CN115012864A - 气井空井筒不压井换井口的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气井空井筒不压井换井口的装置，高压井口四通上方的一号阀上连接有加长管，加长管的上端一侧连接有泄压阀，加长管的上端固定有液缸，液缸上端设有液缸密封座；液缸的上部侧壁设有进液口二，下部侧壁设有进液口三；液缸的内腔设有柱塞，柱塞上下连接有上、下活塞杆，上活塞杆从液缸密封座中心孔中穿过且上端设有上密封座；上密封座的一侧设有进液口一，另一侧设有进液口四；下活塞杆从液缸底座的中心孔中穿过且向下延伸至套管中，下活塞杆的下端悬吊有坐封丢手机构，上活塞杆、柱塞、下活塞杆及坐封丢手机构的中心孔道依次贯通。该装置可在更换井口前封堵空井筒，并且通过试压验证封堵的效果，施工周期短，费用低，安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种油田气井修井工具，尤其涉及一种气井空井筒不压井换井口的装置，属于油田气井修井作业技术领域。
背景技术
大多数气井在钻井完成后，需要进行压裂，才能进行投产。一些油田在压裂前，在套管头上直接安装高压井口四通（105MPa或者140MPa），由于高压气井的O号闸门十分昂贵，经常高压井口四通下没有安装0号闸门，在高压井口四通上安装1号闸门，压裂完成，将高压井口四通（105MPa或者140MPa）更换为中低压井口四通（35MPa以下）。
常规更换井口时，一般采用压井更换井口技术。该技术存在以下缺陷：（1）如果井内存在渗漏，则无法采用压井方法进行更换井口的作业，因为压井更换井口必须是在压稳状态才能进行。（2）压井后容易诱发气侵，导致在更换井口作业过程中可能发生井涌或井喷事故。（3）压井液会对产层造成伤害，导致油（气）产量降低，甚至造成孔隙堵塞而不能生产。（4）更换井口作业完成后，替喷排液作业工艺复杂，且会造成严重的环境污染。显然，传统压井换阀技术不能有效地规避风险、确保换井口的作业安全；压井液对储层有损害，不能确保油（气）井的稳产增产；复产时的排放对环境造成污染；换井口作业时间长、效率低、经济效益差。
冷冻暂堵更换采气树主控阀门技术是目前主要应用的技术，优点突出，缺点明显。优点：（1）施工时间短，提高油气生产效率；（2）在冷冻装置作用下，冷冻段塞可持续封堵井筒，安全系数高；（3）可以有效暂堵高含硫井。缺点：（1）需要专业化队伍进行施工，国内只有几家施工队伍，不能满足需求，尤其现场急需时施工服务跟不上。（2）当井壁较脏时，冷冻段塞与管壁之间的黏附力较弱，暂堵效果较弱。刚刚压裂完成井，尤其水力喷砂压裂完成后，粉末砂粘在井口套管壁，直接影响冷冻段塞与管壁之间的黏附力；(3)施工结束后，冷冻剂的解堵主要依靠自然解堵，生产效率有待进一步提高；(4)解堵后，残渣可能会堵塞管线。(5)施工费用高，施工周期不短。
机械暂堵换阀的主要技术原理是：使用液压装置或专门工具将机械堵塞器下入井中，检查合格后，卸掉堵塞器以上的油压，将井口压力降至零，实现带压换阀。目前，广泛应用于油、水、气的油管带压作业过程中的封堵。缺点：（1）目前没有应用到套管内（空井筒）进行封堵；（2）一次只能投一个堵塞器，可靠性、安全性没有保证，且无法通过试压验证堵塞器封堵效果；（3）有井喷失控风险；（4）当井壁较脏时，胶筒与管壁之间的密封性能受到很大影响；（5）需要专业化队伍进行施工；（6）施工周期长，施工复杂，成本高。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种气井空井筒不压井换井口的装置，可在更换井口前封堵空井筒，并且通过试压验证封堵的效果，施工周期短，费用低，安全可靠。
