一种带压投送保护井口装置的制作方法

本实用新型涉及油田注水井带压作业技术领域，特别涉及一种带压投送保护井口装置。

背景技术：

在石油天然气勘探开发过程中，高压油气井生产管柱从井里起出或处理井下复杂事故等多种工况下需要对生产管柱进行管内封堵。由于地层压力过高，井筒内流体具有很高压力。采用放喷泄压的方法，不仅会破坏地层，降低地层能量，而且井筒内压力短时间内不会降低到零，前期的注水效果也会付之东流；而采用高密度压井液压井方法进行作业，可能污染且危害地层，降低地层孔隙渗透率，影响后期注水效果；因此，最理想的方法是进行带压作业。然而，带压作业的首要前提是通过带压投送装置将过油管封隔器投送至生产管柱内部的预定位置并坐封以隔离生产管柱内部的压力通道，实现生产管柱的内部封堵；在生产管柱完成封堵后再进行井口加压，检测并确定过油管封隔器的密封情况良好后，即可进行正常的生产作业。

在带压作业过程中使用的带压投送装置常采用钢丝，电缆或连续油管将过油管封隔器投送至生产管柱内部预定位置后实现坐封。已公开专利CN2753869Y公开了一种不压井更换高压天然气采气井口闸阀装置，其介绍了一种试井钢丝作业投送油管堵塞器的方法，由于钢丝投送作业的下入动力主要靠自身重力，容易遇阻，而通过上提钢丝实现坐封的过程中，由于钢丝强度有限容易导致坐封力不足，因而施工成功率较低，而且在作业过程中一旦发生钢丝断裂就会造成重大井下作业事故。另外，由于电缆自身的弹性及井内高压，易造成油管堵塞器中途坐封，引发重大事故，而且需要在每段油管连接的位置安装电缆保护器以保护电缆，导致施工工序增加；此外，由于长时间电缆作业对井控安全要求较高，进而导致作业成本较高；而选择连续油管作业则需要耗费大量人力物力，作业成本高。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种实现安全低成本施工同时能够有效提高泵注时地面施工压力限制的带压投送保护井口装置。

为此，本实用新型技术方案如下：

一种带压投送保护井口装置，包括能够插装为一体的上部机构和下部机构；其中，所述上部机构投送油管、坐封/解封控制装置和过油管封隔器；所述下部机构包括游动锁紧机构、固定锁紧机构、双级防喷管、采油树防喷管和双级液压推动器；其中，所述投送油管包括内投送油管和以存在缝隙的形式套装在所述内投送油管外侧的外投送油管；在所述外投送油管的外壁上自上而下开设有间隔设置的第一环形凹槽、第二环形凹槽、第三环形凹槽和第四环形凹槽；所述内投送油管的长度大于所述外投送油管的长度，使所述坐封/解封控制装置和所述过油管封隔器分别套装在所述内投送油管上部外侧和下部外侧，且所述坐封/解封控制装置的底端和所述过油管封隔器的顶端分别抵在所述外投送油管的顶面和底面上，通过所述坐封/解封控制装置控制内投送油管的上行或下行使所述过油管封隔器处于坐封状态或解封状态；所述游动锁紧机构设置并固定在一移动架的中心通孔内，所述固定锁紧机构设置并固定在一固定梁的中心通孔内；所述固定梁平行于所述移动架并间隔设置在所述移动架的下方；所述游动锁紧机构和所述固定锁紧机构能够分别与所述第一环形凹槽、所述第二环形凹槽、所述第三环形凹槽和所述第四环形凹槽相互配合固定在所述外投送油管上；所述固定锁紧机构、所述双级防喷管和所述采油树防喷管依次连接；所述双级防喷管套装在所述外投送油管的外壁上，且与所述外投送油管之间形成密封；所述双级液压推动器包括固定在所述的移动架两侧的两根液压活塞杆、固定在固定梁两侧的两个液压缸筒和两个分别连接在液压活塞杆底端的液压活塞；液压活塞将液压缸筒分隔为两个密闭空间，且在邻近两个液压缸筒顶端和底端的侧壁分别开设有第一进油口A、第二进油口P、第三进油口B和第四进油口T。

