CN204738785U - 一种地面可控式井下开关阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种地面可控式井下开关阀，包括外筒、连接体、密封总成、锁块座、锁块、内筒、套筒以及上接头，所述外筒的上端与连接体的下端螺纹连接，连接体上套设有密封总成，连接体的上端与锁块座的下端螺纹连接，锁块座套设于内筒的外侧并与内筒滑动连接，锁块座中部镶嵌有锁块，锁块座的上端与套筒螺纹连接；内筒与上接头之间螺纹连接；锁块座上端螺纹连接有阻止内筒向上移动的锁紧圈，锁块与内筒之间设有相互配合的斜坡台阶，所述外筒内设有阀体，阀体与外筒之间设有连通外筒下端进液口的流体通道，该流体通道在所述阀体关闭或者打开时被切断或者连通。本实用新型安全性高、稳定性强、便于打捞、开关易于控制、能实现反复开关。

Description

一种地面可控式井下开关阀

技术领域

本实用新型属于油气田完井钢丝作业技术领域，具体涉及一种地面可控试井下开关阀。

背景技术

在完井钢丝作业领域，有油管完井时，通常使用循环滑套实现井下开、关井，建立和关闭循环通道；无油管完井时，则需通过预置(钢丝作业)的井下开关工具来实现井下的开井和关井。

井下开关阀也就是井下安全阀，井下安全阀是一种防止井喷、保证生产安全的井下工具。在石油开采业中，进行井下作业时经常出现由于开采设备发生故障等原因造成烃类流体流速增大的情况，这时就需要及时关闭流体通道，确保作业全，避免发生更大的事故。实际生产中，通常使用井下安全阀来关闭流体通道，在井内出现异常情况时实现油管内流体的阻断功能。

世界各国越来越重视环境保护和安全生产，很多国家对油气井的安全生产都有详细的法律规定，强调位于人口稠密地区、重要经济区、海洋和陆地水域的、可能发生自喷或者外溢的油气井都要安装井下安全阀。目前，国内上海由自喷能力的油气井都安装有井下安全阀，陆地油田也越来越多地在油气井中实用安全阀。

在长庆苏南项目完井钢丝作业领域，采用的是3.5英寸单套管完井，通过钢丝作业将井下开关工具安装到预置的工作筒内来实现井下的开井和关井。斯伦贝谢时钟式井下开关工具安装至井内工作筒后，通过电子计时器及电机装置在预置的时间实现井下的开井。该工具在使用过程中，存在稳定性差、井下故障率较高、不能反复开关的问题。该工具打捞径为1.75英寸，在3.5英寸的油管(内径2.922英寸)中与油管管壁之间的间隙较大，容易积累沉积物且不易打捞，给施工造成较大的风险。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中斯伦贝谢时钟式井下开关工具在使用过程中存在的稳定性差、井下故障率较高、不能反复开关等问题以及解决因该工具打捞径为1.75英寸，在3.5英寸的油管(内径2.922英寸)中与油管管壁之间的间隙较大，容易积累沉积物且不易打捞，给施工造成较大的风险的问题。

为此，本实用新型提供了一种安全性高、稳定性强、便于打捞、开关易于控制、能实现反复开关的地面可控试井下开关阀。

本实用新型的技术方案是：一种地面可控式井下开关阀，包括外筒、连接体、密封总成、锁块座、锁块、内筒、套筒以及上接头，所述外筒的上端与连接体的下端螺纹连接，连接体上套设有密封总成，连接体的上端与锁块座的下端螺纹连接，锁块座套设于内筒的外侧并与内筒滑动连接，所述锁块镶嵌于锁块座的中部，锁块座的上端与套筒螺纹连接；内筒与上接头之间螺纹连接；锁块座上端螺纹连接有阻止内筒向上移动的锁紧圈，锁块与内筒之间设有相互配合的斜坡台阶，所述外筒内设有阀体，阀体与外筒之间设有连通外筒下端进液口的流体通道，该流体通道在所述阀体关闭时被切断，在所述阀体打开时连通。

