專利名稱：注水井用可防止層間管柱蠕動的定壓釋放伸縮工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及油田注水井分層管柱上的一種可釋放管柱拉壓應力的井下工具，尤其涉及一種注水井用可防止層間管柱蠕動的定壓釋放伸縮工具。
背景技術(shù)：
在海上部分油田應用的伸縮工具的結(jié)構(gòu)主要包括上接頭、中心管、外管、承壓接頭等，由于不能人為控制其伸縮，因此，該伸縮工具隨管柱下井時，由于受管柱重力作用，伸縮工具已經(jīng)被拉伸到最大位置處，即不能再彌補管柱因其它外界條件而產(chǎn)生的縮短。但是，在注水井中，層間封隔器坐封后，由于注入壓力時常變換，壓力突然串動，將會使整個管柱發(fā)生拉伸或壓縮，從而封隔器膠筒發(fā)生蠕動，出現(xiàn)串層和分層失效的情況，為了有效補償井下管柱因溫度和壓力效應造成的伸縮，改善管柱的受力條件，保護層間封隔器，延長管柱的使用壽命，故需開發(fā)設(shè)計一種可用壓力控制的伸縮工具。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種注水井用可防止層間管柱蠕動的定壓釋放伸縮工具，本發(fā)明可以實現(xiàn)伸縮工具的開啟可控化；可彌補井下管柱的伸長或縮短，；同時具備傳遞扭矩的功能；而且安裝方便、快捷。總之，本發(fā)明可以改善管柱的受力條件，最大限度地減少井下管柱的伸縮、移動和密封元件的蠕動，從而保護層間封隔器，延長管柱的使用壽命O為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明注水井用可防止層間管柱蠕動的定壓釋放伸縮工具予以實現(xiàn)的技術(shù)方案是包括依次連接的上接頭、定管、中心管和下接頭，在所述定管上集成有滑動部分、鎖定部分、密封部分和錨定部分。其中，所述定管由沿軸向上依次焊接的上外筒、鎖塊頭、連接筒和連接頭構(gòu)成，所述定管的內(nèi)回轉(zhuǎn)表面上設(shè)有軸向上貫通的滑鍵；所述鎖塊頭上設(shè)有徑向貫通的對稱的兩個鎖塊限位孔。所述滑動部分包括中心管，所述中心管的一端插入在定管中，位于中心管插入端的外回轉(zhuǎn)表面上設(shè)有與所述滑鍵配合的鍵槽，從而在中心管與定管之間形成一對滑動摩擦副；所述中心管與所述連接頭之間設(shè)有環(huán)空。所述鎖定部分包括兩塊分別設(shè)置在兩個鎖塊限位孔中的鎖塊，所述中心管上、在與兩個鎖塊位置對正的回轉(zhuǎn)表面上設(shè)置一圈鎖定槽，兩個鎖塊同時嵌在鎖定槽內(nèi)，所述鎖塊與鎖定槽之間采用錐面配合實現(xiàn)兩者之間的鎖定。所述密封部分包括設(shè)置嵌套在所述中心管與所述連接頭之間的環(huán)空中的密封頭，所述密封頭與所述中心管之間設(shè)有兩道T型盤根及與之相配合的T盤支撐環(huán)；所述密封頭與所述連接頭之間設(shè)有防松螺釘和O型密封圈。所述錨定部分包括套裝在定管的鎖塊頭上的活塞套、嵌套在所述活塞套與所述鎖塊頭之間的固定套，所述活塞套與所述固定套為螺紋連接，所述活塞套上、在其與固定套的連接段上設(shè)有多個徑向均布的軸向缺口，所述活塞套與所述鎖塊頭之間設(shè)有銅剪釘，同時，在位于鎖塊的兩側(cè)均分別設(shè)有O型密封圈，所述固定套與所述鎖塊頭之間設(shè)有固定釘。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是
(I)通過向管柱內(nèi)腔打壓，在壓力達到設(shè)定的壓力值時，剪釘被剪斷，定壓釋放伸縮工具開啟，實現(xiàn)伸縮工具的開啟可控化；(2)定壓釋放型伸縮工具的中心管上、下都預留了一定的移動距離，使得定壓釋放伸縮工具開啟后，依靠中心管相對滑動，可彌補井下管柱的伸長或縮短；(3)定壓釋放型伸縮工具的中心管和與其連接的定管之間是采用軸向長鍵與鍵槽的配合方式，使伸縮工具同時具備傳遞扭矩的功能；(4)鎖定方式采用了鎖塊與鎖定槽的配合方式，使伸縮工具的安裝方便、快捷。


