CN116575879B - 不动管柱井下投捞组件以及应用其的井下泡沫发生器 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种不动管柱井下投捞组件以及应用其的井下泡沫发生器，所述投捞组件至少包括投放管、中心管挡环、坐封销钉、卡瓦座、中心管、上卡瓦、卡瓦箍、解封销钉、锥体、锥体挡环、连接管、上胶筒座、密封胶筒、上活塞、下胶筒座、卡定销钉、下活塞、弹簧、下卡瓦以及下接头；投放管采用中空结构，为泡沫提供注入通道，同时减小工具下井阻力；利用井筒高压与常压空气仓的压力差完成装置的坐解封，避免采用井口打压设备；采用上下联动式双卡定结构，实现装置的双向卡定与密封，提高井下泡沫发生器在井下复杂工况下坐解封的可靠性。本公开给出的实施例，可依靠自身结构完成卡定、解卡以及坐解封，同时解决了现有打捞装置卡瓦易卡定油管，导致难解卡、密封胶筒无法回缩以及上提摩擦阻力大等问题，能够在不动管柱的情况下，实现井下任意位置投捞井下泡沫发生器，在同一趟管柱内交替完成注泡沫和注水两个工艺，减少工艺转换过程中起下管柱的作业时间及作业费用，提高作业效率。
Description
技术领域
本发明涉及应用于石油天然气工程领域中，与泡沫发生器相结合的一种不动管柱井下泡沫发生器可投捞装置。
背景技术
在石油天然气工程领域中常常需要将生产工具投入到井下，例如井下泡沫发生器，该井下设备与可投捞装置结合，能够在同一趟管柱内完成注泡沫和注水两种工艺，减少工艺转换过程中起下管柱的作业时间及作业费用。投捞装置根据坐封方式不同又分为预置式井下可投捞装置和卡瓦式井下可投捞装置。专利号为CN210440010U的可投捞式井下泡沫发生器公布了一种预置式井下可投捞装置。该泡沫发生器由可投捞发泡芯体和配套油管组成，使用前需起出管柱，将配套油管连接在生产管柱上。可投捞发泡芯体上的防反窜结构在拉伸弹簧的作用下向外张开与卡定管配合，但弹簧结构在长时间压缩、拉伸作用下易发生塑性变形，导致投捞结构解卡失败。另外，采用气液分注方式，从套管注气，易造成套管腐蚀损坏。卡瓦式井下可投捞装置可不动管柱坐封锚定在生产管柱内任意位置。卡瓦式井下可投捞装置因其坐封位置灵活，以及施工程序简单在各大油气田广泛应用。其中活动式井下节流器以专利CN105569621A为代表：采用弹簧或类弹簧结构，依靠弹簧弹力或者上提钢丝工具串的拉力压缩胶筒完成坐封，但弹簧或类弹簧结构在长时间压缩、拉伸作用下易发生塑性变形，导致投捞结构解卡、解封失败；专利CN109057749A采用压力差压缩胶筒坐封，但其整体结构为悬臂结构，无法保证结构强度；同时支撑卡瓦的锥体为薄壁支撑爪结构，在长时间受压情况下容易导致锥体变形失效。油管堵塞器以专利CN204163682U为代表，虽然也采用卡瓦卡定，依靠压力差坐封，不需要在井下解封解卡，但不能满足注泡沫和注水作业交替进行时需要在井下完成装置的坐解封和投捞的功能。
发明内容
本公开提出了一种不动管柱井下投捞组件以及应用其的井下泡沫发生器，能够解决背景技术中指出的现有技术问题，可在不起下管柱的情况下，通过钢丝绳工具串实现泡沫发生器在油管内任意位置的坐封与投捞。该装置也可与其他井下工具相结合，用于其它井下工具的坐封与投捞。本种投捞组件，投放管采用中空结构，为泡沫提供注入通道，同时减小工具下井阻力；利用井筒高压与常压空气仓的压力差完成装置的坐解封，避免采用井口打压设备；采用撞击式开关闸门，控制坐解封压力通道，减少使用弹簧或类弹簧类结构，提高工具坐封可靠性和工具打捞成功率；采用上下联动式双卡定结构，实现装置的双向卡定与密封，提高了井下泡沫发生器在井下复杂工况下坐解封的可靠性。该装置依靠自身结构完成卡定、解卡以及坐解封，同时解决了现有打捞装置卡瓦易卡定油管，导致难解卡、密封胶筒无法回缩以及上提摩擦阻力大等问题。
本公开所述的一种不动管柱井下投捞组件以及应用其的井下泡沫发生器，基础方案1：所述组件包括投捞结构，其独特之处在于：
所述投捞结构包括投放管1、中心管挡环2、坐封销钉3、卡瓦座4以及中心管5；其中，投放管1和中心管5均采用中空结构，投放管1用于减小下行时井液阻力的影响，中心管5为泡沫提供注入通道，中心管5上设置有支撑爪504；投放管1和卡瓦座4上的投捞头为通用投捞头。
投放管1自上而下插入中心管5中；中心管挡环2通过螺纹连接在中心管5顶部；投放管1及中心管5上方设有销钉孔，用于放置坐封销钉3，通过坐封销钉3将投放管1和中心管5固定；卡瓦座4套在中心管5的外侧。
中心管5上部与中心管挡环2通过螺纹进行连接，形成挡环台肩用于注入泡沫完毕后，与投捞工具配合，对装置进行打捞；中心管5上设有销钉孔501、通孔503和盲孔504；销钉孔501用于连接投放管1；通孔503用于震击中心管5后，让井液流进空气仓，平衡下活塞17上下压力，便于后续解封；盲孔504通过卡定销钉16固定锥体9；中心管5下部有支撑爪504，投放管1未取出时，支撑爪504能对下活塞17起径向支撑作用。
