一种注水井油套连通装置及锚定式油套连通装置的制作方法

1.本发明涉及分层注水井修井作业技术领域，尤其涉及一种注水井油套连通装置及锚定式油套连通装置。


背景技术：

2.油田开发进入中后期后，地层压力变小，单靠地层压力不能使油顺利流出，此时通常采用注水技术来补充地层能量。由于不同地层的渗透率不同，光油管注水很容易导致低渗层的油仍然无法采出，为提高产量，需要对地层进行分层注水。通过在油管上连接封隔器，封隔器随油管下入井内，使封隔器坐封于油套环空内而将地层分隔成多个层段，每段地层分别配置配水器，通过配水器调节相应层段的注水量。配水器通常采用压差式设计，当油套压力差达到1mpa以上时水嘴打开，使油管中的水能够进入油套环空。有些地层出砂严重会堵住配水器的水嘴，导致油管与套管无法连通，为防止地层出砂严重而堵塞水嘴，将水嘴设为单流阀结构，使水嘴只能由内向外打开。当注水出现异常，比如某层段的注水量或注水压力达不到时，需要落实异常位置，如果地面仪表检查都没问题，此时就需要对井下管柱进行检查，需要将注水管柱整体从井底起出至地面，逐段进行检查。部分注水井在检管作业时，由于套管液面较高，油套之间不能形成一定的压差，导致配水器水嘴打不开，油管和套管不能连通，油管中的液体无法流出，因此在起管柱时存在油管内部液体喷出现象，不仅造成环境污染，而且现场工人劳动强度较大。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种注水井油套连通装置，以解决注水井在检管作业时油管和套管无法连通，注水管柱不能正常泄压的问题；本发明的目的还在于提供一种锚定式油套连通装置，以解决注水井在检管作业时注水管柱不能正常泄压而引起液体喷出、污染环境的问题。
4.为实现上述目的，本发明注水井油套连通装置采用如下技术方案：
5.一种注水井油套连通装置，用于串接在管柱上，包括内管，内管外部固定套装有排液外套，排液外套与内管之间围成环形活塞腔，环形活塞腔中安装有排液活塞，排液活塞与内管、排液外套均密封配合，排液活塞通过排液剪钉固定在环形活塞腔的腔壁上，排液外套上设有连通环形活塞腔与排液外套外部的排液孔，内管上设有连通内管内腔与环形活塞腔的过流孔，排液活塞将所述过流孔与排液孔隔断，内管的在位于过流孔下侧的位置处设有用于与投球配合的球座，在投球打压时排液剪钉被剪断，排液活塞下移从而将环形活塞腔与排液孔连通。
6.有益效果：本发明全新的提出了一种注水井油套连通装置，将注水井油套连通装置连接在注水管柱上随管柱一起下入井中，检管作业时，从井口向管柱内投球，球体落至球座上并与球座形成密封配合，此时从井口打压，由于整个空间封闭，在高压作用下，注入水通过内管上的过流孔进入环形活塞腔，挤压排液活塞而将排液剪钉剪断，排液剪钉被剪断
后排液活塞失去支撑并在注入水作用下下移，将排液外套上的排液孔让开，使环形活塞腔中的液体能够通过排液孔泄流至套管中，从而实现管柱内液体的快速泄流。
7.进一步地，排液活塞将所述环形活塞腔分为上下两个腔室，所述内管上的过流孔与上腔室连通，下腔室的长度满足排液活塞下移后使上腔室与排液孔连通，下腔室与排液外套外部连通。
8.有益效果：使内管上的过流孔处于排液外套上所设的排液孔的上方，这样更有利于使管柱中的液体能够彻底泄出。
9.进一步地，上腔室内设有弹簧，弹簧向下挤压所述排液活塞。
10.有益效果：弹簧提供给排液活塞向下的挤压作用力，在排液剪钉被剪断的瞬间，弹簧迅速释放，使排液活塞在液体和弹簧的双重挤压作用下快速下行而让开排液孔，从而实现快速泄流。
