CN115045632A - 一种适用于二氧化碳采气工艺的防腐采气井口 - Google Patents

Abstract

一种适用于二氧化碳采气工艺的防腐采气井口，涉及油气开采技术领域，包括生产总阀门和油管头组件；油管头组件，包括套管四通、油管短节、橡胶套、第一活塞、注入油嘴、锥座和卡环，油管短节插装在套管四通的内侧并与套管四通滑动配合，橡胶套设置在套管四通和油管短节之间的环形空间内，套管四通的内壁上设置有加工有向内凸出的环形凸台，橡胶套的下端抵在环形凸台上，第一活塞位于橡胶套的上方。本发明通过采用橡胶套代替现有技术中的密封圈实现套管四通和油管短节之间的密封，并通过高压注入密封脂的方式来加强密封性能，从而有效改善了采气井口的密封性能。同时，通过特殊的密封设计，有效避免二氧化碳到达密封处，从而延缓腐蚀的发生。

Description

一种适用于二氧化碳采气工艺的防腐采气井口

技术领域

本发明属于井下作业设备技术领域，尤其涉及一种适用于二氧化碳采气工艺的防腐采气井口。

背景技术

二氧化碳驱采气工艺中，注入地层的二氧化碳会通过采气井口返回地面，二氧化碳与水分子结合生成碳酸氢根离子和碳酸根离子，继而使钢铁产生电化学腐蚀。

井口装置是天然气运输过程中关键节点，其内部设置有多处密封结构。长期使用后，产出气中的二氧化碳会腐蚀井口装置内部的密封件及密封面，造成密封失效，因此，有必要针对二氧化碳采气工艺的特殊工况设计一种防腐性能更好的采气井口。

发明内容

为了解决背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种适用于二氧化碳采气工艺的防腐采气井口。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：本发明提供了一种适用于二氧化碳采气工艺的防腐采气井口，包括生产总阀门和油管头组件；

油管头组件，包括套管四通、油管短节、橡胶套、第一活塞、注入油嘴、锥座和卡环，油管短节插装在套管四通的内侧并与套管四通滑动配合，橡胶套设置在套管四通和油管短节之间的环形空间内，套管四通的内壁上设置有加工有向内凸出的环形凸台，橡胶套的下端抵在环形凸台上，第一活塞位于橡胶套的上方，第一活塞的内外两侧分别与油管短节的外壁和套管四通的内壁滑动密封配合，注入油嘴安装在套管四通的侧壁上，注入油嘴的注入端设置有单向阀，注入油嘴的出口与所述第一活塞的上方空间连通，所述锥座的下端抵靠在第一活塞上，锥座上端的内侧加工有圆锥面，所述卡环为设有缺口的环形结构，卡环下端的外侧与锥座上的圆锥面配合，卡环内侧加工有用于卡住油管短节的棘齿；

所述第一活塞上方的空间为封闭空间。

作为优选方案，所述套管四通的上端设置有转接座，转接座的上端通过法兰与所述生产总阀门固定且密封连接，转接座的下端通过法兰与套管四通的上端固定且密封连接，所述油管短节的上端密封插装在转接座内侧。

作为优选方案，所述套管四通的上侧通过螺栓固定连接有上密封板和下密封板，所述油管短节从上密封板和下密封板的中央穿过；

油管短节的上端通过法兰与所述生产总阀门固定连接；

所述下密封板与油管短节之间设置有可上下滑动的第二活塞，第二活塞、上密封板和油管短节三者所围成的空间内设置有起密封作用的铜环。

作为优选方案，所述套管四通上端的内侧固定设置有密封隔板，密封隔板上设置有溢流阀，当第一活塞上方空间内的压力达到溢流阀的预设值时，溢流阀导通，带压介质得以通过溢流阀到达所述第二活塞下方。

作为优选方案，所述铜环的横截面为等腰梯形。

作为优选方案，所述第一活塞上方的密闭空间内预先填充有密封脂。

作为优选方案，所述卡环的上侧设置有弹簧，卡环在弹簧的弹力作用下始终保持向下的运动趋势。

作为优选方案，所述橡胶套的下端与所述套管四通之间的配合面为圆锥面。

作为优选方案，所述油管短节外表面的表面粗糙度值不低于Ra6.3。

本发明的有益效果为

1、本发明通过采用橡胶套代替现有技术中的密封圈实现套管四通和油管短节之间的密封，并通过高压注入密封脂的方式来加强密封性能，从而有效改善了采气井口的密封性能。

2、本发明通过在油管短节的外侧设置卡环和锥座，使卡环卡在油管短节的外壁上，继而将油管短节及连接在油管短节下端的油管管柱悬挂在井口处，这种悬挂结构使得油管短节与套管四通之间得以在小范围内上下串动，从而降低了完井管柱的调配难度，便于完井工作的高效进行。