在所述基础方案1上进一步优化，得到方案2：所述组件还包括上卡定结构；所述上卡定结构包括上卡瓦6、卡瓦箍7以及锥体9；其中，卡瓦座4上安装三个上卡瓦6，上卡瓦6在卡瓦座4上面径向均匀分布；卡瓦座4能够沿所述中心管轴向移动，并由中心管挡环2及卡瓦箍7进行限位；锥体9用于在预定位置处，通过上提钢丝工具串，将所述上卡瓦撑开并与油管内壁卡定，提供胶筒坐封所需的锚定力。
对方案2进一步优化，得到方案3：
所述组件还包括下卡定结构；所述下卡定结构包括下活塞17、弹簧18以及下卡瓦19；支撑爪504设置在中心管5的下方，与下活塞17底部的沟槽1705配合；下接头20与下活塞17分别设有卡瓦槽，用于放置下卡瓦19；弹簧18放置于下卡瓦19的沟槽1901中，由下接头20的管壁对其进行限制；下活塞凹槽1701，留有间隙，用于解卡时，存放下卡瓦19。
进一步地，得到方案4：所述组件还包括密封结构；所述密封结构包括上胶筒座12、密封胶筒13、上活塞14、下胶筒座15以及下活塞17。
下活塞17设有沟槽并与中心管5下方的支撑爪配合，以实现下放过程中，投放管1对于支撑爪504起到径向限位作用，投放管1未取出时，支撑爪504通过下活塞17底部的沟槽1705能对下活塞起轴向限位作用，因此井下高压无法推动下活塞17，密封胶筒13处于未压缩状态。
弹簧18为下卡瓦19提供径向推力，下卡瓦19不会伸出到下接头外，工具可以顺利下井，避免误坐封和误卡定的产生。
上活塞14和下活塞17内外壁均设有密封槽，中心管5、上活塞14、下胶筒座15以及下活塞17构成密封空气仓，利用深井井筒高压与所述密封空气仓的压力差压缩和释放密封胶筒实现装置坐解封，无需使用井口打压设备。
上活塞14和下活塞17设有对应的密封圈槽，用于放置密封圈，保证装置在解封之前井下液体无法进入空气仓，避免装置坐封失败及提前解封。
通过下活塞17上部空气仓和下部油管内压力差值，推动下活塞17上行，由下活塞17的锥面1704，推出下卡瓦19，使得下卡瓦19卡定于油管内壁。
胶筒坐封和下卡瓦卡定时由坐封活塞进一步推动锥体9上行，提供二次锚定力，并由下卡瓦19卡定后对胶筒进行轴向限位，以实现在提供可靠锚定力的情况下，减小钢丝作业系统的拉力。
进一步地，得到方案5：所述组件还包括连接结构；所述连接结构包括锥体挡环10和上胶筒座连接管11；锥体挡环10与中心管5通过螺纹连接，用于承接锥体9以及与锥体9连接的零件；上胶筒座连接管11用于实现所述上卡定结构与密封结构的连接；连接管设有三处螺纹，分别用于连接锥体9、上活塞14和上胶筒座12；上胶筒座连接管11与中心管5形成的环形空间便于锥体挡环10的下行；上胶筒座连接管11上设置的连接管台肩1104，用于实现解卡时，锥体挡环10下行撞击连接管台肩1104，带动锥体9下行，实现上卡定结构强制解卡。
锥体挡环10结构具有承接锥体9和强制解封的作用，锥体挡环10通过螺纹与中心管5连接，由中心管上台肩506对锥体挡环10限位；装置在投放时，锥体挡环10承载锥体9，在下放和注泡沫时防止解封销钉8受力过大被剪切；解封时，震击中心管5，解封销钉8被剪切，中心管5下行带动锥体挡环10撞击连接管11，带动锥体9下行，上卡瓦6收回，实现在解封时对上卡定结构的强制解卡。
上卡瓦6顶部插入卡瓦座4的卡瓦沟槽402中；卡瓦箍7套在锥体9上方，通过螺母与锥体9连接；锥体9套在中心管5外侧并位于卡瓦座4下方，锥体9与中心管5通过解封销钉8固定；上胶筒座连接管11上方与锥体9螺纹连接，上胶筒座连接管11下方与上胶筒座12螺纹连接，上胶筒座连接管11内部与上活塞14螺纹连接；密封胶筒13套在上活塞14外侧，位于上胶筒座12下方；下胶筒座15套在上活塞14外侧，位于密封胶筒13下方，并通过下胶筒座上台肩1501与上活塞14接触；下活塞17位于下胶筒座15下方，并插入中心管5与下胶筒座15的环形间隙中，下活塞17设有销钉孔用于放置卡定销钉16，卡定销钉16将下活塞17与下胶筒座15连接；中心管5下方设有支撑爪504并与下活塞17底部的沟槽1705配合；下接头20与下活塞17分别设有卡瓦槽，用于放置下卡瓦19；弹簧18放置于下卡瓦19的沟槽中，由下接头20的管壁对其进行限制；下活塞17下方由下接头20对其限位；下接头20与下胶筒座15通过螺纹连接。
方案6：在方案5的基础上，中心管5按照如下模式实现联动式强制解卡：
向下震击中心管5，解封销钉8被剪断，中心管5解除轴向定位向下移动，中心管5下行，通孔503与所述密封空气仓连通，井下高压液体进入，使仓内外压力平衡，中心管5的中心管下台肩505推动下活塞17向下移动，下卡瓦19在弹簧18的推动下退回到卡瓦槽2001中，实现下方解卡；解卡时，下活塞17不与下胶筒座下台肩1503接触，无法对下胶筒座限位，密封胶筒13解除轴向定位，密封胶筒13实现回缩与油管解封；中心管5带动锥体挡环10下行撞击上胶筒座连接管11，上胶筒座连接管11带动锥体9下行，上卡瓦6收回，上卡定结构强制解卡。
