CN217582078U - 高压油气井井口密封装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的是高压油气井井口密封装置，本装置包括盘根密封总成，盘根密封总成的下端依次与液控密封机构和高压闸板阀连接；液控密封机构设有顶缸、液控体外壳、液缸和高压胶芯，液控体外壳的外壁设有上打压口和下打压口，顶缸和高压胶芯安装在液缸内，液缸安装在液控体外壳中，液控体外壳通过上打压口和下打压口以及液压管线与液压泵连接；高压闸板阀设有闸板阀壳体和胶质闸板，胶质闸板安装在闸板阀壳体内并通过闸板操作杆与闸板阀壳体外面的操作手柄连接，形成了多级密封方式。由于本实用新型的高压密封效果，能够充分利用不压井作业的优势，保证了不压井施工作业油气井的安全，节约压井液费用，提高了井下作业的施工效率。

Description

高压油气井井口密封装置

技术领域

本实用新型涉及油气井深层压裂后带压投产作业用井口密封装置，特别是高压油气井井口密封装置。

背景技术

目前我国大部分陆上油田已经过了长期开采，油气井压力逐年降低，注采矛盾日益突出，为了最大限度的提高其采收率，保护油气层，无论是对钻井过程、修井过程中的油气层保护还是从施工安全、保护环境上考虑，无论是陆上油田还是滩海、浅海油田，因为不压井作业技术有许多优点，对不压井作业均有很大的需求。

不压井作业对油气井而言它的最大优点在于它可以保护和维持地层的原始产能，减少酸化，压裂等增产措施的次数，为油气田的长期开发和稳定生产提供良好的基础。对水井而言，由于作业前它不需要停注放压，可以大大缩短施工周期，同时可以免去常规作业所需压井液及其地面设备的投入，省去了排压井液的费用，无污染，保护了环境。所以说不压井作业一方面省去用于压井作业的压井液及其处理费用；另一方面，由于油气层得到了很好的保护，油气层的产能会得到相应的提高，从而可以最大限度的利用地下的油气资源。

不压井作业就是在带压的情况下，实施井下作业施工的技术措施。通过不压井作业，在节约了压井液费用的同时，保护了储层不受压井液的污染，提高了储层的生产能力。同时还缩短了修井作业的工期，提高了井下作业的施工效率。

射孔压裂不压井工艺就是在射孔和压裂作业完成后，用封隔器将射孔段与压裂层位封隔和封堵住，然后进行后续的完井工序；当完井作业完成后，通过对井下封隔器打压，使封隔器解封或坐封，实现油气井的带压试抽和生产。

射孔压裂不压井工艺主要在储层压力高或压裂后地层压力下降慢、放喷困难的井中实施。由于井下封隔器解封后井内压力高，另外打压解封封隔器也需要比较高的压力，这就对井口抽油杆的密封装置提出了更高的要求。

目前油气井现有的井口光杆密封器主要由盘根、盘根盒压帽和盘根盒壳体组成，井口光杆密封器的压紧密封方式主要是通过手动压紧盘根盒压帽使盘根盒壳体内的盘根或填料密封光杆。

现有的井口光杆密封器的密封方式普遍耐压等级低，无法满足井下高压状态下的试抽生产，无法达到射孔压裂不压井工艺的要求。况且目前油气井的井口光杆密封器主要是靠手动密封压紧，其压紧程度无法量化，其密封有效期普遍较短，无法用于射孔压裂不压井的油气井中。

因此，对于井内存在高压的油气井的井口密封装置仍需改进。

发明内容

本实用新型的目的在于提供高压油气井井口密封装置，克服目前井口密封装置对光杆的密封不紧不实的现状，通过对井口密封装置的液压控制，压实其中的高压胶芯，实现对光杆的高压密封，满足高压油气井井口密封装置的密封要求，达到油气井带压作业的目的，降低生产成本，提高施工效益，保护油气藏。

本实用新型的技术解决方案是：

高压油气井井口密封装置包括盘根密封总成，盘根密封总成的下端依次与液控密封机构和高压闸板阀连接；

液控密封机构设有顶缸、液控体外壳、液缸和高压胶芯，液控体外壳的外壁设有上打压口和下打压口，顶缸和高压胶芯安装在液缸内，液缸安装在液控体外壳中，液控体外壳通过上打压口和下打压口以及液压管线与液压泵连接；