3、本发明通过设置上密封板、下密封板、第二活塞和铜环等结构，使油管短节从套管四通上端伸出后与生产总阀门直接相连，如此，油管短节与套管四通之间得以在大范围内上下串动，进一步降低了完井管柱的调配难度。与此配套的设计是，本发明通过在油管短节的外侧设置铜环作为密封件，并利用注入高压密封脂时产生的压力推动第二活塞来压迫铜环，使铜环填满油管短节和上下两块密封板之间的缝隙实现密封，如此，可在实现套管四通和油管短节相对移动调整后，再通过打压的方式同时实现铜环和橡胶套处的可靠密封。

4、本发明设置了密封隔板和溢流阀，当第一活塞上方空间内的压力达到溢流阀的预设值时，溢流阀导通，带压介质得以通过溢流阀到达所述第二活塞下方。通过设置该结构，可通过将溢流阀的导通压力值设定为大于所述铜环发生塑性变形时所需的压力值，这样既能使橡胶套在更高压力作用下极限压缩，保证橡胶套的密封性能充分发挥，又能保证铜环被足够的压力顺利压缩。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是油管头组件的第一种实施例的结构示意图。

图3是图2中A处的局部放大图。

图4是油管头组件的第二种实施例的结构示意图。

图5是图4中B处的局部放大图。

图6是油管头组件的第三种实施例的结构示意图。

图7是图6中C处的局部放大图。

图中：1、油管头组件，2、生产总阀门，3、转接座，4、套管四通，5、橡胶套，6、油管短节，7、弹簧，8、卡环，9、锥座,10、第一活塞，11、环形凸台，12、注入油嘴，13、单向阀，14、上密封板，15、下密封板，16、铜环，17、第二活塞，18、溢流阀，19、密封隔板。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

实施例一：

如图1所示，本实施例包括生产总阀门2和油管头组件1，其中，生产总阀门2用于打开或关闭生产通道，油管头组件1用于密封油管和套管之间的环形空间并悬挂油管。以上为现有技术中的常见结构，在此不再赘述。

如图2和图3所示，油管头组件1，包括套管四通4、油管短节6、橡胶套5、第一活塞10、注入油嘴12、锥座9和卡环8，油管短节6插装在套管四通4的内侧并与套管四通4滑动配合，橡胶套5设置在套管四通4和油管短节6之间的环形空间内，用于对套管四通4和油管短节6之间的环形空间进行密封。

如图2所示，套管四通4的内壁上设置有加工有向内凸出的环形凸台11，环形凸台11将橡胶套5的下端托住，从而从下侧对橡胶套5进行限位。第一活塞10位于橡胶套5的上方，第一活塞10的内外两侧分别与油管短节6的外壁和套管四通4的内壁滑动密封配合，注入油嘴12安装在套管四通4的侧壁上，注入油嘴12的注入端设置有单向阀13，注入油嘴12的出口与所述第一活塞10的上方空间连通，所述锥座9的下端抵靠在第一活塞10上，锥座9上端的内侧加工有圆锥面，所述卡环8为设有缺口的环形结构，卡环8下端的外侧与锥座9上的圆锥面配合，卡环8内侧加工有用于卡住油管短节6的棘齿；所述第一活塞10上方的空间为封闭空间。

本发明通过在油管短节6的外侧设置卡环8和锥座9，使卡环8卡在油管短节6的外壁上，继而将油管短节6及连接在油管短节6下端的油管管柱悬挂在井口处，这种悬挂结构使得油管短节6与套管四通4之间得以在小范围内上下串动，从而降低了完井管柱的调配难度，便于完井工作的高效进行。另外，本发明又设置注入油嘴12、第一活塞10和橡胶套5等结构，并在第一活塞10的上侧设置了封闭空间，使用时，安装完毕后，油管管柱的悬重通过锥座9和第一活塞10的传导后向下作用在橡胶套5的上端，对橡胶套5形成自然挤压，从而实现套管四通4和油管短节6之间的密封。与此同时，通过注入油嘴12向第一活塞10上侧的封闭空间内高压注入密封脂，不但可进一步向下压缩橡胶套5来提升其密封效果，而且密封脂本身具有隔绝空气和辅助密封的效果，从而在井口面临二氧化碳腐蚀的威胁时仍具有可靠的密封性能。

