一种过电缆封隔器坐封辅助工具

技术领域

本发明涉及石油工业对过电缆封隔器进行打压坐封的辅助工具，尤其是一种过电缆封隔器坐封辅助工具。

背景技术

随着海上开发的逐步深入，海上油井作业量逐年提升，根据国家安全生产监督管理总局第［25］ 号令《海洋石油安全管理细则》的要求，海上油田在油气生产井中需要下入过电缆封隔器和井下安全阀， 用于保障井控安全和目前海上油水井作业环保要求。井口液动安全阀、井下安全阀、过电缆封隔器和液控环空封隔器是实现可靠井控的核心工具，上述各部件共同作用，形成一套完善的井下安全控制系统。其中过电缆封隔器是实现油气井油套环空安全控制的重要工具。

过电缆封隔器为一种液压坐封型封隔器，通过油管内打压，实现坐封，一般坐封压力为15-18MPa，油井生产管柱从上到下串连着的工具大致有井下安全阀、过电缆封隔器、液控滑套、泄油器、电泵机组等，没有类似单流阀等可以正向密封、也就是向下密封的结构部件。传统的过电缆封隔器的坐封方式有两种：

一种是：完井后，从井口通过生产管柱下入一种暂堵封隔器，暂堵封隔器上方连接液控管线，将暂堵封隔器下至预定位置，通过液控管线打压坐封暂堵封隔器，同时关闭井口防喷管，通过采油树侧翼的生产闸门对过电缆封隔器打压坐封。

另一种是：在生产管柱中预置密封工作筒，完井后、用钢丝绞车将配套的密封插头投入密封筒中，通过过盈配合实现密封，通过采油树侧翼的生产闸门对过电缆封隔器打压坐封。

上述两种过电缆封隔器的打压坐封方式，其操作均相对繁琐，需要占用平台的时间和空间，作业时间长、作业成本高且井口防喷管在多次使用后，存在从顶部阀芯渗液的可能，存在一定的环保风险。

为了解决上述问题，目前一般采用在过电缆封隔器下方连接的管柱中再连接一个普通单流阀，从而可以对过电缆封隔器实现直接憋压。该种让过电缆封隔器坐封的方式，在后期作业时，一是导致油管内液柱无法及时排空，起油管时会出现边起边喷的现象，对周围环境造成污染；二是会对后期套管内的洗井作业造成阻力。

另有中国专利号CN201220571745.X公开的一种过电缆封隔器坐封工具，该工具包括上端密封筒、球座、球座上护盖和外套筒，所述上端密封筒与外套筒螺纹连接，所述上端密封筒与外套筒的连接处通过密封圈密封；所述上端密封筒内装有球座，所述球座通过剪切销钉与上端密封筒固定，在球座内设有钢球。

上述实用新型的优点是：座封过电缆封隔器时无需下入坐落接头，可省去钢丝投堵作业程序；与管柱中连接单流阀的方式相比，可增大采出液的有效过流面积；修井作业时，给洗井带来了方便。

但是上述实用新型仍存在一些缺陷，一是在坐封后继续打压的过程中，部分打压流体会通过外套筒的采油孔流至工具下部，容易导致球座打压困难，甚至无法下行至限位槽，进而造成球座无法固定。二是上述工具在进行采油作业时，下方流体通过上端密封筒与外套筒之间的环形空间进入油管，过流通道小。三是上述工具在后期生产过程中，钢球会在下方流体作用下频繁撞击上护盖，频繁撞击会导致涨卡块的疲劳，存在球座上行并堵塞上端密封筒中过流通道的风险。

因此，需要发明一种操作简便、可靠性高、过流面积大的过电缆封隔器辅助坐封工具，简化过电缆封隔器的坐封过程，提高作业效率，保证后期高效、长效生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种过电缆封隔器坐封辅助工具，使其连接简单，操作方便、符合海上井控要求。减少和缩短过电缆封隔器的坐封工序和坐封施工时间，节省过电缆封隔器坐封施工占用的海洋平台时间，提高施工效率，降低生产成本。

本发明的技术解决方案是：一种过电缆封隔器坐封辅助工具包括上接头、密封球、球座和下接头，其中：上接头与外护管和下接头顺次连接，球座通过定压剪钉固定在外护管中，密封球放置在外护管内的限位板和球座之间；限位板、外护管、球座和下接头中均设有过流槽，密封球是可溶金属球；过电缆封隔器坐封辅助工具连接在过电缆封隔器下方的生产管柱中。

优选的，所述外护管的两端均设有外螺纹且能够与上接头和下接头螺纹连接，所述上接头的下端和下接头的上端分别设有能够与外护管连接的内螺纹且在所述上接头和下接头中内螺纹段的下方和上方的内壁中设有接头密封圈，所述上接头的上部内圆和下接头的下部外圆分别设有与生产管柱连接的油管螺纹。