圖I是本發(fā)明一種注水井用可防止層間管柱蠕動的定壓釋放伸縮工具的結(jié)構(gòu)示意·
圖2是圖I中所示定管的軸向結(jié)構(gòu)示意圖；圖3-1是圖2中所示外上筒的軸向半剖視圖；圖3-2是圖3-1中A-A位置的剖視圖；圖4-1是圖I中所示中心管的軸向半剖視圖；圖4-2是圖4-1中B-B位置的剖視圖；圖5-1是圖2中所示鎖塊頭的軸向半剖視圖；圖5-2是圖5-1中D-D位置的剖視圖；圖5-3是圖5-1中E向局部視圖；圖6-1是圖I中所示鎖塊的側(cè)視圖；圖6-2是圖6-1所示鎖塊的C-C剖視圖；圖6-3是圖6-1所示鎖塊的立體圖；圖6-4是圖6-2所示鎖塊的俯視圖；圖7-1是圖I中所示活塞套的軸向半剖視圖；圖7-2是圖7-1所示活塞套的端向視圖；圖7-3是圖7-1中I部放大示意圖；圖8是本發(fā)明伸縮工具實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中I-上接頭，2-穩(wěn)釘，3、6、9、14-0型密封圈，4_定管，5_剪釘，7_鎖塊，8_活塞套，10-固定套，11-固定釘，12-中心管，13-密封頭，15-T盤支撐環(huán)，16-T型盤根，17-下接頭，41-上外管，42-鎖塊頭，43-連接筒，44-連接頭，45-滑鍵，46-鍵槽，47-限位孔，48-鎖定槽，49-軸向缺口。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細地描述。如圖I所示，本發(fā)明注水井用可防止層間管柱蠕動的伸縮工具，包括依次連接的上接頭I、定管4、中心管12和下接頭17，在所述定管4上集成有滑動部分、鎖定部分、密封部分和錨定部分。如圖I和圖2所示，所述定管4由沿軸向上依次焊接的上外筒41、鎖塊頭42、連接筒43和連接頭44構(gòu)成，所述定管4的內(nèi)回轉(zhuǎn)表面上設(shè)有軸向上貫通的滑鍵45，如圖3_1和圖3-2所示；所述鎖塊頭42上設(shè)有徑向貫通的對稱的兩個鎖塊限位孔47，所述鎖塊限位孔47呈長方形，且四角為圓弧形，如圖5-1、圖5-2和圖5-3所示。該定軸4的焊接結(jié)構(gòu)，使本發(fā)明伸縮工具在整體上顯得更加緊湊，該焊接形成的定管4將大部分零件貫穿起來，該定管4在開啟、滑動、錨定和傳遞扭矩過程中起著重要作用。所述滑動部分包括中心管12，所述中心管12的一端插入在定管4中，位于中心管12插入端的外回轉(zhuǎn)表面上設(shè)有與所述滑鍵45配合的鍵槽46，從而在中心管12與定管4之間形成一對滑動摩擦副，使中心管12在無外界作用的時候能上下自由滑動，以保證伸縮工具能有效地傳遞扭矩。中心管12的另一端與下接頭17螺紋連接；如圖4-1和圖4-2所示；所述中心管12與所述連接頭44之間設(shè)有環(huán)空，該環(huán)空用于嵌裝密封部分的零部件，在后面針對密封部分的描述中詳細說明。所述鎖定部分包括兩塊分別設(shè)置在兩個鎖塊限位孔47中的鎖塊7，所述鎖塊7的結(jié)構(gòu)如圖6-1、圖6-2、圖6-3和圖6-4所示，該鎖塊7的整體形狀為長方形的弧板，其兩側(cè)面均為錐面，而且分別設(shè)有用于嵌入定位的臺階面，對鎖塊7起限位作用；所述中心管12上、在與兩個鎖塊7位置對正的回轉(zhuǎn)表面上設(shè)置一圈鎖定槽48，如圖4-1和圖4-2所示，鎖定槽 48的側(cè)面與槽底的回轉(zhuǎn)表面之間設(shè)有錐面，兩個鎖塊7同時嵌在鎖定槽48內(nèi)，所述鎖塊7與鎖定槽48之間依靠錐面配合實現(xiàn)兩者之間的鎖定，如圖I和圖2所示。如圖I所示，所述密封部分包括設(shè)置嵌套在所述中心管12與所述連接頭44之間的環(huán)空中的密封頭13，所述密封頭13與所述中心管12之間設(shè)有兩道T型盤根16及與之相配合的T盤支撐環(huán)15，所述密封頭13與所述連接頭44之間設(shè)有防松螺釘和O型密封圈14 ;以保證中心管12的上下移動及內(nèi)部腔室的密封。