工作原理：

完井时，先将油管短节6连接在油管管柱的上端，然后缓慢下放油管管柱，下放至适当位置后下压卡环8，使卡环8楔入锥座9内侧的环形空间内，并使卡环8牢牢卡在油管短节6的外侧，然后彻底释放油管管柱，此时，在油管管柱的悬重作用下，第一活塞10向下压缩橡胶套5使其发生形变，从而使橡胶套5内外两侧对套管四通4和油管短节6施加的接触压力增加，从而实现套管四通4和油管短节6之间的密封。然后，通过螺栓将转接座3固定安装在套管四通4的上端，转接座3和套管四通4之间通过常规的钢环密封。

然后，通过注入油嘴12向第一活塞10上方的封闭空间高压注入密封脂，此处的密封脂有两个作用：一是作为压力传导的介质，将注入密封脂时施加的外部压力传递至第一活塞10，使第一活塞10进一步向下压缩橡胶套5；二是密封脂可有效提高第一活塞10外侧的橡胶密封圈的密封性能，并在该橡胶密封圈老化失效后直接与橡胶套5接触，辅助橡胶套5实现更可靠的密封。

如图2所示，所述套管四通4的上端设置有转接座3，转接座3的上端通过法兰与所述生产总阀门2固定且密封连接，转接座3的下端通过法兰与套管四通4的上端固定且密封连接，所述油管短节6的上端密封插装在转接座3内侧。

具体实施时，可在第一活塞10上方的密闭空间内预先填充密封脂，从而挤出空气，更有利于与密封脂接触的各处的密封。

如图2所示，所述橡胶套5的下端与所述套管四通4之间的配合面为圆锥面，有利于橡胶环的橡胶材料向环形凸台11与油管短节6外壁之间的缝隙内流动，从而进一步利于密封。

实施例二：

本实施例与实施例一的区别在于：

如图4和图5所示，所述套管四通4的上侧通过螺栓固定连接有上密封板14和下密封板15，所述油管短节6从上密封板14和下密封板15的中央穿过，油管短节6的上端通过法兰与所述生产总阀门2固定连接；所述下密封板15与油管短节6之间设置有可上下滑动的第二活塞17，第二活塞17、上密封板14和油管短节6三者所围成的空间内设置有起密封作用的铜环16。

本实施例中，通过设置上密封板14、下密封板15、第二活塞17和铜环16等结构，使油管短节6从套管四通4上端伸出后与生产总阀门2直接相连，如此，油管短节6与套管四通4之间得以在大范围内上下串动，进一步降低了完井管柱的调配难度。与此配套的设计是，本发明通过在油管短节6的外侧设置铜环16作为密封件，并利用注入高压密封脂时产生的压力推动第二活塞17来压迫铜环16，使铜环16填满油管短节6和上下两块密封板之间的缝隙实现密封，如此，可在实现套管四通4和油管短节6相对移动调整后，再通过打压的方式同时实现铜环16和橡胶套5处的可靠密封。

如图5所示，所述铜环16的横截面为等腰梯形，便于上密封板14和第二活塞17从上下两侧挤压铜环16，使铜环16发生塑性变形后贴合在油管短节6的内壁上。

如图3、5和7所示，所述卡环8的上侧设置有弹簧7，卡环8在弹簧7的弹力作用下始终保持向下的运动趋势，使卡环8始终保持向下楔入锥座9内侧的运动状态，从而保证卡环8与油管短节6相对位置的稳定性。

所述油管短节6外表面的表面粗糙度值不低于Ra6.3，限制表面粗糙度值的下限可保证发生塑性变形后的铜环16与油管短节6之间的摩擦力合理大小，从而使铜环16与油管短节6难以脱离。

实施例三：

本实施例与实施例二的区别在于：

如图7所示，所述套管四通4上端的内侧固定设置有密封隔板19，密封隔板19上设置有溢流阀18，当第一活塞10上方空间内的压力达到溢流阀18的预设值时，溢流阀18导通，带压介质得以通过溢流阀18到达所述第二活塞17下方。

本实施例中，油管管柱的悬重是橡胶套5形变所需压力的重要来源，这就要求橡胶套5压缩过程中油管短节6、卡环8和锥座9必须与第一活塞10同步向下运动，而铜环16被压缩形变后又会阻碍油管短节6的运动，这种情况下，必须使橡胶套5被压缩到位后再推动第二活塞17使铜环16形变，简而言之，必须先压缩橡胶套5，再压缩铜环16。

在不设置密封隔板19和溢流阀18的情况下，在注入密封脂的初期，由于橡胶材料比铜更容易压缩，所以自然可以做到橡胶套5和铜环16按照先后顺序压缩，但是，当密封脂向第二活塞17施加的压力增加到足以使铜环16发生塑性变形时，铜环16与油管短节6之间的接触摩擦力便会阻碍油管管柱的悬重向橡胶套5施加压力，进而阻碍压力的升高，而压力无法继续升高又会阻止第二活塞17继续压缩铜环16，最终使得铜环16和橡胶套5的密封效果无法百分百发挥。