进一步地，得到方案7：所述上、下卡定结构，采用相反的齿形结构，以实现装置在油管内的双向锚定，避免井下注泡沫及停注时双向流体振动、冲击引起的锚定和坐解封失效。
本公开应用的另一个方面，在于提出一种泡沫发生器，包括防松螺母、连接接头、扶正器、保护外壳、挡圈、螺旋搅拌桨以及底座，其特征在于应用权利要求5至7中所述任一种不动管柱井下投捞组件，所述连接接头用于连接下接头20，所述螺旋搅拌桨固定在所述投捞组件的下方。
进一步地，本公开中的应用可延伸至与其他井下工具相结合，用于其它井下工具的坐封与投捞。
本种投捞组件，采用多级坐封方式，实现上下卡瓦的卡定与胶筒的坐封。泡沫发生器下放过程中，到达预定位置后首先上提钢丝，通过锥体的作用使上卡瓦径向撑开，并卡定于油管内壁；向上震击，坐封销钉被剪断，投放管随着工具串提出井外，投放管对于中心管的支撑爪径向限位解除，支撑爪对下活塞轴向位移限制也被解除，下活塞因底部井液压力大于上部空气仓压力被推动上行；下活塞通过卡定销钉与下胶筒座连接，下胶筒座也被推动上行，下胶筒座压缩密封胶筒，使密封胶筒与油管接触坐封；当密封胶筒完全压缩后，由于空气仓与井下液体依旧存在压力差，此时卡定销钉被剪断，下活塞继续被推动，在下活塞锥面的作用下，下卡瓦被推出并卡定于油管内壁。
本说明书一个或多个实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：首先，本公开提供的与泡沫发生器连接的、易打捞卡瓦式井下可投捞组件，可在不动管柱的前提下，完成注水和注泡沫两种工艺的转换。当石油开采需要注泡沫时，可将所述可投捞组件与泡沫发生器相连接，通过钢丝工具串下放到预定位置，开始井下注泡沫作业；注一段时间泡沫后，需要转换为注水方式，则将本装置提出井外开始注水。本装置的上下双卡定结构可使泡沫发生器在井下稳定作业，减小冲击、振动对装置的影响；密封功能可防止产出的高效稳定的泡沫上返，影响泡沫质量和注入效率。通过本装置将泡沫发生器投入井下，解决了在地面发泡遇到的注泡沫消泡、井筒流动阻力大等问题，避免了多次起下管柱的成本，缩短了施工周期，具有较高的经济效益。
本公开所述的井下可投捞装置与其他井下可投捞装置在实际生产中的优势在于：投放管采用中空结构，为泡沫提供注入通道，同时减小工具下井阻力；投放和打捞均采用通用投捞工具，无需使用特殊或专用投捞工具，通过上提下放的方式，依靠压力差完成装置的坐封与解封；采用击震中心管剪切销钉的方式，来联动解卡，撞击连接管带动锥体对上卡定结构解卡，控制坐解封压力通道，通过平衡压力实现解封，下推下活塞，下卡瓦由弹簧推回，实现下卡定结构解卡，解决了现有打捞装置卡瓦易卡死油管，导致难解卡、密封胶筒无法回缩以及上提摩擦阻力大等问题，可提高工具坐封可靠性和工具打捞成功率。本装置通过上下双卡定结构进行卡定，上下两处卡定结构，采用相反的齿形结构，实现装置在油管内的双向锚定，避免井下注泡沫及停注时双向流体振动、冲击引起的锚定和坐解封失效。该投捞装置也可用于其他井下工具的投捞。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，而非限制本公开。
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，这些附图示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于说明本公开的技术方案。
图1是井下泡沫发生器可投捞装置的结构示意图；
图2是井下泡沫发生器可投捞装置锁定、坐封的生产状态结构示意图；
图3是投放管结构示意图；
图4是中心管挡环结构示意图；
图5是卡瓦座结构示意图；
图6是中心管结构示意图；
图7是上卡瓦结构示意图；
图8是卡瓦箍结构示意图；
图9是锥体结构示意图；
图10是锥体与卡瓦箍装配示意图；
图11是锥体挡环结构示意图；
图12是连接管结构示意图；
图13是上胶筒座结构示意图；
图14是密封胶筒结构示意图；
图15是上活塞结构示意图；
图16是下胶筒座结构示意图；
图17是下活塞结构示意图；
图18是下卡瓦结构示意图；
图19是下接头结构示意图；
图20是可与投捞组件相配合的泡沫发生器结构示意图。