如圖I所示，所述錨定部分包括套裝在定管4的鎖塊頭42上的活塞套8、嵌套在所述活塞套8與所述鎖塊頭42之間的固定套10，所述活塞套8內(nèi)有縮徑，利用其面積差作為活塞面積進行受力；所述活塞套8的下端與所述固定套10為螺紋連接，利用螺紋的配合進行錨定，所述活塞套10與所述固定套11上的螺紋為鋸齒形螺紋，所述鋸齒形螺紋的牙型角為76°，形成牙型的兩工作面與徑向之間的夾角分別為60°和16°，如圖7-3所示，所述活塞套10上、在其與固定套11的連接段上設(shè)有多個徑向均布的軸向缺口 49，如圖7-1和圖7-2所示，帶有多個軸向缺口 49的活塞套8的下端與所述固定套10之間采用的鋸形螺紋配合，可以在受軸向力的作用下兩者只能相互靠近而不能相互遠離，所述活塞套8的上端設(shè)有剪釘孔，用于在活塞套8與所述鎖塊頭42之間安裝銅剪釘5，同時，在所述活塞套8與所述鎖塊頭42之間位于鎖塊7兩側(cè)的位置處均分別設(shè)有兩道O型密封圈6、9，所述固定套10與所述鎖塊頭42之間設(shè)有固定釘11。本發(fā)明伸縮工具與注水分層管柱串接，其下部通過下接頭17連接井下層間封隔器，通過在油管內(nèi)打壓對伸縮工具上的剪釘進行剪切。本發(fā)明中的剪釘均采用孔剪方式，以方便安裝，利于剪切。本發(fā)明伸縮工具是將井下封隔器坐封后才開啟，因此，要求伸縮工具的開啟壓力要大于井下封隔器的坐封壓力。當伸縮工具下到預定位置后，按設(shè)定的壓力進行打壓開啟操作。如圖8所示，以在鎖塊7和中心管12之間設(shè)有鋼剪釘18的結(jié)構(gòu)為例，依靠液力坐封，首先是銅剪釘5在11 15MPa時被剪斷，活塞套8下行，而后隨著壓力的增加，當壓力繼續(xù)增加到18 21MPa時，鋼剪釘18被剪斷，在鋼剪釘18被剪斷前，活塞套8已移動到極限位置，從而為鎖塊8在徑向的運動提供足夠的空間。為了使活塞套8能可靠地鎖在固定套10上，同時又能承受足夠大的應力，以防止因油管與套管環(huán)空壓力較高使活塞套8上行，活塞套8和固定套10之間采用鋸齒型螺紋配合，使油管內(nèi)泄壓后能讓鎖塊7長久地保持徑向張開狀態(tài)，從而實現(xiàn)錨定功能。本發(fā)明所特有的錨定結(jié)構(gòu)能承受雙向壓差，從而最大限度地減少井下管柱的伸縮、移動和密封元件的蠕動。綜上，當封隔器坐封時，本發(fā)明伸縮工具的錨定部分釋放，伸縮工具開啟。當管柱在溫度效應或壓力效應下發(fā)生收縮時，伸縮工具伸長；當管柱伸長時，伸縮工具收縮，從而有效補償管柱的長度變化，消除因管柱蠕動造成的對封隔器的影響，改善管柱和封隔器的受力條件，提高了管柱的工作壽命。盡管上面結(jié)合圖對本發(fā)明進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本發(fā)明 的保護之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種注水井用可防止層間管柱蠕動的定壓釋放伸縮工具，其特征在于，包括依次連接的上接頭(I)、定管(4)、中心管(12)和下接頭(17)，其特征在于，在所述定管(4)上集成有滑動部分、鎖定部分、密封部分和錨定部分； 所述定管(4)由沿軸向上依次焊接的上外筒(41)、鎖塊頭(42)、連接筒(43)和連接頭(44)構(gòu)成，所述定管(4)的內(nèi)回轉(zhuǎn)表面上設(shè)有軸向上貫通的滑鍵(45);所述鎖塊頭(42)上設(shè)有徑向貫通的對稱的兩個鎖塊限位孔(47)； 所述滑動部分包括中心管(12)，所述中心管(12)的一端插入在定管(4)中，位于中心管(12)插入端的外回轉(zhuǎn)表面上設(shè)有與所述滑鍵(45)配合的鍵槽(46)，從而在中心管(12)與定管(4)之間形成一對滑動摩擦副；所述中心管(12)與所述連接頭(44)之間設(shè)有環(huán)空； 