一种防倒灌式油井管柱防坠落装置及工艺方法.pdf

一种防倒灌式油井管柱防坠落装置及工艺方法，属于防倒灌反洗井技术领域。上接头上端连接油管，内有进液孔形成洗井通道，上接头内置浮动球，下设支撑弹簧做支撑，自封胶筒热处理固定在缸体上，锥体螺纹连接与内管，内管上端与上接头螺纹连接，其下端与下接头螺纹连接，卡瓦套在卡瓦罩上，之间用卡瓦弹簧支撑，备帽与扶正体上端螺纹连接，扶正体下端与缸套螺纹连接，备帽与扶正体固定弹簧弓片，防坐弹簧上端与扶正体固定，下端支撑活塞，活塞上端与卡瓦罩螺纹连接，胶筒座与缸套螺纹连接，阻尼胶筒热处理固定在胶筒座上，液压孔在胶筒座上，油流旁通孔在内管下端，轨迹筒通过螺纹与胶筒座下端连接，液流通道进液，下接头上销钉挂接在轨迹筒的轨迹槽内。

1.  一种防倒灌式油井管柱防坠落装置，其特征在于上接头上端连接 油管，内有进液孔形成洗井通道，上接头内置浮动球，下设支撑弹簧做支 撑，自封胶筒热处理固定在缸体上，锥体螺纹连接与内管，内管上端与上 接头螺纹连接，其下端与下接头螺纹连接，卡瓦套在卡瓦罩上，之间用卡 瓦弹簧支撑，备帽与扶正体上端螺纹连接，扶正体下端与缸套螺纹连接， 备帽与扶正体固定弹簧弓片，防坐弹簧上端与扶正体固定，下端支撑活塞， 活塞上端与卡瓦罩螺纹连接，胶筒座与缸套螺纹连接，阻尼胶筒热处理固 定在胶筒座上，液压孔在胶筒座上，油流旁通孔在内管下端，轨迹筒通过 螺纹与胶筒座下端连接，液流通道进液，下接头上的销钉挂接在轨迹筒的 轨迹槽内。

2.  一种防倒灌式油井管柱防坠落工艺方法，其特征在于含有以下步 骤；
正常坐封时，装置下井到预定位置后，上提上接头，带动内管上行， 下接头随之上行，旋转下放，此时销钉移出轨迹筒，使内管得以下行，下 放管柱，内管下行带动锥体下行，利用管柱自重撑开卡瓦，锚定于套管内 壁，装置坐封完成；
起管柱断脱：起管柱过程中装置解封，遇断脱，管柱突然下沉，卡瓦 滞后锥体，再次推动卡瓦张开坐封；
下管柱断脱：管柱断脱后下落中速度突然增大，装置遇到液体（气体） 后，阻尼胶筒挤压液体（气体）形成阻力，液体（气体）进入进液孔形成 压力推动活塞压缩防坐弹簧上行，推动卡瓦罩上行，带动卡瓦上行，同时 锥体随内管自由落体下行，卡瓦与锥体形成相对运动，撑开卡瓦，锚定于 套管内壁，防止管柱下落；
解封：上提管柱，锥体上行，卡瓦在卡瓦弹簧的作用下回收，装置解 封；
弹簧弓片与套管内壁摩擦接触，提供装置本体支撑力、扶正工具，防 坐弹簧固定活塞，防止误动作，阻尼胶筒为装置下落提供阻力，减小下落 速度，同时使液流产生压力推动卡瓦；
洗井：从油套环空注入洗井液，自封胶筒外径大于套管内径，封隔套 管环空，洗井液通过洗井通道进入上接头内腔，洗井液压力下压浮动球， 浮动球压缩弹簧后将液体下行通道密封，阻止洗井液下行，洗井液上行从 油管内排出，完成反洗井循环。

3.  根据权利要求1所述的一种防倒灌式油井管柱防坠落工艺方法， 其特征在于含有以下步骤；
步骤1）、装置下井过程中（井筒液面以上）断脱模拟；
将防倒灌式油井管柱防坠落装置连接生产管柱下井到预定位置 （545.4m），地面打压使连接在管柱最上端的丢手接头断开，管柱形成断 脱下落过程，断脱后装置立即锚定，装置下滑距离0.25m；
步骤2）、装置下井过程中（井筒液面以下）断脱模拟；
将防倒灌式油井管柱防坠落装置连接生产管柱下井到预定位置 （1487.6m），地面打压使连接在管柱最上端的丢手接头断开，管柱形成断 脱下落过程，断脱后装置立即锚定，装置下滑距离0.47m；
步骤3）、正常坐封及起管柱断脱模拟；
下工具坐封：将防倒灌式油井管柱防坠落装置连接生产管柱下井到预 定位置（1487.6m），上提管柱,旋转下放锚定坐封；探底：下放管柱，载 荷表悬重载荷由21.5KN下降为0KN时，管柱载荷全部落在装置上，工具 实际坐封位置不变，判断防坠落装置坐封完好；