进一步地，所述坐封/解封控制装置包括自上而下依次套装在所述内投送油管外侧且依次螺纹连接的上端盖、筒形壳体和下端盖，筒形壳体内设置有一同样套装并固定在所述内投送油管外侧的活塞，活塞将壳体内部空间分隔为位于上部解封腔和位于下部的坐封腔，并在位于壳体的顶端侧壁上开设有一个与解封腔连通的解封控制端口，在位于壳体的底端侧壁上开设有一个与坐封腔连通的坐封控制端口；所述过油管封隔器包括自上而下依次套装在所述内投送油管外侧的上挡环、胶筒、下挡环和压帽；所述压帽螺纹连接在所述内投送油管的外壁上。

进一步地，所述上端盖和所述下端盖的内壁上设置有密封圈，使所述上端盖和所述下端盖分别与所述内投送油管外壁之间形成密封。

进一步地，在壳体的上侧内壁上和下侧内壁上分别设有上行环形限位凸起和下行环形限位凸起。

进一步地，所述内投送油管的顶端至与所述活塞固定处的长度大于所述上端盖的顶面至下行环形限位凸起处的间距。

进一步地，所述双级防喷管包括筒形壳体和设置在筒形壳体内侧且自上而下依次紧密套装在所述外投送油管外壁上的第一级防喷密封芯和第二级防喷密封芯，所述第一级防喷密封芯和所述第二级防喷密封芯间隔设置；其中，在所述第一级防喷密封芯和所述第二级防喷密封芯的顶端侧壁上分别套装有至少一道第一级O形圈和至少一道第二级O形密封圈，在位于所述第一级防喷密封芯和所述第二级O形密封板之间的筒形壳体侧壁上开开设有一个安全孔。

进一步地，在所述双级防喷管外壁上固定有一液压换向阀，液压换向阀上设有转动手柄S；第一进油口A、第二进油口P、第三进油口B和第四进油口T分别通过管路与所述双级防喷管形成连通，并能够通过手柄S，实现将与液压换向阀连接的液压泵与第一进油口A和第二进油口P连通，或与第三进油口B和第四进油口T连通。

进一步地，该带压投送保护井口装置还包括防脱落管；所述防脱落管螺纹连接在所述坐封/解封控制装置的顶端，且在所述防脱落管的对侧侧壁上和所述固定梁的对侧侧壁上各设置有两个第一挂耳和第二挂耳；两个所述第一挂耳上分别固定有第一钢丝绳绳索和第二钢丝绳绳索，两个所述第二挂耳上分别固定有第三钢丝绳绳索和第三钢丝绳绳索，所述第一钢丝绳绳索与所述第二钢丝绳绳索之间、所述第三钢丝绳绳索与所述第三钢丝绳绳索之间分别通过锁具连接固定。

进一步地，在防脱落管的顶端还螺纹连接有上接头。

该带压投送保护井口装置设计结构合理，安全可靠，可以隔离采油树上挂，提高泵注时地面施工压力限制，减少压井作业带来的储层污染，保证油田开发获得良好效果。

附图说明

图1为本实用新型的带压投送保护井口装置的上部机构的结构示意图；

图2为本实用新型的带压投送保护井口装置的下部机构的结构示意图；

图3为本实用新型的带压投送保护井口装置的双级防喷管的结构示意图；

图4为本实用新型的带压投送保护井口装置与采油树连接的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步的说明，但下述实施例绝非对本实用新型有任何限制。

如图1～2所示，该带压投送保护井口装置包括能够插装为一体的上部机构和下部机构；其中，所述上部机构包括上接头1、防脱落管2。投送油管4、坐封/解封控制装置3和过油管封隔器5；所述下部机构包括游动锁紧机构6、固定锁紧机构7、双级防喷管8、采油树防喷管9和双级液压推动器10。

具体地，如图1所示，在该带压投送保护井口装置到的上部机构中：

防脱落管2包括筒形本体2a和设置在筒形本体2a对侧侧壁上两个挂耳2b；在防脱落管2顶端还螺纹连接有上接头1。

投送油管4包括内投送油管4a和以存在缝隙的形式套装在内投送油管4a外侧的外投送油管4b；在外投送油管4b的外壁上自上而下开设有间隔设置的第一环形凹槽4c、第二环形凹槽4d、第三环形凹槽4e和第四环形凹槽4f；