为解决以上技术问题，本发明的一种气井空井筒不压井换井口的装置，包括延伸至井下的套管，所述套管的上端口连接有套管头，所述套管头的上方连接有高压井口四通，所述高压井口四通的上端安装有一号阀，所述一号阀的上方连接有加长管，所述加长管的上端一侧连接有泄压阀，所述加长管的上端固定连接有液缸，所述液缸的上端设有液缸密封座；所述液缸的上部侧壁设有进液口二，所述液缸的下部侧壁设有进液口三；
所述液缸的内腔设有柱塞，所述柱塞的上端面中心连接有上活塞杆，所述上活塞杆从所述液缸密封座的中心孔中穿过，所述上活塞杆的上端设有上密封座；所述上密封座的一侧旁通口为进液口一，另一侧旁通口为进液口四，均与上活塞杆的中心孔相贯通；
所述柱塞的下端面中心连接有下活塞杆，所述下活塞杆从液缸底座的中心孔中穿过且向下延伸至套管中，所述下活塞杆的下端悬吊有坐封丢手机构，所述上活塞杆、柱塞、下活塞杆及坐封丢手机构的中心孔道依次贯通。
作为本发明的改进，所述加长管的长度大于所述坐封丢手机构的长度，所述下活塞杆的长度大于所述加长管的顶部与套管头底部之间的距离。
作为本发明的进一步改进，所述液缸的长度能够满足所述下活塞杆全部缩回液缸内，当下活塞杆从液缸内全部伸出时，上密封座与液缸密封座之间仍有一段安全距离。
作为本发明的进一步改进，所述柱塞的上端面设有一段套装在上活塞杆外周的弹簧。
作为本发明的进一步改进，所述上密封座的顶部中心连接有吊环。
作为本发明的进一步改进，所述一号阀为全封闸板阀。
作为本发明的进一步改进，所述高压井口四通的两侧出口分别安装有套管阀。
作为本发明的进一步改进，所述坐封丢手机构包括自下而上依次连接的堵头、刮削器、桥塞一和送入工具一。
作为本发明的进一步改进，所述坐封丢手机构还包括自下而上依次连接在所述送入工具一上方的单向阀、球座、桥塞二和送入工具二，桥塞二的坐封压力高于桥塞一的坐封压力。
作为本发明的进一步改进，所述进液口一处安装有液控旋塞阀，所述液控旋塞阀的入口管道中预置有钢球。
作为本发明的进一步改进，先通过进液口四打压，使桥塞一先坐封，送入工具一与桥塞一分离后，进液口四卸压，单向阀将工具串的下端封闭，观察高压井口四通的压力表变化，验证桥塞一的坐封可靠；再打开液控旋塞阀，通过进液口一进行打压，钢球下行至球座处坐封，继续增压使桥塞二坐封，送入工具二与桥塞二分离，接着观察高压井口四通的压力表变化，验证桥塞二的坐封可靠后，拆除一号阀，将高压井口四通更换为中低压井口四通。
相对于现有技术，本发明取得了以下有益效果：1、不需要专业化队伍即可以进行空井筒不压井更换井口，产层免受压井液的伤害，有利于保护产层及稳定产量；
2、省去了替喷排液作业等复杂工艺，免去严重环境污染的风险；
3、施工周期短，费用低，不会诱发气侵，更换井口作业过程中不会发生井涌或井喷事故，安全可靠；
4、在更换井口前可以进行试压，验证桥塞封堵的效果，确保不压井换井口作业的安全；
5、一次可以投堵两个桥塞，一次施工可以实现两桥塞坐封，形成双保险；尤其上方的桥塞二，不受气体是否含硫的影响，密封可靠；拆开桥塞，更换密封圈和胶筒，可以重复使用，大大降低施工成本；
6、当井壁较脏时，仍然可以保证胶筒与管壁之间的密封性能可靠；
7、解堵后不会产生残渣堵塞管线的风险，施工完成后，确保可以立即投产，提高生产效率。
附图说明
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，附图仅提供参考与说明用，非用以限制本发明。
图1为本发明气井空井筒不压井换井口的装置的结构示意图。
