水阶段，开发难度持续加大，经过长期的注水开采，进一步加剧了层间干扰，精细注采开发质量成为低油价形势下实现水驱油藏效益开发的关键。精细注采是使用较多的采用液控、电控、电-液一体化控制以及无线压力脉冲控制的单管分层开发工艺技术，该工艺技术在使用过程中，液控开关需要配套多个液控管线控制，导致施工风险较大。为解决精细注采中出现的上述问题，技术人员发明了多管生产管柱，多管生产管柱是一种采用多套管开发且同样能够实现多层系开发的工艺技术。

例如专利申请公布号为CN 105804693 A的中国发明专利申请公开了一种“一种环空安全阀”，该环空安全阀包括外筒结构、内筒结构和滑套中心管，外筒结构与内筒结构之间形成环空，其中，外筒与滑套中心管之间在上下方向上分别形成有上环空和下环空，上环空内安装液控环空开启关闭装置，下环空内安装备用环空开启关闭装置。该类环空安全阀工作时需要在内径内下入与之配套的密封插头，密封插头下入过程或者注水过程中易磨损失效。随着高含水后期地层压力的不断恢复，当井下出现异常高压流体时，失效后的密封插头无法起到环空安全控制的作用，井下流体高压流体极易从管柱环空处泄出发生井喷事故。

设计一种具有良好安全性能的环空安全控制装置是亟需解决的问题。

对比文件检索分析：

公布号CN109441413 A《一种井下多管分层注水装置》包括注水井口、多管结构复合管、封隔器坐封管、第一分层注水短节、第二分层注水短节、第一分层主水管、钢制油管和第二分层注水管；注水井口的下方固定连接有多管结构复合管，多管结构复合管下方连接钢制油管，钢制油管内部，封隔器坐封管、第一分层注水管和第二分层注水管均连接到多管结构复合管下面；第一分层注水短节和第二分层注水短节均套设在钢制油管外侧，第一分层注水管的下端连接第一分层注水短节，且与外界联通；第二分层注水管柱的下端连接到第二分层注水短节，且与外界连通；第一分层注水短节在第二分层注水短节上方，本发明的管柱结构采用并列管的技术思路，均与本发明的同心多管开发不相关。

公布号CN 103806884 A《三层分注管柱及油井三层分注的方法》公开了一种三层分层注水管柱，该管柱包括外管组合、内管组合等，外管组合主要包括大尺寸油管、第一扩张式封隔器、分流配水器、第二扩张式封隔器等，内管组合主要包括小尺寸油管及分流插管，该管柱只配套了下端的分层注水工具，但是缺乏安全控制装置，尤其在目前高含水后期，地层压力恢复较快，该种管柱存在很大的安全隐患。

以上所检索的现有技术对比文件中所使用的技术方案与本发明采用的技术方案在技术上并无关联，与本发明的发明构思完全不同。

发明内容

本发明的目的是为解决上述技术问题，提出一种多管生产管柱用环空安全控制装置及使用其的方法，本发明在环空内设置具有皮碗自封和分瓣式阀板密封的多级密封方式，正常注水时多级密封打开进行注水操作，当井下出现异常高压流体时强制关闭环空，防止井下流体在环空内泄出导致井喷事故。

为解决上述技术问题，本发明提出了如下技术方案：

一种多管生产管柱用环空安全控制装置，包括密封工作筒、套嵌设置在密封工作筒外部的外筒结构，外筒结构与密封工作筒之间形成环空，外筒结构包括自上而下依次连接的接箍、上接头、活塞套、上连接体、下连接体和下接头，活塞套内具有活塞腔室，活塞腔室内设置有活塞，上连接体上具有呈凹陷形态的第一台阶，活塞的底部设置有连接套，连接套的底部设置有推杆，连接套的底部还设置有弹簧，且，弹簧位于第一台阶内，弹簧一端与连接套底部相接触，弹簧另一端与第一台阶底部相接触，下连接体与密封工作筒之间的环空空腔内还设置有多级密封结构，推杆的下部探伸至下连接体与密封工作筒之间的环空空腔内并控制多级密封结构的打开或关闭。

所述下连接体上具有呈凹陷形态的第二台阶，所述多级密封结构设置在第二台阶内，所述多级密封结构包括设置在第二台阶上的皮碗、设置在第二台阶上且位于所述皮碗下部的阀板结构，所述推杆的下部与皮碗的边沿固定连接，所述活塞在密封工作筒的左右两侧各设置有一个，所述推杆位于弹簧的一侧。