高压闸板阀设有闸板阀壳体和胶质闸板，胶质闸板安装在闸板阀壳体内并通过闸板操作杆与闸板阀壳体外面的操作手柄连接。

优选的，所述液缸的内腔下部设有压环装配台阶，液缸的外壁设有液控配合台阶且液控配合台阶位于所述液控体外壳中的上打压口和下打压口之间。

优选的，所述液控体外壳的内腔上部和内腔下部分别设有上挡环和下挡环，所述的上挡环位于上打压口的上方且下挡环位于下打压口的下方。

优选的，所述液缸3-6外壁的液控配合台阶与液控体外壳的内壁为过盈配合；液控体外壳中的上挡环和下挡环与液缸的外壁为过盈配合；液缸外壁中的液控配合台阶与液控体外壳中的上挡环和下挡环的径向长度相等。

优选的，所述液控体外壳的上部与支撑下法兰焊接，所述支撑下法兰与支撑上法兰通过螺栓连接；液控体外壳的下部与液缸下基座螺纹连接。

优选的，所述液缸下基座的纵切面呈十字型，液缸下基座上部的圆柱体安装在液缸内腔下部的压环装配台阶下方且下部的圆柱体与闸板阀壳体螺纹连接或焊接。

优选的，所述盘根密封总成与液控密封机构之间还装有光杆调偏机构，所述光杆调偏机构设有调偏球头、球头压帽、球头基座、调偏上法兰和调偏下法兰，调偏球头安装在球头基座中，球头压帽穿过调偏球头的球柄压在调偏球头的球头上面与球头基座螺纹连接；调偏上法兰与调偏下法兰连接。

优选的，所述调偏球头的上部与盘根密封总成中的壳体螺纹连接；所述球头基座的上部本体设有球腔且下部本体的纵切面呈工字型，所述球头基座的下部本体安装在调偏下法兰中，球头基座下部本体的上面装入调偏上法兰；所述调偏上法兰与调偏下法兰通过螺栓连接。

优选的，所述调偏上法兰是两个半圆盘状体并且对接安装在球头基座的下部本体上面；所述调偏下法兰与顶缸焊接或螺纹连接。

与现有油气井井口密封装置相比，本实用新型具有以下显著的使用效果：

对于高压油气井和不压井施工作业来说，井口密封装置是关键设备。本实用新型中的井口密封装置设有多级密封机构，分别是盘根密封总成、液控密封机构和高压闸板阀。液控密封机构设有液控体外壳、液缸和高压胶芯，通过液压控制高压胶芯的压实和放松，达到高压密封光杆的目的。本实用新型中的高压闸板阀中的胶质闸板和盘根密封总成中的盘根同样能够对光杆实现密封，形成了多级密封方式。

本实用新型将高压闸板阀设置在装置的最下部，通过操作高压闸板阀的闸板操作杆可以关闭和打开胶质闸板，通过液控密封机构和液压泵实现对高压胶芯的加压和泄压。在液压力的作用下，液控密封机构中的液缸能够在液控体外壳中上下滑动，实现液控密封机构对其中高压胶芯加压挤紧光杆和泄压释放光杆的功能。

由于本实用新型中的高压胶芯对光杆的密封是通过液压控制的，通过观察液压泵中安装的压力表，根据压力表中显示的压力数据就能够判断和量化高压胶芯对光杆的压紧力，同时也可以通过液压泵中安装的压力表进一步对高压胶芯的密封性能和使用寿命进行判定，方便且有效。

本实用新型在使用过程中，还能够方便地更换高压胶芯和盘根，当需要更换位于高压闸板阀上方的高压胶芯和盘根时，关闭高压闸板阀中的胶质闸板，即可对上述密封部件进行正常的维修和更换。本实用新型满足了高压油气井和带压作业井井口密封装置的要求，实现不压井作业的目的。

