CN113294117B - 抽油井全时段泄防两用装置 - Google Patents

Abstract

一种抽油井全时段泄防两用装置。主要解决现有的防喷与泄油装置只能在单一时段起作用的问题。其特征在于：所述中心管（1）外部设有阀体（5），中心管（1）上部的外表面开有折线形的轨道槽（12），轨道槽（12）内置有轨道钉（4），且轨道钉（4）连接在阀体（5）上，所述阀体（5）侧壁上对应下外筒（7）处开有阀体通液孔（17）；所述中心管（1）上开有上通液孔（13）和下通液孔（16），阀体（5）上设有与其中一个通液孔相连的单流阀（6）；所述中心管（1）底端与下外筒（7）的内凸台（10）之间设有弹簧（9）。该抽油井全时段泄防两用装置不仅同时兼备防喷与泄油功能，还能实现检泵作业全时段防喷与泄油。

Description

抽油井全时段泄防两用装置

技术领域

本发明涉及油田领域，具体说是一种抽油井全时段泄防两用装置。

背景技术

抽油机井在检泵和下泵作业的起下杆管过程中，对于井下压力高的井，会从油管内向地面喷液。对于井下压力低的井，虽然不能向上喷液，但由于起管柱过程中泵的固定凡尔是关闭的，在起管柱时会把油管内的井液随油管的起出带到地面，既污染环境，又恶化了作业工人的劳动条件，使井口作业工人在油污中操作，而且施工完成后还要清理井场，增加了很多工作量。为此，油井起下作业时的防喷与泄油，是油田环保所要解决的重要内容。对此人们已进行了多方探索，形成了各种防喷和泄油工艺，但都不够完善，存在各种各样的问题：

防喷工艺方面：在大泵脱接环节加设封堵机构的防喷脱接器，在杆柱与柱塞对接前和脱离后把泵上的油管堵住，意在起下管柱时防喷。如检泵时井内压力低无喷势时，则因油管被堵住无法泄油。且因该工艺只能应用于Φ83及以上大泵井，不能应用于Φ70及以下泵径的小泵，因小泵不用脱接器。并且在杆柱对接前还需用泵车向管柱内泵液，平掉液压后才能打开封堵对接杆柱。

在泵上应用活门的防喷工艺，只能是在下管柱时防喷，起管柱时则不能防喷。在打开活门前也还需要用泵车和罐车向油管内灌水平衡压力。

用抽油泵固定凡尔下加活堵的防喷工艺，也只能是下管柱时防喷，起管柱时不能防喷，而且下完管柱后，还必须调用泵车和罐车，向油管内打液压把活堵憋下去才能进行抽油生产。

用防喷油管锚也只能是在起下管柱时防喷，且当下管柱后如果油管锚坐封失败，则因油路不通无法直接投产，只能把管柱起出重下。

用自膨胀投堵器投到油管内防喷，不能在下管柱时应用，只能是在抽油杆起出后的空油管情况下投堵，且投堵后要等待堵塞器膨胀4~6小时，影响施工进度，且在管壁上有较厚积蜡等阻力时，还可能投不到位。

由于上述各项防喷工艺都不能解决起抽油杆柱时的防喷，所以在起杆柱时还要在井口另用抽油杆自封，就是在起杆柱时把橡胶制成的抽油杆自封固定在井控装置上，让杆柱于中穿过。然而由于杆柱接箍的直径比杆体大得太多，需要的自封涨缩比过大，超过了常规橡胶可承受的涨缩范围，致使抽油杆自封寿命太短，特别是近年来为解决杆管偏磨问题而在杆柱上加用了大量的扶正器，其外径要比杆接箍还大，并且其外表面为多条顺棱或螺旋棱，致使在起杆柱时的防喷更加困难。

泄油工艺方面：最早的泄油器是盲孔螺塞式泄油器，接在泵筒与固定凡尔之间，作业检泵时起完杆柱后，向油管内投棒，把探伸于管内的螺塞盲端砸断，露出螺塞的中心孔，使管柱内的井液流出，该工艺目前仍然在用。