管柱断脱：将管柱上提9.6m（卸下一根油管）,地面打压使连接在管 柱最上端的丢手接头断开，装置下落0.62m后变为静止状态，冲击力约为 199KN，装置有效锚定，起到防止管柱下落的作用；
起钻：继续上提管柱，管柱解封，起出油管没有发生弯曲变形、防坠 落装置完好。

一种防倒灌式油井管柱防坠落装置及工艺方法
技术领域
本发明涉及一种防倒灌式油井管柱防坠落装置及工艺方法，属于防 倒灌反洗井技术领域。
背景技术
目前油田主要采用水平井高效开发薄油层，除此之外，油井多为定 向井，两者井斜均较大、井眼轨迹复杂，油井生产过程中存在偏磨腐蚀现 象，后期生产过程中可能出现管柱断脱落井造成打捞难度大、风险高、占 井时间长的情况，同时油井还普遍存在结蜡严重，热洗井段长、热洗液污 染地层、热洗效率低的问题。目前，该领域出现的井筒防落物工具主要有 三种：第一种是Y441-115封隔器、套管液压丢手和泄压球座组成的防落 物管串（水平井防落物管柱与举升管柱最佳距离分析，石油地质与工程， 2009,26（1）），Y441-115封隔器采用双锥体单卡瓦锚定方式，套管液压 丢手采用套管打压方式丢开。第二种是采用丝堵+平式筛管+单向阀球座 +Y441-146封隔器总成+丢手短节的组合管串（套管防落物装置在水平井 上的改进与应用，化学工程与装备，2011,5（5））。第三种是防落物装置 连接于生产管柱，由锚定总成和锁放总成组成，断脱后锁放总成的锁套推 动卡瓦张开锚定（油管防落物装置的研究与应用，石油矿场机械，2003,32 （6））。前两种方式为液压丢手式，油管与装置撞击后弯曲变形难以打捞， 同时工具长期留在井筒内会因结垢造成难以解封，对套管损伤大，下井过 程中无法实现防落物；第三种方式下井速度有严格要求，会由于现场不规 范操作而误动作。以上方式均无洗井防倒灌功能。对此，需研制一种与生 产管柱连接，起下管柱及生产过程中断脱后立即锚定，有效防止管柱坠落， 使套管、管柱与装置免受损伤，同时进行热洗清蜡作业时可以避免热洗液 污染地层、降低排液时间、提高热洗效率的管柱防坠落装置。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明提供一种防倒灌式油井管柱防坠 落装置及工艺方法。
本发明是针对油井管柱断脱落井后造成打捞难度大、风险高、成功率 低，同时水平井结蜡严重，洗井作业时洗井液倒灌地层导致生产排液时间 长的问题而研制的防倒灌式的油井管柱防坠落装置。装置连接于生产管柱 下端，正常情况下机械坐封，坐封后可有效阻止断脱管柱掉入井底，同时 不影响正常采油；起下管柱过程中出现管柱断脱后可实现锚定坐封，起管 柱时随生产管柱一同起出，防止出现装置长期留在井筒内因结垢而难以解 封的情况；管柱断脱时从根本上减小管柱下落距离，从而防止强大冲击力 的产生，有效防止套管、管柱与装置免受损伤；热洗作业时，装置封隔地 层，有效阻止热洗液倒灌地层，减小生产排液时间。
一种防倒灌式油井管柱防坠落装置，上接头上端连接油管，内有进液 孔形成洗井通道，上接头内置浮动球，下设支撑弹簧做支撑，自封胶筒热 处理固定在缸体上，锥体螺纹连接与内管，内管上端与上接头螺纹连接， 其下端与下接头螺纹连接，卡瓦套在卡瓦罩上，之间用卡瓦弹簧支撑，备 帽与扶正体上端螺纹连接，扶正体下端与缸套螺纹连接，备帽与扶正体、 缸套固定弹簧弓片，防坐弹簧上端与扶正体固定，下端支撑活塞，活塞上 端与卡瓦罩螺纹连接，胶筒座与缸套螺纹连接，阻尼胶筒热处理固定在胶 筒座上，液压孔在胶筒座上，油流旁通孔在内管下端，轨迹筒通过螺纹与 胶筒座下端连接，液流通道进液，下接头上的销钉挂接在轨迹筒的轨迹槽 内。
一种防倒灌式油井管柱防坠落工艺方法，含有以下步骤；