上述阀体包括活塞缸、阀芯以及底堵；活塞缸的中部与外筒之间螺纹连接且设有O型密封圈，活塞缸侧壁上开有上通液孔和下通液孔；所述活塞缸除中部螺纹连接部分外，其外表面与外筒的内表面之间设有流体通道；所述阀芯的下端设有与活塞缸滑动连接的活塞一，阀芯的中部设有与活塞缸滑动连接的活塞二；当阀体处于关闭状态时活塞一与位于活塞缸底部的底堵接触，且活塞二位于上、下通液孔之间；所述阀芯的上端还设有打捞颈；当阀体处于打开状态时，活塞一位于下通液孔的下方位置且活塞二位于上通液孔的上方位置。

上述活塞一以及活塞二与活塞缸之间均设有O型密封圈。

上述阀芯上端和外筒之间设有卡簧，卡簧上端设有阻挡阀芯向上移动的压盖，压盖和外筒之间设有螺纹连接在外筒内壁上的用于调节和固定压盖位置的内六角圆柱头螺钉。

上述锁块的数量是3个，且于沿锁块座的周向均匀分布。

上述外筒与连接体之间设有O型密封圈。

上述密封总成为筒状结构，其材料为橡胶。

上述套筒上端的内侧卡接有位于上接头与套筒之间的用于横向固定上接头并减小上接头上行时对套筒的直接冲击力的挡块。

本实用新型的有益效果：本实用新型针对斯伦贝谢时钟式井下开关工具存在的不足，提供了一种全新的井下开关阀，该井下开关阀通过钢丝作业的方式实现井下阀体的开、关，可准确的控制开关井的时间；通过使用配套的打捞1.375"外打捞径的上击脱手打捞筒、盲锤工具可以实现井下开关阀的反复开启、关闭，使得施工过程安全高效。本实用新型的打捞径设计为与油管内径(2.922"接近的2.313")，以便于打捞。相对于斯伦贝谢时钟式井下开关阀，其具有安全性高、稳定性强、便于打捞、开关易于控制、能实现反复开、关井等显著特点。

以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

附图说明

图1为本实用新型的系统结构示意图；

图2(a)是本实用新型开关闭合时的示意图；

图2(b)是本实用新型开关打开时的示意图；

图3(a)是内筒下行将锁块撑开本实用新型处于锁定状态时锁块部位处的示意图；

图3(b)是内筒上行锁块处于自由位置本实用新型处于解锁状态时锁块部位处的示意图；

图4(a)是锁紧圈处于自由状态时的示意图；

图4(b)是锁紧圈处于挤压状态时的示意图。

附图标记说明：1、外筒；2、底堵；3、活塞缸；4、阀芯；5、卡簧；6、压盖；7、连接体；8、密封总成；9、锁块座；10、锁块；11、内筒；12、锁紧圈；13、挡块；14、套筒；15、上接头；16、活塞一；17、流体通道；18、上通孔；19、内六角圆柱头螺钉；20、下通孔；21、活塞二。

具体实施方式

本实用新型目的是克服现有技术中斯伦贝谢时钟式井下开关工具在使用过程中存在稳定性差、井下故障率较高、不能反复开关的问题以及解决因该工具打捞径为1.75英寸，在3.5英寸的油管(内径2.922英寸)中与油管管壁之间的间隙较大，容易积累沉积物且不易打捞，给施工造成较大风险的问题。本实用新型是一种安全性高、稳定性强、便于打捞、开关易于控制、能实现反复开的地面可控试井下开关阀。

