CN115704316A - 一种投杆式验管器及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种投杆式验管器及其应用，属于石油行业采油工程注水开发领域。所述投杆式验管器包括：本体和阀芯；所述阀芯能够坐封在本体的内腔中；在所述阀芯上开有出液孔，在出液孔处安装有中空销钉。在正常生产过程中，仅需将本体配套于注水管柱中，本体的最小内通径大于测试投捞工具的外径，可满足注水井开发测试的需要；当需要验证管柱的密封性能时，投入阀芯，实现管柱阀芯上部管柱的密封，从而可进行打压测试；在验管完成后，投杆撞断中空销钉，使得油管内液体可沿出液孔流出；杆和中空销钉均落入阀芯锥体，随管柱一起被起出，实现了起管柱过程的清洁生产。在投杆式验管器被带出井筒并更换被撞断的中空销钉后，可重复使用。

Description

一种投杆式验管器及其应用

技术领域

本发明属于石油行业采油工程注水开发领域，具体涉及一种投杆式验管器及其应用，应用于注水井修井作业。

背景技术

在油田注水开发过程中，分层注水是减轻层间矛盾、提升水驱动用程度的重要技术手段。注水管柱及封隔器的密封性是保证分层注水顺利实施的重要前提，但在生产过程中，管柱漏失或封隔器失效的现象时有发生。当注水井作业完井试注过程中套管异常返水或后续注水生产过程中注水压力异常变化时，就需要对注水系统的密封性进行检验，以采取有效的后续措施保障正常生产。

中国专利公开文献CN201129173Y公开了一种“滑套式验管器”，其主体内通过销钉固定滑芯，滑芯与锥体相配合，滑芯与主体间、锥体与滑芯间均安装有密封圈。该验管器在施工时配合注水管柱下入井内，若注水后发生压力漏失，通过油管投入锥体，从油管打压验证管柱的密封性，验管完后继续提压剪断滑芯销钉，泄掉油管内液体，同时起出井下管柱。但不足之处在于滑芯和锥体下移落入井内，易造成井下事故。

中国专利公开文献CN201756958U公开了一种“可捞式验管器”，由凡尔球验管器和打捞器组成，可判别分注管柱的密封性。若管柱不刺漏，可利用打捞器把验管器打捞出，继续生产；若管柱发生刺漏，则需把管柱连同验管器一同起出。但不足之处在于对于油套环空液面较低的水井，验管时油套压差较大，可能会出现油管内液柱无法泄压、打捞失败的情况。

中国专利公开文献CN203626821U公开了一种“一种随钻多功能验管器”，由上接头、下接头、筒体、和加压泄流机构组成，需要验管时，先向锥孔阀座内投入钢球或锥塞，形成堵塞，升高水压，进行验管。当水压超过验管界限时，锥孔阀座会剪断径向固定的螺杆销钉，脱落到筒体中；钻杆中的水压随机通过锥孔阀座的外圆和筒体内孔的缝隙，经泄流筛管泄压。但不足之处在于该验管器中的泄流筛管，不能满足注水井测试要求，无法配套于注水井完井管柱中。

中国专利公开文献CN204312058U公开了一种“一种验管器”，由上接头、胶塞承压座、外筒组成，胶塞承压座通过剪钉固定在上接头内腔下部，上接头和胶塞承压座的内腔形成一个圆滑过渡的圆锥形通道，施工时从钻具内腔投入胶塞泵送至胶塞承压座，对钻具进行试压，检测管柱内通径和管柱密封性，合格后继续打压剪断剪钉，胶塞承压座及胶塞落到内管顶部，起钻时修井液通过筛管顶部的进液孔流入井内。但不足之处在于该验管器内腔设有外管壁带排液孔的内管，故该工具只能配套于施工管柱中，不能满足注水井测试要求，无法配套于注水井完井管柱中。

