CN112343531B - 一种石油开采井下作业防砂卡安全接头及操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石油开采井下作业防砂卡安全接头及操作方法，包括位于井内的管柱，管柱上靠近井开口的一端可拆卸连接防砂管、另一端可拆卸连接多个同轴安装的存砂管装置，相邻两个存砂管装置之间通过管道接头固定连接；存砂管装置包括与管柱端部螺纹连接的存砂筒，存砂筒内固定安装一个同轴线的液压油管，液压油管的侧壁上固定连通设置多个对称分布的支管，支管内活动插接连接杆，连接杆的内端固定连接活塞，支管上还开设有与侧液压油管连通的油口。在管柱一端安装存砂管装置，当遇砂卡时，能自动解卡，使整个管柱能顺利通过砂卡位置，继续完成工作。存砂管装置能方便拆装，节约工作时间。

Description

一种石油开采井下作业防砂卡安全接头及操作方法

技术领域

本发明涉及石油开采设备技术领域，具体为一种石油开采井下作业防砂卡安全接头及操作方法。

背景技术

在油气开采过程中，安全接头用于钻井、打捞、洗井、修井和测试等作业以及安装在油管柱上，是连接在井内管柱上的一种易于脱扣、对扣的安全工具。它安装在管柱需要脱开的位置，可同管柱一起传送扭矩和承受各种复合应力，井内发生故障时通过井口操作完成作业管柱的脱扣、对扣，为预防及解除井下事故提供保障工具。主要有粗扣方螺纹连接和剪钉式两种。

在井下作业或油水井生产中，由于施工措施不当或地层出砂等因素出现砂埋管柱的情况，造成管柱不能正常活动的现象被称为砂卡。砂卡是一种常见的卡钻方式，常见有两种：

1、井下作业施工过程中造成的卡钻。

2、油水井生产过程中出砂造成的油管或井下工具被卡。

当井下的管柱与套管之间出现砂埋时，防沙管很容易被卡住导致无法取出，当砂埋的高度过高时，安全接头也无法实现分离，这样就会出现油井大修的问题，大修油井需要半年时间，维修费用一百万元左右，会造成作业工作量大和大量的经济损失。

目前针对砂卡的常用方法就是冲砂方法，将笔尖下放到砂堵附近后，通过高压喷出高速流动洗井液将井底的砂子冲冲散，并利用循环上返的液流将冲散的砂子带至地面。但井下砂堵长度有时有几百米长，完全依靠冲砂来进行除砂作业所需时间有时要几个月时间才能完成，同时冲砂作业过程中由于砂自身也会沉降，同时受到地层漏失的影响，沿程压力损失，井口返出总液量会低于入井总液量，有时连三分之一都达不到，井底砂粒无法被冲砂液携带出井，还可能会在冲砂过程中出现新的砂堵位置。砂在水平段井眼中滑脱距离很短（套管直径），易沉积，但主要以砂床形态或一段不致密的砂段形态出现，砂床上部井眼存在一定的通道。如果存在砂段，砂在重力作用下，这个砂段一旦受到外部流体或力的影响，就会向两侧分散而出现松动或通道，难以出现牢固的自锁力。

在针对水平井冲砂作业中，经常遇到冲不动的情况。砂粒在水平段的沉降方向始终指向套管内壁底侧，与冲砂液流动方向近乎成 90°。如果冲砂液粘度太小而对砂粒没有足够的悬浮能力，井底被冲起的砂粒在短距离运移后便沉积形成砂丘（或砂床)， 出现砂堵或砂卡管柱现象。另外，井底砂粒长期堆积，与井底矿物离子结合形成坚硬垢块， 冲砂液无法将其冲开。 这种情况仅通过改变冲砂液粘度和排量无法改善。

砂在水平井中与直段井所处的空间形态不同，形成的卡阻机理不同。同样的地层，受重力影响，在水平段，由于井眼处于水平状态，客观上使堆积空间加大，砂沿整个水平段井筒轴线分散沉积，处于松散状态，在井筒内形成砂床或不紧密的砂段。

