專利名稱：適用于環(huán)空加壓操作的井下試壓開井閥工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及石油領(lǐng)域勘探井測試的一種新型井下測試工具，特別適用于APR (A :Annulus,環(huán)空；P :Pressure,壓力；R Response,響應(yīng)。下同)環(huán)空加壓操作井下工具這一測試工藝。
背景技術(shù)：
當(dāng)今世界流行的勘探井井下測試工具有APR或PCT (P pressure,壓力；C :Control，控制；T :T00ls，工具。下同)環(huán)空加壓操作式測試工具；通過上提下放管柱來實現(xiàn)操作的MFE (Multi-Flow-Evaluator :多流測試器)井下測試工具，海上半潛式平臺由于受風(fēng)浪及潮汐的影響，其始終處于動態(tài)升沉和漂移狀態(tài)，APR工具的操作由于省去了與平臺提升裝置的直接聯(lián)系，更適合于海上勘探井的測試。傳統(tǒng)上APR工具測試的管柱試壓方式為在測試工具下完后，由測試閥以上灌入液墊，并對井下工具試壓，合格后繼續(xù)下入主測試管柱。由于測試閥是井下開關(guān)井工具，不是試壓工具，無法用于對后續(xù)主測試管柱的試壓，無法檢驗測試管柱的完整性，管柱存在漏壓風(fēng)險。而一旦地層射開后，地層高壓流體即進(jìn)入測試管柱，如果管柱密封不合格，高壓油氣流即會進(jìn)入環(huán)空，從而帶來井控風(fēng)險，易于發(fā)生井控事故。近年來業(yè)界引入了一種專門用于管柱試壓工具TST(T :Tubing,油管；S :String,管柱；T:Test，測試。下同)油管試壓閥。管柱在下入期間，測試液經(jīng)過該閥由下至上進(jìn)入管柱內(nèi)，根據(jù)需要可隨時對管柱正向試壓。由于該閥具有自動灌漿功能，測試管柱內(nèi)外液性一致、液位高度一致，管內(nèi)無法掏空，因此在很多情況下無法簡單地實現(xiàn)負(fù)壓誘噴工藝要求。如果必須要進(jìn)行負(fù)壓誘噴，那么只能下入另一測試工具OMNI (多功能。下同)閥，但下井工具越多，就意味著施工工藝更為復(fù)雜=OMNI閥需要頻繁換位，但在深井、高溫高壓井、高比重測試液中，要成功實現(xiàn)對OMNI閥的多次操作很不容易，而一旦操作失敗，就必須起出該趟管柱，從而增加作業(yè)成本。另外，如果要進(jìn)行負(fù)壓誘噴，管柱內(nèi)需要替入比重更小的液墊或氣墊，如果需要注氣或管柱掏空，那么現(xiàn)場需要注氮設(shè)備、液氮或制氮設(shè)備，從而增加施工復(fù)雜程度，作業(yè)成本也會上升。如上所述的測試閥、TST閥、OMNI閥，其中任何一款包括其他工具都無法同時滿足管柱試壓和井下開井的要求，無相應(yīng)工具來滿足中海油近年來出現(xiàn)的高難度井測試的工藝要求。以2011年渤海科學(xué)探索井BZ21-2-1為例，該井井深達(dá)5141米，井溫達(dá)178°C，其井深、井溫均居中海油勘探井測試之首，測試難度很大，為此，前期對本井測試工藝進(jìn)行了多次優(yōu)化裸眼測試，坐套管、測裸眼；采用一開一關(guān)工作制度；全管柱試壓；管柱內(nèi)灌入誘噴液墊，具備誘噴能力；井下開井。工藝的優(yōu)化是為了滿足測試地質(zhì)要求，并盡可能保證作業(yè)功率，但要實現(xiàn)這一工藝，在工具選型上很困難，至今沒有一款合適的工具。