11.进一步地，球座套装在内管外部，排液外套、球座、内管以及排液活塞共同围成所述下腔室。
12.有益效果：这样设置一方面能够避免球座占用内管的内部空间，在投球之前使内管保持一定的大通径，避免对测调仪器正常起下造成干涉，另一方面不需要另外设置其他结构对环形活塞腔的下端进行封堵以围成下腔室，简化了装置结构。
13.进一步地，球座螺纹连接在内管下端，球座和排液外套套装且间隙配合。
14.有益效果：球座螺纹连接在内管下端且与排液外套间隙配合，这样在投球打压时压力就可以通过球座传递至内管上，而不会传递至排液外套上，避免排液外套承受过大压力而对排液外套与内管之间的固定连接造成破坏，而且这样的结构能够使球座的固定连接更可靠。球座和排液外套套装且间隙配合，在排液活塞下移时下腔室中的气体也可通过此处间隙排出。
15.进一步地，所述排液剪钉由外向内穿过排液外套和排液活塞而将排液活塞与排液外套固定在一起。
16.有益效果：排液剪钉从外部安装，使其安装十分方便。
17.进一步地，环形活塞腔内在排液活塞下方设有挡止结构，挡止结构与排液活塞挡止配合以防止排液活塞从活塞腔下端脱出。
18.有益效果：通过设置挡止结构，能够避免排液剪钉被剪断后排液活塞从活塞腔下端脱出而造成井内落物，带来不必要的麻烦。
19.进一步地，球座固定连接在内管下端且套装在内管外部，球座构成所述挡止结构。
20.有益效果：使球座同时作为挡止结构与排液活塞进行挡止配合，简化了注水井油套连通装置的结构。
21.进一步地，所述排液孔设有多个且在周向上均布。
22.有益效果：这样可以提高泄流效率，使管柱内液体实现快速泄流。
23.本发明锚定式油套连通装置采用如下技术方案：
24.锚定式油套连通装置，包括中心管，中心管上设有锚定机构和解封机构，中心管上还串接有注水井油套连通装置，注水井油套连通装置包括内管，内管外部固定套装有排液外套，排液外套与内管之间围成环形活塞腔，环形活塞腔中安装有排液活塞，排液活塞与内管、排液外套均密封配合，排液活塞通过排液剪钉固定在环形活塞腔的腔壁上，排液外套上
设有连通环形活塞腔与排液外套外部的排液孔，内管上设有连通内管内腔与环形活塞腔的过流孔，排液活塞将所述过流孔与排液孔隔断，内管的在位于过流孔下侧的位置处设有用于与投球配合的球座，在投球打压时排液剪钉被剪断，排液活塞下移从而将环形活塞腔与排液孔连通。
25.有益效果：本发明提出了一种改进的锚定式油套连通装置，锚定式油套连通装置连接在注水管柱上随管柱一起下入井中，检管作业时，从井口向管柱内投球，球体落至球座上并与球座形成密封配合，此时从井口打压，由于整个空间封闭，在高压作用下，注入水通过内管上的过流孔进入环形活塞腔，挤压排液活塞而将排液剪钉剪断，排液剪钉被剪断后排液活塞失去支撑并在注入水作用下下移，将排液外套上的排液孔让开，使环形活塞腔中的液体能够通过排液孔泄流至套管中，从而实现管柱内液体的快速泄流，避免管柱上提时液体喷出造成环境污染。
26.进一步地，排液活塞将所述环形活塞腔分为上下两个腔室，所述内管上的过流孔与上腔室连通，下腔室的长度满足排液活塞下移后使上腔室与排液孔连通，下腔室与排液外套外部连通。
27.有益效果：使内管上的过流孔处于排液外套上所设的排液孔的上方，这样更有利于使管柱中的液体能够彻底泄出。
28.进一步地，上腔室内设有弹簧，弹簧向下挤压所述排液活塞。
29.有益效果：弹簧提供给排液活塞向下的挤压作用力，在排液剪钉被剪断的瞬间，弹簧迅速释放，使排液活塞在液体和弹簧的双重挤压作用下快速下行而让开排液孔，从而实现快速泄流。
