CN203441452U

CN203441452U - 一种热采井井下安全控制装置

Info

Publication number: CN203441452U
Application number: CN201320526740.XU
Authority: CN
Inventors: 张海龙; 董社霞; 张保康; 朱春明; 刘正伟; 刘明娟; 庄东升; 朱盛华; 胡泽根
Original assignee: China Oilfield Services Ltd; China National Offshore Oil Corp CNOOC
Current assignee: China Oilfield Services Ltd; China National Offshore Oil Corp CNOOC
Priority date: 2013-08-27
Filing date: 2013-08-27
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2023-08-27

Abstract

本实用新型涉及一种热采井井下安全控制装置。该装置包括地面控制装置（1）、井口穿越（2）、油管柱（3）、外套管（14）、井下安全阀（5）和注热封隔器（12），所述油管柱（3）与所述外套管（14）之间形成环空；所述井下安全阀（5）和注热封隔器（12）依次固定在油管柱（3）上；所述井口穿越（2）的上端与地面控制装置（1）连接，所述井口穿越（2）的下端与井下安全阀（5）连接，其特征在于：所述井口穿越（2）的下端从环空通过管线（4）与井下安全阀（5）中的金属动密封（6）连接。该装置能对热采井注热、对生产通道进行关闭或者开启，达到紧急情况下控制油管柱流体流动的目的，从而避免安全事故的发生。

Description

一种热采井井下安全控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种安全控制装置，具体地，涉及一种热采井井下安全控制装置。

背景技术

常规热采技术如蒸汽吞吐技术、蒸汽驱技术、火烧油层、SAGD等技术在陆地已有较多应用。多元热流体热采技术是目前海上稠油开发的主导技术，其基本原理是将240-300℃高温的水蒸气、CO、CO₂从油管注入地层加热原油，同时从油套环空注入氮气对油管进行隔热，地层原油经加热后粘度降低，从而使得原油的流动性增加，关井一段时间后进行自喷生产。

现阶段陆地、海上的热采工艺在注热及采油阶段都没有在井下作业的油管柱上配置安全控制装置，其原因在于目前没有耐高温的井下安全阀和带注气通道的环空安全封隔技术，现有的井下安全控制装置不能满足耐240℃以上的高温、耐高压、耐腐蚀的工作环境的要求。而且，井下安全控制装置的缺少，还给现场施工带来了极大的安全隐患，增加了作业风险，如遭遇火灾、台风袭井、平台倾覆等紧急情况时，因无法关闭生产通道，可能会导致油流外溢污染海洋环境，危及人员及设备安全等事故。同时，这也在一定程度上限制了多元热流体热采技术在海上稠油油田开发中的大规模推广应用。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种热采井井下安全控制装置，该装置能对热采井注热、对生产通道进行关闭或者开启，达到紧急情况下控制油管柱流体流动的目的，从而避免安全事故的发生。

本实用新型所提供的热采井井下安全控制装置，包括地面控制装置、井口穿越、油管柱、外套管、井下安全阀和注热封隔器，油管柱与外套管之间形成环空；井下安全阀和注热封隔器依次固定在油管柱上；井口穿越的上端与地面控制装置连接，井口穿越的下端与井下安全阀连接，并且井口穿越的下端从环空通过管线与井下安全阀中的金属动密封连接。

在一个实施方案中，井口穿越为全金属穿越密封的井口穿越。

在一个实施方案中，井口穿越的上端通过液压控制管线与地面控制装置连接。

在一个实施方案中，井口穿越包括压帽、卡箍和毛细钢管，其中卡箍为锥形金属卡箍，套设于毛细钢管上；压帽设置于井口穿越的上部并与卡箍相接触；卡箍与井口采油树形成密封。

在一个实施方案中，井下安全阀包括金属动密封、安全阀隔热层和阀板，其中安全阀隔热层套设于井下安全阀外周，阀板设置于井下安全阀的下部，金属动密封的所有部件全部为金属材质。