實用新型內(nèi)容針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型提供了一種適用于環(huán)空加壓操作的井下試壓開井閥工具。其中采用RD(Rupture Disc，即破裂盤式單次操作工具)進(jìn)行管柱試壓及井下開井，解決了現(xiàn)有的傳統(tǒng)工具只能滿足管柱試壓或井下開井一單項的操作要求。本實用新型適用于環(huán)空加壓操作的井下試壓開井閥工具，結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，是一件非常理想的高難度井測試井下工具。不但成功率高，而且可以大幅度降低作業(yè)成本。為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型適用于環(huán)空加壓操作的井下試壓開井閥工具予以實現(xiàn)的技術(shù)方案是包括上連接和下接頭，所述上接頭至所述下接頭的軸向之間自上而下的連接有破裂盤外筒和球閥外筒；所述上接頭、破裂盤外筒、球閥外筒和下接頭構(gòu)成外筒組件；所述外筒組件內(nèi)自上而下的設(shè)有密封心軸、連接爪、連接短接、操作臂和下座圈；所述連接短節(jié)與所述操作臂之間采用凸緣和溝槽鑲嵌連接，所述操作臂的內(nèi)口處設(shè)有上座圈，所述上座圈和所述下座圈之間設(shè)有球閥總成，所述操作臂與球閥之間設(shè)有傳動銷，所述球閥總成與上座圈之間設(shè)有碟形彈簧片；所述上接頭與所述密封心軸之間設(shè)有剪銷，所述破裂盤外筒上設(shè)有破裂盤安裝孔，其中安裝有破裂盤；所述密封心軸與所述破裂盤外筒之間形成一環(huán)形空間，所述環(huán)形空間內(nèi)設(shè)有減震環(huán)；相互連接的零部件之間均設(shè)有密封結(jié)構(gòu)。本實用新型適用于環(huán)空加壓操作的井下試壓開井閥工具進(jìn)行井下試壓時，相關(guān)零部件之間的位置關(guān)系為所述剪銷位于所述上接頭與所述密封心軸之間對正的剪銷孔中，此時球閥為關(guān)閉狀態(tài)。本實用新型適用于環(huán)空加壓操作的井下試壓開井閥工具進(jìn)行開井作業(yè)時，相關(guān)零部件之間的位置關(guān)系為破裂盤擊破，剪銷被剪斷，所述密封心軸、連接爪、連接短接和操作臂一同下移，操作臂上的傳動銷帶動球閥轉(zhuǎn)動，所述球閥為打開狀態(tài)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是該實用新型井下試壓開井閥工具采用外筒和心軸雙層結(jié)構(gòu)，外徑尺寸為127mm (即5英寸)，與其他常規(guī)APR工具外徑一致，適用于177. 8mm ( S卩7英寸)和244. 475mm套管(即95/8英寸)井的測試。外筒組件用于支撐工具中的各個部件，用以承受工具的外來軸向拉伸力、軸向壓縮力、外部徑向液壓力等；密封心軸承受來自管柱內(nèi)部的壓力，直接接觸地層流體，密封心軸與外筒組件一起形成工具的雙層結(jié)構(gòu)；密封心軸的內(nèi)徑即工具通徑為57. 15mm(BP 2. 25英寸)，與APR工具一致，保證了工具管串通徑的一致性，有利于管柱內(nèi)投棒及鋼絲繩索作業(yè)，有利于高壓、高流速的加砂壓裂等作業(yè)。該工具中的上下連接件之間的螺紋扣型均采用氣密扣型3 7/8TAS扣，該種扣型抗拉強(qiáng)度高，密封結(jié)構(gòu)中的O型密封圈采用耐溫能力達(dá)450° F的橡膠密封圈密封，有利于承受更高的工作壓力。