二是接在固定凡尔之上的滑套式泄油器，也是在起完杆柱之后向油管内投棒，把固定滑套的剪钉砸断使滑套下落，露出泄油孔，以便起管柱时泄油。

三是接在泵上管柱上的打压式滑套泄油器，在起管柱之前用泵车向油管内打高压，把滑套憋开露出泄油孔泄油。

四是拉拔式泄油器，则需要两件井下工具组合使用，除管柱上安装靠拉拔力拉断剪钉露出泄油孔的泄油器外，其下还需配接用以锚定管柱的油管锚，使之在上提管柱时产生足够的拉力把剪钉拉断。也可以把锚定和泄油做成一个井下工具，可称之为泄油锚，接在泵上的管柱上，靠其锚定总成的锚定力，使上部的泄油机构在上提管柱时拔开泄油。

五是支井底式泄油器，该泄油器接在泵下，在起管柱之前先要下加深管柱，使管柱支到井底，使泄油器的中心杆把泵的固定凡尔球支起并定位，形成液流通道泄油。

综上所述，已有的各种防喷和泄油工艺还都存在着各种缺陷和问题：其中防喷工艺或是只能做到起、下管柱过程中的单程防喷，或是起、下管柱双程防喷但起杆柱时也不能防喷。有些工艺还需调用泵车和罐车配合，比较麻烦。泄油的井下工具也同样存在各种缺陷和问题：其中投棒式泄油器，是在起完杆柱后才能投棒，在该井是因杆柱断脱而检泵的情况下，因断点以下的杆柱留在了油管内，就无法投棒了；靠憋压打开的泄油器，在油井是因漏失而检泵的情况下，则憋不起高压，泄油器也就无法打开，而且因需要上罐车和泵车，操作起来也麻烦；靠拉拔打开的泄油器，因需要加用锚定工具或锚定机构，不仅成本高，操作也麻烦，并且也有生产时因憋压诊断泵况时将泄油器憋开，或起管柱时发生锚定机构遇卡的风险；靠管柱支井底操作的泄油工艺，因需要下加深管柱，增加了额外向井场拉运补长油管的工作量和下加深管柱的操作工作量。

因防喷和泄油是一对矛盾，防喷是要求把管柱封闭阻止井液进入油管，泄油是要求起管柱时把管柱底部打开液流通道，让油管内的井液下行流出油管外，非此即彼，所以此前的防喷和泄油井下工具的功能都是单一的，或是防喷，或是泄油，既不能一器两用，也不能两器同用。然而因井下的压力高低是动态的，在抽油生产时井筒内压力低，当泵失效停产后，井筒内压力会上升，如停产时间较长，井筒内压力会逐渐接近地层压力，如地层压力高于静液柱压力，届时油井就会具有喷势，在检泵作业时就应该防喷。如地层压力低或停产距检泵作业时间很短，检泵作业时井无喷势，则检泵作业时就该泄油。然而防喷和泄油的井下工具是须在上次下泵时就接在管柱上下井的，而该井下次何时需要检泵，以及泵失效停产后多长时间能排到作业队上井进行检泵作业，届时是该防喷还是该泄油，该井本次作业时是该在管柱上配套防喷工具还是泄油工具，除地层压力远低于静液柱压力的油田（或区块）可以直接认定应配泄油器外，很多情况下还真难以料定，因此期待有既能防喷也能泄油的井下工具，以适应不同油井条件下的环保需要。

在目前已有的文献中，也有人提出了靠管内外压差进行防喷与泄油功能的转换，但其在生产与泄防状态的转换还是要靠起出抽油杆后投棒，这样该工艺只能是在检下泵作业的部分工序中起作用，存在着以下问题：一是因投棒关闭生产通道只能是在起出杆柱之后进行，在起杆柱过程中因生产通道是开通的，该作业时间段管内还是可以喷液的。二是很多井次的检泵作业是因杆柱断脱而进行的，断点以下的杆柱留在油管内不能随上部杆柱起出，这种情况下，在起管柱之前无法投棒使生产通道关闭，起管柱时也就无法防喷和泄油了。为此，还需要研发不仅全功能还要全时段的防喷泄油装置，从而解决前述各种工艺存在的问题。

发明内容

为了克服现有技术中上述的不足，本发明提供一种抽油井全时段泄防两用装置，该抽油井全时段泄防两用装置不仅同时兼备防喷与泄油功能，还能实现检泵作业全时段防喷与泄油。

本发明的技术方案是：一种抽油井全时段泄防两用装置，包括中心管、上外筒、下外筒，所述中心管外部设有阀体，上外筒、下外筒分别连接在阀体上下两端，中心管上部的外表面开有折线形的轨道槽，轨道槽内置有轨道钉，且轨道钉连接在阀体上，所述阀体侧壁上对应下外筒处开有阀体通液孔；所述中心管上开有上通液孔和下通液孔，阀体上设有与其中一个通液孔相连的单流阀；所述中心管底端与下外筒的内凸台之间设有弹簧。