图中1-投放管，101-通孔，102-投捞头；2-中心管挡环；3-坐封销钉；4-卡瓦座，401-打捞颈，402-卡瓦沟槽；5-中心管，501-销钉孔，502-销钉孔，503-通孔，504-支撑爪，505-中心管下台肩；6-上卡瓦；7-卡瓦箍，701-螺纹孔；8-解封销钉；9-锥体，901-销钉孔，902-卡瓦沟槽，903-螺纹孔，904-螺钉；10-锥体挡环；11-上胶筒座连接管，1101-连接管上部外螺纹，1102-连接管下部的外螺纹，1103连接管下部的内螺纹，1104-连接管台肩；12-上胶筒座，1201-上胶筒座的内螺纹；13-密封胶筒；14-上活塞，1401-密封圈外槽，1402-密封圈内槽，1403-上活塞下台肩，1404-上活塞外螺纹；15-下胶筒座，1501-下胶筒座上台肩，1502-销钉孔，1503-下胶筒座下台肩；16-卡定销钉；17-下活塞，1701-下活塞凹槽，1702-下活塞外密封圈、1703-下活塞外密封圈，1704-锥面，1705-下活塞沟槽，1706-下活塞销钉孔；18-弹簧；19-下卡瓦，1901-下卡瓦沟槽；20-下接头，2001-下接头卡瓦槽，2002-内螺纹，2003-台肩；21-防松螺母；22-泡沫发生器连接管；23-扶正器；24-泡沫发生器外管；25-挡圈；26-螺旋搅拌桨；27-底座。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
一套可与泡沫发生器组合的投捞组件，包括投捞结构、上卡定结构、下卡定结构和坐解封结构，可实现在油管内井下任意位置完成卡定解卡和坐解封。
所述的投捞结构主要由投放管、中心管挡环、坐封销钉、卡瓦座、中心管组成。投放管自上而下插入中心管中，中心管挡环通过螺纹连接在中心管顶部；在装配时，将零件安装在中心管外侧后，再将中心管挡环与中心管连接，最后插入投放管，打入坐封销钉；通过坐封销钉将投放管和中心管固定。
投放管上部和卡瓦座上部打捞颈为台肩结构，用于与通用投捞工具配合，无需设计专用的投放和打捞工具，装置打捞时，打捞工具抓住卡瓦座的打捞颈，装置解封后上提卡瓦座，上卡瓦在上提过程中不会被撑开，可减小装置上提时摩擦阻力大的问题；投放管采用了中空设计，可减少装置下放时的阻力。
中心管上部与中心管挡环通过螺纹进行连接，形成台肩用于注入泡沫完毕后，通过投捞工具配合，对装置进行打捞；中心管上设有通孔和盲孔；通孔用于震击中心管后，让井液流进空气仓，平衡下活塞上下压力，从而解封；盲孔为销钉孔，通过销钉固定其他零件；中心管下部有支撑爪，投放管未取出时，支撑爪能对下活塞起轴向限位作用，防止下卡定结构提前卡定。
所述上卡定结构主要由上卡瓦、卡瓦箍、卡瓦座、锥体组成。卡瓦座套在中心管外侧；上卡瓦挂入卡瓦座凹槽中，并由卡瓦箍限位；锥体上方设有卡瓦箍座，卡瓦箍套在卡瓦箍座上，两者通过螺钉连接；锥体通过解封销钉与中心管相连；锥体挡环与中心管通过螺纹连接，用于承接锥体以及与其连接的零件，连接管通过螺纹与锥体连接。
卡瓦座可沿中心管轴向移动，并由中心管挡环及卡瓦箍进行限位；装置到达预定位置前，卡瓦箍对卡瓦实现径向收缩，保证装置顺利下放；装置到达预定位置后，上提钢丝工具串，上卡瓦被锥体撑开并与油管内壁接触，完成卡定。
所述下卡定结构由中心管、弹簧、下活塞、下卡瓦组成；中心管下方设有支撑爪并与下活塞底部的沟槽配合；下接头与下活塞分别设有卡瓦槽，用于放置下卡瓦；弹簧放置于下卡瓦的沟槽中，由下接头的管壁对其进行限制；下活塞下方由下接头对其限位；下接头与下胶筒座螺纹连接；
下卡定结构，卡定时通过下活塞上部空气仓和下部井筒压力差值，推动下活塞上行，由下活塞的锥面，推出下卡瓦，使得下卡瓦卡定于油管内壁。
所述的密封结构主要由中心管、上胶筒座、密封胶筒、下胶筒座、上活塞、下活塞组成。其中密封结构通过连接管与卡定结构相连；中心管、上活塞、下胶筒座及下活塞组成空气仓，该空气仓可利用压力差压缩密封胶筒实现装置坐封；上活塞、下活塞设有密封圈槽，用于放置密封圈，保证装置在插入油管和解封之前井下液体无法进入空气仓；中心管下部设有通孔，作为平衡压力差的通道，同时中心管作为装置的解封开关，装置需要解封时，将中心管向下震击，让通道与空气仓连通，上下压力平衡，密封胶筒回弹完成解封。
中心管、上活塞、下胶筒座、下活塞组成空气仓。其中上活塞、下活塞都设有密封圈槽，用于放置密封圈，可防止井下液体提前进入空气仓导致装置坐封失败；中心管下方设有通孔是平衡压力通道，用于装置解封时平衡空气仓内外压力。
连接管用于上卡定结构与密封结构的连接，其中连接管的上部的外螺纹与锥体下部的内螺纹连接；连接管下部的外螺纹与上胶筒座的内螺纹连接；连接管下部的内螺纹与上活塞的外螺纹连接。
注泡沫时，泡沫液会对密封胶筒和下接头连接的其他结构，产生向下冲击力；若只有上卡定结构，向下的冲击力会使得胶筒、锥体等结构整体下移，导致上卡定结构失效，装置无法固定在油管内壁上。因此增加下卡定结构，防止胶筒等结构下移，避免上卡定结构失效；停止注泡沫后，井底压力较大，胶筒上下表面产生压力差，压力差会推动装置上移，上卡定结构能承载来自井下的冲击载荷，避免装置上移。上下卡定结构，采用相反的齿形结构，通过上下双卡定结构，实现装置在油管内的双向锚定，避免井下注泡沫及停注时双向流体振动、冲击引起的锚定和坐解封失效。