图中：1.吊环；2.上密封座；3.钢球；4.进液口一；5.液控旋塞阀；6.上活塞杆；7.进液口二；8.液缸；9.弹簧；10.柱塞；11.泄压阀；12.加长管；13.下活塞杆；14.转换法兰；15.一号阀；16.高压井口四通；17.套管头；18.送入工具二；19.桥塞二；20.球座；21.单向阀；22.送入工具一；23.桥塞一；24.刮削器；25.堵头；26.套管；27.进液口三；28.液缸密封座；29.进液口四；30.套管阀。
具体实施方式
在本发明的以下描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”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，而不是指装置必须具有特定的方位。文中的“连接”即意味着相互之间设有密封圈实现密封。
如图1所示，本发明气井空井筒不压井换井口的装置，包括延伸至井下的套管26，套管26的上端口连接有套管头17，套管头17的上方连接有高压井口四通16，高压井口四通16的两侧出口分别安装有套管阀30，高压井口四通16的上端安装有一号阀15，一号阀15为全封闸板阀，可以关闭空井筒的通道。一号阀15的上方连接有加长管12，加长管12的上端一侧连接有泄压阀11，便于泄放一号阀15上方的压力。
加长管12的上端固定连接有液缸8，液缸8的上端设有液缸密封座。液缸8的内腔设有柱塞10，柱塞10的上端面中心连接有上活塞杆6，上活塞杆6从液缸密封座的中心孔中穿过，液缸密封座中心孔的内壁嵌有两道O型圈与上活塞杆6的外壁实现密封。上活塞杆6的上端设有上密封座2；上密封座2的一侧旁通口为进液口一4，另一侧旁通口为进液口四29，均与上活塞杆6的中心孔相贯通。
上密封座2的顶部中心连接有吊环1，便于吊车起吊。
柱塞10的下端面中心连接有下活塞杆13，下活塞杆13从液缸底座的中心孔中穿过且向下延伸至套管26中，下活塞杆13的下端悬吊有坐封丢手机构，上活塞杆6、柱塞10、下活塞杆13及坐封丢手机构的中心孔道依次贯通。
液缸8的上部侧壁设有进液口二7，液缸8的下部侧壁设有进液口三27。当进液口二7的压力大于进液口三27的压力时，则推动柱塞10下行，上活塞杆6和下活塞杆13跟随柱塞10下行。当进液口三27的压力大于进液口二7的压力时，则推动柱塞10上行，上活塞杆6和下活塞杆13跟随柱塞10上行。
图1中的加长管12采取了简化，加长管12的长度大于坐封丢手机构的长度，关闭一号阀15前，整体坐封丢手机构必须完全容纳在加长管12内，否则关闭一号阀15时，工具串的下端将被剪断；关闭一号阀15后，才可以安全地加长管12下端的转换法兰14安装在一号阀15的上法兰上。
图1中的液缸8处采取了简化，液缸8的长度非常长，足以满足下活塞杆13全部缩回液缸8内，便于将坐封丢手机构尽量往上提，且收在加长管12内，使坐封丢手机构的下端与一号阀15的上法兰之间留有安全距离。
下活塞杆13的长度大于加长管12的顶部与套管头17底部之间的距离，确保下活塞杆13伸出时，可以将坐封丢手机构完全送入套管26内，即确保坐封丢手机构的最上端已位于套管头17下方的套管内腔。
上活塞杆6的长度要保证当下活塞杆13从液缸8内全部伸出时，上密封座2与液缸密封座之间仍有一段安全距离。
坐封丢手机构包括自下而上依次连接的堵头25、刮削器24、桥塞一23和送入工具一22。堵头25封闭工具串的底部，将工具串的中心孔道与井下气体隔开，便于桥塞一23的打压坐封。刮削器24在桥塞一23的下方，下行过程中刮削套管26内壁的细砂等杂质，确保桥塞需要坐封的这一段井壁干净，便于上方的桥塞可靠坐封。送入工具一22连接在桥塞一23的上方，传递桥塞一23的坐封压力，且坐封后与桥塞一23分离，即实现丢手，丢手后的接头便于后续与打捞工具结合将桥塞一23捞出。