所述阀板结构为分瓣式阀板结构，所述分瓣式阀板结构包括阀座、阀板、阀销和扭簧，所述阀座周向设置在下连接体的第二台阶上且位于皮碗下部，所述阀板有六个，六个阀板周向均布设置在阀座上，所述阀座上开设有阀销孔，所述阀板下端与阀座之间还设置有扭簧，所述阀销穿过阀销孔将阀板、扭簧和阀座连接在一起，所述推杆的下部与阀板的边沿固定连接，在第二台阶上阀板的底部还设置有固定套。

所述接箍的底部车有内螺纹，所述上接头上部车有外螺纹，所述接箍与上接头螺纹连接；所述上接头的底部车有内螺纹，所述活塞套的上部车有外螺纹，所述上接头与活塞套螺纹连接；所述活塞套的底部车有内螺纹，所述上连接体的上部车有外螺纹，所述活塞套与上连接体螺纹连接；所述上连接体的底部车有内螺纹，所述下连接体的底部车有外螺纹，所述上连接体与下连接体螺纹连接；所述下连接体的底部车有内螺纹，所述下接头的上部车有外螺纹，所述下连接体与下接头螺纹连接；所述连接套的底部车有内螺纹，所述推杆上车有外螺纹，所述连接套与推杆螺纹连接。

所述活塞上设置有多级胶圈。

所述上接头上开设有贯穿至活塞腔室的打压口，所述打压口上还设置有与该打压口相配合的液控管线接头。

所述上接头与活塞套之间、活塞套与上连接体之间、上连接体与下连接体之间以及下连接体与下接头之间均设置有胶圈和聚四氟乙烯挡圈。

一种同心多管分层注水工艺方法，该方法包括：

S1，下入外管的导向丝堵、分层封隔器、筛管、环空安全控制装置工具；

S2，打开环空安全控制装置；

S3，再下入内管的导向丝堵、分层封隔器、井下安全阀工具；

其中，将井下安全阀与环空安全控制装置均通过液控管线连接至地面控制柜，

S4，注水；

S5，地面打压，分别开启井下安全阀与环空安全控制装置。

一种同心多管注采联动工艺方法，该方法包括：

S1，下入导向丝堵、分层封隔器、筛管、环空安全控制装置工具；

S2，再下入内管的导向丝堵、电泵机组、分层封隔器、井下安全阀工具；

其中，井下安全阀与环空安全控制装置均通过液控管线连接至地面控制柜，电泵机组25通过动力电缆24连接至地面控制柜。

10.一种同心多管高效注入工艺方法，该方法应用上述权利要求1-7任一项多管生产管柱用环空安全控制装置，其特征在于，该方法包括：

S1,下入导向丝堵、环空安全控制装置、分层封隔器、筛管工具，其中，环空安全控制装置下移至油层部位；

S2,再下入内管的导向丝堵、井下安全阀工具；

其中,井下安全阀与环空安全控制装置均通过液控管线连接至地面控制柜。

上述多管生产管柱用环空安全控制装置及使用其的方法至少具有以下优点：

1.本发明在环空中设置皮碗以及阀板多级密封结构，并且通过打压或者泄压的方式控制多级密封结构的打开或关闭状态。使用时，通过打压控制活塞的下移，带动推杆关闭皮碗与阀板，完成对环空过流通道的打开；通过泄压后弹簧复位上移，带动推杆打开皮碗与阀板，完成对环空过流通道的关闭；上述控制环空过流通道打开或关闭的方式能够实现生产时的强制开启，紧急情况下的自动关闭，具有操作方便、控制精确的优点，可有效防止井下出现异常高压流体导致井喷事故，防止因高含水后期地层压力恢复较快导致管柱出现安全生产问题。

2.本发明中所设计的环空安全控制装置具有过流通道大、不易堵塞、不存在节流压差的优点，能够满足多管注水井、多管注采联动井的环空安全控制需求。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例的环空安全控制装置整体结构示意图；