解封时，中心管结构具有联动式解卡功能，向下震击中心管，解封销钉被剪断，中心管解除轴向定位向下移动，中心管下行，通孔与空气仓连通，井下高压液体进入空气仓，使空气仓内外压力平衡，中心管的台肩推动下活塞向下移动，下卡瓦在弹簧的推动下退回到卡瓦槽中，装置下方解卡；此时下活塞不与下胶筒座的台肩接触，无法对下胶筒座限位，胶筒解除轴向定位，胶筒实现回缩与油管解封；中心管带动锥体挡环下行撞击连接管，连接管带动锥体下行，上卡瓦收回，上卡定结构强制解卡。
下面给出具体实施例，目的在于结合附图对本发明做出详细的说明：
如图所示投捞结构由投放管1、中心管挡环2、坐封销钉3、卡瓦座4、中心管5组成。投放管1自上而下插入中心管5内部，投放管1和中心管5上方设有销钉孔101和501，坐封销钉3插入销钉孔101和501将投放管1与中心管5相连；卡瓦座4自上而下套在中心管5外侧；装配时，先放入卡瓦座4，再将中心管挡环2装入中心管5顶部，二者通过螺纹连接。
上卡定结构由卡瓦座4、上卡瓦6、卡瓦箍7、锥体9组成。上卡瓦6上部挂钩插入卡瓦座4的沟槽402中；上卡瓦6个数为三个，采用周向均匀分布；锥体9上部留有卡瓦沟槽902，用于限制卡瓦周向转动；卡瓦箍7用于收缩上卡瓦6，卡瓦箍7套在锥体9上方，卡瓦箍7和锥体9设有螺纹孔701、903，二者通过螺钉904连接；锥体9和中心管5设有销钉孔901、502，用于插入解封销钉8使二者相连。
中心管5、上活塞14、下胶筒座15、下活塞17组成空气仓。其中上活塞14、下活塞17设有密封圈槽1401、1402、1702、1703，用于放置密封圈，可防止井下液体提前进入空气仓导致装置坐封失败；中心管5下方设有平衡压力通道503，用于装置解封时平衡空气仓内外压力。
下卡定结构由中心管5、弹簧18、下活塞17、下卡瓦19组成；中心管5下方设有支撑爪504并与下活塞17底部的沟槽1705配合；下接头20与下活塞17分别设有卡瓦槽，用于放置下卡瓦19；弹簧18放置于下卡瓦19的沟槽1901中，由下接头20的管壁对其进行限制；下活塞17下方由下接头20对其限位；下接头20与下胶筒座15通过螺纹连接；通过下活塞17上部空气仓和下部油管内压力差值，推动下活塞17上行，由下活塞17的锥面1704，推出下卡瓦19；使得下卡瓦19卡定于油管内壁。
密封结构主要由上胶筒座12、密封胶筒13、下胶筒座15、上活塞14、下活塞17、中心管5组成。上胶筒座12与上胶筒座连接管11外侧通过螺纹连接；上活塞14与上胶筒座连接管11内侧通过螺纹连接；密封胶筒13套在上活塞14外侧，位于上胶筒座12下方；下胶筒座15位于上活塞14外侧，下胶筒座15上方设有下胶筒座上台肩1501，与上活塞14下方的台肩1403相互承接，下胶筒座15可沿上活塞14外侧轴向移动；下活塞17位于中心管5与下胶筒座15中间，下活塞17设有销钉孔1706用于放置卡定销钉16，卡定销钉16连接下胶筒座15与下活塞17。
锥体挡环10与中心管5通过螺纹连接，用于承接锥体9以及与锥体9连接的零件。
上胶筒座连接管11用于上卡定结构与密封结构的连接。其中上胶筒座连接管11的上部的外螺纹1101与锥体9下部的内螺纹连接；上胶筒座连接管11下部的外螺纹1102与上胶筒座的内螺纹1201连接；上胶筒座连接管11下部的内螺纹1103与上活塞的外螺纹1404连接。
下接头20与下胶筒座15通过螺纹连接。弹簧18放置于下卡瓦19的沟槽1901中，由下接头20的管壁对其进行限制；下活塞17下方由下接头20对其限位；下接头20下部设有内螺纹2002，用于连接井下泡沫发生器。
泡沫发生器结构主要由防松螺母21、泡沫发生器连接管22、扶正器23、泡沫发生器外管24、挡圈25、螺旋搅拌桨26和底座27组成。泡沫发生器连接管22下端通过外螺纹与扶正器23相连接、通过内螺纹与泡沫发生器外管24相连接，扶正器23位于泡沫发生器外管24的外侧，挡圈25对扶正器23进行轴向定位，螺旋搅拌桨26位于泡沫发生器外管24的内侧，螺旋搅拌桨26下端插入底座27中心通孔内，通过台肩对螺旋搅拌桨26限位，底座27通过螺蚊与泡沫发生器外管24相连接，泡沫发生器连接管22中心设有通孔，螺旋搅拌桨26上端从泡沫发生器连接管22的通孔中穿入，通过防松螺母21固定，泡沫发生器连接管22上端与投捞装置的下接头20通过螺纹连接，泡沫发生器连接管22和底座27横截面上均布置有通孔，做为流体进入和流出泡沫发生结构的通道。螺旋搅拌桨26采用专利号为CN210440010U中的结构。扶正器23可以保证装置在油管内不偏心，顺利下入到井下预定位置，并减小注泡沫时泡沫发生结构的震动。
本发明在实际应用中的具体工作步骤为：
投放前准备工作：在目标井口进行泡沫作业前，需在井口处装配好井口防喷装置，再将本装置与泡沫发生器组装，组装完毕后将钢丝工具串与本装置投捞管的投捞头102相连接，连接好以后将整套装置放入防喷管内，打开投放工具阀门，运用钢丝将装置下入油管内。