坐封/解封控制装置3包括自上而下依次螺纹连接的上端盖3b、筒形壳体3a和下端盖3c，以及设置在壳体3a内侧的活塞3d；活塞3d将壳体3a壳体3a的内部空间分隔为上部的解封腔3g和位于下部的坐封腔3h，对应地，在位于壳体3a的顶端侧壁上开设有一个与解封腔3g连通的解封控制端口3e，在位于壳体3a的底端侧壁上开设有一个与坐封腔3h连通的坐封控制端口3f；其中，上端盖3b、活塞3d和下端盖3c的中心处均开设有与内投送油管4a的外径相适应的通孔，使坐封/解封控制装置3套装在内投送油管4a的上部外侧，活塞3d与内投送油管4a螺纹连接固定，使内投送油管4a能够随活塞3d的上下运动；上端盖3b和下端盖3c的内壁上设置有密封圈，使二者分别与内投送油管4a外壁之间形成密封；外投送油管4b的顶端螺纹连接在下端盖3c的底部；

使用时，利用液压软管将解封控制端口3e和坐封控制端口3f与液压泵连接，通过控制液压油流向解封腔3g或坐封腔3h，实现通过控制活塞3d的上下移动带动内投送油管4a随之上上下移动；其中，为了保证内投送油管4a的顶端在上下移动中一直位于上端盖3b的上方，内投送油管4a顶端至与活塞3d的螺纹连接处的长度大于上端盖3b顶面至活塞下行最低点处的距离；同时，在壳体3a的上、下侧内壁上分别设有环形限位凸起，作为活塞3d在壳体3a内部上行限位点和下行限位点；

过油管封隔器5包括自上而下依次套装在内投送油管4a底端外侧侧壁上的上挡环5a、胶筒5b、下挡环5c和压帽5d；其中，压帽5d螺纹连接在内投送油管4a的外壁上，使上挡环5a抵在外投送油管4b的底面上；

如图2所示，在该带压投送保护井口装置的下部机构中：

游动锁紧机构6设置并固定在一移动架11的中心通孔内；固定锁紧机构7设置并固定在一固定梁12的中心通孔内；游动锁紧机构6和固定锁紧机构7均包括内径与外投送油管4b的外径相适应的管体，在管体侧壁上沿圆周方向均布开设有四个分别插装有螺栓的螺孔，螺栓的外侧端部设有旋转手柄，通过旋转螺栓的旋转手柄增加螺栓拧入螺孔中的深度实现改变管体的内径；

游动锁紧机构6、固定锁紧机构7和投送油管4的中轴线重合，且开设在投送油管4上的第一环形凹槽4c、第二环形凹槽4d、第三环形凹槽4e和第四环形凹槽4f分别能够配合游动锁紧机构6和固定锁紧机构7实现投送管4与移动梁11和固定梁12的固定与脱离；具体地，使用时通过转动游动锁紧机构6和固定锁紧机构7的螺栓手柄，实现将游动锁紧机构6固定在外投送油管4b的第一环形凹槽4c中或第三环形凹槽4e中，将固定锁紧机构7固定在外投送油管4b的第二环形凹槽4d中或第四环形凹槽4f中；

其中，第一环形凹槽4c、第二环形凹槽4d、第三环形凹槽4e和第四环形凹槽4f在投送油管4上的开设位置与设置在内投送油管4a上的过油管封隔器5预设下入生产管柱内的位置相适应，即当游动锁紧机构6和固定锁紧机构7分别锁定在第一环形凹槽4c和第二环形凹槽4d上时，内投送油管4a上的过油管封隔器5位于生产管柱内侧的预设位置上；而当游动锁紧机构6和固定锁紧机构7分别锁定在第三环形凹槽4e和第四环形凹槽4f上时，过油管封隔器5与生产管柱相脱离；