所述轨道槽包括若干个竖直方向的纵槽和倾斜的斜槽，纵槽和斜槽的数量均为偶数，斜槽与纵槽在周向上间隔设置，且斜槽位于纵槽上部；所述纵槽分为长槽和短槽，且二者间隔设置。

所述中心管上部侧壁上开有若干个出液孔。

所述轨道钉外部螺纹连接转环，转环位于阀体内壁环槽上。

所述中心管下端连接有弹簧座，弹簧上端顶在弹簧座上。

本发明具有如下有益效果：由于采取上述方案，该装置是生产状态和泄防状态交互变化，且轨道周向连通可循环进行，只要杆柱下放和提起一次，就在泄防状态和生产状态之间转换一次，且杆柱这两次下放和提起，皆是检泵作业过程中的必有操作，不用为改换装置状态特意增加操作。而在泄防状态时，是泄油还是防喷，则由单流阀按管内外压差自然形成，因此可适应不同的油井条件。至此，检下泵作业全过程中的油管内防喷和泄油问题可得到圆满解决。该装置不仅解决了防喷与泄油功能同时兼备的问题，还可在检泵作业的各个工序过程中，全时段实现防喷与泄油，即使是杆柱断脱检泵也能起到泄防作用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是轨道槽的展开图。

图中1-中心管，2-上外筒，3-转环，4-轨道钉，5-阀体，6-单流阀，7-下外筒，8-弹簧座，9-弹簧，10-内凸台，11-出液孔，12-轨道槽，13-上通液孔，14-外筒通液孔，15-流道，16-下通液孔，17-阀体通液孔，18-台阶。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

由图1、图2所示，一种抽油井全时段泄防两用装置，包括中心管1、上外筒2、下外筒7，所述中心管1外部设有阀体5，阀体5与中心管1之间设有多个密封圈，二者之间可相互转动，所述上外筒2、下外筒7分别通过螺纹连接在阀体5上下两端的外侧。所述中心管1上部侧壁上开有若干个出液孔11，中心管1上部外壁上设有凸出的台阶18。所述中心管1上部的外表面开有折线形的轨道槽12，所述轨道槽12包括若干个竖直方向的纵槽和倾斜的斜槽，纵槽和斜槽的数量均为偶数，斜槽与纵槽在周向上间隔设置，斜槽位于纵槽上部，且相邻的两个槽之间均通过深度相同的过渡槽相连。所述纵槽分为长槽和短槽，且二者间隔设置，即斜槽在竖直方向上位于一个长槽和一个短槽之间。

所述轨道槽12内置有轨道钉4，轨道钉4外部螺纹连接转环3，转环3位于阀体5内壁的环槽内，从而将轨道钉4纵向定位在阀体5上，周向可随转环3绕中心管1转动，以减少轨道钉4在轨道槽12倾斜段运行时的阻力。所述中心管1侧壁上开有上通液孔13和下通液孔16，阀体5上设有连通内外的流道15，且流道15内置有单流阀6，该装置在初始状态时，单流阀与下通液孔16相通。阀体5侧壁上对应下外筒7处开有阀体通液孔17。所述中心管1底端螺纹连接有封闭的弹簧座8，弹簧座8与下外筒7的内凸台10之间设有弹簧9。

工作时，本装置连接在抽油泵的固定凡尔与泵筒之间下井。这时装置处于初始状态（如图1），此时轨道钉4处于图2中的位置Ⅰ处，即长槽的下端，中心管1的上通液孔13处在被封堵状态，下通液孔16与液流通道15内的单流阀6相通，因这时井筒内压力高于油管内压力，单流阀6处于关闭状态，起到防喷作用。管柱下完后下杆柱，杆柱下完后压在中心管1上，使中心管1压缩弹簧9下行到下死点，即中心管1上端的台阶18靠在阀体5的上端面上，这时中心管1的上通液孔13运行到与单流阀6处的流道15对应状态，下通液孔16越过阀体5上的阀体通液孔17，处于被堵死状态，轨道钉4处于轨道槽12的上死点，即图2中所示的位置Ⅱ处。当上提防冲距将抽油杆柱吊起固定，中心管1因失去杆柱重压，在弹簧9的作用下上行，轨道钉4进入轨道槽12的短槽下端点，即图2中所示的位置Ⅲ处，中心管1受轨道钉4的制约不能再向上移动，这时中心管1的下通液孔16对应于阀体5的阀体通液孔17，单流阀6的液流通道15被堵死，这时装置进入抽油生产时的状态，随着泵柱塞的往复运动，从下外筒7下端进入的井液，经弹簧9的螺旋空间和簧座8的***环空上行，再经阀体5上的阀体通液孔17和中心管1上的下通液孔16进入到中心管1内，再从中心管1上端的出液孔11流出上行。