該實用新型井下試壓開井閥工具為滿足管柱的試壓要求，特設(shè)計有一球閥結(jié)構(gòu)，下井期間該球閥設(shè)定在關(guān)閉位置，由此，球閥上下管柱分別處于兩種不同的外部環(huán)境球閥下部管柱通過另一測試工具液壓旁通與環(huán)空相聯(lián)，即球閥下部管柱充滿與環(huán)空液性一致的測試液；球閥上部管柱與大氣相通，由于在測試管柱下井過程中，由井口向管柱內(nèi)灌入了誘噴液墊，不同液性的環(huán)空測試液與誘噴液墊在此關(guān)閉的球閥處分開。由于球閥以上管柱處于一個相對隔離的環(huán)境，所以在灌滿液墊后，即可對管柱試壓，試驗壓力可高達(dá)lOOMpa，用以檢驗管柱的完整性(即密封性能)，在氣井、高難度井測試中，管柱完整性檢驗尤為重要。該實用新型井下試壓開井閥工具為滿足井下開井的要求，特設(shè)有一壓差心軸結(jié)構(gòu)，用以響應(yīng)來自環(huán)空的操作壓力。管柱坐封后，操作環(huán)空壓力擊破安裝于工具外筒上的破裂盤，環(huán)空壓力即進(jìn)入外筒內(nèi)部、心軸外部所形成的環(huán)形空間內(nèi)，并作用于壓差心軸上，壓差心軸下移，通過球閥操作臂推動球閥旋轉(zhuǎn)，球閥打開，球閥上下管柱由此聯(lián)通。由于球閥上部管柱預(yù)先灌入了某一特定比重的液墊，在RD試壓開井閥球閥打開時，即實現(xiàn)了井下開井，誘噴液墊與地層壓力形成壓差，地層流體即在該壓差作用下，流入井筒甚至噴出地面，從而進(jìn)入放噴測試階段。[0015]本實用新型井下試壓開井閥工具試壓開井無循環(huán)孔、球閥在關(guān)閉位置組裝下井，測試管柱下完并坐封后，通過操作環(huán)空壓力將球閥打開，實現(xiàn)井下開井，再進(jìn)行后續(xù)的測試作業(yè)。

圖I是本實用新型井下試壓開井閥進(jìn)行井下試壓的狀態(tài)示意圖；圖2是本實用新型井下試壓開井閥開井后的狀態(tài)示意圖。以下是本實用新型說明書附圖中主要的附圖標(biāo)記的說明I—上接頭10—下接頭2-密封心軸11-支撐環(huán)3——破裂盤外筒12——O型密封圈4-球閥外筒13-剪銷5——連接爪14——破裂盤6——連接短節(jié)15——矩形密封圈7——操作臂16——減震環(huán)8——上座圈17——蝶形彈簧片9-下座圈18-球閥
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施方式
對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。如圖I所示，本實用新型適用于環(huán)空加壓操作的井下試壓開井閥工具，包括上連接I和下接頭10，所述上接頭I至所述下接頭10的軸向之間自上而下的連接有破裂盤外筒3和球閥外筒4 ;所述上接頭I、破裂盤外筒3、球閥外筒4和下接頭10構(gòu)成外筒組件，其中相鄰兩件之間的連接均采用螺紋連接，螺紋的扣型均采用氣密扣型3 7/8” CAS扣；所述外筒組件內(nèi)自上而下的設(shè)有密封心軸2、連接爪5、連接短接6、操作臂7和下座圈9 ;所述連接短節(jié)6與所述操作臂7之間采用凸緣和溝槽鑲嵌連接，所述操作臂7的內(nèi)口處設(shè)有上座圈8，所述上座圈8和所述下座圈9之間設(shè)有球閥18，所述操作臂7與球閥18之間設(shè)有傳動銷，所述球閥18與上座圈8之間設(shè)有碟形彈簧片17 ;所述上接頭I與所述密封心軸2之間設(shè)有剪銷13，所述破裂盤外筒3與所述密封心軸2之間設(shè)有破裂盤14 ;所述密封心軸2與所述破裂盤外筒3之間形成一環(huán)空，所述環(huán)空內(nèi)設(shè)有減震環(huán)16 ;相互連接的零部件之間均設(shè)有密封結(jié)構(gòu)，所述密封結(jié)構(gòu)由支撐環(huán)11和其中的O型密封圈12構(gòu)成。