一种井下管柱防转支撑装置及其连接插管的制作方法

1.本实用新型涉及石油工业井下管柱的锚定装置，尤其是一种井下管柱防转支撑装置及其连接插管。


背景技术：

2.油田采油工艺中使用的采油泵主要有用油管连接的管式泵和旋转运动的螺杆泵。
3.采用管杆泵采油时，抽油杆需要在油管中上下往复运动进行采油，因抽油杆的上下载荷发生变换，造成生产管柱的蠕动，降低了泵效，影响产量。为了克服上述缺陷，现有工艺主要采用在生产管柱中连接机械锚或液压锚来锚定生产管柱，使生产管柱不发生蠕动。但是，每次检泵作业时，都需要将锚定装置提出地面。由于现有锚定装置为一次性使用装置，锚定装置在每次作业起出后都要更换，若井内结垢，能够造成生产管柱上提的载荷过大、甚至卡死，无法上提。导致后续的井下作业，增加了生产成本。
4.采用螺杆泵采油时，因为螺杆泵转子旋转是带动油管卸扣落井的原因，需要在生产管柱底部下入防转锚，防止生产管柱旋转脱扣。防转锚同样要与管柱一体连接使用，检泵时也需要提出地面。防转锚有液压锚和机械锚两种，液压锚依靠打压座封，需要与座封的打压设备配合；机械锚需要下压作业管柱，通过作业管柱的下压载荷锚定，使得井下生产管柱易受力弯曲，增大了管杆之间的偏磨。
5.油田的卡封分层采油管柱或分层注水管柱，多采用无锚定管柱，但又因井下压力的波动，造成上述管柱上下蠕动，使得管柱中的封隔器密封有效期短。
6.总之，有锚定的管柱主要采用水力锚和液压锚锚定，由于采油井中长期的封堵作业、注水井中的管柱容易结垢，均能造成管柱卡死、锚定工具和管柱解封困难等问题。
7.为了解决上述问题，现场工作人员做了许多工作，也取得了一定的成效，经过检索，目前还有以下相关技术：
8.1、cn107355192a，一种螺杆泵用防喷锚定工具，本专利技术公开了一种螺杆泵用防喷锚定工具，技术方案是螺杆泵定子与防转机构上端螺纹连接，防转机构下端与胶筒坐封连接，防转机构还与丢开机构上端螺纹连接，卡瓦锚定机构上端与胶筒坐封连接，卡瓦锚定机构上端还与丢开机构下端连接在一起；卡瓦锚定机构下端设置有防喷机构。实现与生产管柱一次下井，防喷堵可以防止下井时油液从井口喷出,卡瓦锚定机构实现悬挂功能，防转锚可以防止螺杆泵定子随转子转动，并且实现采油功能。
9.上述发明创造的下井工艺比较繁琐，作业费用高；由于下井工具比较多，当某个工具出现问题时，容易导致油井还需要修井作业，增加了作业成本和作业时间，使产油效率降低。
10.针对上述易出现的问题，需要一种即可锚定又可防转的工具，解决管柱易被卡死、解封困难的问题。


技术实现要素：

11.本实用新型的目的是提供一种井下管柱防转支撑装置及其连接插管，让井下管柱实现即可锚定又可防转的目的，简化结构，降低制造成本和生产成本。
12.本实用新型的技术解决方案是：一种井下管柱防转支撑装置包括送封部分和井下支撑部分，井下支撑部分设有卡瓦支撑机构，送封部分设有上接头、副活塞和主活塞，其中：上接头设有传压孔且传压孔与装配完成后的副活塞的内腔相对应，主活塞的上下两端均设有伸缩槽；启动剪钉将副活塞、连接套和上接头连接在一起并将主活塞的上端卡紧在由副活塞和连接套连接形成的环腔内，连接套与上中心管螺纹连接；主活塞的外部安装缸筒并通过上背帽将缸筒压紧在上接头与挂接套之间，装有锁环的打捞头安装在主活塞的下部内腔中，打捞头与挂接套通过解封剪钉连接；井下支撑部分还设有下中心管，下中心管的上部开设连接键槽，卡瓦支撑机构安装在下中心管的下部外壁；送封部分中的上中心管和锁环分别通过丢手剪钉和内螺纹与井下支撑部分中的下中心管连接，挂接套的下部内腔与卡瓦支撑机构中的上锥体螺纹连接。
13.优选的，所述打捞头的上部内腔设有内螺纹且能够与打捞作业管柱螺纹连接；所述锁环的内螺纹是马牙扣，与锁环连接的下中心管的外螺纹是锁紧螺纹。
14.优选的，所述下中心管上部开设的连接键槽是与下中心管顶端贯通的轴向键槽且至少开设两条。