正常坐封时，装置下井到预定位置后，上提上接头，带动内管上行， 下接头随之上行，旋转下放，此时销钉移出轨迹筒，使内管得以下行，下 放管柱，内管下行带动锥体下行，利用管柱自重撑开卡瓦，锚定于套管内 壁，装置坐封完成；
起管柱断脱：起管柱过程中装置解封，遇断脱，管柱突然下沉，卡瓦 滞后锥体，再次推动卡瓦张开坐封；
下管柱断脱：管柱断脱后下落中速度突然增大，装置遇到液体（气体） 后，阻尼胶筒挤压液体（气体）形成阻力，液体（气体）进入进液孔形成 压力推动活塞压缩防坐弹簧上行，推动卡瓦罩上行，带动卡瓦上行，同时 锥体随内管自由落体下行，卡瓦与锥体形成相对运动，撑开卡瓦，锚定于 套管内壁，防止管柱下落；
解封：上提管柱，锥体上行，卡瓦在卡瓦弹簧的作用下回收，装置解 封；
弹簧弓片与套管内壁摩擦接触，提供装置本体支撑力、扶正工具，防 坐弹簧固定活塞，防止误动作，阻尼胶筒为装置下落提供阻力，减小下落 速度，同时使液流产生压力推动卡瓦；
洗井：从油套环空注入洗井液，自封胶筒外径大于套管内径，封隔套 管环空，洗井液通过洗井通道进入上接头内腔，洗井液压力下压浮动球， 浮动压缩弹簧后将液体下行通道密封，阻止洗井液下行，洗井液上行从油 管内排出，完成反洗井循环。
本发明的优点是：（1）正常情况下装置机械坐封；（2）起下管柱过程 中断脱后装置可迅速坐封，装置下滑距离及冲击力小；（3）装置坐封后， 可有效防止管柱断脱后掉入井底，同时可承受804KN的下压载荷；（4）防 坠落装置上提管柱可解封，解封力小。（5）洗井时，承压25MPa，无压降。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理 解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提 供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，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，如图其中：
图1为本发明的结构剖面示意图。
图2为本发明的现场试验井筒示意图。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
具体实施方式
显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于 本发明的保护范围。
实施例1：如图1、图2所示，防倒灌式油井管柱防坠落装置至上而 下主要由、洗井防倒灌机构、锚定机构、扶正机构、阻尼机构、机械坐封 机构组成。洗井防倒灌机构主要为洗井提供循环通道，并且能够封隔地层， 防止洗井液污染地层；锚定机构主要作用为当管柱断脱或机械坐封时，装 置锚定于套管内壁，承接管柱，防止其下落；扶正机构主要为工具坐封、 解封提供支撑力，其次扶正工具，避免下井过程中提前坐封；阻尼机构主 要作用为当管柱出现断脱后，通过对液面进行挤压，产生的压力推动卡瓦 锚定于套管；机械座封机构主要完成机械坐封动作。
（1）本装置连接于生产管柱下端，正常情况坐封方式为“上提-旋转 下放”管柱，坐封后可防止断脱管柱下落，上提管柱进行解封，并随管柱 一同起出，操作方便。（2）当起下管柱过程中发生断脱时，阻尼机构的自 封胶筒挤压液体，液流产生压力推动卡瓦使其锚定，承接断脱管柱，防止 落入井底。（3）热洗井筒时提供热洗循环通道，并且可以封隔套管环空， 防止热洗液倒灌地层。
一种防倒灌式油井管柱防坠落装置及工艺方法，该试验井井筒液面 600m，分别实施了装置在液面以上、液面以下的管柱断脱模拟及正常机械 坐封后的断脱模拟。
（1）装置下井过程中（井筒液面以上）断脱模拟：