本實用新型井下試壓開井閥工具中，有一部分零部件不隨操作壓力移動位置，SP靜止件；另一部分零部件響應(yīng)來自環(huán)空的操作壓力，并通過位置的移動或變動來實現(xiàn)工藝要求，該部分零部件運動件，運動件主要包括密封心軸2、減震環(huán)16、連接爪5、連接短節(jié)6、操作臂7和球閥18，如圖2所示。本實用新型井下試壓開井閥工具的本體均采用防硫材料制作，符合NACE MR 0175防硫標(biāo)準(zhǔn)，整只15K(即103Mpa)壓力等級；0型密封圈材料采用氟化橡膠，工作溫度可達(dá)450° F ;破裂盤14為進(jìn)口高精度破裂盤，該破裂盤按破裂壓力進(jìn)行分級，相鄰兩級破裂盤破裂壓力差34. 5Mpa(即500Psi)，工具下井前即可根據(jù)靜液柱壓力和地面操作壓力安裝相應(yīng)等級的破裂盤；球閥18采用剛強(qiáng)度鋼制作，具有良好的耐酸、耐沖蝕能力，球閥與上座圈8、下座圈9配合緊密，具有良好的密封性能，單向密封壓力可達(dá)103Mpa。具備下表所列性能參數(shù)的本實用新型井下試壓開井閥工具能滿足目前國內(nèi)外所有的勘探井測試的井下作業(yè)環(huán)境。 本實用新型井下試壓開井閥工具性能參數(shù)表
公稱尺寸外徑內(nèi)徑長度工作溫度 & I
工作壓力(Mpa)
(in)(mm)(mm)(cm)(0F)
5.00127.857.9172.77450103
抗拉強(qiáng)度抗內(nèi)擠壓抗外擠壓力, ^ , ^ ,
I密封圈材質(zhì)上接頭扣型下接頭扣型
(kg) 力(Mpa) (Mpa)
148,781 114114氟化橡膠 3 7/8 CAS 3 7/8 CAS本實用新型井下試壓開井閥工具的工作原理是利用壓強(qiáng)作用于不同面積上所產(chǎn)生的作用力差，該作用力差推動密封心軸2移動，從而帶動其他機(jī)構(gòu)如球閥動作。因此從力的傳遞角度分析，由液體壓強(qiáng)作用于密封心軸2的壓差活塞上，壓強(qiáng)轉(zhuǎn)換為壓力，壓力即為作用于心軸上的機(jī)械力，該機(jī)械力克服密封心軸2與外筒組件的摩擦力后，推動密封心軸2移動，由于結(jié)構(gòu)上的設(shè)計，密封心軸2的直線移動在球閥處轉(zhuǎn)變?yōu)榍蜷y的轉(zhuǎn)動，即破裂盤14擊破，剪銷13被剪斷，所述密封心軸2、連接爪5、連接短接6和操作臂7 —同下移，所述減震環(huán)16與所述破裂盤外筒3上的一臺階接觸，所述操作臂7上的傳動銷帶動球閥11轉(zhuǎn)動，致使球閥18打開。本實用新型井下試壓開井閥工具實現(xiàn)管柱試壓的工作過程是工具在下井前，根據(jù)設(shè)計的操作壓力安裝破裂盤14，并將球閥18置于關(guān)閉位置，球閥18的上、下進(jìn)行單向試壓以確認(rèn)球閥18的密封性。整套工具下井后，由井口向管柱內(nèi)灌入誘噴液墊，該關(guān)閉的球閥18以上即充滿該液墊，在下鉆過程中對管柱試壓。