如图3所示，双级防喷管8包括筒形壳体8e和设置在筒形壳体8e内侧且自上而下依次紧密套装在外投送油管4b外壁上的第一级防喷密封芯8b和第二级防喷密封芯8d，第一级防喷密封芯8b和第二级防喷密封芯8d间隔设置；其中，在第一级防喷密封芯8b和第二级防喷密封芯8d的顶端侧壁上还分别套装有两道第一级O形圈8a和两道第二级O形密封圈8c，使外投送油管4b的外壁分别与第一级防喷密封芯8b和第二级防喷密封芯8d的内壁之间形成密封，筒形壳体8e的内壁分别与第一级防喷密封芯8b和第二级防喷密封芯8d的外壁之间形成密封；在位于第一级防喷密封芯8b和第二级防喷密封芯8d之间的筒形壳体8e的侧壁上开开设有一个用于检测是否密封严密的安全孔8f，用于检测第一级防喷密封芯8b或第二级防喷密封芯8d是否出现失效的问题；

固定锁紧机构7、双级防喷管8的筒形壳体8e和采油树防喷管9依次螺纹连接固定；采油树防喷管9底端与采油树清蜡阀门16螺纹连接固定；

双级液压推动器10包括对称设置的两根液压活塞杆10a、分别连接在两根活塞杆10a底端的两个液压活塞10c和分别套装在位于同侧液压活塞杆10a和液压活塞10c外侧的两个液压缸筒10b；其中，两根液压活塞杆10a的顶端分别通过螺栓13固定在移动架11的两端；两个液压缸筒10b分别插装并固定在邻近固定梁12两端开设的两个通孔内，且在邻近两个液压缸筒10b顶端和底端的侧壁分别开设有第一进油口A、第二进油口P、第三进油口B和第四进油口T，通过控制液压油的注入口使两个液压活塞10c带动两根液压活塞杆10a上下运动，进一步带动整个下部机构实现上下运动；

为便于控制双级液压推动器10的液压活塞杆10a的上行运动和下行运动，在第一进油口A、第二进油口P、第三进油口B和第四进油口T分别连接有连通管路，四条管路的另一端汇聚至固定在双级防喷管8外壁上的在液压换向阀15处且分别与液压换向阀15的四个端口连接形成连通；液压换向阀15与外置的液压泵通过液压软管连通，另外，液压换向阀15外侧设置有手柄S，实现通过转动手柄S将液压泵与第一进油口A和第二进油口P连通，或将液压泵与第三进油口B和第四进油口T连通，即实现液压油流向换向。

为了避免具有插装关系的上部机构和下部机构之间滑脱，在固定梁12的两端端壁对称设置有两个第二挂耳12a；对应地，在两个第一挂耳2b上分别固定有第一钢丝绳绳索14a和第二钢丝绳绳索14b，在两个第二挂耳12a上分别固定有第三钢丝绳绳索14c和第三钢丝绳绳索14d，所述第一钢丝绳绳索14a与所述第二钢丝绳绳索14b之间、所述第三钢丝绳绳索14c与所述第三钢丝绳绳索14d之间分别通过锁具连接固定；其中，第一钢丝绳绳索31和第三钢丝绳绳索33的总长度与第二钢丝绳绳索32和第四钢丝绳绳索34的总长度一致，且总长度要满足双级液压推动器10的活塞运动最大行程的要求，即不能影响双级液压推动器10的液压活塞的运动。

该带压投送保护井口装置的工作原理：

该带压投送保护井口装置能够隔离采油树上挂，提高泵注时地面施工压力限制；具体地，如图4所示，采油树主要包括自上而下依次连接采油树清蜡阀门16、采油树小四通17、采油树2号阀门18、采油树1号阀门19、采油树大四通20和油管21；使用时，将该带压投送保护井口装置上部机构中的上接头1与外部高压管线连接，并通过设置在上接头1与高压管线之间的旋塞阀实现连通或闭合；而下部机构中的采油树防喷管9则与采油树的采油树清蜡阀门16通过螺纹连接固定；然后依次通过带压投送、封隔器坐封、泵注施工、封隔器解封、带压起出五个步骤完成带压施工作业；具体地，