图2是本发明实施例的环空安全控制装置阀板结构俯视图；

图3为本发明实施例1管柱采用同心多管分层注水工艺方法的结构示意图；

图4为本发明实施例2管柱采用同心多管注采联动工艺方法的结构示意图；

图5为本发明实施例3管柱采用同心多管高效注入工艺方法的结构示意图；

其中，1-接箍，2-上接头，3-聚四氟乙烯挡圈，4-胶圈，5-活塞套，6-活塞，7上连接体，8-连接套，9-推杆，10-弹簧，11-下连接体，12-皮碗，13-阀座，14-阀销，15-阀板，16-固定套，17-下接头，18-液控管线，19-环空安全控制装置，20-井下安全阀，21-分层封隔器，22-筛管，23-导向丝堵，24-动力电缆，25-电泵机组，26-穿越式分层封隔器，30-密封工作筒，40-外管，41-内管，42-地面控制柜，43-打压口，44-阀销孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例1，

请参照图1-图3所示，一种多管生产管柱用环空安全控制装置，包括密封工作筒30、套嵌设置在密封工作筒外部的外筒结构，外筒结构与密封工作筒之间形成环空，外筒结构包括自上而下依次连接的接箍1、上接头2、活塞套5、上连接体7、下连接体11和下接头17，活塞套5内具有活塞腔室，活塞腔室内设置有活塞6，活塞6在密封工作筒30的左右两侧各设置有一个，上连接体7上具有呈凹陷形态的第一台阶，活塞6的底部设置有连接套8，连接套8的底部连接有推杆9，连接套8的底部还设置有弹簧10，推杆9位于弹簧10的一侧，且，弹簧10位于第一台阶内，弹簧10一端与连接套8底部相接触，弹簧10另一端与第一台阶底部相接触，下连接体11与密封工作筒30之间的环空空腔内还设置有多级密封结构，推杆9的下部探伸至下连接体11与密封工作筒30之间的环空空腔内并控制多级密封结构的打开或关闭。

本发明通过在环空中设置可以控制打开或关闭状态的多级密封结构，实现了对环空过流通道打开或关闭的控制，并且，多级密封结构的设置有利于更好对环空进行密封阻断。

活塞6上设置有多级胶圈4。上接头2上还开设有贯穿至活塞腔室的打压口43，该打压口43上设置有与该打压口43相配合的液控管线接头(图未示)。上接头2与活塞套5之间、活塞套5与上连接体7之间、上连接体7与下连接体11之间以及下连接体11与下接头17之间均设置有胶圈4和聚四氟乙烯挡圈3，胶圈以及聚四氟乙烯挡圈的设置使本装置的外筒结构密封性更好。

下连接体11上具有呈凹陷形态的第二台阶，多级密封结构设置在第二台阶内，多级密封结构包括设置在第二台阶上的皮碗12、设置在第二台阶上且位于皮碗12下部的阀板结构，推杆9的下部与皮碗12的边沿固定连接。工作状态下，当推杆9移动时，可带动皮碗12边沿移动进而打开或关闭皮碗12。

阀板结构为分瓣式阀板结构，分瓣式阀板结构包括阀座13、阀板15、阀销14和扭簧(图未示)，阀座13周向设置在下连接体11的第二台阶上且位于皮碗12下部，阀板15有六个，六个阀板15周向均布设置在阀座13上，阀座13上开设有阀销孔44，阀板15下端与阀座13之间还设置有扭簧(图未示)，阀销14穿过阀销孔44将阀板15、扭簧(图未示)和阀座13连接在一起，推杆9的下部与阀板15的边沿固定连接，工作状态下，当推杆移动时，可带动阀板15边沿移动进而打开或关闭阀板15。

本实施例中，第二台阶上阀板的底部还设置有固定套16，固定套的设置起到了固定阀座13的作用。

未打压状态下，皮碗12、阀板15均处于打开状态，此时皮碗12、阀板15均对环空进行密封阻断，环空被关闭。

工作状态下，当需要正常注水时，通过打压口43对活塞腔室进行打压，压力作用于活塞6，活塞6下移压缩弹簧10，同时推动推杆9下移，推杆9的下部带动皮碗12的边沿以及阀板15的边沿移动，直至推杆9的下端接触至下接头17，停止下移，如此皮碗12、阀板15均被关闭，环空被打开，水流通过环空经本装置注入井内。本发明中所设计的环空安全控制装置具有过流通道大、不易堵塞、不存在节流压差的优点。