所述剪銷13位于所述上接頭I與所述密封心軸2之間對正的剪銷孔中，所述球閥18為關(guān)閉狀態(tài)，由于該球閥18在整個入井和試壓過程中一直處于固定的關(guān)閉位置，無任何動作發(fā)生，因此，管柱試壓時基本排除由該球閥處漏失的可能，即本實用新型RD試壓開井閥用于管柱試壓作業(yè)，其性能非?？煽俊１緦嵱眯滦途略噳洪_井閥工具實現(xiàn)井下開井的工作過程如圖2所示管柱坐封后，液壓旁通即會關(guān)閉，球閥18以下管柱與環(huán)空隔開。操作試壓開井閥時，地面泵壓與環(huán)空靜液柱壓力一同作用于破裂盤14上，破裂盤14在壓差作用下(一面受液柱壓力，一面為大氣壓力)被擊破，液柱壓力通過破裂盤14進(jìn)入破裂盤外筒3內(nèi)部與密封心軸2外部之間的環(huán)形空間上，并作用于壓差心軸(即密封心軸2)上，壓差心軸下移，推動連接爪5、連接短節(jié)6，以及通過凸緣和溝槽與連接短節(jié)6相連的操作臂7 —同下移。由于球閥的上座圈8和下座圈9均為靜止部件，因此，球閥18的直線移動受到限制，操作臂7的直線移動通過其上的傳動銷使球閥18旋轉(zhuǎn)動作，由此球閥18由關(guān)閉位置轉(zhuǎn)換為開啟位置，球閥18打開即實現(xiàn)井下開井，地面測試設(shè)備與測試管柱相通，即進(jìn)行后續(xù)測試作業(yè)。本實用新型井下試壓開井閥工具實現(xiàn)井下開井后各部件相對位置如圖2所示破裂盤14擊破，球閥18打開，壓差心軸(即密封心軸2)下移后并被鎖定，所有運動件在如圖2所示的位置被固定，工具處于鎖定打開狀態(tài)。至此，工具完成所有作業(yè)需求，直至測試結(jié)束，工具起出地面，等待復(fù)員或重新保養(yǎng)進(jìn)入下層次測試。本實用新型井下試壓開井閥工具在開發(fā)過程中的測試，其開發(fā)是以渤?？茖W(xué)探索 井BZ21-2-1測試為背景，該井井深5141米、井溫178°C、返出流體硫化氫含量超過250ppm、一氧化碳含量超過lOOOppm、二氧化碳含量為50-53%，這在中海油勘探井測試歷史上前所未有，施工難度相當(dāng)大。如果使用常規(guī)測試工具，帶來的不僅是復(fù)雜的施工工藝，而且在如此惡劣的井況條件下，工具操作受到極端考驗，一旦操作不成功，其后果是將本井業(yè)已高昂的費用推向一個新的高度。本實用新型井下試壓開井閥工具滿足了測試地質(zhì)要求，簡化了施工工藝，作業(yè)成功率得到保障，現(xiàn)場施工較為順利。本實用新型井下試壓開井閥工具在渤?？茖W(xué)探索井中有兩次印證性的試驗應(yīng)用，其成功率為100%。本實用新型井下試壓開井閥工具在其他海域高難度井的測試中也會倍受青睞。總之，本實用新型井下試壓開井閥工具是其他產(chǎn)品所無法替代的，將應(yīng)用于一系列高難度井的測試中，在未來的測試作業(yè)中將會得到廣泛應(yīng)用。盡管上面結(jié)合圖對本實用新型進(jìn)行了描述，但是本實用新型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)人員在本實用新型的啟示下，在不脫離本實用新型宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本實用新型的保護(hù)之內(nèi)。