中国专利公开文献CN207212329U公开了一种“一种验管器用阀芯组件及验管器”，在使用该阀芯组件及验管器排除油管漏失后，可直接将阀芯组件反洗至地面，无需开展打捞作业就可实现阀芯组件的重复使用。但不足之处在于反洗作业费用较高，且无论是管柱漏失还是封隔器失效，通常均会起出油管再采取相应措施，而且无法重复使用。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种投杆式验管器及其应用，既可与分注完井管柱配套使用，又能实现注水井常规作业管柱密封性检验。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明的第一个方面，提供了一种投杆式验管器，所述投杆式验管器包括：本体和阀芯；

所述阀芯能够坐封在本体的内腔中；

在所述阀芯上开有出液孔，在出液孔处安装有中空销钉。

本发明的进一步改进在于，所述本体为圆筒状结构；

所述本体的中心通孔从上至下包括大孔径段和小孔径段，大孔径段的直径大于小孔径段的直径；

大孔径段和小孔径段之间的过渡处形成球座。

优选的，大孔径段通过锥形孔与小孔径段连接，该锥形孔形成球座。

本发明的进一步改进在于，所述本体的上端能够与上接头连接，其下端能够与下接头连接；

上接头、下接头能够分别与注水井分注管柱连接。

本发明的进一步改进在于，所述阀芯包括：依次连接的导向喇叭口、阀芯球体、阀芯锥体。

本发明的进一步改进在于，所述导向喇叭口包括连成一体的圆台段和圆柱段；所述圆台段的下端与圆柱段的上端连接；

所述圆台段的上端的直径大于下端的直径，所述圆台段的最大外径小于本体的大孔径段的直径；

在圆台段上开有与其同轴线的中心通孔，所述中心通孔的上端的内径大于下端的内径，形成喇叭口状；

在圆柱段内开有与其同轴线的中心通孔，该中心通孔与圆台段的中心通孔连通，在所述圆柱段的外壁上设置有外螺纹。

本发明的进一步改进在于，所述阀芯球体为球体，在其中心开有与其同轴线的中心通孔；在中心通孔的内壁的上部、下部分别设置有螺纹；

所述阀芯球体的外径小于本体的大孔径段的直径，大于本体的小孔径段的直径。

本发明的进一步改进在于，所述阀芯锥体包括连成一体的圆柱段和圆锥段，圆柱段的外径与圆锥段的最大外径相同；

在圆柱段内开有与其同轴线的中心通孔，在圆柱段的上部外壁上设置有外螺纹；

在圆锥段内开有与其同轴线的圆锥盲孔，圆锥盲孔的上端与圆柱段的中心通孔连通且直径相同；

圆柱段的外径小于本体的小孔径段的直径；

在圆柱段的下部壁上开有出液孔，出液孔将阀芯锥体的内腔与其外部连通；

在出液孔内安装有中空销钉，在所述中空销钉内开有与其同轴线的盲孔，盲孔的开口端与出液孔连通；

所述中空销钉伸入到阀芯锥体的内腔中。

优选的，所述出液孔的中心轴线与阀芯锥体的中心轴线垂直；

优选的，所述中空销钉的长度大于阀芯锥体的圆柱段的中心通孔的半径；

优选的，在中空销钉上设置有薄弱部位。

本发明的第二个方面，提供了一种应用上述装置实现的测试上部管柱的密封性的方法，所述方法利用上述投杆式验管器测试上部管柱的密封性；密封性测试完毕后，向油管内投入杆并取出上述投杆式验管器。