在针对直井冲砂作业中，砂在直井段与水平段对井内管柱所产生的自锁力不同，卡钻程度差异大。在直井段冲砂、磨 / 钻 / 铣作业中，当流速减缓或停止流动时，砂受自身重力影响向下滑脱，开始沉积，同时受井内液体流动的动力影响，提高了沉积速度，增加了砂体的致密性，砂堆积在管柱周围，当上提管柱时，由于砂与管壁之间摩擦力的作用，砂与套管壁、油管壁之间产生了一个自锁力，产生自锁力后，管柱大力上提会使摩擦力增大，摩擦力增大则自锁力增大，上提负荷越大，被卡越严重。

为此我们提出一种石油开采井下作业防砂卡安全接头及操作方法用于解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石油开采井下作业防砂卡安全接头及操作方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种石油开采井下作业防砂卡安全接头，包括位于井内的管柱，所述管柱上靠近井开口的一端可拆卸连接防砂管、另一端可拆卸连接多个同轴安装的存砂管装置，相邻两个存砂管装置之间通过管道接头固定连接；

所述存砂管装置包括与管柱端部螺纹连接的存砂筒，所述存砂筒内固定安装一个同轴线的液压油管，所述液压油管的侧壁上固定连通设置多个对称分布的支管，所述支管内活动插接连接杆，所述连接杆的内端固定连接活塞，所述支管上还开设有与侧液压油管连通的油口；

连接杆的外端固定连接齿刀，多个所述齿刀呈中心对称分布在液压油管外侧，所述存砂筒侧壁上对应齿刀的位置开设有通孔，所述齿刀可穿过通孔向存砂筒外侧延伸；

所述存砂筒内靠近管柱的一侧固定安装有气缸，所述气缸的驱动端固定连接防砂罩，所述防砂罩活动位于通孔的内侧、且与存砂筒内部接触。

优选的，所述存砂筒两端的内壁上固定安装有连接板，所述连接板上固定安装有所述液压油管，所述液压油管的两个端部通过旋转密封接头可拆卸连接外油管。

优选的，所述外油管和侧液压油管内通过液压泵交替地注入液压油。

优选的，所述活塞位于支管内端部和油口之间，且活塞外侧设有密封圈、并与支管内壁密封接触。

优选的，一个齿刀上设置两个所述连接杆，所述液压油管上对应一个齿刀设置两个支管，所述齿刀平行于所述液压油管的轴线。

优选的，所述防砂罩为两端开口、中空的圆柱形结构，所述防砂罩的外径与存砂筒内径一致，且防砂罩底部设有锯齿结构。

一种石油开采井下作业防砂卡操作方法，采用上述的安全接头，具体步骤如下：

S1：将安装有存砂管装置的管柱下放到井下进行正常工作；

S2：当井下遇卡，安全接头无法分离时，气缸收缩，防砂罩将存砂筒上的通孔露出，遇卡处的部分砂子进入到存砂筒中，减轻遇卡情况或者解除遇卡；

S3：若没有解除遇卡情况，通过液压泵交替地向外油管和侧液压油管注入液压油，则带动活塞在支管内做往复运动，使得齿刀穿过通孔对遇卡处的砂堆反复冲击，使砂卡位置砂子松散而进入到存砂筒中，从而解卡；

S4：解卡后，齿刀收回到存砂筒内，气缸伸出，使防砂罩覆盖在存砂筒上的通孔内侧，将通孔堵住；

S5：上提管柱，取下存砂管装置并将其内的砂子倒出，便于下次使用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明在管柱一端安装存砂管装置，当遇砂卡时，能自动解卡，使整个管柱能顺利通过砂卡位置，继续完成工作。

2、存砂管装置能方便拆装，节约工作时间。

3、存砂管装置的防砂罩下端有齿，当砂子进入存砂筒时，方便防砂罩下移堵塞存砂筒的上的通孔。

4、液压油管周边设置活动伸缩的齿刀，能将每个方向遇卡的砂子击打松散，齿刀结构前端的齿便于将砂子击打松散。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明图1中A处放大图；