当遇到紧急情况譬如井下异常高压时，此时对活塞腔室进行泄压，被压缩的弹簧10复位，推动活塞6与推杆9上移，如此皮碗12、阀板15在推杆9的带动下迅速再次恢复至打开状态，环空被强行关闭，阻止井下液体出现井喷事故。该关闭环空的方式可使正常注水时的注水通道及后期反洗井时洗井通道均不存在节流压差。

上述打压以及泄压的工作原理可应用于对同心三层及更多层油井的注采工艺，此处不再赘述；

接箍1的底部车有内螺纹，上接头2上部车有外螺纹，接箍1与上接头2螺纹连接；上接头2的底部车有内螺纹，活塞套5的上部车有外螺纹，上接头2与活塞套5螺纹连接；活塞套5的底部车有内螺纹，上连接体7的上部车有外螺纹，活塞套5与上连接体7螺纹连接；上连接体7的底部车有内螺纹，下连接体11的底部车有外螺纹，上连接体7与下连接体11螺纹连接；下连接体11的底部车有内螺纹，下接头17的上部车有外螺纹，下连接体11与下接头17螺纹连接；连接套8的底部车有内螺纹，推杆9上车有外螺纹，连接套8与推杆9螺纹连接。螺纹连接使本装置各个连接件之间的固定更加牢靠，大大增强了本装置的使用寿命，并且采用螺纹连接可以使连接件之间具有更好的密封效果。

本发明能够满足多管注水井、多管注采联动井的环空安全控制需求，本发明在环空内设置具有皮碗自封和分瓣式阀板密封的多级密封方式，正常注水时多级密封打开进行注水操作，当井下出现异常高压流体时强制关闭环空，防止井下流体在环空内泄出导致井喷事故。

一种同心多管分层注水工艺方法，该方法应用上述权的多管生产管柱用环空安全控制装置，该方法包括：

S1，下入外管40的导向丝堵23、穿越式分层封隔器26、筛管22、环空安全控制装置19工具；

S2，打开环空安全控制装置19；

S3，再下入内管41的导向丝堵23、穿越式分层封隔器26、井下安全阀20工具；

其中，将井下安全阀20与环空安全控制装置19均通过液控管线18连接至地面控制柜42，

S4，注水；

S5，地面打压，分别开启井下安全阀与环空安全控制装置。

实施例2，

请参照图4所示，一种同心多管注采联动工艺方法，该方法应用上述的多管生产管柱用环空安全控制装置，该方法包括：

S1，下入导向丝堵23、分层封隔器21、筛管22、环空安全控制装置19工具；

S2，再下入内管41的导向丝堵23、电泵机组25、分层封隔器21、井下安全阀20工具；

其中，井下安全阀20与环空安全控制装置19均通过液控管线18连接至地面控制柜42，电泵机组25通过动力电缆24连接至地面控制柜42。

实施例3，

请参照图5所示，与实施例1和实施例2不同的是，本实施例中环空安全控制下移至油层部位，起到环空安全控制以及分隔油层的作用。

一种同心多管高效注入工艺方法，该方法应用上述的多管生产管柱用环空安全控制装置，该方法包括：

S1,下入导向丝堵23、环空安全控制装置19、分层封隔器21、筛管22工具，其中，环空安全控制装置19下移至油层部位；

S2,再下入内管41的导向丝堵23、井下安全阀20工具；

其中,井下安全阀20与环空安全控制装置19均通过液控管线18连接至地面控制柜42。

本申请中凡是没有展开论述的零部件本身、本申请中的各零部件连接方式均属于本技术领域的公知技术，不再赘述。比如焊接、丝扣式连接等。

在本发明中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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，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单元必须具有特定的方向、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。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多管生产管柱用环空安全控制装置，包括密封工作筒、套嵌设置在密封工作筒外部的外筒结构，所述外筒结构与密封工作筒之间形成环空，所述外筒结构包括自上而下依次连接的接箍、上接头、活塞套、上连接体、下连接体和下接头，所述活塞套内具有活塞腔室，所述活塞腔室内设置有活塞，所述上连接体上具有呈凹陷形态的第一台阶，所述活塞的底部设置有连接套，所述连接套的底部设置有推杆，所述连接套的底部还设置有弹簧，且，所述弹簧位于第一台阶内，所述弹簧一端与连接套底部相接触，所述弹簧另一端与第一台阶底部相接触，所述下连接体与密封工作筒之间的环空空腔内还设置有多级密封结构，所述推杆的下部探伸至下连接体与密封工作筒之间的环空空腔内并控制所述多级密封结构的打开或关闭。