在一个实施方案中，安全阀隔热层包括密封套和隔热材料层，隔热材料层环设于井下安全阀外周；密封套紧挨隔热材料层，并将隔热材料层完全覆盖。

在一个实施方案中，金属动密封包括安全阀本体、固定套、支撑环、压紧套、V形密封环和柱塞；其中柱塞与井下安全阀本体之间存在用于液体通过的间隙；压紧套与所述柱塞为过盈配合，且压紧套与柱塞之间设置有V形密封环；支撑环设置于固定套和压紧套之间；安全阀本体与井下安全阀通过上金属锥面形成金属动密封的上密封，柱塞与井下安全阀通过下金属锥面形成金属动密封的下密封。

在一个实施方案中，注热封隔器内设有环空注气阀、密封胶筒和卡瓦，环空注气阀设置在注热封隔器的上端，密封胶筒套设于注热封隔器中部外周，并将环空分成上环空和下环空两部分，卡瓦卡设于注热封隔器上从而将注热封隔器固定于外套管。

在一个实施方案中，环空注气阀为单向弹簧控制阀。

在一个实施方案中，所述热采井井下安全控制装置还包括设置在井下安全阀与注热封隔器之间的隔热补偿器；隔热补偿器包括接箍、中心管、盘根压帽、密封环、剪钉、外管和接头，隔热补偿器通过接箍连接于油管柱上；接箍与中心管通过螺纹连接，中心管与外管之间通过剪钉连接，密封环置于盘根压帽和外管之间，盘根压帽和外管之间通过螺纹连接，外管和接头之间通过螺纹连接。

本实用新型具有以下有益效果：

（1）井口穿越采用全金属穿越密封，耐温等级提高到350℃；

（2）采用安全隔热层技术，利用抽真空对油管进行隔热，保证油管柱的隔热效果；

（3）井下安全阀采用金属动密封，因此能达到耐高温的效果，而且特殊的结构设计，提高了耐高温井下安全阀的密封等级；

（4）安装隔热补偿器，使井下油管柱在高温状态下实现自由伸长，降低在高温状态下对卡瓦冲击的风险；

（5）注热封隔器安装环空注气阀，满足环空注氮气隔热和环空安全控制的要求。

附图说明

图1为本实用新型的一种热采井井下安全控制装置结构图；

图2为本实用新型的热采井井下安全控制装置中井口穿越2的结构图；

图3为本实用新型的热采井井下安全控制装置中安全阀隔热层7的结构图；

图4为本实用新型的热采井井下安全控制装置中金属动密封6的结构图；

图5为本实用新型的热采井井下安全控制装置中隔热补偿器9的结构图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的热采井井下安全控制装置从井口通过油管柱3依次由以下设备连接而成，最靠近井口的是全金属穿越密封的井口穿越2，接下来是井下安全阀5，最下面是注热封隔器12。全金属穿越密封的井口穿越2与金属动密封6通过耐高温高压管线4连接，该耐高温高压管线的材质可以是不锈钢，例如S316。

井下安全阀5包括金属动密封6，安全阀隔热层7和阀板8，其中安全阀隔热层7套设于井下安全阀5的外周，阀板8设置于井下安全阀5的下部，在阀板8处于开启和关闭状态时，油管柱3内的通道分别处于畅通和阻断的状态。所述金属动密封6的所有部件全部为金属材质，该金属材质可为不锈钢。

如图2所示，全金属穿越密封的井口穿越2主要包括压帽15、卡箍16和毛细钢管17。其中，卡箍16为锥形金属卡箍，套设于毛细钢管17上。压帽15设置于井口穿越2上部，并与卡箍16相接触。压帽15向下挤压卡箍16，使卡箍16与井口采油树充分接触达到密封效果。全金属穿越密封的井口穿越2所用的材质可以是不锈钢，特别是1Cr13不锈钢。井口穿越2的上端通过液压控制管线与地面控制装置1连接。