当下次检泵作业时，井口卸掉抽油杆方卡子后，杆柱重量又压到中心管1上，使中心管1下行到下死点，轨道钉4到达图2中的位置Ⅳ处，中心管1的下通液孔16又被堵死，上通液孔13又与单流阀6处的流道15对应，进入泄防状态，就可以拆掉采油树，然后起抽油杆柱。当抽油杆柱被提起后，中心管1在弹簧9的作用下上升到上死点，轨道钉4进入图2中的位置Ⅴ处，中心管1又处于初装状态，可以防喷起杆柱了。杆柱起完后接着在该状态下防喷起管柱，在起管柱时，如果井筒内压力低于油管内压力，则单流阀自动打开，实现泄油。

如果该井是因抽油杆柱断脱而检泵作业，则断点以下杆柱压在中心管1上，中心管1上的下通液孔16如前述被堵死，装置由生产状态变为泄防状态，检泵作业时也还是如前述一样操作，放下杆柱后正常上提即可。

综合上述，当轨道钉处于图2所示的A所对应的位置（即中心管1在下死点）和C所对应的位置（即中心管1在上死点）时，装置处于泄防状态。当轨道钉处于图2所示的B所对应的位置（即中心管在上下死点的中间位置）时，装置处于纵向连通的生产状态。

Claims (4)

1.一种抽油井全时段泄防两用装置，包括中心管（1）、上外筒（2）、下外筒（7），其特征在于：所述中心管（1）外部设有阀体（5），上外筒（2）、下外筒（7）分别连接在阀体（5）上下两端，中心管（1）上部的外表面开有折线形的轨道槽（12），轨道槽（12）内置有轨道钉（4），且轨道钉（4）连接在阀体（5）上，所述阀体（5）侧壁上对应下外筒（7）处开有阀体通液孔（17）；所述中心管（1）上开有上通液孔（13）和下通液孔（16），阀体（5）上设有与其中一个通液孔相连的单流阀（6）；所述中心管（1）底端与下外筒（7）的内凸台（10）之间设有弹簧（9）；

所述轨道槽（12）包括若干个竖直方向的纵槽和倾斜的斜槽，纵槽和斜槽的数量均为偶数，斜槽与纵槽在周向上间隔设置，且斜槽位于纵槽上部；所述纵槽分为长槽和短槽，且二者间隔设置；

工作时，所述抽油井全时段泄防两用装置连接在抽油泵的固定凡尔和泵筒之间下井，初始状态时，轨道钉（4）处于长槽的下端，所述上通液孔（13）处在被封堵状态，下通液孔（16）与单流阀（6）相通，单流阀（6）处于关闭状态，起到防喷作用；

管柱下完后下杆柱，杆柱下完后压在中心管（1）上，使中心管（1）压缩弹簧（9）下行到下死点，上通液孔（13）与单流阀（6）处的流道（15）对应，下通液孔（16）处于被堵死状态，轨道钉（4）处于轨道槽（12）的上死点，当上提防冲距将抽油杆柱吊起固定，中心管（1）因失去杆柱重压，在弹簧（9）的作用下上行，轨道钉（4）进入轨道槽（12）的短槽下端点，下通液孔（16）对应于阀体通液孔（17），单流阀（6）的流道（15）被堵死，这时装置进入抽油生产时的状态；

杆柱起完后接着起管柱，在起管柱时，如果井筒内压力低于油管内压力，则单流阀（6）自动打开，实现泄油。

2.根据权利要求1所述的抽油井全时段泄防两用装置，其特征在于：所述中心管（1）上部侧壁上开有若干个出液孔（11）。

3.根据权利要求2所述的抽油井全时段泄防两用装置，其特征在于：所述轨道钉（4）外部螺纹连接转环（3），转环（3）位于阀体（5）内壁环槽上。

4.根据权利要求3所述的抽油井全时段泄防两用装置，其特征在于：所述中心管（1）下端连接有弹簧座（8），弹簧（9）上端顶在弹簧座（8）上。

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