權(quán)利要求1.ー種適用于環(huán)空加壓操作的井下試壓開井閥工具，包括上連接(I)和下接頭(10)，其特征在于，所述上接頭(I)至所述下接頭(10)的軸向之間自上而下的連接有破裂盤外筒(3)和球閥外筒(4);所述上接頭(I)、破裂盤外筒(3)、球閥外筒(4)和下接頭(10)構(gòu)成外筒組件；所述外筒組件內(nèi)自上而下的設(shè)有密封心軸(2)、連接爪(5)、連接短接￠)、操作臂(7)和下座圈(9);所述連接短節(jié)(6)與所述操作臂(7)之間采用凸緣和溝槽鑲嵌連接，所述操作臂(7)的內(nèi)ロ處設(shè)有上座圈(8)，所述上座圈(8)和所述下座圈(9)之間設(shè)有球閥總成(18)，所述操作臂(7)與球閥之間設(shè)有傳動銷，所述球閥總成(18)與上座圈⑶之間設(shè)有碟形彈簧片(17)； 所述上接頭(I)與所述密封心軸(2)之間設(shè)有剪銷(13)，所述破裂盤外筒(3)上設(shè)有破裂盤安裝孔(15)，其中安裝有破裂盤(14)； 所述密封心軸(2)與所述破裂盤外筒(3)之間形成ー環(huán)形空間，所述環(huán)形空間內(nèi)設(shè)有減震環(huán)(16)； 相互連接的零部件之間均設(shè)有密封結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的適用于環(huán)空加壓操作的井下試壓開井閥工具，其特征在干，所述上接頭(I)和下接頭(10)與相鄰零件的連接采用螺紋連接，螺紋的扣型均采用氣密扣型。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的適用于環(huán)空加壓操作的井下試壓開井閥工具，其特征在干，所述密封結(jié)構(gòu)由支撐環(huán)(11)和其中的O型密封圈(12)構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的適用于環(huán)空加壓操作的井下試壓開井閥工具，其特征在干，所述剪銷(13)位于所述上接頭(I)與所述密封心軸(2)之間對正的剪銷孔中，此時球閥為關(guān)閉狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的適用于環(huán)空加壓操作的井下試壓開井閥工具，其特征在干，破裂盤(14)擊破，剪銷(13)被剪斷，所述密封心軸(2)、連接爪(5)、連接短接(6)和操作臂(7) —同下移，操作臂(7)上的傳動銷帶動球閥轉(zhuǎn)動，所述球閥為打開狀態(tài)。
專利摘要本實用新型公開了一種適用于環(huán)空加壓操作的井下試壓開井閥工具，結(jié)構(gòu)上分外筒部分和內(nèi)筒部分；上接頭、破裂盤外筒、球閥外筒和下接頭構(gòu)成外筒組件；內(nèi)筒組件自上而下設(shè)有密封心軸、連接爪、連接短接、操作臂和下座圈；連接短節(jié)與操作臂之間采用凸緣和溝槽鑲嵌連接，操作臂的內(nèi)口處設(shè)有上座圈，上座圈和下座圈之間設(shè)有球閥，操作臂與球閥之間設(shè)有傳動銷，球閥與上座圈之間設(shè)有碟形彈簧片；上接頭與密封心軸之間設(shè)有剪銷，破裂盤外筒設(shè)有破裂盤安裝孔。本實用新型井下試壓開井閥工具球閥在關(guān)閉位置組裝下井，測試管柱下完并坐封后，通過操作環(huán)空壓力將球閥打開，實現(xiàn)井下開井，從而進(jìn)行后續(xù)測試作業(yè)。
文檔編號E21B34/06GK202370480SQ20112055227
公開日2012年8月8日 申請日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者劉振江, 吳軒, 夏慶龍, 楊立龍, 王守君, 王濤, 許兵, 譚忠健, 趙鵬, 魏劍飛 申請人:中國海洋石油總公司, 中海石油(中國)有限公司天津分公司, 中海艾普油氣測試(天津)有限公司