图3为本发明中液压油管和齿刀安装结构示意图；

图4为本发明中液压油管和齿刀安装结构剖视图；

图5为本发明中齿刀结构示意图；

图6为本发明中解砂卡前局部结构示意图；

图7为本发明中解砂卡时局部结构示意图。

图中：1井、2管柱、201防砂管、202外油管、3存砂管装置、31存砂筒、3101连接板、3102旋转密封接头、3103通孔、32液压油管、3201支管、3202油口、33气缸、34防砂罩、35齿刀、3501连接杆、3502活塞、3503密封圈、4管道接头。

具体实施方式

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。

请参阅图1-7，本发明提供一种技术方案：一种石油开采井下作业防砂卡安全接头，包括位于井1内的管柱2，管柱2上靠近井1开口的一端可拆卸连接防砂管201、另一端可拆卸连接多个同轴安装的存砂管装置3，相邻两个存砂管装置3之间通过管道接头4固定连接；

如图1-2所示，存砂管装置3包括与管柱2端部螺纹连接的存砂筒31，存砂筒31内固定安装一个同轴线的液压油管32，存砂筒31两端的内壁上固定安装有连接板3101，连接板3101上固定安装有液压油管32，液压油管32的两个端部通过旋转密封接头3102可拆卸连接外油管202。当存砂管装置3的数量大于两个时，位于最远离管柱2的存砂管装置3上的端部为密封结构。

液压油管32的侧壁上固定连通设置多个对称分布的支管3201，支管3201内活动插接连接杆3501，连接杆3501的内端固定连接活塞3502，支管3201上还开设有与侧液压油管连通的油口3202。

如图4-5所示，活塞3502位于支管3201内端部和油口3202之间，且活塞3502外侧设有密封圈3503、并与支管3201内壁密封接触，外油管202和侧液压油管内通过液压泵交替地注入液压油，通过液压方式推动活塞3502内往复运动。

连接杆3501的外端固定连接齿刀35，多个齿刀35呈中心对称分布在液压油管32外侧，存砂筒31侧壁上对应齿刀35的位置开设有通孔3103，齿刀35可穿过通孔3103向存砂筒31外侧延伸。

如图4-5所示，进一步的，一个齿刀35上设置两个连接杆3501，液压油管32上对应一个齿刀35设置两个支管3201，齿刀35平行于液压油管32的轴线。

存砂筒31内靠近管柱2的一侧固定安装有气缸33，气缸33的驱动端固定连接防砂罩34，防砂罩34活动位于通孔3103的内侧、且与存砂筒31内部接触，防砂罩34为两端开口、中空的圆柱形结构，防砂罩34的外径与存砂筒31内径一致，且防砂罩34底部设有锯齿结构，防砂罩34可在气缸33的带动下，活动覆盖在通孔3103的内侧。

一种石油开采井下作业防砂卡操作方法，采用上述的安全接头，具体步骤如下：

S1：将安装有存砂管装置3的管柱2下放到井1下进行正常工作；

S2：当井下遇卡，安全接头无法分离时，气缸33收缩，防砂罩34将存砂筒31上的通孔3103露出，遇卡处的部分砂子进入到存砂筒31中，减轻遇卡情况或者解除遇卡；

S3：如图6-7所示，若没有解除遇卡情况，通过液压泵交替地向外油管202和侧液压油管注入液压油，则带动活塞3502在支管3201内做往复运动，使得齿刀35穿过通孔3103对遇卡处的砂堆反复冲击，使砂卡位置砂子松散而进入到存砂筒31中，从而解卡；