2.如权利要求1所述的多管生产管柱用环空安全控制装置，其特征在于，所述下连接体上具有呈凹陷形态的第二台阶，所述多级密封结构设置在第二台阶内，所述多级密封结构包括设置在第二台阶上的皮碗、设置在第二台阶上且位于所述皮碗下部的阀板结构，所述推杆的下部与皮碗的边沿固定连接，所述活塞在密封工作筒的左右两侧各设置有一个，所述推杆位于弹簧的一侧。

3.如权利要求2所述的多管生产管柱用环空安全控制装置，其特征在于，所述阀板结构为分瓣式阀板结构，所述分瓣式阀板结构包括阀座、阀板、阀销和扭簧，所述阀座周向设置在下连接体的第二台阶上且位于皮碗下部，所述阀板有六个，六个阀板周向均布设置在阀座上，所述阀座上开设有阀销孔，所述阀板下端与阀座之间还设置有扭簧，所述阀销穿过阀销孔将阀板、扭簧和阀座连接在一起，所述推杆的下部与阀板的边沿固定连接，在第二台阶上阀板的底部还设置有固定套。

4.如权利要求1所述的多管生产管柱用环空安全控制装置，其特征在于，所述接箍的底部车有内螺纹，所述上接头上部车有外螺纹，所述接箍与上接头螺纹连接；所述上接头的底部车有内螺纹，所述活塞套的上部车有外螺纹，所述上接头与活塞套螺纹连接；所述活塞套的底部车有内螺纹，所述上连接体的上部车有外螺纹，所述活塞套与上连接体螺纹连接；所述上连接体的底部车有内螺纹，所述下连接体的底部车有外螺纹，所述上连接体与下连接体螺纹连接；所述下连接体的底部车有内螺纹，所述下接头的上部车有外螺纹，所述下连接体与下接头螺纹连接；所述连接套的底部车有内螺纹，所述推杆上车有外螺纹，所述连接套与推杆螺纹连接。

5.如权利要求1所述的多管生产管柱用环空安全控制装置，其特征在于，所述活塞上设置有多级胶圈。

6.如权利要求1所述的多管生产管柱用环空安全控制装置，其特征在于，所述上接头上开设有贯穿至活塞腔室的打压口，所述打压口上还设置有与该打压口相配合的液控管线接头。

7.如权利要求1所述的多管生产管柱用环空安全控制装置，其特征在于，所述上接头与活塞套之间、活塞套与上连接体之间、上连接体与下连接体之间以及下连接体与下接头之间均设置有胶圈和聚四氟乙烯挡圈。

8.一种同心多管分层注水工艺方法，该方法应用上述权利要求1-7任一项多管生产管柱用环空安全控制装置，其特征在于，该方法包括：

S1，下入外管的导向丝堵、分层封隔器、筛管、环空安全控制装置工具；

S2，打开环空安全控制装置；

S3，再下入内管的导向丝堵、分层封隔器、井下安全阀工具；

其中，将井下安全阀与环空安全控制装置均通过液控管线连接至地面控制柜，

S4，注水；

S5，地面打压，分别开启井下安全阀与环空安全控制装置。

9.一种同心多管注采联动工艺方法，该方法应用上述权利要求1-7任一项多管生产管柱用环空安全控制装置，其特征在于，该方法包括：

S1，下入导向丝堵、分层封隔器、筛管、环空安全控制装置工具；

S2，再下入内管的导向丝堵、电泵机组、分层封隔器、井下安全阀工具；

其中，井下安全阀与环空安全控制装置均通过液控管线连接至地面控制柜，电泵机组25通过动力电缆24连接至地面控制柜。

10.一种同心多管高效注入工艺方法，该方法应用上述权利要求1-7任一项多管生产管柱用环空安全控制装置，其特征在于，该方法包括：

S1,下入导向丝堵、环空安全控制装置、分层封隔器、筛管工具，其中，环空安全控制装置下移至油层部位；

S2,再下入内管的导向丝堵、井下安全阀工具；

其中,井下安全阀与环空安全控制装置均通过液控管线连接至地面控制柜。

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