本实用新型尤其适用于射孔压裂不压井施工、井内的封隔器解封后，带高压试抽和后续的常压试抽作业。

由于本实用新型的高压密封效果，能够充分利用不压井作业的优势，保证了不压井施工作业油气井的安全，节约压井液费用，保护了储层不受压井液的污染，提高储层的生产能力，缩短了修井作业的工期，提高了井下作业的施工效率。

当高压油气井中的压力转为常压时，还可仅使用本实用新型中的盘根密封总成完成对光杆的密封，可以进一步降低生产成本，具有显著的使用效果和应用价值。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为本实用新型装置的结构示意图。

图中：盘根密封总成压帽1-1、盘根密封总成上顶环1-2、盘根1-3、盘根密封总成下顶环1-4、盘根密封总成壳体1-5、调偏球头2-1、球头压帽2-2、球头基座2-3、调偏上法兰2-4、调偏下法兰2-5、顶缸3-1、支撑上法兰3-2、支撑下法兰3-3、液控体外壳3-4、胶芯上压环3-5、液缸3-6、高压胶芯3-7、胶芯下压环3-8、挡环3-9、液缸下基座3-10、闸板壳体4-1、胶质闸板4-2、闸板操作杆4-3、光杆5-1。

具体实施方式

附图仅为参考与说明之用，并非用以限制本实用新型的保护范围。下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参见图1，高压油气井井口密封装置包括盘根密封总成，盘根密封总成的下端依次与液控密封机构和高压闸板阀连接；

液控密封机构设有顶缸3-1、液控体外壳3-4、液缸3-6和高压胶芯3-7，液控体外壳3-4的外壁设有上打压口和下打压口，顶缸1和高压胶芯3-7安装在液缸3-6内，液缸3-6安装在液控体外壳3-4中，液控体外壳3-4通过上打压口和下打压口以及液压管线与液压泵连接；

高压闸板阀设有闸板阀壳体4-1和胶质闸板4-2，胶质闸板4-2安装在闸板阀壳体4-1内并通过闸板操作杆4-3与闸板阀壳体4-1外面的操作手柄连接。

现有的盘根密封总成设有盘根密封总成压帽1-1、盘根密封总成上顶环1-2、盘根1-3、盘根密封总成下顶环1-4和盘根密封总成壳体1-5，盘根1-3安装在盘根密封总成壳体1-5内，在盘根1-3的上下两端分别装有盘根密封总成上顶环1-2和盘根密封总成下顶环1-4，盘根密封总成壳体1-5上端与盘根密封总成压帽1-1螺纹连接。为满足高压油气井的井口密封要求，本实用新型在现有的盘根密封总成下方连接安装了液控密封机构和高压闸板阀，构成了多级密封机构。

通过操作高压闸板阀的闸板操作杆4-3可关闭和打开胶质闸板4-2，配合液控密封机构使用液压泵对高压胶芯3-7加压和泄压。在液压力的作用下，液控密封机构中的液缸3-6能够在液控体外壳3-4中上下滑动，实现液控密封机构对高压胶芯3-7的加压挤紧光杆5-1和泄压释放光杆5-1。

本实用新型中与液控体外壳3-4连接的液压泵中装有压力表，通过液压泵中安装的压力表，能够观察压力表显示的压力数据并能够判断和量化高压胶芯3-7对光杆5-1的压紧力，同时也可以通过液压泵中安装的压力表进一步对高压胶芯3-7的密封性能和使用寿命进行判定。

设有多级密封机构的本实用新型能够用作射孔压裂不压井油气井的带压试抽和生产以及其它不压井施工作业的井口密封装置，充分利用了不压井作业的优势，保证了不压井施工作业油气井的安全，节约了压井液费用，保护了储层不受压井液的污染，提高了储层的生产能力，缩短了修井作业的工期，提高了井下作业的施工效率，具有显著的使用效果。

在上述实施例一的基础上，本实用新型还有以下实施例：

所述液缸3-6的内腔下部设有压环装配台阶，液缸3-6的外壁设有液控配合台阶且液控配合台阶位于所述液控体外壳3-4中的上打压口和下打压口之间。本实施例优化了液缸3-6的内部结构和外部结构。