30.进一步地，球座套装在内管外部，排液外套、球座、内管以及排液活塞共同围成所述下腔室。
31.有益效果：这样设置一方面能够避免球座占用内管的内部空间，在投球之前使内管保持一定的大通径，避免对测调仪器正常起下造成干涉，另一方面不需要另外设置其他结构对环形活塞腔的下端进行封堵以围成下腔室，简化了装置结构。
32.进一步地，球座螺纹连接在内管下端，球座和排液外套套装且间隙配合。
33.有益效果：球座螺纹连接在内管下端且与排液外套间隙配合，这样在投球打压时压力就可以通过球座传递至内管上，而不会传递至排液外套上，避免排液外套承受过大压力而对排液外套与内管之间的固定连接造成破坏，而且这样的结构能够使球座的固定连接更可靠。球座和排液外套套装且间隙配合，在排液活塞下移时下腔室中的气体也可通过此处间隙排出。
34.进一步地，所述排液剪钉由外向内穿过排液外套和排液活塞而将排液活塞与排液外套固定在一起。
35.有益效果：排液剪钉从外部安装，使其安装十分方便。
36.进一步地，环形活塞腔内在排液活塞下方设有挡止结构，挡止结构与排液活塞挡止配合以防止排液活塞从活塞腔下端脱出。
37.有益效果：通过设置挡止结构，能够避免排液剪钉被剪断后排液活塞从活塞腔下端脱出而造成井内落物，带来不必要的麻烦。
38.进一步地，球座固定连接在内管下端且套装在内管外部，球座构成所述挡止结构。
39.有益效果：使球座同时作为挡止结构与排液活塞进行挡止配合，简化了注水井油套连通装置的结构。
40.进一步地，所述排液孔设有多个且在周向上均布。
41.有益效果：这样可以提高泄流效率，使管柱内液体实现快速泄流。
附图说明
42.图1为本发明锚定式油套连通装置的实施例1的部分结构示意图；
43.图2为注水井油套连通装置的结构示意图；
44.图中：1、上接头；2、中心管；3、上锥瓦套；4、卡瓦；5、卡瓦托；6、坐封剪钉；7、坐封控制环；8、锁环；9、固定套；10、解封外套；11、锚定活塞；12、密封圈；13、解封剪钉；14、排液外套；15、弹簧；16、垫圈；17、排液活塞；18、排液孔；19、排液剪钉；20、球座；21、下接头；22、过液孔；23、过流孔；24、内管。
具体实施方式
45.本发明锚定式油套连通装置连接在注水管柱上随管柱一起下入井中，注水作业时锚定机构将注水管柱锚定在套管上，可以避免注水管柱发生蠕动，提高管柱寿命；检管作业时，通过投球打压能够实现管柱内液体快速泄流，避免管柱上提时液体喷出造成环境污染。
46.以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
47.本发明锚定式油套连通装置的实施例1：
48.如图1所示，锚定式油套连通装置包括中心管2，中心管2上端螺纹连接有上接头1，中心管2上设有锚定机构、锁紧机构和解封机构，中心管2上在靠下位置还串接有注水井油套连通装置。
49.锚定机构包括上锥瓦套3、卡瓦4、卡瓦托5以及锚定活塞11，上锥瓦套3、卡瓦4、卡瓦托5从上向下依次套装在中心管2外部，上锥瓦套3与中心管2螺纹连接，卡瓦4和卡瓦托5滑动套装在中心管2外部，上锥瓦套3具有锥面结构，卡瓦4与上锥瓦套3的锥面滑动配合。锚定活塞11滑动套装在中心管2外部且位于卡瓦托5的下方，锚定活塞11为圆环状结构，锚定活塞11的内周面上设有密封槽，密封槽中安装有密封圈12以实现锚定活塞11与中心管2的密封配合。当锚定活塞11向上活动时推动卡瓦托5和卡瓦4向上活动，卡瓦4沿着上锥瓦套3的锥面向上活动而撑开，卡瓦牙卡在套管内壁上而实现坐封。