15.优选的，所述下中心管的上端内腔设有30度－50度的内倒角、形成上大下小的锥形内腔；所述下中心管的下端外圆设有备用外螺纹，该备用外螺纹能够与井下管柱或井下工具连接。
16.优选的，所述下中心管的下部外圆设有与上锥体的上锥面的锥度相同且方向相反的下锥面；在所述下中心管的下锥面的下方装有下背帽，所述下背帽与卡瓦罩螺纹连接。
17.优选的，所述主活塞上端设置的伸缩槽和下端设置的伸缩槽均是与主活塞两端贯通的轴向槽且均设置在三条以上。
18.优选的，所述卡瓦支撑机构中的卡瓦两侧的卡瓦牙互为反向。
19.用于一种井下管柱防转支撑装置的连接插管，在插管本体的上部管腔设有内螺纹、中部管壁设有插管液流孔且下部管腔外壁设有连接键，该连接键能够与下中心管上部开设的连接键槽连接；插管本体上部管腔的内螺纹能够与采油泵或井下工具或生产管柱连接。
20.优选的，所述连接键的个数与下中心管上部开设的连接键槽的个数相对应；所述插管液流孔是径向孔且在插管本体的中部管壁中设置三排以上。
21.优选的，所述插管本体的中部外径大于打捞头的上部外径且下部的连接键形成的外径小于打捞头的内径。
22.本实用新型显著的使用效果是：本实用新型针对现有技术的不足，提供的本工具由井下防转支撑装置和连接插管两部分组成，可锚定、可传递扭矩，作业工序少、作业成本低；由于工具中不设胶筒，在其结构简单、制造成本低的同时，又为工具与套管之间留下了足够的液流通道，可以沉砂，可以防止生产管柱和本工具的砂堵、砂卡等弊端，可以大幅降低作业和生产成本。
23.本实用新型中的防转支撑装置由送封部分和井下支撑部分组成，其中的井下支撑
部分只需一次座封在井下，检修时，只需起出连接插管及以上的部分，不用起出井下支撑部分，井下支撑部分可长期在井下使用。
24.由于本实用新型具有防转功能，可满足管式泵和螺杆泵防转的要求；同时本实用新型丢手后的锚定力强，也可以作为电泵井的防脱丢手工具使用。
25.本实用新型除上述使用效果以外，还有以下效果优势：
26.防转支撑装置采用送封部分和井下支撑部分一体化设计，结构简单、丢手、打捞均方便，其中卡瓦的卡瓦牙方向是朝上和朝下两个方向，使锚定效果更为可靠，可为下入井内的管柱提供更大的轴向支撑力。
27.防转支撑装置中的下中心管设有连接键槽、与连接插管的连接键连接后，可以抵抗轴向载荷、防止管柱转动。
28.下中心管开设连接键槽的上端内腔设有30度－50度的倒角，可使连接插管顺利插入。
29.下中心管自带下锥面与卡瓦配合防止转动，提高了防转效果。
30.下中心管上端开设的连接键槽，使得上方连接的采油泵或卡封分层采油生产管柱通过连接插管传递扭矩的同时、能够承受生产管柱的轴向载荷。
31.需要起出井下管柱时，只需起出连接插管及以上的部分，井下支撑部分仍留井中；再次下入采油泵或井下工具或生产管柱时，只需要在采油泵或井下工具或生产管柱的下端与连接插管连接后通过送入管柱下入即可，施工工序少、作业成本低。
32.综上所述，本实用新型具有显著的使用效果并能产生显著的经济效益。
附图说明
33.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：
34.图1为本实用新型中防转支撑装置的结构示意图；
35.图2是与图1中防转支撑装置配合使用的连接插管的结构示意图；
36.图3为防转支撑装置中井下支撑部分和连接插管在井下组合使用的结构示意图。
37.图中：上接头1、上背帽2、缸筒3、胶圈4、副活塞5、启动剪钉6、密封球7、连接套8、定位套9、主活塞10、打捞头11、上中心管12、挂接套13、丢手剪钉14、锁环15、解封剪钉16、下中心管17、上锥体18、卡瓦罩19、卡瓦20、弹簧21、下背帽22、插管本体c1、插管液流孔c2、连接键c3。
具体实施方式
38.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。
39.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。