坐封丢手机构还包括自下而上依次连接在送入工具一22上方的单向阀21、球座20、桥塞二19和送入工具二18，桥塞二19的坐封压力高于桥塞一23的坐封压力。
进液口一4处安装有液控旋塞阀5，液控旋塞阀5的入口管道中预置有钢球3。通过进液口一4打压时，可以使钢球3下落，在球座20处先坐封，产生憋压后继续增压。
柱塞10的上端面设有一段套装在上活塞杆6外周的弹簧9。桥塞一23坐封前，井下的气压在下活塞杆13上产生很大的上顶力，柱塞10上行使弹簧9的上端抵靠在上密封座2的下端面时，弹簧9压缩产生反作用力可以平衡井下压力；此外弹簧9还可以避免柱塞10撞击到上密封座2，起到缓冲作用。
单向阀21可以在工具串的中心孔道建压时，向下单向打开，在桥塞一23坐封前提供向下的液流通道，保证桥塞一23可以顺利坐封。桥塞一23坐封后，送入工具一22丢手，堵头25不再起到封堵作用，此时单向阀21在自身弹簧9的张力作用下处于关闭状态，阻止下部气体进入工具串；即使桥塞一23坐封失效，仍保证将球座20下方的通道封闭，不影响桥塞二19的坐封。
由于单向阀21在承受压力时，会自动打开，因此在桥塞二19坐封前，必须打开液控旋塞阀5，钢球3穿过液控旋塞阀5的孔道，并下行落在球座20上实现坐封，即球座20的中心孔被封闭，便于打压使桥塞二19坐封，由于桥塞二19的坐封压力高于桥塞一23，避免桥塞二19提前坐封，或两个桥塞一23起坐封。
由于桥塞二19在桥塞一23坐封后，再坐封，一方面不受井下气体压力的影响，坐封比较可靠；另一方面不受到气体是否含硫的影响，不受硫化氢等酸性气体的腐蚀，密封可靠，一次施工可以实现两桥塞坐封。桥塞二19和桥塞一23取出后，拆开桥塞，更换密封圈和胶筒后，可以重复使用，大大降低施工成本。
先通过进液口四29打压，液流通过上活塞杆6、柱塞10、下活塞杆13、送入工具二18、桥塞二19、球座20的中心孔道，到达单向阀21处，将单向阀21推开后，液流通过送入工具一22的中心孔道到达桥塞一23处，使桥塞一23先坐封，然后送入工具一22与桥塞一23分离，进液口四29卸压，单向阀21将工具串的下端封闭。
此时，观察高压井口四通16的压力表变化，验证桥塞一23的坐封可靠。如压力表的指针出现波动，或者很快上升至原始井压，则说明桥塞一23的密封不可靠。如压力表的指针保持不动，低于原始井压，则说明桥塞一23的密封可靠，继续进行桥塞二19的坐封。
打开液控旋塞阀5，通过进液口一4进行打压，钢球3下行至球座20处坐封，球座20产生憋压后，继续增压使桥塞二19坐封，送入工具二18与桥塞二19分离。接着观察高压井口四通16的压力表变化，验证桥塞二19的坐封可靠。
还可以通过以下方式进一步对桥塞二19进行试压，打开泄压阀11进行排气，泄压后通过高压井口四通16的套管阀30进行灌液，直至液流从泄压阀11排出，然后泄压阀11关闭；再通过进液口一4进行打压，同时进液口二7也打压，起到平衡作用，避免柱塞10上行，再次验证桥塞二19的密封可靠性。
一方面，如果桥塞一23已经可靠坐封，则桥塞二19即使密封不好，很难从高压井口四通16的压力表直接观察到；另一方面，如果桥塞一23存在一定程度的泄漏，由于气体的可压缩性，需要等待较长的时间，才能将桥塞二19上方较大的气相空间憋压至一定程度，效率过低。
为节约时间，本发明采用泄压阀11先排气，再灌满液体，由于液体的不可压缩性，此时进液口一4打压，如果桥塞二19的密封性能不好，高压井口四通16的压力表指针迅速会发生波动，可以立即验证出桥塞二19的密封性能。