优选的，所述外护管的内腔是非等径内腔且内腔自上而下设有限位板安装台、密封圈槽和锁环安装槽，所述密封圈槽上方的外护管的管体中设有剪钉安装孔，在所述密封圈槽下方的内壁中设有过流槽，密封圈槽中装有球座密封圈；所述锁环安装槽中能够装入锁环，在所述剪钉安装孔内能够装入定压剪钉。

优选的，所述外护管内壁中的过流槽是与外护管底端贯通的轴向矩形槽，所述外护管内壁中的过流槽形成的内径小于过流槽上方管体的内径，在所述外护管的过流槽顶端设有内倒角；外护管内壁中的锁环安装槽设在内倒角下方的过流槽中。

优选的，所述限位板安装在外护管的限位板安装台与上接头之间；当所述上接头与外护管连接后、所述的限位板恰好被卡紧在上接头与限位板安装台之间；所述限位板中的过流槽是轴向贯通孔状槽且均匀分布在限位板的板体中，所述限位板中过流槽的孔径设定在2mm－4mm之间。

优选的，所述球座是筒状体，球座的外径小于外护管中的过流槽形成的内径，球座的内径小于密封球的外径；球座的外壁自上而下设有过流槽、剪钉连接环槽和锁环卡槽，所述的剪钉连接环槽中能够插入定压剪钉；所述外护管与球座之间能够通过外护管中锁环安装槽内安装的锁环与球座中的锁环卡槽连接。

优选的，所述球座中的过流槽是轴向矩形槽且与外护管中的轴向矩形槽的槽宽尺寸和槽体个数不同，球座内腔的顶部设有内倒角；球座外壁的底部设有外倒角。

优选的，所述定压剪钉的本体上部设有密封圈且在密封圈下方的本体中设有连接螺纹和插接头，所述定压剪钉底部的插接头的外径小于定压剪钉的外径且同时也小于球座中剪钉连接环槽的高度，所述定压剪钉在外护管中至少安装三个；所述球座上部过流槽的底端到外护管中过流槽顶端的距离a大于球座中锁环卡槽到外护管中安装的锁环的中心线之间的距离b。

优选的，所述锁环是C型环，锁环的本体中有一个贯通的、宽度在2cm-4cm之间的纵向切口且在本体的上端设有内倒角；安装在锁环安装槽中的锁环形成的外径大于卡紧在锁环卡槽中时所形成的外径。

优选的，所述上接头的下部内腔是上小下大的锥形腔，下接头的上部内腔中设置外护管装配台阶和过流槽，下接头中的过流槽是轴向矩形槽。

本发明显著的使用效果是：本发明通过上接头和下接头连接在生产管柱中，其连接简单、操作方便、符合海上井控要求。完井后可直接通过井口打压即可坐封生产管柱中连接的过电缆封隔器，如若完井后不需要立刻生产，可以等待密封球溶化、井下的过流通道连通后再进行采液生产。本发明能够减少过电缆封隔器的坐封工序并缩短了坐封施工时间，节省过电缆封隔器坐封施工占用的海洋平台时间，提高了施工效率，降低了生产成本。

本工具中的过流通道为双通道设计，本工具中的密封球是可溶金属球，消除了现有技术球座上行堵塞过流通道的风险；同时也无需等待密封球溶解。

由于可溶金属球的溶解时间需要7－10天或者更长的时间，为了尽快生产，使用本发明后，在过电缆封隔器坐封后就可继续向油管中打压，将球座打落、使液流通道连通，实现即刻生产。为此，可直接通过井口打压，若压力突降，说明本发明中的球座已被打落至外护管中。此时，本发明中的球座、外护管和下接头中的过流槽已经连通，在密封球没有溶化的情况下，也能进行采液生产，如此会大大节省海洋油田和陆地油田油井的施工占井时间，具有显著的使用效果。

使用本工具在前期生产过程中的流体可以经过下接头、外护管和球座的过流槽和密封球之间的环形空间以及限位板中的过流槽、经油管采至地面；当密封球溶解后，生产过程中的流体直接从本工具的中心通道经限位板和油管采至地面。由于本工具的内通径与两端连接的生产管柱中的油管的内通径一致，相同外径条件下，本工具中的过流面积更大。

与现有技术相比，本发明改变了目前过电缆封隔器的坐封工序繁琐、施工时间长、存在环保隐患的现状。使用本工具后，可直接对井下的生产管柱打压坐封过电缆封隔器后，就能够直接进行生产，不需要使用暂堵封隔器时的复杂的起下作业，减少并缩短了过电缆封隔器的坐封工序和坐封施工时间，能够产生明显的经济效益。同时，本发明便于施工人员操作，对施工场地要求低。