实施例1：

如图1所示的一种地面可控式井下开关阀，包括外筒1、连接体7、密封总成8、锁块座9、锁块10、内筒11、套筒14以及上接头15，所述外筒1的上端与连接体7的下端螺纹连接，连接体7上套设有密封总成8，连接体7的上端与锁块座9的下端螺纹连接，锁块座9套设于内筒11的外侧并与内筒11滑动连接，在锁块座9的中部镶嵌有锁块10(如图3所示)，锁块10可以伸出和回缩。锁块座9的上端与套筒14螺纹连接；内筒11与上接头15之间螺纹连接；锁块座9上端螺纹连接有阻止内筒11向上移动的锁紧圈12，套筒14上端的内侧卡接有位于上接头15与套筒14之间的用于横向固定上接头15的挡块13，锁紧圈12和挡块13用以限制内筒11在套筒14内的滑动位置；锁块10与内筒11之间设有相互配合的斜坡台阶，内筒11在套筒14内有滑动空间可以上下滑动，内筒11以及锁块10上所设的相互配合的斜坡台阶，由内筒11的不同位置实现锁块10的开合；所述外筒1内设有阀体，阀体与外筒1之间设有连通外筒1下端进液口的流体通道17，该流体通道17在所述阀体关闭时被切断，在所述阀体打开时连通。

所述锁块10的数量是3个，且于沿锁块座9的周向均匀分布，在受力时具有良好的稳定性。

所述外筒1与连接体7之间设有O型密封圈。

所述密封总成8是橡胶做的筒状结构，其主要作用是密封堵塞器外筒与坐落短节的环空部分，垫圈设计数量为6只，3个为一组方向一致，2组垫圈方向相反，各承受着向上或者向下的作用力，在自由状态时对密封筒有一定的密封作用，但密封不彻底，当受到来自其上或者其下作用力时垫圈变形外翻对密封筒起到绝对的密封作用。

所述锁块10的具体镶嵌方式是：三个锁块呈三角形对称分布于锁块座9周围，如图3所示，当内筒11下行时，将锁块撑开，工具锁定在井筒内；当内筒11上行时，锁块处于自由位置，工具处于解锁状态。所述挡块13为四块1/4圆形块体，组装成一个圆环，用以上接头15的横向固定及缓冲上接头15与套筒14的冲击。

如图4所示，所述锁紧圈12为可以产生形变的“C”形环，套在内筒11外壁所设的凹槽上，用于上接头15的轴向固定，锁块座9上部套筒端面设计为30°倒角，锁紧圈外部边缘也为45°倒角，上接头15下行时对锁紧圈12起到很大的挤压作用，锁紧圈15开始由自由状态挤压变形，直径开始缩小，作用达到锁紧圈缩径至可以进入套筒的状态时，这时锁定心轴和锁紧圈开始同步下移，锁紧圈开始进入锁紧圈凹槽内，此时内筒11的变径台面迫使锁块伸出，上接头15下端面与套筒14上端面接触，工具得到固定，座封锁定完成。

实施例2：

在实施例1的基础上，如图1及图2所示，所述阀体包括活塞缸3、阀芯4以及底堵2；活塞缸3的中部与外筒1之间螺纹连接且设有O型密封圈，活塞缸3侧壁上开有上通液孔18和下通液孔20；所述活塞缸3除中部螺纹连接部分外，其外表面与外筒1的内表面之间设有流体通道17；所述阀芯4的下端设有与活塞缸3滑动连接的活塞一16，阀芯4的中部设有与活塞缸3滑动连接的活塞二17；当阀体处于关闭状态时活塞一16与位于活塞缸3底部的底堵2接触，且活塞二21位于上、下通液孔18,20之间；所述阀芯4的上端还设有打捞颈；当阀体处于打开状态时，活塞一16位于下通液孔20的下方位置且活塞二21位于上通液孔18的上方位置；通过阀芯4在阀体的活塞缸3内上下滑动，可以沟通或者关闭流体通道。活塞一16以及活塞二21与活塞缸3之间均设有O型密封圈。

所述阀芯4上端和外筒之间设有卡簧5，卡簧5上端设有阻挡阀芯4向上移动限位的压盖6，压盖6通过阀芯4上突出的台阶来限制阀芯4超出限位。压盖6和外筒1之间设有螺纹连接在外筒1内壁的突出部位上的用于调节和固定压盖6位置的内六角圆柱头螺钉19。因此，卡簧5和压盖6的目的是固定阀芯4位置，内六角圆柱头螺钉19用以调节和固定压盖6。