全金属穿越密封的井口穿越2的作用是注入液体例如液压油，通过液体传递液压力，控制井下安全阀5中阀板8的开启和关闭，从而实现对井下安全阀5的液压控制。全金属穿越密封的井口穿越2的密封原理为：通过卡箍16的金属锥面实现密封。现有技术中目前采用的密封是通过胶筒来实现的，当温度超过一定值之后，胶筒密封会失去效果，无法实现密封，而采用金属锥面密封后，可以耐受住高温，实现卡箍16与井口采油树充分接触达到密封效果，从而提高了金属穿越密封的井口穿越2的密封等级。

如图3所示，安全阀隔热层7包括密封套18和隔热材料层19，其中隔热材料层19环设于井下安全阀5的外周，密封套18紧挨隔热材料层19，并将隔热材料层19完全覆盖。隔热材料层19内充填有隔热材料，在应用时，可以预先将隔热材料之间的孔隙抽成真空，从而利用隔热材料和真空保证隔热的效果。

如图4所示，金属动密封6包括安全阀本体21、固定套22、支撑环23、压紧套24、V型密封环25和柱塞26，其中柱塞26与安全阀本体21之间存在用于液体例如液压油通过的间隙；压紧套24与柱塞26为过盈配合，且，压紧套24的上下两端均与V型密封环25相连，V型密封环25还与支撑环23相连；安全阀本体21与井下安全阀5通过上金属锥面20形成金属动密封6的上密封，柱塞26与井下安全阀5通过下金属锥面27实现金属动密封6的下密封。

金属动密封6的作用是实现井下安全阀5的内部密封，其密封原理为：从井口穿越2注入的液体例如液压油通过安全阀本体21和柱塞26之间的间隙进入金属动密封6中，由于压紧套24与柱塞26是过盈配合，从而实现第一层密封；液体进入V型密封环25的V型槽内，通过液压将V型密封环25涨开实现第二层密封；安全阀本体21与井下安全阀5通过上金属锥面20实现金属动密封6的上密封，柱塞26与井下安全阀5通过下金属锥面27实现金属动密封6的下密封。

注热封隔器12上端设有环空注气阀10，下端设有卡瓦13。环空注气阀10是压力控制的单向弹簧控制阀。密封胶筒11套设于注热封隔器12中部的外周，密封胶筒11受压缩膨胀，从而将环空分成上环空B和下环空C两部分。密封胶筒11的作用就是使外套管14与油管柱3之间的环空不发生串流。在注热阶段时，由于上环空的压力大于下环空的压力，因此环空注气阀打开，上环空B的氮气通过注热封隔器12中的注气通道A向下环空C注入氮气，从而更好的对油管柱3进行隔热。在采油阶段时，由于下环空C压力大于上环空B的压力，因此环空注气阀10关闭，氮气停止注入下环空C中。注热封隔器12利用卡瓦13进行固定。

本实用新型的热采井井下安全控制装置，还可以在井下安全阀5与注热封隔器12之间设置隔热补偿器9。隔热补偿器9的结构如图5所示，包括接箍28、中心管29、盘根压帽30、密封环31、剪钉32、外管33和接头34；隔热补偿器9通过接箍28连接于油管柱3上，接箍28与中心管29通过螺纹连接，中心管29与外管33之间通过剪钉32连接，密封环31置于盘根压帽30和外管33之间，盘根压帽30和外管33之间通过螺纹连接，外管33和接头34之间通过螺纹连接。下入井中时隔热补偿器9处于最长状态，当其上下两端受压力时，剪钉32会剪断，接箍28与中心管29失去位置锁定可以在外管33内移动从而使隔热补偿器9缩短，对井下油管柱3起到补偿作用。因此隔热补偿器9可以抵消管柱因热应力产生的蠕动，从而保证注热封隔器12工作可靠。