50.锁紧机构包括坐封控制环7、锁环8以及固定套9，坐封控制环7、锁环8以及固定套9由上向下依次套装在卡瓦托5外部，坐封控制环7通过坐封剪钉6固定在卡瓦托5上，锁环8位于坐封控制环7与固定套9之间，固定套9与解封外套10螺纹连接。锁环8的内周面和卡瓦托5的外周面上对应设有马牙扣，使得卡瓦托5只能够向上活动，而不能够向下活动。在卡瓦托5向上活动并带动卡瓦4向上活动而卡在套管内壁上时，锁环8上的马牙扣将卡瓦托5锁紧，使卡瓦托5不能向下活动，卡瓦托5保持对卡瓦4的支撑，从而实现坐封锚定。
51.解封机构包括解封外套10，解封外套10套装在锁紧机构的外部，解封外套10的上端与坐封控制环7螺纹连接，解封外套10的下端通过解封剪钉13固定在中心管2上，解封外套10与中心管2之间围成有环形腔室，锚定活塞11容纳于该环形腔室中，锚定活塞11的内周面和外周面上均设有密封槽，密封槽中安装有密封圈12以实现锚定活塞11与中心管2、解封
外套10的密封滑动配合。中心管2的管壁上设有过液孔22，过液孔22连通中心管2内腔与该环形腔室，使得中心管2内的液体能够通过过液孔22进入该环形腔室中，锚定活塞11上设有斜面结构，斜面结构与过液孔22的位置相对，使得中心管2内的液体能够通过过液孔22作用于该斜面上从而推动锚定活塞11向上活动。解封外套10下部与中心管2之间设有密封圈12，以避免环形腔室中的液体向下泄流。
52.中心管2上在靠下位置还串接有注水井油套连通装置，如图2所示，注水井油套连通装置包括内管24、排液外套14、排液活塞17以及球座20，内管24固定连接在中心管2下端，排液外套14套装在内管24外部且上端与内管24螺纹连接，排液外套14与内管24之间围成有环形活塞腔，排液活塞17容纳于环形活塞腔中，排液活塞17的内、外周面上均设有密封槽，密封槽中安装有密封圈，以实现排液活塞17与内管24、排液外套14的密封配合。排液剪钉19由外向内穿过排液外套14和排液活塞17而将排液活塞17与排液外套14固定在一起。排液外套14上沿周向均匀设有多个连通环形活塞腔与排液外套14外部的排液孔18，排液活塞17被固定在排液外套14上而将排液孔18封堵住。
53.排液活塞17将环形活塞腔分为上下两个腔室，内管24的管壁上设有连通上腔室的过流孔23，排液活塞17将过流孔23与排液孔18隔断。上腔室内安装有弹簧15，弹簧15向下挤压排液活塞17，排液活塞17与弹簧15之间夹装有垫圈16，垫圈16滑动安装在上腔室内。下腔室的长度满足排液活塞17下移后使上腔室与排液孔18连通，排液外套14上有连通下腔室与排液外套外部的连通孔。球座20固定连接在内管24下端且套装在内管24外部，球座20与排液外套14、内管24、排液活塞17共同围成下腔室。球座20和排液外套14套装且间隙配合，下腔室中的气体也可通过该间隙排出。
54.球座20为环形座体，环形座体的内腔为变径结构，环形座体包括上部大孔段和下部小孔段，上部大孔段套装在内管24外部且与内管24下端螺纹连接，下部小孔段的内径小于内管24的内径，用于在投球时支撑球体。下部小孔段的内壁面的上下两端均设有倒角结构，在测调仪器上提下放时能够对测调仪器起到一定的导向作用，保证测调仪器顺利通过。
55.球座20与排液活塞17间隔一定距离，在排液剪钉19被剪断，排液活塞17下移时，球座20能够与排液活塞17形成挡止配合，以防止排液活塞17向下脱出活塞腔。投球打压前，排液活塞17被固定在排液外套14上，排液孔18被封堵；投球打压时，排液剪钉19被剪断，排液活塞17失去支撑而下移，将排液孔18让开，实现管柱液体的泄流。排液剪钉19的剪断载荷要高于平时注水压力和节流差压施加给排液活塞17的载荷。