所述液控体外壳3-4的内腔上部和内腔下部分别设有上挡环和下挡环3-9，所述的上挡环位于上打压口的上方且下挡环3-9位于下打压口的下方。本实施例优化了液控体外壳3-4的内部结构。

所述液缸3-6外壁的液控配合台阶与液控体外壳3-4的内壁为过盈配合；液控体外壳3-4中的上挡环和下挡环3-9与液缸3-6的外壁为过盈配合；液缸3-6外壁中的液控配合台阶与液控体外壳3-4中的上挡环和下挡环3-9的径向长度相等。当液缸3-6通过下打压口和液压泵为高压胶芯3-7加压密封光杆5-1时，液缸3-6外壁的液控配合台阶与两侧的上挡环和下挡环3-9形成密封空间，液缸3-6内腔的压环装配台阶推动高压胶芯3-7上行，由于高压胶芯3-7上方安装了顶缸3-1，光杆5-1被高压胶芯3-7挤紧、压实；当通过液缸3-6的上打压口和液压泵为高压胶芯3-7泄压时，高压胶芯3-7放松并释放光杆5-1。

所述液控体外壳3-4的上部与支撑下法兰3-3焊接，所述支撑下法兰3-3与支撑上法兰3-2通过螺栓连接；液控体外壳3-4的下部与液缸下基座3-10螺纹连接。本实施例具体优化和描述了液控体外壳3-4两端的连接关系。

所述液缸下基座3-10的纵切面呈十字型，液缸下基座3-10上部的圆柱体安装在液缸3-6内腔下部的压环装配台阶下方且下部的圆柱体与闸板阀壳体4-1螺纹连接或焊接。本实施例具体优化和描述了液缸下基座3-10的结构以及液控密封机构与高压闸板阀之间的连接关系。本实用新型在使用过程中，当需要更换位于高压闸板阀上方的高压胶芯3-7和盘根1-3时，关闭高压闸板阀，即可正常维修更换；当使用本实用新型的油气井处于正常试抽作业时，本实用新型中的高压闸板阀的胶质闸板4-2保持开启状态。

所述盘根密封总成与液控密封机构之间还装有光杆调偏机构，所述光杆调偏机构设有调偏球头2-1、球头压帽2-2、球头基座2-3、调偏上法兰2-4和调偏下法兰2-5，调偏球头2-1安装在球头基座2-3中，球头压帽2-2穿过调偏球头2-1的球柄压在调偏球头2-1的球头上面与球头基座2-3螺纹连接；调偏上法兰2-4与调偏下法兰2-5连接。本实用新型在盘根密封总成与液控密封机构之间安装了光杆调偏机构，使光杆5-1在本实用新型中更为居中。

所述调偏球头2-1的上部与盘根密封总成中的壳体1-5螺纹连接，完成与盘根密封总成的连接；所述球头基座2-3的上部本体设有球腔且下部本体的纵切面呈工字型，所述球头基座2-3的下部本体安装在调偏下法兰2-5中，球头基座2-3下部本体的上面装入调偏上法兰2-4；所述调偏上法兰2-4与调偏下法兰2-5通过螺栓连接。球头基座2-3上部本体中的球腔与调偏球头2-1的下部球体相配合，可使从调偏球头2-1中心孔通过的光杆5-1居于本装置的中心部位，进一步防止盘根1-3的磨损。

所述调偏上法兰2-4是两个半圆盘状体并且对接安装在球头基座2-3的下部本体上面；所述调偏下法兰2-5与顶缸3-1焊接或螺纹连接，完成光杆调偏机构与液控密封机构的连接。

使用时，根据井口情况决定是否连接使用光杆调偏机构，若使用，调整和安装调偏球头2-1、球头基座2-3、调偏下法兰2-5和调偏上法兰2-4并完成本实用新型的安装。

旋转闸板操作杆4-3，使胶质闸板4-2处于打开状态，从液控体外壳3-4的下打压口打压，让液缸3-6上行，挤压高压胶芯3-7，高压胶芯3-7受挤压抱紧光杆5-1，实现对光杆5-1的高压密封；此时，油气井可以进行打压作业或进行高压试抽作业。

