[發(fā)明專(zhuān)利]一種環(huán)空壓力井下控制閥

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711025017.2
• 申請(qǐng)日: 2017-10-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107701147A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-02-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王宴濱;高德利;房軍;曾靜
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)石油大學(xué)（北京）
• 主分類(lèi)號(hào): E21B33/13
• 分類(lèi)號(hào): E21B33/13;E21B34/06;E21B17/02
• 代理公司: 北京品源專(zhuān)利代理有限公司11332
• 代理人: 胡彬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及油氣井工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種環(huán)空壓力井下控制閥。

背景技術(shù)

在鉆完井過(guò)程中，為分隔不同的地質(zhì)層系，防止地質(zhì)層不同導(dǎo)致井壁坍塌，需要一層或多層套管固井，各層套管之間未被水泥封固的環(huán)形空間形成環(huán)空，環(huán)空中均填充了不同性能的液體。在石油或天然氣等的生產(chǎn)過(guò)程中，井內(nèi)循環(huán)流體的徑向傳熱會(huì)引起環(huán)空流體及套管柱熱膨脹，從而引發(fā)環(huán)空流體膨脹增壓，形成異常環(huán)空壓力。隨著高溫高壓油氣井、深水油氣井勘探開(kāi)發(fā)的不斷深入，油氣井井筒中的異常環(huán)空壓力越來(lái)越突出。井筒中的異常環(huán)空壓力使得井筒管柱載荷增加，套管在較高的環(huán)空壓力載荷下可能會(huì)發(fā)生屈服破壞、失穩(wěn)屈曲、擠毀等危險(xiǎn)事故，影響油氣井正常生產(chǎn)。一旦異常環(huán)空壓力引起井下套管柱服役失效，將導(dǎo)致油氣井不得不停產(chǎn)修井，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致井筒內(nèi)中的氣體源源不斷的竄出環(huán)空，漏至大氣環(huán)境中。在鉆井階段中異常環(huán)空壓力可能導(dǎo)致套管柱擠毀，導(dǎo)致井筒報(bào)廢等嚴(yán)重后果。陸地油氣井可以在井口處安裝泄壓閥，通過(guò)人工打開(kāi)泄壓閥降低環(huán)空壓力，即可維持井筒安全。而海洋油氣井由于水下井口結(jié)構(gòu)的限制，井口和套管掛處不能安裝泄壓閥，環(huán)空流體一旦增壓，將完全圈閉在井筒中，對(duì)生產(chǎn)連續(xù)性和生產(chǎn)安全性造成重大影響。

現(xiàn)有技術(shù)提供了一種深水套管高壓彈簧式泄壓閥，包括內(nèi)有周向通道的閥體、球座以及彈簧座，閥體內(nèi)部設(shè)有直徑大于軸向通道內(nèi)徑且與軸向通道相聯(lián)通的閥體內(nèi)腔，球座設(shè)置在軸向通道上且內(nèi)部分別與軸向通道和閥體內(nèi)腔相聯(lián)通，彈簧座相對(duì)球座設(shè)置在閥體內(nèi)腔中且其內(nèi)部分別與軸向通道和閥體內(nèi)腔相聯(lián)通。

上述深水套管高壓彈簧式泄壓閥由于采用外螺紋與套管內(nèi)壁連接，以控制套管兩側(cè)壓力，因此適用于單一套管內(nèi)環(huán)空內(nèi)壓力的調(diào)節(jié)，而對(duì)于多個(gè)套管間的壓力調(diào)節(jié)無(wú)法適用。而工程應(yīng)用中常用的如環(huán)空水泥返至井口、密封環(huán)空內(nèi)添加可壓縮液體等措施均會(huì)帶來(lái)相應(yīng)的鉆井成本的增加和施工作業(yè)難度的提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種環(huán)空壓力井下控制閥，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)降低井筒環(huán)空異常壓力，同時(shí)使環(huán)空壓力井下控制閥易于加工制造和施工安裝。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種環(huán)空壓力井下控制閥，包括接箍和與所述接箍配合連接的外筒，所述接箍和所述外筒配合形成有第一容納腔和第二容納腔，所述第一容納腔與套管連通，所述第二容納腔分別與所述第一容納腔和所述套管的外部連通以形成單向流通通道；