本发明的进一步改进在于，所述利用上述投杆式验管器测试上部管柱的密封性的操作包括：

将上述投杆式验管器中的本体通过上接头和下接头连接于注水井分注管柱上；

需要验管时，从油管投入阀芯，在重力作用下，阀芯球体依靠重力坐封于球座上，实现密封；

通过油管打压，进行密封性测试。

本发明的进一步改进在于，所述向油管内投入杆并取出上述投杆式验管器的操作包括：

向油管内投入杆，在导向喇叭口的引导下，杆通过阀芯球体进入阀芯锥体的内腔中，并撞断中空销钉；

中空销钉断裂后，油管内的液体沿出液孔流入井筒内；

起出注水井分注管柱，投杆式验管器随注水井分注管柱被带出井筒。

本发明的进一步改进在于，所述方法进一步包括：

在取出的投杆式验管器上安装新的中空销钉。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

在正常生产过程中，仅需将本体配套于注水管柱中，本体的最小内通径大于测试投捞工具的外径，可满足注水井开发测试的需要；当需要验证管柱的密封性能时，投入阀芯，阀芯球体落入并座于球座之上，实现管柱阀芯上部管柱的密封，从而可进行打压测试；在验管完成后，投杆撞断中空销钉，形成连通阀芯球体上、下管柱的通道，使得油管内液体可沿出液孔流出；杆和中空销钉均落入阀芯锥体，随管柱一起被起出，实现了起管柱过程的清洁生产。在投杆式验管器被带出井筒并更换被撞断的中空销钉后，可重复使用。

附图说明

图1本发明投杆式验管器的结构示意图；

图中：1-上接头；2-本体；3-下接头；4-球座；5-导向喇叭口；6-阀芯球体；7-阀芯锥体；8-中空销钉；9-出液孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

如图1所示，本发明提供的投杆式验管器包括：本体2和阀芯；所述阀芯能够坐封在本体2的内腔中；在所述阀芯上开有出液孔，在出液孔处安装有中空销钉。

本发明装置的实施例如下：

【实施例一】

所述本体2为圆筒状结构，在其上端的外壁上设置有外螺纹，通过外螺纹能够与上接头1连接，在所述本体2的下端的外壁上设置有外螺纹，通过外螺纹能够与下接头3连接。

在所述本体2的内腔中设置有球座4，具体的，本体2的中心通孔从上至下包括大孔径段和小孔径段，大孔径段的直径大于小孔径段的直径，两者之间的过渡处形成球座4。优选的，大孔径段通过锥形孔与小孔径段连接，该锥形孔形成球座4。

【实施例二】

所述阀芯包括：依次螺纹连接的导向喇叭口5、阀芯球体6、阀芯锥体7。

具体的，所述导向喇叭口5包括连成一体的圆台段和圆柱段，所述圆台段的上端的直径大于下端的直径，且在圆台段上开有与其同轴线的中心通孔，所述中心通孔的上端的内径大于下端的内径，形成喇叭口状。

所述圆台段的下端与圆柱段的上端连成一体。在圆柱段内开有与其同轴线的中心通孔，该中心通孔与圆台段的中心通孔连通，在所述圆柱段的外壁上设置有外螺纹。

所述圆台段的最大外径小于本体2的大孔径段的直径。所述导向喇叭口5为上粗下细结构，便于将杆引导进入阀芯锥体内，以有效完成与中空销钉8的撞击。

所述阀芯球体6可以为锥形等易于与球座4实现密封的任意形状，优选为球体，在其中心开有与其同轴线的中心通孔，在中心通孔的内壁的上部、下部分别设置有内螺纹。所述阀芯球体6的外径小于本体2的大孔径段的直径，大于本体2的小孔径段的直径，这样阀芯球体6能够坐封在球座4上。

所述阀芯锥体7的下部可以为任意有利于阀芯在液体内下行的形状。优选的，所述阀芯锥体7包括连成一体的圆柱段和圆锥段，在所述圆柱段内开有与其同轴线的中心通孔，在所述圆柱段的上部外壁上开有外螺纹。圆柱段的外径与圆锥段的最大外径相同。在圆锥段内开有与其同轴线的圆锥盲孔，圆锥盲孔的上端与圆柱段的中心通孔连通且直径相同。所述阀芯锥体7的圆柱段的外径小于本体2的小孔径段的直径。