将防倒灌式油井管柱防坠落装置连接生产管柱下井到预定位置 （545.4m），地面打压使连接在管柱最上端的丢手接头断开，管柱形成断 脱下落过程，断脱后装置立即锚定，装置下滑距离0.25m。
（2）装置下井过程中（井筒液面以下）断脱模拟：
将防倒灌式油井管柱防坠落装置连接生产管柱下井到预定位置 （1487.6m），地面打压使连接在管柱最上端的丢手接头断开，管柱形成断 脱下落过程，断脱后装置立即锚定，装置下滑距离0.47m。
（3）正常坐封及起管柱断脱模拟：
下工具坐封：将防倒灌式油井管柱防坠落装置连接生产管柱下井到预 定位置（1487.6m），上提管柱,旋转下放锚定坐封。探底：下放管柱，载 荷表悬重载荷由21.5KN下降为0KN时，管柱载荷全部落在装置上，工具 实际坐封位置不变，判断防坠落装置坐封完好。
管柱断脱：将管柱上提9.6m（卸下一根油管）,地面打压使连接在管 柱最上端的丢手接头断开，装置下落0.62m后变为静止状态，冲击力约为 199KN，装置有效锚定，起到防止管柱下落的作用。
起钻：继续上提管柱，管柱解封，起出油管没有发生弯曲变形、防坠 落装置完好。
实施例2：如图1、图2所示，
一种防倒灌式油井管柱防坠落装置，上接头1上端连接油管，内有进 液孔形成洗井通道2，上接头1内置浮动球3，下设支撑弹簧5做支撑， 自封胶筒4热处理固定在缸体6上，锥体7螺纹连接与内管8，内管8上 端与上接头1螺纹连接，其下端与下接头25螺纹连接，卡瓦9套在卡瓦 罩11上，之间用卡瓦弹簧10支撑，备帽12与扶正体14上端螺纹连接， 扶正体14下端与缸套16螺纹连接，备帽12与扶正体14、缸套16固定 弹簧弓片13，防坐弹簧15上端与扶正体14固定，下端支撑活塞17，活 塞17上端与卡瓦罩11螺纹连接，胶筒座18与缸套16螺纹连接，阻尼胶 筒19热处理固定在胶筒座18上，液压孔20在胶筒座18上，油流旁通孔 21在内管8下端，轨迹筒22通过螺纹与胶筒座18下端连接，液流通道 23进液，下接头25上的销钉24挂接在轨迹筒22的轨迹槽内。
一种防倒灌式油井管柱防坠落工艺方法，含有以下步骤；
正常坐封时，装置下井到预定位置后，上提上接头1，带动内管8上 行，下接头25随之上行，旋转下放，此时销钉24移出轨迹筒22，使内 管8得以下行，下放管柱，内管8下行带动锥体7下行，利用管柱自重撑 开卡瓦9，锚定于套管内壁，装置坐封完成。
起管柱断脱：起管柱过程中装置解封，遇断脱，内管8突然下沉，卡 瓦9滞后锥体7，再次推动卡瓦9张开坐封；
下管柱断脱：管柱断脱后下落中速度突然增大，装置遇到液体（气体） 后，阻尼胶筒19挤压液体（气体）形成阻力，液体（气体）进入进液孔 20形成压力推动活塞17压缩防坐弹簧15上行，推动卡瓦罩11上行，带 动卡瓦9上行，同时锥体7随内管8自由落体下行，卡瓦9与锥体7形成 相对运动，撑开卡瓦9，锚定于套管内壁，防止管柱下落。
解封：上提管柱，锥体7上行，卡瓦在卡瓦弹簧10的作用下回收， 装置解封。
弹簧弓片13与套管内壁摩擦接触，提供装置本体支撑力、扶正工具， 防坐弹簧15固定活塞17，防止误动作，阻尼胶筒19为装置下落提供阻 力，减小下落速度，同时使液流产生压力推动卡瓦；
洗井：从油套环空注入洗井液，自封胶筒4外径大于套管内径，封隔 套管环空，洗井液通过洗井通道2进入上接头内腔，洗井液压力下压浮动 球3，浮动球3压缩弹簧后将液体下行通道密封，阻止洗井液下行，洗井 液上行从油管内排出，完成反洗井循环。
如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没 有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员 来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围 之内。