本实用新型的具体实践应用：在长庆公司某井完井测试作业中，通过钢丝作业将斯伦贝谢时钟式井下开关阀安装在3835.46米处的坐落短节中，72小时后井口无压力，且通过电子压力计探测液面位置没有变化，判断井下开关阀没有在预置时间(72小时)开启，随即下入打捞工具进行打捞，抓住工具后上击数十次不能将开关阀打捞出坐落短节，为避免事故通过剪切安全销钉使打捞工具退出打捞颈，取出打捞工具后通过增加拉力、震击次数和力度，均未能奏效。

分析认为打捞颈与井筒间有杂质沉积，导致该工具难以解封。在随后相同地质情况的长庆公司某井完井测试作业中，通过钢丝作业将本实施例中提供的我们自制的机械式井下开关阀安装在3923.32米处的坐落短节中,96小时后通过钢丝作业下入开启工具，抓住控制开关打捞颈后，向上震击一次成功开启阀件，继续震击4次，开启工具脱手，取出钢丝工具串，成功完成井下开井。

采用本实施例所提供的井下开关阀在长庆公司苏南某项目的完井测试作业施工中，先下入井下开关工具，该工具连接监测压力计2支，工具处于关闭状态，产能测试前通过专用打捞工具入井抓住阀芯4，向上震击使其打开，产能测试7天后，下入盲锤工具向下振击，关闭阀芯从而实现井下关井，井下压力计测该井的地层压力恢复情况，压力检测1月后，再次下专用打捞工具，将开关阀打开。

此次施工实现了一次关井，两次开井，均为一次成功，获得了建设方高度赞许。表1为现有技术和本实用新型在施工中效果对比表。

表1：现有技术和本实用新型在施工中效果对比表

本实用新型属机械式井下开关阀，其具备如下特点：

1机械式开关井，易于控制，稳定性强；

2)打捞径与3.5"套管间隙较小，不易沉积，便于打捞；

3)可实现反复开关井；

4)可实现随时开关井；

5作业风险较小。

其中机械式开关井由钢丝作业来完成，内部控制开关井打捞径为1.375"。

本实用新型的打捞径为2.313"，为内打捞方式。

本实用新型实现反复开关井的配套工具分别为打捞1.375"打捞径的上击脱手打捞筒、盲锤工具。

该井下开关阀通过其外筒上的密封总承8与井筒坐落短节内壁形成微间隙复合密封从而密封油管；通过专用打捞筒和盲锤工具，控制阀芯4上下移动，达到开、关井的目的。

安装时，由钢丝作业方式将该阀投放至井筒内坐落短节处，使用震击器向下进行震击，挡块13滑开，上接头15及内筒11在套筒14中下移，锁块10在锁块座9中张开，锁紧圈12固定，密封总承8紧贴坐落短节内壁，将开关阀固定在坐落短节内并与油管内壁形成密封。继续向下震击剪切释放销钉，投放工具(GS)与开关阀脱手，回收钢丝作业工具串。

关井时，由钢丝作业方式下入专用盲锤工具,使用震击器向下进行震击，阀芯4在阀体内下移，活塞一以及活塞二上的О型圈密封外筒1和阀芯4，活塞缸3的中部与外筒1之间螺纹连接处所设的O型密封圈密封外筒1和活塞缸4，外筒1与连接体7之间所设的O型密封圈密封整个油管实现关井。回收钢丝作业工具串。

开井时，由钢丝作业方式下入专用打捞筒,抓住阀芯4后，使用震击器向上进行震击，阀芯4在阀体内上移，从而连通油气层和井筒，实现开井。卡簧5和压盖6用以固定阀芯4位置，内六角圆柱头螺钉19用以调节和固定压盖6，继续向上进行震击，剪切释放销钉，专用打捞筒(JU)与阀芯脱手，回收钢丝作业工具串。

回收时，由钢丝作业方式下入打捞工具(GS),抓住打捞颈后，使用震击器向上进行震击，上接头15及内筒11在套筒14中上移，锁块10收缩，井下开关阀从坐落短节中释放，向上起出钢丝作业工具串，即可回收该阀。