投放：投放时用钢丝工具串连接投放管1并将此工具通过井口下放到管柱内预定位置，工具到预定位置之前，上卡瓦6受油管内壁摩擦作用，上卡瓦6、卡瓦座4相对于装置其他零件上移，所以上卡瓦6在卡瓦箍7的作用下处于径向收缩状态，其外径小于油管内径，下放过程中投放管1与下活塞17设有沟槽并与中心管5下方的支撑爪配合，投放管1对于中心管5的支撑爪504起到径向限位作用，因此井下高压无法推动下活塞17，密封胶筒13处于正常收缩状态，弹簧18为下卡瓦19提供径向推力，下卡瓦19不会伸出到下接头外，工具可以顺利下井。
上卡定结构卡定：到达预定位置后缓慢上提钢丝，卡瓦座4以及上卡瓦6依靠自身重力下移，上卡瓦6与锥体9接触，由于锥体9的作用使上卡瓦6径向撑开，上卡瓦6与油管内壁接触并产生一定量的锚定力，随着钢丝的上提，上卡瓦6被撑开的角度不断增大并卡定于油管内壁；继续上提钢丝工具串，若上提张力不断增大，说明井下可投捞装置的上卡瓦6完全锚定油管内壁并实现锁定；
密封：上卡定结构卡定后，向上震击，坐封销钉3被剪断，投放管1随着工具串提出井外，中心管5下方支撑爪504结构失去径向支撑，下活塞17解除轴向约束，此时，井内高压液体推动下活塞的下表面，压缩由中心管5、上活塞14、下胶筒座15及下活塞17组成的常压空气仓，上胶筒座连接管11用于上卡定结构与密封结构的连接。其中上胶筒座连接管11的上部的外螺纹与锥体9下部的内螺纹连接；连接管11下部的外螺纹与上胶筒座12的内螺纹连接；上胶筒座连接管11下部的内螺纹与上活塞的外螺纹1404连接。上胶筒座连接管11用于上卡定结构与密封结构的连接。其中上胶筒座连接管11的上部的外螺纹1101与锥体9下部的内螺纹连接；上胶筒座连接管11下部的外螺纹1102与上胶筒座12的内螺纹连接；上胶筒座连接管11下部的内螺纹1103与上活塞的外螺纹1404连接。由于下活塞17上下压力差值，推动下活塞17带动下胶筒座15向上移动，并压缩密封胶筒13使其鼓胀与油管内壁实现密封；
下卡定结构卡定：当密封胶筒13完全压缩后，由于空气仓与井下液体依旧存在压力差，此时卡定销钉16被剪断，下活塞17继续被推动，在下活塞17锥面1704的作用下，下卡瓦19被推出并卡定于油管内壁，装置卡定并坐封于油管内。上下两处卡定结构，能避免因井下注泡沫时流体振动、冲击较大，而引起坐封、解封失效。
打捞：注泡沫作业结束后需要打捞装置时，将打捞工具下放到可投捞装置位置，当打捞工具抓住卡瓦座4上方的打捞颈401时，向下震击中心管5，解封销钉8被剪断，中心管5解除轴向定位向下移动，使中心管5下方通道与空气仓连通，井下高压液体进入空气仓，使空气仓内外压力平衡，此时中心管5的中心管下台肩505可以推动下活塞17向下移动，下卡瓦19在弹簧18的推动下退回到卡瓦槽2001中，装置下方解卡，密封胶筒13解除轴向定位，密封胶筒13实现回缩与油管解封；解封后锥体9以及与其连接的零件在重力作用下，向下移动，导致上卡瓦6失去支撑，上提钢丝工具串，上卡瓦6在卡瓦箍7的作用下实现径向收缩，上卡瓦6与油管内壁解除接触，实现解卡；上提钢丝绳工具串，中心管5在中心管挡环2的作用下向上移动，锥体挡环10承接住锥体9，并带动锥体9以及与锥体9连接的零件跟随中心管5向上移动，即装置整体一起随钢丝工具串向上移动；上提过程中，上卡瓦6与锥体9不再接触，上卡瓦6及密封胶筒13均处于收缩状态，且均小于油管直径，所以工具整体能够随钢丝工具串上移出井外，打捞成功。
本发明适用于井下注泡沫驱油，能够在同一趟管柱内完成注泡沫和注水两种工艺；注水时只需打捞出本装置，不用起下油管，减少工艺转换过程中起下管柱的作业时间及作业费用。
投放管1和中心管5采用中空结构，投放时中空结构的投放管1可减小下行时的井液阻力对装置的影响；中心管5为中空结构，为泡沫提供注入通道。
上卡定结构和下卡定结构，上卡定结构由卡瓦座4、上卡瓦6、卡瓦箍7、锥体9组成；下卡定结构由中心管5、弹簧18、下活塞17、下卡瓦19组成。上下两处卡定结构，采用相反的齿形结构，实现装置在油管内的双向锚定，避免井下注泡沫及停注时双向流体振动、冲击引起的锚定和坐解封失效。
密封结构主要由上胶筒座12、密封胶筒13、下胶筒座15、上活塞14、下活塞17、中心管5组成。中心管5、上活塞14、下活塞17、下胶筒座15组成密封空气仓，并由密封圈密封。能通过井下压力与密封空气仓的压力差实现坐封；中心管5下方留有通孔503作为解封时的平衡压力通道，压力平衡时，可实现解封。这样设计的优势在于通过装置的自身机械结构，完成装置本身的坐解封。
多级坐封方式，实现上下卡瓦的卡定与胶筒的坐封。泡沫发生器下放过程中，到达预定位置后首先上提钢丝，通过锥体9的作用使上卡瓦6径向撑开，并卡定于油管内壁；向上震击，坐封销钉3被剪断，投放管随着工具串提出井外，投放管1对于中心管的支撑爪504径向限位解除，支撑爪504对下活塞17轴向位移限制也被解除，下活塞17因底部井液压力大于上部空气仓压力被推动上行；下活塞17通过卡定销钉16与下胶筒座15连接，下胶筒座15也被推动上行，下胶筒座15压缩密封胶筒13，使密封胶筒13与油管接触坐封；当密封胶筒13完全压缩后，由于空气仓与井下液体依旧存在压力差，此时卡定销钉16被剪断，下活塞17继续被推动，在下活塞锥面1704的作用下，下卡瓦19被推出并卡定于油管内壁。上下卡定结构，采用相反的齿形结构，实现装置在油管内的双向锚定，避免井下注泡沫及停注时双向流体振动、冲击引起的锚定和坐解封失效。