所述第二容納腔內(nèi)設(shè)置有閥芯，所述閥芯能沿所述第二容納腔內(nèi)壁移動(dòng)，以開(kāi)啟或封閉所述單向流通通道。

優(yōu)選地，所述接箍?jī)?nèi)腔為所述第一容納腔，所述接箍?jī)?nèi)腔的兩端均開(kāi)設(shè)有用于連接所述套管的螺紋。該種設(shè)置可以避免在接箍和套筒上均開(kāi)設(shè)用于連接套管的螺紋，降低了接箍和套管加工的復(fù)雜性，避免了螺紋損壞對(duì)接箍和外筒均造成影響的麻煩。

優(yōu)選地，所述接箍開(kāi)設(shè)有連通所述接箍?jī)?nèi)腔的排液孔，所述外筒開(kāi)設(shè)有連通外筒內(nèi)腔的活塞腔和與所述活塞腔連通的進(jìn)液孔，所述進(jìn)液孔還與所述套管的外部連通；當(dāng)所述接箍和所述外筒連接時(shí)，所述排液孔、所述活塞腔和所述進(jìn)液孔依次連通形成所述單向流通通道。

優(yōu)選地，所述閥芯包括依次相連的彈簧座、活塞體和頂桿，所述活塞體的外徑大于所述頂桿的外徑和所述彈簧座的外徑，且所述活塞體的外壁沿軸向開(kāi)設(shè)有導(dǎo)液槽；所述活塞體位于所述活塞腔內(nèi)并能沿所述活塞腔的內(nèi)壁移動(dòng)；所述頂桿的外徑與所述進(jìn)液孔的內(nèi)徑相配合，且所述頂桿能沿所述進(jìn)液孔的內(nèi)壁移動(dòng)。該種閥芯結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，當(dāng)外部流體推動(dòng)頂桿使頂桿沿著進(jìn)液孔移動(dòng)頂出，活塞體沿著活塞腔移動(dòng)，就可以使進(jìn)液孔、活塞腔、導(dǎo)液槽和排液孔導(dǎo)通，即單向流體通道導(dǎo)通，從而使外部高壓流體流入套管內(nèi)部，減小套管內(nèi)外環(huán)空壓差。

優(yōu)選地，所述彈簧座上套設(shè)有彈簧，所述彈簧的一端抵接于所述活塞體與彈簧座連接的表面上，另一端抵接于所述接箍的外表面。采用彈簧配合閥芯運(yùn)動(dòng)，可以較好地實(shí)現(xiàn)單向流通通道的自動(dòng)開(kāi)啟和閉合，即當(dāng)內(nèi)外流體壓差給閥芯的力大于彈簧的彈性力時(shí)，單向流通通道開(kāi)啟，當(dāng)內(nèi)外流體壓差給閥芯的力小于彈簧回復(fù)力時(shí)，彈簧回復(fù)原位，單向流通通道關(guān)閉，原理簡(jiǎn)單，操作易行，避免了設(shè)置控制驅(qū)動(dòng)閥芯運(yùn)動(dòng)的其他控制驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)所帶來(lái)的復(fù)雜性，能較好地適用深海或高壓高溫油氣井的環(huán)境。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)液槽設(shè)有多個(gè)，多個(gè)所述導(dǎo)液槽沿所述活塞體的周向均勻分布。多個(gè)導(dǎo)液槽的設(shè)置，可以增大活塞腔內(nèi)的導(dǎo)通路徑，加快內(nèi)外壓差的緩解。