所述鎖定部分包括兩塊分別設(shè)置在兩個鎖塊限位孔(47)中的鎖塊(7)，所述中心管(12)上、在與兩個鎖塊(7)位置對正的回轉(zhuǎn)表面上設(shè)置一圈鎖定槽(48)，兩個鎖塊(7)同時嵌在鎖定槽(48)內(nèi)，所述鎖塊(7)與鎖定槽(48)之間采用錐面配合實現(xiàn)兩者之間的鎖定； 所述密封部分包括設(shè)置嵌套在所述中心管(12)與所述連接頭(44)之間的環(huán)空中的密封頭(13)，所述密封頭(13)與所述中心管(12)之間設(shè)有兩道T型盤根(16)及與之相配合的T盤支撐環(huán)(15);所述密封頭(13)與所述連接頭(44)之間設(shè)有防松螺釘和O型密封圈(14)； 所述錨定部分包括套裝在定管(4)的鎖塊頭(42)上的活塞套(8)、嵌套在所述活塞套(8)與所述鎖塊頭(42)之間的固定套(10)，所述活塞套(8)與所述固定套(10)為螺紋連接，所述活塞套(10 )上、在其與固定套(11)的連接段上設(shè)有多個徑向均布的軸向缺口( 49 )，所述活塞套(8)與所述鎖塊頭(42)之間設(shè)有銅剪釘(5)，同時，在位于鎖塊(7)的兩側(cè)均分別設(shè)有O型密封圈，所述固定套(10)與所述鎖塊頭(42)之間設(shè)有固定釘(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述注水井用可防止層間管柱蠕動的定壓釋放伸縮工具，其特征在于，所述活塞套(10)與所述固定套(11)上的螺紋為鋸齒形螺紋，所述鋸齒形螺紋的牙型角為76。，形成牙型的兩工作面與徑向之間的夾角分別為60°和16°。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述注水井用可防止層間管柱蠕動的定壓釋放伸縮工具，其特征在于，所述銅剪釘(5)的設(shè)計壓力范圍在11 15Mpa。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述注水井用可防止層間管柱蠕動的定壓釋放伸縮工具，其特征在于，所述鎖塊(7)與所述中心管(12)之間設(shè)有鋼剪釘(18)，該鋼剪釘(18)的設(shè)計壓力為18 21Mpa。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述注水井用可防止層間管柱蠕動的定壓釋放伸縮工具，其特征在于，所述上外筒(41)與上接頭(I)螺紋連接，所述上外筒(41)與所述上接頭(I)之間設(shè)有穩(wěn)釘(2)和O型密封圈(3)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述注水井用可防止層間管柱蠕動的定壓釋放伸縮工具，其特征在于，所述中心管(12)的另一端與下接頭(17)螺紋連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種注水井用可防止層間管柱蠕動的定壓釋放伸縮工具，包括依次連接的上接頭、定管、中心管和下接頭，在定管上集成有滑動部分、鎖定部分、密封部分和錨定部分；定管由沿軸向上依次焊接的上外筒、鎖塊頭、連接筒和連接頭構(gòu)成，中心管與定管之間形成一對滑動摩擦副；鎖定部分包括兩塊分別設(shè)置在兩個鎖塊限位孔中的鎖塊；密封部分包括密封頭，密封頭與中心管之間設(shè)有兩道T型盤根及與之相配合的T盤支撐環(huán)；錨定部分包括套裝在定管上的活塞套和固定套，兩者之間為鋸齒形螺紋配合。本發(fā)明有效補償管柱的長度變化，消除因管柱蠕動造成的對封隔器的影響，改善管柱和封隔器的受力條件，提高了管柱的工作壽命。
文檔編號E21B17/00GK102733760SQ20121023795
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月9日
發(fā)明者劉鵬, 徐國雄, 王林, 羅建偉 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油能源發(fā)展股份有限公司