实施例1：

本实用新型的热采井井下安全控制装置，随作业油管柱3下入井内（地面控制装置1除外），之后座封注热封隔器12。

（1）在注热即注入多元热流体阶段时，将240-300℃高温的水蒸气、CO、CO₂组成的热流体从油管柱3顶端注入，油管柱3的管径为76mm，外套管14的管径为114mm，所述热流体以300-700m³/h的流速向下流向井下安全阀5，通过与井口穿越2相连接的地面控制装置1控制液压，从而将井下安全阀5的阀板8开启，液压的具体控制依据井下安全阀的深度等因素来确定。热流体通过井下安全阀5后，流向注热封隔器12。为了对该油管柱3中的热流体进行隔热以保证更好的加热效果，需要在环空中注入氮气进行隔热。即当上环空B的气体压力大于下环空C的压力时，环空注气阀10自动打开，从而将氮气从环空注气阀10通过注气通道A向下环空C注入，实现上下环空的连通，从而更好地对油管柱3进行隔热。环空注气阀10为单向弹簧控制阀。油管柱3内的热流体通过注热封隔器12，流向原油层从而对原油进行加热；

（2）为了对原油层进行更好的加热，需要进行关井。在关井一段时间之后进入生产采油阶段。在此阶段，原油经过加热粘度降低，流动性增加。原油从油管柱3底端自下而上，首先通过注热封隔器12，此时，下环空C的压力大于上环空B的压力，环空注气阀10的弹簧复位使得环空注气阀10自动关闭，氮气无法进入下环空C进行隔热。即上环空B与下环空C之间保持不连通的状态。然后，油管柱3内的原油通过注热封隔器12向上流经井下安全阀5，通过与井口穿越2相连接的地面控制装置1控制液压，从而开启阀板8。地面控制装置1控制的液压范围和油层压力、下入深度等多因素有关，大约在10-21MPa之间，阀板8开启后油管柱3内油流通道畅通，实现自喷生产；

（3）当出现意外紧急情况如遭遇火灾、台风袭井、平台倾覆等紧急情况时，视油井的破坏程度，在本实用新型中热采井井下安全控制装置没有被破坏或者轻微破坏时，通过与井口穿越2相连接的地面控制装置1快速控制液压即快速泄掉液压力，从而使得井下安全阀5的阀板8快速关闭，切断油流通道，达到人工关断井下生产油管柱，减少作业风险的目的。而当出现严重的破坏情况时，与地面控制装置相连的液压管线被破坏，即相当于系统自动泄掉液压力，从而使得井下安全阀5的阀板8快速关闭。且，此时下环空压力大于上环空，从而使得注热封隔器12顶端的环空注气阀10自动关闭，因此有效地防止井底流体通过环空流向井口，提高注热及生产阶段的作业安全。

实施例2

与实施例1相比，实施例2在实施例1的基础上，在井下安全阀5与注热封隔器12之间的油管柱3上还设置有隔热补偿器9。隔热补偿器9的结构如前文所述。隔热补偿器9的作用是可以抵消管柱因热应力产生的蠕动，从而保证注热封隔器12工作可靠。

本实用新型主要通过地面控制装置1通过液压控制井下安全阀和注热封隔器，从而达到注热和生产阶段安全控制的目的，和现有的工艺技术相比具有以下特点：

（1）在油管柱上加装相应的井下安全控制工具，使作业管柱更加完善，减少了作业风险。

（2）油管柱携带井下安全控制工具能满足高温、高压及腐蚀环境下作业的要求。

（3）井下安全阀实现了油套环空在测试及生产阶段紧急情况下油流关断，结合油管携带安全阀，进一步提高了作业的安全性。井下安全阀是液压控制系统控制其阀板的开启和关闭，开启阀板时需要人工控制从井口打液压，关闭阀板时可以通过人工或自动控制卸掉液压。

（4）当出现紧急情况如火灾或平台倾覆灾难等事故时，系统紧急关断井下生产油管柱，减少作业风险。

综上所述，以上仅为本申请的较佳实施例而已，并非用于限定本申请的保护范围，因此，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种热采井井下安全控制装置，包括地面控制装置（1）、井口穿越（2）、油管柱（3）、外套管（14）、井下安全阀（5）和注热封隔器（12），所述油管柱（3）与所述外套管（14）之间形成环空；所述井下安全阀（5）和所述注热封隔器（12）依次固定在所述油管柱（3）上；所述井口穿越（2）的上端与所述地面控制装置（1）连接，所述井口穿越（2）的下端与所述井下安全阀（5）连接，其特征在于：所述井口穿越（2）的下端从环空通过管线（4）与所述井下安全阀（5）中的金属动密封（6）连接。

