井口密封装置以及带压更换光杆的方法与流程

1.本发明属于油田开发领域，具体地，涉及一种井口密封装置以及带压更换光杆的方法。


背景技术：

2.抽油机是开采石油的一种机器设备，俗称“磕头机”。抽油机是有杆抽油系统中最主要举升设备，其通过使得在油层处的活塞往复运动来泵油。
3.抽油杆是抽油机井的细长杆件，其在上端接光杆，下接抽油泵起传递动力的作用。抽油杆单根长度为7.62或8米、9.14m，材质一般是低碳合金钢经过调质处理，在油管内用内螺纹箍一根根连接起来一直延伸到地下油层处的活塞上，通过往复运动来泵油。目前的油井长度一般在两千米左右，以胜利油田为例，最深的以达三千余米。
4.抽油机井的光杆是为实现抽油杆与悬绳器之间的连接而特制的“抽油杆”。因为处于抽油杆的最上部，受力最大，所以光杆的直径比抽油杆直径要大，钢的级别要高，表面更光滑。主要作用是：第一，与盘根盒中的盘根组合，密封井口，防止油、气、水泄漏；第二，实现抽油杆与悬绳器间的连结过渡；第三，完成示功图测试；第四，实现井口的各种操作，如碰泵、调整泵挂等。
5.盘根盒用于密封油管与光杆环形空间的井口动密封装置，它采用多级密封，耐高压。盘根盒用于在光杆随抽油机动力上下移动时，提供光杆与盘根盒之间的滑动密封。
6.为了使光杆牢固固定在悬绳器的上部，通常会在光杆的上部打一个光杆专用固定卡、从而完成光杆与悬绳器的连接。由于光杆长期处于高负荷的上下运行，光杆会发生断脱。光杆断脱就会直接掉入井内，采油树上的盘根盒最上部就会裸露出一个直径30mm孔道，集油管线内的原油就会沿着孔道喷出，就会造成抽油设备及井场周围地面上的大面积污染，从而也影响了油井的正常生产。如果发现不及时，喷出时间越长造成的污染就会越大，后期的治理难度就会越大，治理时要请专业的队伍使用多种特种车辆进行治理，治理时间长、费用高并对环境产生较大的危害。
7.目前稠油热采井由于光杆偏磨、腐蚀原因，造成井口刺漏，油井无法正常机抽生产，影响产量。为恢复油井正常生产，需更换新光杆实施抽油，但井内为高温高压环境，目前采用干冰冷冻作业暂堵井下压力实施光杆更换，但该工艺作业成本极高，且存在作业过程化冻引起的井喷风险。
8.因此，需要一种能够方便地且密封地更换光杆的井口密封装置。