本发明中的螺纹连接处和外护管与球座之间都使用了多级密封圈进行密封，定压剪钉的承压能力强，密封效果好，可保证后期生产过程中，本工具不会出现渗漏情况。生产管柱中的过电缆封隔器坐封结束后，打落的球座自动进入锁止状态，被固定在设计位置，同时形成大过流通道，满足后期生产。

本装置不仅可以100%的有效坐封过电缆封隔器，还保证了过电缆封隔器坐封后，井下生产管柱中的液流通道畅通，待密封球完全溶化后，即可实现大排量举升。

综上所述，本发明具有操作简单、施工方便、如若用在海洋平台的采油井中，具有过电缆封隔器坐封简便、占用海洋平台和油井的施工时间短等特点，能够有效降低生产成本，具有显著的使用效果和应用价值。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1中外护管结构示意图的主视图。

图3是图2的左视图。

图4是图1中球座结构示意图的主视图。

图5是图4的右视图。

图6是图1中锁环结构示意图的主视图。

图7是图6的左视图。

图中：上接头1、限位板2、接头密封圈3、外护管4、锁环安装槽41、密封圈槽42、密封球5、球座6、锁环卡槽61、剪钉连接环槽62、定压剪钉7、球座密封圈8、锁环9、下接头10。

具体实施方式

附图仅为参考与说明之用，并非用以限制本发明的保护范围。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。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，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发明和简化描述，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发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参见图1－图7，一种过电缆封隔器坐封辅助工具，包括上接头1、密封球5、球座6和下接头10，其中：

上接头1与外护管4和下接头10顺次连接，球座6通过定压剪钉7固定在外护管4中，密封球5放置在外护管4内的限位板2和球座6之间；

限位板2、外护管4、球座6和下接头10中均设有过流槽，密封球5是可溶金属球；

过电缆封隔器坐封辅助工具连接在过电缆封隔器下方的生产管柱中。

本发明中的密封球5是可溶金属球且放置在外护管4内的限位板2和球座6之间。密封球5的制造材料为铝镁合金，其中加入了Zn、Ag、C等元素，其强度可达400MPa，能够满足过电缆封隔器坐封时生产管柱暂时封堵的力学性能要求。通过调配制造配方，可对密封球5的溶解速度实现控制，可使其在临界服役时间前不溶解，保证在过电缆封隔器坐封之前与球座6之间具有良好的密封性能，在过电缆封隔器坐封后逐渐溶解，油井产液的过流通道彻底打开。

当需要坐封过电缆封隔器时，直接对本发明打压至过电缆封隔器坐封需要的额定压力，过电缆封隔器即可坐封。

由于限位板2、外护管4、球座6和下接头10中均设有过流槽且密封球5又是可溶金属球，密封球5在溶解的过程中，油井产液就能从本发明中通过；当密封球5完全溶解后，即为油井产液彻底打开了过流通道。

本发明的连接简单，操作方便，仅需要为本发明打压即可，符合海上井控要求。减少了过电缆封隔器的坐封工序，不仅降低了施工成本，也大幅缩短了过电缆封隔器的坐封施工时间，节省了过电缆封隔器坐封施工占用的海洋平台和油井的生产时间，提高了施工效率，有效降低了生产成本。

在上述实施例一的基础上，本发明还有以下实施例：所述外护管4的两端均设有外螺纹且能够与上接头1和下接头10螺纹连接，所述上接头1的下端和下接头10的上端分别设有能够与外护管4连接的内螺纹且在所述上接头1和下接头10中内螺纹段的下方和上方的内壁中设有接头密封圈3，所述上接头1的上部内圆和下接头10的下部外圆分别设有与生产管柱连接的油管螺纹。使得本坐封辅助工具能够方便地连接在过电缆封隔器下方的生产管柱中。

所述外护管4的内腔是非等径内腔且内腔自上而下设有限位板安装台、密封圈槽42和锁环安装槽41，所述密封圈槽42上方的外护管4的管体中设有剪钉安装孔，在所述密封圈槽42下方的内壁中设有过流槽，密封圈槽42中装有球座密封圈8；所述锁环安装槽41中能够装入锁环9，在所述剪钉安装孔内能够装入定压剪钉7。外护管4中的密封圈槽42设在剪钉安装孔与过流槽之间的管体内壁中，在过电缆封隔器的坐封过程中，能够起到很好的密封作用。

所述外护管4内壁中的过流槽是与外护管4底端贯通的轴向矩形槽，所述外护管4内壁中的过流槽形成的内径小于过流槽上方管体的内径，在所述外护管4的过流槽顶端设有内倒角；外护管4内壁中的锁环安装槽41设在内倒角下方的过流槽中。外护管4的过流槽顶端设有内倒角形成的坡度，能够防止流体经过时对过流槽形成冲刷，保护外护管4。