2.如权利要求1所述的热采井井下安全控制装置，其特征在于：所述井口穿越（2）为全金属穿越密封的井口穿越。

3.如权利要求1所述的热采井井下安全控制装置，其特征在于，所述井口穿越（2）的上端通过液压控制管线与所述地面控制装置（1）连接。

4.如权利要求1-3中任意一项所述的热采井井下安全控制装置，其特征在于：所述井口穿越（2）包括压帽（15）、卡箍（16）和毛细钢管（17），其中所述卡箍（16）为锥形金属卡箍，套设于所述毛细钢管（17）上；所述压帽（15）设置于所述井口穿越（2）的上部并与所述卡箍（16）相接触；所述卡箍（16）与井口采油树形成密封。

5.如权利要求1所述的热采井井下安全控制装置，其特征在于：所述的井下安全阀（5）包括金属动密封（6）、安全阀隔热层（7）和阀板（8），其中所述安全阀隔热层（7）套设于所述井下安全阀（5）外周，所述阀板（8）设置于所述井下安全阀（5）的下部，所述金属动密封（6）的所有部件全部为金属材质。

6.如权利要求5所述的热采井井下安全控制装置，其特征在于，所述安全阀隔热层（7）包括密封套（18）和隔热材料层（19），所述隔热材料层（19）环设于所述井下安全阀（5）外周；所述密封套（18）紧挨所述隔热材料层（19），并将所述隔热材料层（19）完全覆盖。

7.如权利要求1或5所述的热采井井下安全控制装置，其特征在于，所述的金属动密封包括安全阀本体（21）、固定套（22）、支撑环（23）、压紧套（24）、V形密封环（25）和柱塞（26）；其中所述柱塞（26）与所述井下安全阀本体（21）之间存在用于液体通过的间隙；所述压紧套（24）与所述柱塞（26）为过盈配合，且，所述压紧套（24）与所述柱塞（26）之间设置有所述V形密封环（25）；所述支撑环（23）设置于所述固定套（22）和所述压紧套（24）之间；所述安全阀本体（21）与所述井下安全阀（5）通过上金属锥面（20）形成所述金属动密封（6）的上密封，所述柱塞（26）与所述井下安全阀（5）通过下金属锥面（27）形成所述金属动密封（6）的下密封。

8.如权利要求1所述的热采井井下安全控制装置，其特征在于：所述的注热封隔器（12）内设有环空注气阀（10）、密封胶筒（11）和卡瓦（13），所述环空注气阀（10）设置在所述注热封隔器（12）的上端，所述密封胶筒（11）套设于所述注热封隔器（12）中部外周，并将环空分成上环空和下环空两部分，所述卡瓦（13）卡设于所述注热封隔器（12）上从而将所述注热封隔器固定于所述外套管（14）。

9.如权利要求8所述的热采井井下安全控制装置，其特征在于，所述环空注气阀（10）为单向弹簧控制阀。

10.如权利要求1所述的热采井井下安全控制装置，其特征在于，所述热采井井下安全控制装置还包括设置在所述井下安全阀（5）与所述注热封隔器（12）之间的隔热补偿器（9）；所述隔热补偿器（9）包括接箍（28）、中心管（29）、盘根压帽（30）、密封环（31）、剪钉（32）、外管（33）和接头（34），隔热补偿器（9）通过所述接箍（28）连接于所述油管柱（3）上；所述接箍（28）与所述中心管（29）通过螺纹连接，所述中心管（29）与所述外管（33）之间通过所述剪钉（32）连接，所述密封环（31）置于所述盘根压帽（30）和所述外管（33）之间，所述盘根压帽（30）和所述外管（33）之间通过螺纹连接，所述外管（33）和所述接头（34）之间通过螺纹连接。