在圆柱段的下部壁上开有出液孔9，所述出液孔9的中心轴线与阀芯锥体7的中心轴线垂直，且所述出液孔9将阀芯锥体7的内腔与其外部连通。

在出液孔9内安装有中空销钉8，在所述中空销钉8内开有与其同轴线的盲孔，盲孔的开口端与出液孔9连通。所述中空销钉8伸入到阀芯锥体7的内腔中，且所述中空销钉8的长度大于阀芯锥体7中的圆柱段的中心通孔的半径，这样所述阀芯锥体7的中心轴线穿过所述中空销钉8的端部，以便于能够通过投杆撞断中空销钉8。

优选的，在中空销钉8上设置有薄弱部位，便于其被杆撞断，薄弱部位的结构可以为在中空销钉8的外壁上设置的与其同轴线的环形凹槽，也可以为其它能够实现该功能的任意形状。

中空销钉8被杆撞断后，位于阀芯锥体上的出液孔9将阀芯内腔与其外部的油管连通，以完成起管柱时的泄压。

【实施例三】

安装时，将导向喇叭口5的圆柱段的外螺纹与阀芯球体6的中心通孔上部的内螺纹连接，这样导向喇叭口5通过螺纹连接在阀芯球体6的上方，将阀芯锥体7的圆柱段上部的外螺纹与阀芯球体6的中心通孔下部的内螺纹连接，这样阀芯锥体7通过螺纹连接在阀芯球体6的下方，三者构成了阀芯。

【实施例四】

下接头3与本体2可视为一个整体，下接头3的内壁、外壁均设置有螺纹，下接头3通过内螺纹连接在本体2的下端，通过外螺纹与注水管柱相连，起到连接固定的作用。

应用本发明装置实现的测试上部管柱的密封性的方法如下：

【实施例五】

所述方法利用上述投杆式验管器测试上部管柱的密封性；密封性测试完毕后，向油管内投入杆并取出上述投杆式验管器。

具体的，所述利用上述投杆式验管器测试上部管柱的密封性的操作包括：

现场应用过程中，将上述投杆式验管器中的本体2通过上接头1和下接头3连接于注水井分注管柱上，以满足注水井生产测试需要。

需要验管时，从油管投入阀芯，在重力作用下，阀芯球体6依靠重力坐封于球座4上，实现密封，即密封上部管柱；

通过油管打压，进行密封性测试：根据稳压情况能够判断上部管柱的密封性，完成对上部管柱密封性的检验。

所述向油管内投入杆并取出上述投杆式验管器的操作包括：

向油管内投入杆，在导向喇叭口的引导下，杆通过阀芯球体进入阀芯锥体7的内腔中，并撞断中空销钉8；

中空销钉8断裂后，阀芯锥体7通过出液孔9实现内外连通，油管内的液体沿出液孔9流入井筒内，起出油管时可实现清洁施工；

起出注水井分注管柱返至地面，投杆式验管器随注水井分注管柱被带出井筒；

所述方法进一步包括：

在取出的投杆式验管器上安装新的中空销钉，这样即能够再次使用该投杆式验管器了。

本发明提出了一种应用于注水井修井作业的投杆式验管器，包括本体和阀芯组成，本体上、下两端为连接螺纹，内设球座；检验管柱时，阀芯球体座于球座实现密封，从井口打压进行密封性测试；检测之后，导向喇叭口引导投杆、杆撞断中空销钉后流体可沿出液孔流入井筒，杆及中空销钉落入阀芯锥体，随管柱一起被起出，实现了起管柱过程的清洁生产。本发明可快速检测分注管柱油套压异常的原因，并实现起出油管时的清洁施工。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。

在本发明的描述中，除非另有说明，术语“上”、“下”、“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。

最后应说明的是，上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (13)