由于进液口一4打压时，下活塞杆13受到较大的反作用力；此时进液口二7也打压，将柱塞10稳定在原来的位置上，避免其上行，此时试压稳定作用在桥塞二19上。
两道桥塞实现双保险密封，此时可以打开泄压阀11，使井口压力归零，然后在十分安全的状态下，拆除一号阀15，将高压井口四通16更换为中低压井口四通，中低压井口四通更换完毕后，重新安装一号阀15。
以上仅为本发明之较佳可行实施例而已，非因此局限本发明的专利保护范围。除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述。
Claims (10)
1.一种气井空井筒不压井换井口的装置，包括延伸至井下的套管，所述套管的上端口连接有套管头，所述套管头的上方连接有高压井口四通，所述高压井口四通的上端安装有一号阀，其特征在于：所述一号阀的上方连接有加长管，所述加长管的上端一侧连接有泄压阀，所述加长管的上端固定连接有液缸，所述液缸的上端设有液缸密封座；所述液缸的上部侧壁设有进液口二，所述液缸的下部侧壁设有进液口三；
所述液缸的内腔设有柱塞，所述柱塞的上端面中心连接有上活塞杆，所述上活塞杆从所述液缸密封座的中心孔中穿过，所述上活塞杆的上端设有上密封座；所述上密封座的一侧旁通口为进液口一，另一侧旁通口为进液口四，均与上活塞杆的中心孔相贯通；
所述柱塞的下端面中心连接有下活塞杆，所述下活塞杆从液缸底座的中心孔中穿过且向下延伸至套管中，所述下活塞杆的下端悬吊有坐封丢手机构，所述上活塞杆、柱塞、下活塞杆及坐封丢手机构的中心孔道依次贯通。
2.根据权利要求1所述的气井空井筒不压井换井口的装置，其特征在于：所述加长管的长度大于所述坐封丢手机构的长度，所述下活塞杆的长度大于所述加长管的顶部与套管头底部之间的距离。
3.根据权利要求2所述的气井空井筒不压井换井口的装置，其特征在于：所述液缸的长度能够满足所述下活塞杆全部缩回液缸内，当下活塞杆从液缸内全部伸出时，上密封座与液缸密封座之间仍有一段安全距离。
4.根据权利要求1所述的气井空井筒不压井换井口的装置，其特征在于：所述柱塞的上端面设有一段套装在上活塞杆外周的弹簧。
5.根据权利要求1所述的气井空井筒不压井换井口的装置，其特征在于：所述上密封座的顶部中心连接有吊环。
6.根据权利要求1所述的气井空井筒不压井换井口的装置，其特征在于：所述一号阀为全封闸板阀，所述高压井口四通的两侧出口分别安装有套管阀。
7.根据权利要求1所述的气井空井筒不压井换井口的装置，其特征在于：所述坐封丢手机构包括自下而上依次连接的堵头、刮削器、桥塞一和送入工具一。
8.根据权利要求7所述的气井空井筒不压井换井口的装置，其特征在于：所述坐封丢手机构还包括自下而上依次连接在所述送入工具一上方的单向阀、球座、桥塞二和送入工具二，桥塞二的坐封压力高于桥塞一的坐封压力。
9.根据权利要求8所述的气井空井筒不压井换井口的装置，其特征在于：所述进液口一处安装有液控旋塞阀，所述液控旋塞阀的入口管道中预置有钢球。
10.根据权利要求9所述的气井空井筒不压井换井口的装置，其特征在于：先通过进液口四打压，使桥塞一先坐封，送入工具一与桥塞一分离后，进液口四卸压，单向阀将工具串的下端封闭，观察高压井口四通的压力表变化，验证桥塞一的坐封可靠；再打开液控旋塞阀，通过进液口一进行打压，钢球下行至球座处坐封，继续增压使桥塞二坐封，送入工具二与桥塞二分离，接着观察高压井口四通的压力表变化，验证桥塞二的坐封可靠后，拆除一号阀，将高压井口四通更换为中低压井口四通。
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