56.球座20下端螺纹连接有下接头21，下接头21上设有用于连接管柱的螺纹段。
57.现场使用时，将本发明锚定式油套连通装置通过上、下接头连接在注水管柱上，随管柱一起下井，使锚定式油套连通装置处于最上一级配水器的上方，向管柱内注水时，注入水通过中心管2上的过液孔22进入解封外套10与中心管2围成的环形腔室中并推动锚定活塞11上移，锚定活塞11推动卡瓦托5向上活动实现卡瓦4坐封，此时锁环8上的马牙扣将卡瓦托5锁紧，实现永久坐封锚定；需要泄管柱内液柱时，从井口投入相应尺寸的球体，球体坐于球座20上并与球座20密封配合，然后从井口打压，由于整个空间封闭，在高压作用下，注入水向下挤压排液活塞17而将排液剪钉19剪断，与此同时上端设置的弹簧15也快速释放，排液活塞17在注入水和弹簧15的双重作用力下快速下移，让开排液外套14上的排液孔18，从而实现快速彻底的泄管柱内液柱，由于卡瓦4已将管柱锚定在套管上，因此大大降低了管柱
打压断脱的风险；解封时，上提管柱，解封剪钉13被剪断，解封外套10失去支撑而向下活动，卡瓦托5失去支撑而下移，使卡瓦4解除锚定，轻松实现解封。
58.本发明锚定式油套连通装置在投球前，中心管和内管保留一定的大通径，能够满足测调仪器正常起下，与目前注水工艺不冲突，且初期能够锚定注水管柱，提高工具使用寿命；后期检管作业时，通过投球能够快速释放管柱内液柱，实现注水管柱正常泄压。
59.实施例2：与上述实施例1的主要区别在于，排液活塞位于环形活塞腔的上端，与环形活塞腔的上腔壁接触，排液活塞的内表面上设有斜面，斜面与内管上的过流孔位置相对，内管中的液体通过过流孔后作用于该斜面上从而推动排液活塞下移，排液孔位于过流孔的下方，在排液活塞下移一定距离后能够使环形活塞腔与排液孔连通，液体可通过排液孔泄出。
60.实施例3：与上述实施例1的主要区别在于，排液活塞将活塞腔分为上下两个腔室，内管上的过流孔与下腔室连通，排液活塞通过排液剪钉固定在排液外套上而将排液孔封堵，下腔室中设有弹簧，弹簧向上挤压排液活塞，球座固定连接在内管下端，球座与内管、排液外套之间均设有密封圈，注入水从过流孔流入下腔室内，投球后打压，注入水向上挤压排液活塞，排液剪钉被剪断，排液活塞上移而让开排液孔，实现管柱内液体泄流。
61.实施例4：与上述实施例1的主要区别在于，上腔室内没有设置弹簧，排液剪钉剪断后排液活塞依靠液体作用力向下活动。
62.实施例5：与上述实施例1的主要区别在于，球座螺纹套装在内管内部，在内管外部固定套装有一个限位挡环，限位挡环位于排液活塞的下方，排液外套、限位挡环、内管以及排液活塞共同围成下腔室，同时可通过限位挡环对排液活塞进行挡止限位，以防止排液活塞从活塞腔下端脱出。
63.实施例6：与上述实施例1的主要区别在于，球座套装在排液外套和内管之间，球座与排液外套螺纹连接且与内管间隙配合。
64.实施例7：与上述实施例1的主要区别在于，排液剪钉由内向外穿过内管和排液活塞而将排液活塞与内管固定在一起。
65.在上述实施例1中，注水井油套连通装置的内管固定连接在中心管的下端，而在其他实施例中，内管和中心管还可以为一体结构。
66.本发明还提供了一种注水井油套连通装置的实施例，其具体结构与上述锚定式油套连通装置各实施例中注水井油套连通装置的结构相同，此处不再赘述。