本发明设置了密封隔板19和溢流阀18，当第一活塞10上方空间内的压力达到溢流阀18的预设值时，溢流阀18导通，带压介质得以通过溢流阀18到达所述第二活塞17下方。通过设置该结构，可通过将溢流阀18的导通压力值设定为大于所述铜环16发生塑性变形时所需的压力值，这样既能使橡胶套5在更高压力作用下极限压缩，保证橡胶套5的密封性能充分发挥，又能保证铜环16被足够的压力顺利压缩。

以上尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种适用于二氧化碳采气工艺的防腐采气井口，包括生产总阀门（2）和油管头组件（1），其特征在于：

油管头组件（1），包括套管四通（4）、油管短节（6）、橡胶套（5）、第一活塞（10）、注入油嘴（12）、锥座（9）和卡环（8），油管短节（6）插装在套管四通（4）的内侧并与套管四通（4）滑动配合，橡胶套（5）设置在套管四通（4）和油管短节（6）之间的环形空间内，套管四通（4）的内壁上设置有加工有向内凸出的环形凸台（11），橡胶套（5）的下端抵在环形凸台（11）上，第一活塞（10）位于橡胶套（5）的上方，第一活塞（10）的内外两侧分别与油管短节（6）的外壁和套管四通（4）的内壁滑动密封配合，注入油嘴（12）安装在套管四通（4）的侧壁上，注入油嘴（12）的注入端设置有单向阀（13），注入油嘴（12）的出口与所述第一活塞（10）的上方空间连通，所述锥座（9）的下端抵靠在第一活塞（10）上，锥座（9）上端的内侧加工有圆锥面，所述卡环（8）为设有缺口的环形结构，卡环（8）下端的外侧与锥座（9）上的圆锥面配合，卡环（8）内侧加工有用于卡住油管短节（6）的棘齿；

所述第一活塞（10）上方的空间为封闭空间。

2.根据权利要求1所述的一种适用于二氧化碳采气工艺的防腐采气井口，其特征在于：所述套管四通（4）的上端设置有转接座（3），转接座（3）的上端通过法兰与所述生产总阀门（2）固定且密封连接，转接座（3）的下端通过法兰与套管四通（4）的上端固定且密封连接，所述油管短节（6）的上端密封插装在转接座（3）内侧。

3.根据权利要求1所述的一种适用于二氧化碳采气工艺的防腐采气井口，其特征在于：所述套管四通（4）的上侧通过螺栓固定连接有上密封板（14）和下密封板（15），所述油管短节（6）从上密封板（14）和下密封板（15）的中央穿过；

油管短节（6）的上端通过法兰与所述生产总阀门（2）固定连接；

所述下密封板（15）与油管短节（6）之间设置有可上下滑动的第二活塞（17），第二活塞（17）、上密封板（14）和油管短节（6）三者所围成的空间内设置有起密封作用的铜环（16）。

4.根据权利要求3所述的一种适用于二氧化碳采气工艺的防腐采气井口，其特征在于：所述套管四通（4）上端的内侧固定设置有密封隔板（19），密封隔板（19）上设置有溢流阀（18），当第一活塞（10）上方空间内的压力达到溢流阀（18）的预设值时，溢流阀（18）导通，带压介质得以通过溢流阀（18）到达所述第二活塞（17）下方。

5.根据权利要求3所述的一种适用于二氧化碳采气工艺的防腐采气井口，其特征在于：所述铜环（16）的横截面为等腰梯形。

6.根据权利要求1-4中任意一项所述的一种适用于二氧化碳采气工艺的防腐采气井口，其特征在于：所述第一活塞（10）上方的密闭空间内预先填充有密封脂。

7.根据权利要求1-4中任意一项所述的一种适用于二氧化碳采气工艺的防腐采气井口，其特征在于：所述卡环（8）的上侧设置有弹簧（7），卡环（8）在弹簧（7）的弹力作用下始终保持向下的运动趋势。

8.根据权利要求1-4中任意一项所述的一种适用于二氧化碳采气工艺的防腐采气井口，其特征在于：所述橡胶套（5）的下端与所述套管四通（4）之间的配合面为圆锥面。

9.根据权利要求3-5中任意一项所述的一种适用于二氧化碳采气工艺的防腐采气井口，其特征在于：所述油管短节（6）外表面的表面粗糙度值不低于Ra6.3。

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