中心管5具有的联动式强制解卡功能，提高了装置解卡解封的成功率。向下震击中心管5，解封销钉8被剪断，中心管5解除轴向定位向下移动，中心管5下行，通孔503与空气仓连通，井下高压液体进入空气仓，使空气仓内外压力平衡，中心管5的中心管下台肩505推动下活塞17向下移动，下卡瓦19在弹簧18的推动下退回到卡瓦槽2001中，装置下方解卡。此时下活塞17不与下胶筒座下台肩1503接触，无法对下胶筒座限位，密封胶筒13解除轴向定位，密封胶筒13实现回缩与油管解封；中心管5带动锥体挡环10下行撞击上胶筒座连接管11，上胶筒座连接管11带动锥体9下行，上卡瓦6收回，上卡定结构强制解卡。泡沫发生器结构如图20所示，主要由防松螺母21、泡沫发生器连接管22、扶正器23、泡沫发生器外管24、挡圈25、螺旋搅拌桨26和底座27组成。泡沫发生器连接管22上端与投捞装置的下接头20通过螺纹连接，泡沫发生器连接管22和底座27横截面上均布置有通孔，做为流体进入和流出泡沫发生结构的通道。扶正器23可以保证装置在油管内不偏心，顺利下入到井下预定位置，并减小注泡沫时泡沫发生结构的震动。
以上已经描述的实施例，是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术进行改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
Claims (5)
1.一种不动管柱井下投捞组件，包括投捞结构、上卡定结构、下卡定结构以及密封结构，其特征在于：
所述投捞结构包括投放管(1)、中心管挡环(2)、坐封销钉(3)、卡瓦座(4)以及中心管(5)；其中，投放管(1)和中心管(5)均采用中空结构，投放管(1)用于减小下行时井液阻力的影响，中心管(5)为泡沫提供注入通道，中心管(5)上设置有支撑爪(504)；投放管(1)和卡瓦座(4)上的投捞头为通用投捞头；
投放管(1)自上而下插入中心管(5)中；中心管挡环(2)通过螺纹连接在中心管(5)顶部；投放管(1)及中心管(5)上方设有销钉孔，用于放置坐封销钉(3)，通过坐封销钉(3)将投放管(1)和中心管(5)固定；卡瓦座(4)套在中心管(5)的外侧；
中心管(5)上部与中心管挡环(2)通过螺纹进行连接，形成挡环台肩用于注入泡沫完毕后，与投捞工具配合，对装置进行打捞；中心管(5)上设有销钉孔(501)、通孔(503)和盲孔；销钉孔(501)用于连接投放管(1)；通孔(503)用于震击中心管(5)后，让井液流进密封空气仓，平衡下活塞(17)上下压力，便于后续解封；盲孔通过卡定销钉(16)固定锥体(9)；中心管(5)下部有支撑爪(504)，投放管(1)未取出时，支撑爪(504)能对下活塞(17)起径向支撑作用；
所述上卡定结构包括上卡瓦(6)、卡瓦箍(7)以及锥体(9)；其中，卡瓦座(4)上安装三个上卡瓦(6)，上卡瓦(6)在卡瓦座(4)上面径向均匀分布；卡瓦座(4)能够沿所述中心管轴向移动，并由中心管挡环(2)及卡瓦箍(7)进行限位；锥体(9)用于在预定位置处，通过上提钢丝工具串，将所述上卡瓦撑开并与油管内壁卡定，提供胶筒坐封所需的锚定力；
所述下卡定结构包括下活塞(17)、弹簧(18)以及下卡瓦(19)；支撑爪(504)设置在中心管(5)的下方，并与下活塞(17)底部的沟槽(1705)配合；下接头(20)与下活塞(17)分别设有卡瓦槽，用于放置下卡瓦(19)；弹簧(18)放置于下卡瓦(19)的沟槽(1901)中，由下接头(20)的管壁对其进行限制；下活塞凹槽(1701)，留有间隙，用于解卡时，存放下卡瓦(19)；
所述密封结构包括上胶筒座(12)、密封胶筒(13)、上活塞(14)、下胶筒座(15)以及下活塞(17)；
投放管(1)与下活塞(17)设有沟槽并与中心管(5)下方的支撑爪配合，以实现下放过程中，投放管(1)对于支撑爪(504)起到径向限位作用，投放管(1)未取出时，支撑爪(504)通过下活塞(17)底部的沟槽(1705)能对下活塞起轴向限位作用，因此井下高压无法推动下活塞(17)，密封胶筒(13)处于未压缩状态；
弹簧(18)为下卡瓦(19)提供径向推力，下卡瓦(19)不会伸出到下接头外，工具可以顺利下井，避免误坐封和误卡定的产生；
上活塞(14)和下活塞(17)内外壁均设有密封槽，中心管(5)、上活塞(14)、下胶筒座(15)以及下活塞(17)构成密封空气仓，利用深井井筒高压与所述密封空气仓的压力差压缩和释放密封胶筒实现装置坐解封，无需使用井口打压设备；