技术实现要素：

9.本发明的主要目的在于提供一种井口密封装置以及带压更换光杆的方法，以解决现有技术中的采用干冰冷冻作业成本高、且存在作业过程化冻引起的井喷风险的问题。
10.为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种井口密封装置，包括：作业四通，所述作业四通的下部与采油树连通；防喷管，连接在所述作业四通的上部，与光杆
连接的抽油杆能够在所述防喷管内下上往复运动；盘根盒，安装在所述防喷管的上部，所述光杆穿过所述盘根盒；两个闸阀，分别安装在所述作业四通的左侧与右侧，各所述闸阀能在打开状态和关闭状态之间切换；以及两个闸板密封器总成，与两个所述闸阀一一对应地连通，各所述闸板密封器总成包括外壳及可移动地设置在所述外壳内的闸板；其中，所述闸阀处于所述打开状态下，两个所述闸板密封器总成的闸板能够伸入至所述作业四通内并从所述抽油杆的两侧夹住所述抽油杆，并且切断所述作业四通的上部与下部之间的流体连通。
11.进一步地，所述作业四通的下部与所述采油树的四通连通。
12.进一步地，所述盘根盒是塔式盘根盒。
13.进一步地，所述闸板密封器总成通过闸板轴的旋转运动来控制所述闸板的运动。
14.进一步地，所述闸板密封器总成包括通过过盈配合固定在所述外壳内的轴密封件，所述闸板轴穿过所述轴密封件，且所述轴密封件能够实现围绕所述闸板轴的轴向密封。
15.进一步地，所述闸板密封器总成可拆卸地连接在所述闸阀上。
16.进一步地，所述井口密封装置还包括外部控制装置，所述外部控制装置驱动所述闸阀在所述打开状态和所述关闭状态之间的切换。
17.进一步地，所述外部控制装置为手轮。
18.进一步地，所述手轮可拆卸地设置在所述闸阀上，所述手轮能够控制所述闸板密封器总成的闸板移动。
19.应用本发明的技术方案，井口密封装置包括两个闸阀和两个闸板密封器总成。闸阀处于打开状态下，两个闸板密封器总成的闸板能够伸入至作业四通内并从抽油杆的两侧夹住抽油杆，并且切断作业四通的上部与下部之间的流体连通。此时即可进行光杆更换的操作。本申请的技术方案结构紧凑，能够根据需要改变作业四通上连接的设备，适应性强；由于作业四通能够带压便捷更换光杆，有效地节约了生产成本，提高了油井生产时率；通过使用作业四通，安装方便，不影响其他作业；通过使得闸板在非作业是与加压环境相隔绝，解决了闸板胶芯长期处于高温环境不耐老化的问题；并且作业四通结构使用安全方便，操作简单，实现了快速安全带压更换光杆的目的。
20.根据本发明的另一方面，提供了一种带压更换光杆的方法，该方法采用上述的井口密封装置，所述方法包括以下步骤：在闸阀的关闭状态下，将两个闸板密封器总成对应地与两个所述闸阀相连接；将所述闸阀由所述关闭状态切换至打开状态；驱动两个所述闸板密封器总成的闸板移动以夹住所述抽油杆，并且切断所述作业四通的上部与下部之间的流体连通；更换所述防喷管中所述光杆；退出所述闸板，并将所述闸阀由打开状态切换至所述关闭状态；以及将所述闸板密封器总成从所述闸阀上拆卸下来。
21.应用本发明的技术方案，通过在闸阀的关闭状态下，使得闸板能够退出并且脱离高温高压的工作环境，解决了闸板胶芯长期处于高温环境不耐老化的问题。
附图说明
22.构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
23.图1示出了根据本发明的井口密封装置的实施例的结构示意图。
24.其中，上述附图包括以下附图标记：
25.1、光杆；2、抽油杆；3、作业四通；4、盘根盒；5、防喷管；6、闸板；7、闸阀；8、闸板轴；9、轴密封件；10、闸板密封器总成。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
28.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
29.参考图1，本实施例的井口密封装置包括：作业四通3，作业四通3的下部与采油树连通；防喷管5，连接在作业四通3的上部，与光杆1连接的抽油杆2能够在防喷管5内下上往复运动；盘根盒4，安装在防喷管5的上部，光杆1穿过盘根盒4；两个闸阀7，分别安装在作业四通3的左侧与右侧，各闸阀7能在打开状态和关闭状态之间切换；以及两个闸板密封器总成10，与两个闸阀7一一对应地连通，各闸板密封器总成10包括外壳及可移动地设置在外壳内的闸板6；其中，闸阀7处于打开状态下，两个闸板密封器总成10的闸板6能够伸入至作业四通3内并从抽油杆2的两侧夹住抽油杆2，并且切断作业四通3的上部与下部之间的流体连通。使用该井口密封装置，在更换光杆时，将光杆1与抽油杆2接箍提升至防喷管5内，为更换光杆1提供操作空间，待光杆1与抽油杆2接箍完全提升至防喷管5内后，转动闸板密封器总成10的轴，推动闸板6夹住抽油杆2实施静密封，封堵井下压力，从而实施带压更换光杆作业。
30.优选地，作业四通3的下部与采油树的四通连通。
31.由此，该井口密封装置能够广泛地应用抽油机。
32.优选地，盘根盒4是塔式盘根盒。
33.该塔式盘根盒能够为光杆提供良好的轴密封效果。
34.有利地，闸板密封器总成10通过闸板轴8的旋转运动来控制闸板6的运动。
35.闸板轴8具有螺纹，与闸板密封器总成10的外壳螺纹连接，从而通过闸板轴8的旋转运动来控制闸板6的运动，能够精准地调节闸板的平移运动，并且能够使得夹住抽油杆2
实施静密封变得更加可靠。闸板轴8的一端伸出闸板密封器总成10的外壳外，能够与诸如手轮的工具相配合，以使得闸板轴8能够沿闸板密封器总成10的轴向方向行进。
36.有利地，闸板密封器总成10包括通过过盈配合固定在外壳内的轴密封件9，在闸板轴8穿过轴密封件9，且轴密封件9能够实现围绕闸板轴8的轴向密封。
37.通过轴密封件9实现围绕闸板轴8的轴向密封，使得能够防止使用井口密封装置的油井在更换光杆1器件保持密封，避免井喷。
38.有利地，闸板密封器总成10可拆卸地连接在闸阀7上。
39.因此，便于闸板密封器总成10的保养与更换。
40.有利地，井口密封装置还包括外部控制装置，外部控制装置驱动闸阀7在打开状态和关闭状态之间的切换。
41.有利地，外部控制装置为手轮。
42.通过外部的手轮，能够精准地控制闸板密封器总成10的闸板6，并且控制闸板6的稳定平移，保证轴密封件9不会由于闸板6的不稳定平移而破坏密封。
43.有利地，手轮可拆卸地设置在闸阀7上，手轮能够控制闸板密封器总成10的闸板6移动。
44.因此，能够仅适用一副手轮来控制闸阀7与闸板密封器总成10，节约了资源与零件。另外，在闸阀7已经关闭的状态下，取下手轮用于操作闸板密封器总成10，能够在操作闸板密封器总成10时防止错误的将闸阀7打开。
45.从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：由于提供了一种具有作业四通的种井口密封装置，结构紧凑，能够根据需要改变作业四通上连接的设备，适应性强；由于作业四通能够带压便捷更换光杆，有效地节约了生产成本，提高了油井生产时率；通过使用作业四通，安装方便，不影响其他作业；通过使得闸板在非作业是与加压环境相隔绝，解决了闸板胶芯长期处于高温环境不耐老化的问题；并且作业四通结构使用安全方便，操作简单，实现了快速安全带压更换光杆的目的。
46.根据本发明的另一方面，提供了一种采用上述的井口密封装置的带压更换光杆的方法，该方法包括以下步骤：在闸阀7的关闭状态下，将两个闸板密封器总成10对应地与两个闸阀7相连接；将闸阀7由关闭状态切换至打开状态；驱动两个闸板密封器总成10的闸板6移动以夹住抽油杆2，并且切断作业四通3的上部与下部之间的流体连通；更换防喷管5中光杆1；退出闸板6，并将闸阀7由打开状态切换至关闭状态；以及将闸板密封器总成10从闸阀7上拆卸下来。
47.从以上的描述中，可以看出，本发明上述的带压更换光杆的方法的实施例实现了如下技术效果：通过该方法由于可以带压更换光杆，可降低作业成本90％以上；且正常生产时闸板的芯子无需工作并与高温高压相隔绝，不会因为长期处于高温环境发生老化，提高了带压更换光杆作业的安全性和可靠性，避免了干冰冷冻作业暂堵井下压力实施光杆更换的井喷风险。
48.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理
解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
49.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
50.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
51.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。