使设置在上接头1与高压管线之间的旋塞阀处于关闭状态；解封控制端口3e和坐封控制端口3f分别通过液压软管与外部液压泵连接，并通过解封控制端口3e泵入液压油，保证过油管封隔器5的胶筒5b处于放松状态；然后将液压换向阀15的进油口和出油口分别与外部液压泵连接；然后转动液压换向阀15的手柄S，通过使液压泵与第三进油口B和第四进油口T分别形成连通或使液压泵与第一进油口A和第二进油口P分别形成连通，使液压活塞杆10a带动游动锁紧机构7上行或下行运动至第三环形凹槽4e处，并通过转动游动锁紧机构6上的螺栓手柄使游动锁紧机构6锁定在投送油管4上的第三环形凹槽4e处；然后转动液压换向阀15的手柄S，通过使液压泵与第三进油口B和第四进油口T分别形成连通或使液压泵与第一进油口A和第二进油口P分别形成连通，使液压活塞杆10a带动与游动锁紧机构7锁定的投送油管4上行或下行运动，使投送油管4上的第四环形凹槽4f对准固定锁紧机构7，并通过转动固定锁紧机构7上的螺栓手柄使固定锁紧机构7锁定在投送油管4上的第四环形凹槽4f处；

带压投送：转动游动锁紧机构6上的螺栓手柄使游动锁紧机构6松开投送油管4，然后转动液压换向阀15的手柄S，通过使液压泵与第三进油口B和第四进油口T分别形成连通，使液压油注入至液压缸筒10b的下部空间内并推动液压活塞杆10a上行至游动锁紧机构6与第一环形凹槽4c对准并锁定；接着，转动固定锁紧机构7上的螺栓手柄使固定锁紧机构松开投送油管4，并转动液压换向阀15的手柄S，通过使液压泵与第一进油口A和第二进油口P分别形成连通，使液压油注入至液压缸筒10b的上部空间内，推动液压活塞杆10a带动游动锁紧机构6下行，游动锁紧机构6同时带动投送油管4、过油管封隔器5下行至投送油管4的第一环形凹槽4d对准固定锁紧机构7，将固定锁紧机构7锁定在第二环形凹槽4d处，此时，过油管封隔器5达到生产管柱预定位置；其中，移动过程中双级防喷管8内的两个密封胶芯密封双级防喷管8的壳体8e与投送油管4之间形成的环形空间，一旦发现壳体8e上的安全孔8f处有液体流出则证明密封胶芯已经损坏，需要停止作业，起出投送管并更换密封胶芯；

封隔器坐封：解封控制端口3e和坐封控制端口3f分别通过液压软管与外部液压泵连接；坐封时，从坐封控制端口3f注入液压油至坐封腔3g以推动活塞3d向上移动，内投送油管4a随之向上移动并与外投送油管4b产生相对位移，挤压过油管封隔器5的胶筒5b压缩扩径，过油管封隔器5坐封在生产管柱内壁上形成封堵；其中，在与采油树小四通17的侧翼连接管路的闸门上安装有压力表22，根据压力表22显示的压力数值验证过油管封隔器5的坐封密封性是否符合施工要求；

泵注施工：坐封后，即可进行相应的泵注施工或其他施工操作；

封隔器解封：与坐封原理相同，当需要解封时，液压油从解封控制端口3e注入至解封腔3h以推动活塞6向下移动，内投送油管4a随之向下移动并与外投送油管4b产生相对位移，过油管封隔器5的胶筒5b失去挤压作用力，胶筒恢复原状，实现投送装置的解封动作；

带压起出：转动固定锁紧机构7上的螺栓手柄使固定锁紧机构7松开投送油管4，然后转动液压换向阀15的手柄S，通过使液压泵与第三进油口B和第四进油口T分别形成连通，使液压油注入至液压缸筒10b的下部空间内并推动液压活塞杆10a带动游动锁紧机构6上行，游动锁紧机构6同时带动投送油管4、过油管封隔器5上行至投送油管4的第四环形凹槽4f对准固定锁紧机构7，将固定锁紧机构7锁定在第四环形凹槽4f处；接着，转动游动锁紧机构6上的螺栓手柄使游动锁紧机构6松开投送油管4，并转动液压换向阀15的手柄S，通过使液压泵与第一进油口A和第二进油口P分别形成连通，使液压油注入至液压缸筒10b的上部空间内，推动液压活塞杆10a带动游动锁紧机构6下行至与投送油管4的第三环形凹槽4e对准，并令游动锁紧机构6锁定在第三环形凹槽4e处；此时，关闭采油树清蜡阀门16，泄压后拆除设备，带压作业完成。