40.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。
41.参见图1，一种井下管柱防转支撑装置，包括送封部分和井下支撑部分，井下支撑部分设有卡瓦支撑机构，送封部分设有上接头1、副活塞5和主活塞10，其中：
42.上接头1设有传压孔且传压孔与装配完成后的副活塞5的内腔相对应，主活塞10的上下两端均设有伸缩槽；启动剪钉6将副活塞5、连接套8和上接头1连接在一起并将主活塞10的上端卡紧在由副活塞5和连接套8连接形成的环腔内，连接套8与上中心管12螺纹连接；
43.主活塞10的外部安装缸筒3并通过上背帽2将缸筒3压紧在上接头1与挂接套13之间，装有锁环15的打捞头11安装在主活塞10的下部内腔中，打捞头11与挂接套13通过解封剪钉16连接；井下支撑部分还设有下中心管17，下中心管17的上部开设连接键槽，卡瓦支撑机构安装在下中心管17的下部外壁；送封部分中的上中心管12和锁环15分别通过丢手剪钉14和内螺纹与井下支撑部分中的下中心管17连接，挂接套13的下部内腔与卡瓦支撑机构中的上锥体18螺纹连接。
44.本实用新型中的防转支撑装置由送封部分和井下支撑部分两部分组成，通过送入管柱可以把防转支撑装置送入井下并将其中的井下支撑部分锚定在设定层位的套管内。
45.完成井下支撑部分的锚定后，可通过送入管柱起出通过丢手剪钉14连接的上中心管12、连接套8、定位套9、主活塞10、副活塞5、缸筒3、上背帽2和上接头1，只将其中的井下支撑部分留在井下。
46.本实用新型中的卡瓦支撑机构设有上锥体18、卡瓦罩19、卡瓦20和下背帽22。上锥体18装在卡瓦罩19的内腔，卡瓦20内装上弹簧21后、安装在卡瓦罩19的弹簧槽内并使用压板固定。将下中心管17插入上锥体18及卡瓦20的内腔中，下背帽22与卡瓦罩19下端的内螺纹连接。上中心管12装在下中心管17的内腔中并通过丢手剪钉14固定。打捞头11内安装锁环15后套入下中心管17外壁，锁环15与下中心管17外径上的螺纹锁紧，打捞头11下端面与上锥体18上端面接触，挂接套13与上锥体18螺纹连接，挂接套13与打捞头11通过解封剪钉16固定，主活塞10上下均开有伸缩槽。主活塞10套在上中心管12和打捞头11的外面与挂接套13螺纹连接。主活塞10下部内腔的顶端端面与打捞头11的上端面接触，定位套9安装在上中心管12与连接套8组成的环腔内。连接套8的外螺纹与主活塞10上部内腔的内螺纹连接，定位套9与上中心管12螺纹连接。上接头1外套入副活塞5后与连接套8螺纹连接，副活塞5的内壁和外壁安装胶圈4且下部筒体置于主活塞10与缸筒3之间。同时，主活塞10上部开有伸缩槽的本体通过启动剪钉6与副活塞5和连接套8固定在一起。缸筒3从上往下套在上接头1的外面并压在主活塞10下部的伸缩槽外面，上背帽2与缸筒3上方的上接头1螺纹连接并旋紧。防转支撑装置坐封时，密封球7从地面投入到上接头1内腔中且位于上中心管12的上端管口处。
47.本实用新型的防转支撑装置中取消了胶筒的应用模式，通过液压的方式推动副活
塞5剪断启动剪钉6后，液压力推动主活塞10和缸筒3并经挂接套13推动上锥体18，使安装在卡瓦罩19中的卡瓦20，在弹簧21的作用下弹出并卡紧在套管内壁。不使用胶筒后，本实用新型与套管之间有了充足的环形空间，即可过液流、又能够沉砂，防止了胶筒失效带来的弊端，同时也防止了砂堵和砂卡管柱的风险。
48.在上述实施例一的基础上，本实用新型还有以下实施例：
49.优选的一个实施例，所述打捞头11的上部内腔设有内螺纹且能够与打捞作业管柱螺纹连接，方便井下支撑部分的打捞；所述锁环15的内螺纹是马牙扣，与锁环15连接的下中心管17的外螺纹是锁紧螺纹。锁环15只能沿着下中心管17的外壁下行、不能后退，保证井下支撑部分的锚定效果。
50.优选的一个实施例，所述下中心管17上部开设的连接键槽是与下中心管17顶端贯通的轴向键槽且至少开设两条。