试抽过程中，如需更换高压胶芯3-7，按照下述方法进行：

1、旋转闸板操作杆4-3，关闭胶质闸板4-2；

2、从液控体外壳3-4的上打压口打压，液缸3-6下行，高压胶芯3-7松开光杆5-1；

3、将支撑上法兰3-2从支撑下法兰3-3上拆开，取出顶缸3-1和胶芯上压环3-5；

4、取出高压胶芯3-7并更换。

高压试抽作业结束后，从液控体外壳3-4的上打压口打压，使液缸3-6下行，让高压胶芯3-7松开光杆5-1。

当油气井内的试抽压力降到常规压力，释放高压胶芯3-7和高压闸板阀对光杆5-1的高压密封，仅使用盘根密封总成对光杆5-1实现常压密封，进行常压试抽。

上面叙述的实施例仅仅为典型实施例，但本实用新型不仅限于这些实施例，本领域的技术人员可以在不偏离本实用新型的精神和启示下做出修改。尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的创造精神和创造理念之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。因此，保护范围不仅限于上文的说明。

Claims (9)

1.高压油气井井口密封装置，包括盘根密封总成，其特征是：

盘根密封总成的下端依次与液控密封机构和高压闸板阀连接；

液控密封机构设有顶缸、液控体外壳、液缸和高压胶芯，液控体外壳的外壁设有上打压口和下打压口，顶缸和高压胶芯安装在液缸内，液缸安装在液控体外壳中，液控体外壳通过上打压口和下打压口以及液压管线与液压泵连接；

高压闸板阀设有闸板阀壳体和胶质闸板，胶质闸板安装在闸板阀壳体内并通过闸板操作杆与闸板阀壳体外面的操作手柄连接。

2.如权利要求1所述的高压油气井井口密封装置，其特征是，所述液缸的内腔下部设有压环装配台阶，液缸的外壁设有液控配合台阶且液控配合台阶位于所述液控体外壳中的上打压口和下打压口之间。

3.如权利要求2所述的高压油气井井口密封装置，其特征是，所述液控体外壳的内腔上部和内腔下部分别设有上挡环和下挡环，所述的上挡环位于上打压口的上方且下挡环位于下打压口的下方。

4.如权利要求3所述的高压油气井井口密封装置，其特征是，所述液缸3-6外壁的液控配合台阶与液控体外壳的内壁为过盈配合；液控体外壳中的上挡环和下挡环与液缸的外壁为过盈配合；液缸外壁中的液控配合台阶与液控体外壳中的上挡环和下挡环的径向长度相等。

5.如权利要求2所述的高压油气井井口密封装置，其特征是，所述液控体外壳的上部与支撑下法兰焊接，所述支撑下法兰与支撑上法兰通过螺栓连接；液控体外壳的下部与液缸下基座螺纹连接。

6.如权利要求5所述的高压油气井井口密封装置，其特征是，所述液缸下基座的纵切面呈十字型，液缸下基座上部的圆柱体安装在液缸内腔下部的压环装配台阶下方且下部的圆柱体与闸板阀壳体螺纹连接或焊接。

7.如权利要求1所述的高压油气井井口密封装置，其特征是，所述盘根密封总成与液控密封机构之间还装有光杆调偏机构，所述光杆调偏机构设有调偏球头、球头压帽、球头基座、调偏上法兰和调偏下法兰，调偏球头安装在球头基座中，球头压帽穿过调偏球头的球柄压在调偏球头的球头上面与球头基座螺纹连接；调偏上法兰与调偏下法兰连接。

8.如权利要求7所述的高压油气井井口密封装置，其特征是，所述调偏球头的上部与盘根密封总成中的壳体螺纹连接；所述球头基座的上部本体设有球腔且下部本体的纵切面呈工字型，所述球头基座的下部本体安装在调偏下法兰中，球头基座下部本体的上面装入调偏上法兰；所述调偏上法兰与调偏下法兰通过螺栓连接。

9.如权利要求8所述的高压油气井井口密封装置，其特征是，所述调偏上法兰是两个半圆盘状体并且对接安装在球头基座的下部本体上面；所述调偏下法兰与顶缸焊接或螺纹连接。

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