上活塞(14)和下活塞(17)设有对应的密封圈槽，用于放置密封圈，保证装置在解封之前井下液体无法进入空气仓，避免装置坐封失败及提前解封；
通过下活塞(17)上部空气仓和下部油管内压力差值，推动下活塞(17)上行，由下活塞(17)的锥面(1704)，推出下卡瓦(19)，使得下卡瓦(19)卡定于油管内壁；
胶筒坐封和下卡瓦卡定时由坐封活塞进一步推动锥体(9)上行，提供二次锚定力，并由下卡瓦(19)卡定后对其进行轴向锁定，以实现在提供可靠锚定力的情况下，减小钢丝作业系统的拉力。
2.根据权利要求1所述的一种不动管柱井下投捞组件，其特征在于：
所述组件还包括连接结构；所述连接结构包括锥体挡环(10)和上胶筒座连接管(11)；锥体挡环(10)与中心管(5)通过螺纹连接，用于承接锥体(9)以及与锥体(9)连接的零件；上胶筒座连接管(11)用于实现所述上卡定结构与密封结构的连接；连接管设有三处螺纹，分别用于连接锥体(9)、上活塞(14)和上胶筒座(12)；上胶筒座连接管(11)与中心管(5)形成的环形空间能够便于锥体挡环(10)的下行；上胶筒座连接管(11)上设置的连接管台肩(1104)，用于实现解卡时，锥体挡环(10)下行撞击连接管台肩(1104)，带动锥体(9)下行，实现上卡定结构强制解卡；
锥体挡环(10)结构具有承接锥体(9)和强制解封的作用，锥体挡环(10)通过螺纹与中心管(5)连接，由中心管上台肩(506)对锥体挡环(10)限位；装置在投放时，锥体挡环(10)承载锥体(9)，在下放和注泡沫时防止解封销钉(8)受力过大被剪切；解封时，震击中心管(5)，解封销钉(8)被剪切，中心管(5)下行带动锥体挡环(10)撞击上胶筒座连接管(11)，带动锥体(9)下行，上卡瓦(6)收回，实现在解封时对上卡定结构的强制解卡；
上卡瓦(6)顶部插入卡瓦座(4)的卡瓦沟槽(402)中；卡瓦箍(7)套在锥体(9)上方，通过螺钉(904)与锥体(9)连接；锥体(9)套在中心管(5)外侧并位于卡瓦座(4)下方，锥体(9)与中心管(5)通过解封销钉(8)固定；上胶筒座连接管(11)上方与锥体(9)螺纹连接，上胶筒座连接管(11)下方与上胶筒座(12)螺纹连接，上胶筒座连接管(11)内部与上活塞(14)螺纹连接；密封胶筒(13)套在上活塞(14)外侧，位于上胶筒座(12)下方；下胶筒座(15)套在上活塞(14)外侧，位于密封胶筒(13)下方，并通过下胶筒座上台肩(1501)与上活塞(14)接触；下活塞(17)位于下胶筒座(15)下方，并插入中心管(5)与下胶筒座(15)的环形间隙中，下活塞(17)设有销钉孔用于放置卡定销钉(16)，卡定销钉(16)将下活塞(17)与下胶筒座(15)连接；中心管(5)下方设有支撑爪(504)并与下活塞(17)底部的沟槽(1705)配合；下接头(20)与下活塞(17)分别设有卡瓦槽，用于放置下卡瓦(19)；弹簧(18)放置于下卡瓦(19)的沟槽中，由下接头(20)的管壁对其进行限制；下活塞(17)下方由下接头(20)对其限位；下接头(20)与下胶筒座(15)通过螺纹连接。
3.根据权利要求2所述的一种不动管柱井下投捞组件，其特征在于，中心管(5)按照如下模式实现联动式强制解卡：
向下震击中心管(5)，解封销钉(8)被剪断，中心管(5)解除轴向定位向下移动，中心管(5)下行，通孔(503)与所述密封空气仓连通，井下高压液体进入，使仓内外压力平衡，中心管(5)的中心管下台肩(505)推动下活塞(17)向下移动，下卡瓦(19)在弹簧(18)的推动下退回到卡瓦槽(2001)中，实现下方解卡；解卡时，下活塞(17)不与下胶筒座下台肩(1503)接触，无法对下胶筒座限位，密封胶筒(13)解除轴向定位，密封胶筒(13)实现回缩与油管解封；中心管(5)带动锥体挡环(10)下行撞击上胶筒座连接管(11)，上胶筒座连接管(11)带动锥体(9)下行，上卡瓦(6)收回，上卡定结构强制解卡。
4.根据权利要求3所述的一种不动管柱井下投捞组件，其特征在于，所述上、下卡定结构，采用相反的齿形结构，以实现装置在油管内的双向锚定，避免井下注泡沫及停注时双向流体振动、冲击引起的锚定和坐解封失效。
5.一种泡沫发生器，包括防松螺母(21)、泡沫发生器连接管(22)、扶正器(23)、泡沫发生器外管(24)、挡圈(25)、螺旋搅拌桨(26)以及底座(27)，其特征在于应用权利要求1至4中所述任一种不动管柱井下投捞组件，所述泡沫发生器连接管(22)用于连接下接头(20)，所述螺旋搅拌桨固定在所述投捞组件的下方。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202310774180.8A CN116575879B (zh) | 2023-06-28 | 2023-06-28 | 不动管柱井下投捞组件以及应用其的井下泡沫发生器 |
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