1.一种投杆式验管器，其特征在于：所述投杆式验管器包括：本体和阀芯；

所述阀芯能够坐封在本体的内腔中；

在所述阀芯上开有出液孔，在出液孔处安装有中空销钉。

2.根据权利要求1所述的投杆式验管器，其特征在于：所述本体为圆筒状结构；

所述本体的中心通孔从上至下包括大孔径段和小孔径段，大孔径段的直径大于小孔径段的直径；

大孔径段和小孔径段之间的过渡处形成球座。

3.根据权利要求2所述的投杆式验管器，其特征在于：大孔径段通过锥形孔与小孔径段连接，该锥形孔形成球座。

4.根据权利要求1所述的投杆式验管器，其特征在于：所述本体的上端能够与上接头连接，其下端能够与下接头连接；

上接头、下接头能够分别与注水井分注管柱连接。

5.根据权利要求2所述的投杆式验管器，其特征在于：所述阀芯包括：依次连接的导向喇叭口、阀芯球体、阀芯锥体。

6.根据权利要求5所述的投杆式验管器，其特征在于：所述导向喇叭口包括连成一体的圆台段和圆柱段；所述圆台段的下端与圆柱段的上端连接；

所述圆台段的上端的直径大于下端的直径，所述圆台段的最大外径小于本体的大孔径段的直径；

在圆台段上开有与其同轴线的中心通孔，所述中心通孔的上端的内径大于下端的内径，形成喇叭口状；

在圆柱段内开有与其同轴线的中心通孔，该中心通孔与圆台段的中心通孔连通，在所述圆柱段的外壁上设置有外螺纹。

7.根据权利要求5所述的投杆式验管器，其特征在于：所述阀芯球体为球体，在其中心开有与其同轴线的中心通孔；在中心通孔的内壁的上部、下部分别设置有螺纹；

所述阀芯球体的外径小于本体的大孔径段的直径，大于本体的小孔径段的直径。

8.根据权利要求5所述的投杆式验管器，其特征在于：所述阀芯锥体包括连成一体的圆柱段和圆锥段，圆柱段的外径与圆锥段的最大外径相同；

在圆柱段内开有与其同轴线的中心通孔，在圆柱段的上部外壁上设置有外螺纹；

在圆锥段内开有与其同轴线的圆锥盲孔，圆锥盲孔的上端与圆柱段的中心通孔连通且直径相同；

圆柱段的外径小于本体的小孔径段的直径；

在圆柱段的下部壁上开有出液孔，出液孔将阀芯锥体的内腔与其外部连通；

在出液孔内安装有中空销钉，在所述中空销钉内开有与其同轴线的盲孔，盲孔的开口端与出液孔连通；

所述中空销钉伸入到阀芯锥体的内腔中。

9.根据权利要求8所述的投杆式验管器，其特征在于：所述出液孔的中心轴线与阀芯锥体的中心轴线垂直；

所述中空销钉的长度大于阀芯锥体的圆柱段的中心通孔的半径；

在中空销钉上设置有薄弱部位。

10.一种测试上部管柱的密封性的方法，其特征在于：所述方法利用如权利要求1-9任一项所述的投杆式验管器测试上部管柱的密封性；密封性测试完毕后，向油管内投入杆并取出所述投杆式验管器。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：所述利用如权利要求1-9任一项所述的投杆式验管器测试上部管柱的密封性的操作包括：

将投杆式验管器中的本体通过上接头和下接头连接于注水井分注管柱上；

需要验管时，从油管投入阀芯，在重力作用下，阀芯球体依靠重力坐封于球座上，实现密封；

通过油管打压，进行密封性测试。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：所述向油管内投入杆并取出上述投杆式验管器的操作包括：

向油管内投入杆，在导向喇叭口的引导下，杆通过阀芯球体进入阀芯锥体的内腔中，并撞断中空销钉；

中空销钉断裂后，油管内的液体沿出液孔流入井筒内；

起出注水井分注管柱，投杆式验管器随注水井分注管柱被带出井筒。

13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：所述方法进一步包括：

在取出的投杆式验管器上安装新的中空销钉。

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