51.优选的一个实施例，所述下中心管17的上端内腔设有30度－50度的内倒角、形成上大下小的锥形内腔，便于引入连接插管；所述下中心管17的下端外圆设有备用外螺纹，该备用外螺纹能够与井下管柱或井下工具连接。
52.优选的一个实施例，所述下中心管17的下部外圆设有与上锥体18的上锥面的锥度相同且方向相反的下锥面；在所述下中心管17的下锥面的下方装有下背帽22，所述下背帽22与卡瓦罩19螺纹连接。下中心管17为卡瓦20自带外推的下锥面，即简化了卡瓦支撑机构的结构，又方便了制造加工。
53.优选的一个实施例，所述主活塞10上端设置的伸缩槽和下端设置的伸缩槽均是与主活塞10两端贯通的轴向槽且均设置在三条以上。
54.优选的一个实施例，所述卡瓦支撑机构中的卡瓦20两侧的卡瓦牙互为反向。卡瓦20位于弹簧21上侧的卡瓦牙朝上或朝下、位于弹簧21下侧的卡瓦牙朝下或朝上。卡瓦20上下两侧的卡瓦牙的方向相反，能够进一步保证锚定效果。
55.参见图2，用于一种井下管柱防转支撑装置的连接插管，在插管本体c1的上部管腔设有内螺纹、中部管壁设有插管液流孔c2且下部管腔外壁设有连接键c3，该连接键c3能够与下中心管17上部开设的连接键槽连接；插管本体c1上部管腔的内螺纹能够与采油泵或井下工具或生产管柱连接。由于连接键c3与井下管柱防转支撑装置中的下中心管17中的连接键槽连接，使得与连接插管连接的采油泵或生产管柱不能转动。连接插管做为生产管柱或井下工具或采油泵与防转支撑装置之间的连接装置，实现了即可锚定又可防转、同时不受井下结垢影响，结构简单、制造成本低、工作可靠的工具。
56.在上述实施例一的基础上，本实用新型还有以下实施例：
57.优选的一个实施例，所述连接键c3的个数与下中心管17上部开设的连接键槽的个数相对应；所述插管液流孔c2是径向孔且在插管本体c1的中部管壁中设置三排以上。
58.参见图3，优选的一个实施例，所述插管本体c1的中部外径大于打捞头11的上部外径且下部的连接键c3形成的外径小于打捞头11的内径。
59.本实用新型的具体使用方法如下述：
60.1、将防转支撑装置的上接头1与送入管柱连接后下至井内的设定层位。
61.2、首先将密封球7投入上中心管12的上端，在防转支撑装置的内腔中加液压，液体压力经过上接头1上的传压孔进入缸筒3、主活塞10和副活塞5的内腔，副活塞5剪断启动剪
钉6后上行；主活塞10上端的伸缩槽与连接套8之间连接的螺纹失去作用，主活塞10向下运动。
62.3、主活塞10推动打捞头11、挂接套13、锁环15和上锥体18向下运动，卡瓦20压缩弹簧21涨出并锚定在套管内腔中；同时，锁环15锁定在下中心管17的外壁，由于锁环15的马牙扣与下中心管17锁紧螺纹连接，使得锁环15只能沿着下中心管17的外壁下行、不能后退，实现井下支撑部分的坐封和长期使用。
63.4、当液体压力达到额定压力时，丢手剪钉14被剪断，上接头1、上背帽2、装有胶圈4的缸筒3、副活塞5、启动剪钉6、密封球7、连接套8、定位套9、主活塞10和上中心管12均被提出井外。
64.5、再次下入送入管柱，根据工艺要求，可在送入管柱下端连接采油泵或井下工具，连接插管能够直接连接在送入管柱或采油泵或井下工具的下端，将连接插管送入井内。
65.6、将连接插管插入下中心管17的内腔并将连接插管中的连接键c3与下中心管17上部的连接键槽对接。
66.7、下压送入管柱，加入的载荷通过连接插管、下中心管17、锁环15、上锥体18和卡瓦20传递到套管上面；送入管柱的旋转扭矩通过连接插管中的连接键c3与下中心管17上的连接键槽传递到卡瓦20上面；由于卡瓦20锚定在套管上面，起出送入管柱时，仅能起出连接插管，防转支撑装置中的井下支撑部分不能转动、仍留在井下，起到对井下管柱的支撑和防转作用。
67.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。