本实用新型针对斯伦贝谢时钟式井下开关工具存在的不足提供的这种全新的井下开关阀，通过钢丝作业的方式实现井下阀体的开、关，可准确的控制开关井的时间；通过使用配套的打捞1.375"外打捞径的上击脱手打捞筒、盲锤工具可以实现井下开关阀的反复开启、关闭，使得施工过程安全高效。本实用新型的打捞径设计为与油管内径(2.922"接近的2.313")，以便于打捞。相对于斯伦贝谢时钟式井下开关阀，其具有安全性高、稳定性强、便于打捞、开关易于控制、能实现反复开、关井等显著特点。

本实施方式中没有详细叙述的部分属本行业的公知的常用手段，这里不一一叙述。以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种地面可控式井下开关阀，包括外筒(1)、连接体(7)、密封总成(8)、锁块座(9)、锁块(10)、内筒(11)、套筒(14)以及上接头(15)，其特征在于：所述外筒(1)的上端与连接体(7)的下端螺纹连接，连接体(7)上套设有密封总成(8)，连接体(7)的上端与锁块座(9)的下端螺纹连接，锁块座(9)套设于内筒(11)的外侧并与内筒(11)滑动连接，所述锁块(10)镶嵌于锁块座(9)的中部，锁块座(9)的上端与套筒(14)螺纹连接；内筒(11)与上接头(15)之间螺纹连接；锁块座(9)上端螺纹连接有阻止内筒(11)向上移动的锁紧圈(12)，锁块(10)与内筒(11)之间设有相互配合的斜坡台阶，所述外筒(1)内设有阀体，阀体与外筒(1)之间设有连通外筒(1)下端进液口的流体通道(17)，该流体通道(17)在所述阀体关闭时被切断，在所述阀体打开时连通。

2.如权利要求1所述的一种地面可控式井下开关阀，其特征在于：所述阀体包括活塞缸(3)、阀芯(4)以及底堵(2)；活塞缸(3)的中部与外筒(1)之间螺纹连接且设有O型密封圈，活塞缸(3)侧壁上开有上通液孔(18)和下通液孔(20)；所述活塞缸(3)除中部螺纹连接部分外，其外表面与外筒(1)的内表面之间设有流体通道(17)；所述阀芯(4)的下端设有与活塞缸(3)滑动连接的活塞一(16)，阀芯(4)的中部设有与活塞缸(3)滑动连接的活塞二(17)；当阀体处于关闭状态时活塞一(16)与位于活塞缸(3)底部的底堵(2)接触，且活塞二(21)位于上、下通液孔(18,20)之间；所述阀芯(4)的上端还设有打捞颈；当阀体处于打开状态时，活塞一(16)位于下通液孔(20)的下方位置且活塞二(21)位于上通液孔(18)的上方位置。

3.如权利要求2所述的一种地面可控式井下开关阀，其特征在于：所述活塞一(16)以及活塞二(21)与活塞缸(3)之间均设有O型密封圈。

4.如权利要求2所述的一种地面可控式井下开关阀，其特征在于：所述阀芯(4)上端和外筒之间设有卡簧(5)，卡簧(5)上端设有阻挡阀芯(4)向上移动的压盖(6)，压盖(6)和外筒(1)之间设有螺纹连接在外筒(1)内壁上的用于调节和固定压盖(6)位置的内六角圆柱头螺钉(19)。

5.如权利要求1所述的一种地面可控式井下开关阀，其特征在于：所述锁块(10)的数量是3个，且于沿锁块座(9)的周向均匀分布。

6.如权利要求1所述的一种地面可控式井下开关阀，其特征在于：所述外筒(1)与连接体(7)之间设有O型密封圈。

7.如权利要求1所述的一种地面可控式井下开关阀，其特征在于：所述密封总成(8)为筒状结构，其材料为橡胶。

8.如权利要求1所述的一种地面可控式井下开关阀，其特征在于：所述套筒(14)上端的内侧卡接有位于上接头(15)与套筒(14)之间的用于横向固定上接头(15)并减小上接头(15)上行时对套筒(14)的直接冲击力的挡块(13)。