所述限位板2安装在外护管4的限位板安装台与上接头1之间；当所述上接头1与外护管4连接后、所述的限位板2恰好被卡紧在上接头1与限位板安装台之间，装配到位后上接头1对限位板2会产生一定压力，保证了在生产过程中，限位板2不会出现上下窜动现象；所述限位板2中的过流槽是轴向贯通孔状槽且均匀分布在限位板2的板体中，所述限位板2中过流槽的孔径设定在2mm－4mm之间。限位板2中均布的小直径轴向贯通孔状槽，可保证后期大排量生产过流的同时，实现了一定的过滤功能，能够防止大颗粒的固体杂质对采油树中的油嘴产生堵塞。

所述球座6是筒状体，球座6的外径小于外护管4中的过流槽形成的内径，球座6的内径小于密封球5的外径；球座6的外壁自上而下设有过流槽、剪钉连接环槽62和锁环卡槽61，所述的剪钉连接环槽62中能够插入定压剪钉7；所述外护管4与球座6之间能够通过外护管4中锁环安装槽41内安装的锁环9与球座6中的锁环卡槽61连接。通过调配制造配方，可对密封球5的溶解速度实现控制，但是为了井下作业安全，一般是将密封球5的溶解速度控制在施工作业完成后的一段时间内再溶化。若在过电缆封隔器坐封完毕后，不等待密封球5溶化，需要立即进行采油生产时，可继续对本发明打压。当压力超过定压剪钉7的剪切值时，球座6下行至外护管4的下部，此时的锁环9为外护管4和球座6起到了连接作用，无需等待密封球5溶化，即可通过打压的方式使外护管4与球座6连接起来，通过外护管4和球座6中的过流槽让油井产液通过。

所述球座6中的过流槽是轴向矩形槽且与外护管4中的轴向矩形槽的槽宽尺寸和槽体个数不同，球座6内腔的顶部设有内倒角；球座6外壁的底部设有外倒角，方便锁环9的安装。球座6内腔顶部的内倒角可使密封球5的密封严密，在密封球5溶解后可防止液流对过流槽的冲蚀，球座6中的过流槽与外护管4中的过流槽的槽宽尺寸和槽体个数不同，可以让液流通过的同时，球座6又不能从外护管4中下落。

所述定压剪钉7的本体上部设有密封圈且在密封圈下方的本体中设有连接螺纹和插接头，所述定压剪钉7底部的插接头的外径小于定压剪钉7的外径且同时也小于球座6中剪钉连接环槽62的高度，所述定压剪钉7在外护管4中至少安装三个；所述球座6上部过流槽的底端到外护管4中过流槽顶端的距离a大于球座6中锁环卡槽61到外护管4中安装的锁环9的中心线之间的距离b。保证了在球座6被打掉后，本工具上下的过流槽能够连通，允许大流量的流体从中通过。球座6中过流槽的宽度、数量与外护管4中过流槽的宽度、数量均不相同，保证了在球座6不能从外护管4中掉落的同时，球座6无论如何旋转，与外护管4之间都会有充裕的过流通道。定压剪钉7外部的密封圈，保证了该处的密封效果，定压剪钉7中插接头的设计可保证剪切力的稳定。当过电缆封隔器坐封完毕，油井需要生产时，从井口打压，将定压剪钉7的插接头剪断，球座6随之下落，当锁环卡槽61下落至锁环9在外护管4中的锁环安装槽41处时，锁环9正好卡入球座6的锁环卡槽61中，将球座6锁定在外护管4中。

所述锁环9是C型环，锁环9的本体中有一个贯通的、宽度在2cm-4cm之间的纵向切口且在本体的上端设有内倒角；安装在锁环安装槽41中的锁环9形成的外径大于卡紧在锁环卡槽61中时所形成的外径。锁环9一方面能够很方便地安装在外护管4中，同时又能够牢牢地将球座6锁定在外护管4中。

所述上接头1的下部内腔是上小下大的锥形腔，装配到位后的上接头1对限位板2产生一定压力，保证了生产过程中限位板2不会出现上下窜动现象；下接头10的上部内腔中设置外护管装配台阶和过流槽，下接头10中的过流槽是轴向矩形槽，与限位板2、球座6、外护管4中的过流槽形成过流通道。油井产液自本工具的下接头10向上通过、被采至地面。

上面叙述的实施例仅仅为典型实施例，但本发明不仅限于这些实施例，本领域的技术人员可以在不偏离本发明的精神和启示下做出修改。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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。凡在本发明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，均应包含在本发明的保护范围之内。因此，保护范围不仅限于上文的说明。