S4：解卡后，齿刀35收回到存砂筒31内，气缸33伸出，使防砂罩34覆盖在存砂筒31上的通孔3103内侧，将通孔3103堵住；

S5：上提管柱2，取下存砂管装置3并将其内的砂子倒出，便于下次使用。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种石油开采井下作业防砂卡安全接头，包括位于井（1）内的管柱（2），其特征在于：所述管柱（2）上靠近井（1）开口的一端可拆卸连接防砂管（201）、另一端可拆卸连接多个同轴安装的存砂管装置（3），相邻两个存砂管装置（3）之间通过管道接头（4）固定连接；

所述存砂管装置（3）包括与管柱（2）端部螺纹连接的存砂筒（31），所述存砂筒（31）内固定安装一个同轴线的液压油管（32），所述液压油管（32）的侧壁上固定连通设置多个对称分布的支管（3201），所述支管（3201）内活动插接连接杆（3501），所述连接杆（3501）的内端固定连接活塞（3502），所述支管（3201）上还开设有与侧液压油管连通的油口（3202）；

连接杆（3501）的外端固定连接齿刀（35），多个所述齿刀（35）呈中心对称分布在液压油管（32）外侧，所述存砂筒（31）侧壁上对应齿刀（35）的位置开设有通孔（3103），所述齿刀（35）可穿过通孔（3103）向存砂筒（31）外侧延伸；

所述存砂筒（31）内靠近管柱（2）的一侧固定安装有气缸（33），所述气缸（33）的驱动端固定连接防砂罩（34），所述防砂罩（34）活动位于通孔（3103）的内侧、且与存砂筒（31）内部接触。

2.根据权利要求1所述的一种石油开采井下作业防砂卡安全接头，其特征在于：所述存砂筒（31）两端的内壁上固定安装有连接板（3101），所述连接板（3101）上固定安装有所述液压油管（32），所述液压油管（32）的两个端部通过旋转密封接头（3102）可拆卸连接外油管（202）。

3.根据权利要求2所述的一种石油开采井下作业防砂卡安全接头，其特征在于：所述外油管（202）和侧液压油管内通过液压泵交替地注入液压油。

4.根据权利要求1所述的一种石油开采井下作业防砂卡安全接头，其特征在于：所述活塞（3502）位于支管（3201）内端部和油口（3202）之间，且活塞（3502）外侧设有密封圈（3503）、并与支管（3201）内壁密封接触。

5.根据权利要求1所述的一种石油开采井下作业防砂卡安全接头，其特征在于：一个齿刀（35）上设置两个所述连接杆（3501），所述液压油管（32）上对应一个齿刀（35）设置两个支管（3201），所述齿刀（35）平行于所述液压油管（32）的轴线。

6.根据权利要求1所述的一种石油开采井下作业防砂卡安全接头，其特征在于：所述防砂罩（34）为两端开口、中空的圆柱形结构，所述防砂罩（34）的外径与存砂筒（31）内径一致，且防砂罩（34）底部设有锯齿结构。

7.一种石油开采井下作业防砂卡操作方法，其特征在于，采用如权利要求1-6中任意一项所述的安全接头，具体步骤如下：

S1：将安装有存砂管装置（3）的管柱（2）下放到井（1）下进行正常工作；

S2：当井下遇卡，安全接头无法分离时，气缸（33）收缩，防砂罩（34）将存砂筒（31）上的通孔（3103）露出，遇卡处的部分砂子进入到存砂筒（31）中，减轻遇卡情况或者解除遇卡；

S3：若没有解除遇卡情况，通过液压泵交替地向外油管（202）和侧液压油管注入液压油，则带动活塞（3502）在支管（3201）内做往复运动，使得齿刀（35）穿过通孔（3103）对遇卡处的砂堆反复冲击，使砂卡位置砂子松散而进入到存砂筒（31）中，从而解卡；

S4：解卡后，齿刀（35）收回到存砂筒（31）内，气缸（33）伸出，使防砂罩（34）覆盖在存砂筒（31）上的通孔（3103）内侧，将通孔（3103）堵住；

S5：上提管柱（2），取下存砂管装置（3）并将其内的砂子倒出，便于下次使用。

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