67.以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种注水井油套连通装置，其特征在于：用于串接在管柱上，包括内管(24)，内管(24)外部固定套装有排液外套(14)，排液外套(14)与内管(24)之间围成环形活塞腔，环形活塞腔中安装有排液活塞(17)，排液活塞(17)与内管(24)、排液外套(14)均密封配合，排液活塞(17)通过排液剪钉(19)固定在环形活塞腔的腔壁上，排液外套(14)上设有连通环形活塞腔与排液外套(14)外部的排液孔(18)，内管(24)上设有连通内管内腔与环形活塞腔的过流孔(23)，排液活塞(17)将所述过流孔(23)与排液孔(18)隔断，内管(24)的在位于过流孔(23)下侧的位置处设有用于与投球配合的球座(20)，在投球打压时排液剪钉(19)被剪断，排液活塞(17)下移从而将环形活塞腔与排液孔(18)连通。2.根据权利要求1所述的注水井油套连通装置，其特征在于：排液活塞(17)将所述环形活塞腔分为上下两个腔室，所述内管(24)上的过流孔(23)与上腔室连通，下腔室的长度满足排液活塞(17)下移后使上腔室与排液孔(18)连通，下腔室与排液外套(14)外部连通。3.根据权利要求2所述的注水井油套连通装置，其特征在于：上腔室内设有弹簧(15)，弹簧(15)向下挤压所述排液活塞(17)。4.根据权利要求2所述的注水井油套连通装置，其特征在于：球座(20)套装在内管(24)外部，排液外套(14)、球座(20)、内管(24)以及排液活塞(17)共同围成所述下腔室。5.根据权利要求4所述的注水井油套连通装置，其特征在于：球座(20)螺纹连接在内管(24)下端，球座(20)和排液外套(14)套装且间隙配合。6.根据权利要求1-5任意一项所述的注水井油套连通装置，其特征在于：所述排液剪钉(19)由外向内穿过排液外套(14)和排液活塞(17)而将排液活塞(17)与排液外套(14)固定在一起。7.根据权利要求1所述的注水井油套连通装置，其特征在于：环形活塞腔内在排液活塞(17)下方设有挡止结构，挡止结构与排液活塞(17)挡止配合以防止排液活塞(17)从环形活塞腔下端脱出。8.根据权利要求7所述的注水井油套连通装置，其特征在于：球座(20)固定连接在内管(24)下端且套装在内管(24)外部，球座(20)构成所述挡止结构。9.根据权利要求1-5任意一项所述的注水井油套连通装置，其特征在于：所述排液孔(18)设有多个且在周向上均布。10.锚定式油套连通装置，包括中心管(2)，中心管(2)上设有锚定机构和解封机构，其特征在于：中心管(2)上还串接有如权利要求1-9任意一项所述的注水井油套连通装置。

技术总结
本发明涉及分层注水井修井作业技术领域，尤其涉及一种注水井油套连通装置及锚定式油套连通装置。注水井油套连通装置包括内管，内管外部固定套装有排液外套，排液外套与内管之间围成环形活塞腔，环形活塞腔中安装有排液活塞，排液活塞与内管、排液外套均密封配合，排液活塞通过排液剪钉固定在环形活塞腔的腔壁上，排液外套上设有连通环形活塞腔与排液外套外部的排液孔，内管上设有连通内管内腔与环形活塞腔的过流孔，排液活塞将所述过流孔与排液孔隔断，内管的在位于过流孔下侧的位置处设有用于与投球配合的球座，在投球打压时排液剪钉被剪断，排液活塞下移从而将环形活塞腔与排液孔连通。检管作业时通过投球打压能够实现管柱内液体快速泄流。液体快速泄流。液体快速泄流。


技术研发人员：田红燕 孟卫东 王新亮 任虹 张喜玲 崔灿
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司河南油田分公司
技术研发日：2023.05.17
技术公布日：2023/8/9