井下卡定装置和管柱的制作方法

[0001]
本发明涉及天然气气井井下工具技术领域，具体涉及一种井下卡定装置和管柱。


背景技术：

[0002]
柱塞气举工艺是一种常见的排水采气工艺，因为其纯物理、无需外部能量的作业模式，受到业界的广泛好评。而井下卡定器作为柱塞气举必备的一个井下工具，起到了限制柱塞下落深度，缓冲柱塞下落速度的作用。
[0003]
目前，现有技术中，卡定器常常采用类似水力锚的锚定结构作用于油管壁面，达到卡定的效果。但是这种方式对油管有一定的损伤。
[0004]
由此，需要发明一种井下卡定装置以保证油管安全。


技术实现要素：

[0005]
针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了一种井下卡定装置和管柱。该井下卡定装置结构简单，能与提前下入的管柱的第二卡挂件配合，从而坐封在预定位置；同时，该井下卡定装置的第一卡挂件与第二卡挂件卡接配合，能够有效避免现有技术中常规卡定器损伤油管的问题。
[0006]
根据本发明的第一方面，提出了一种井下卡定装置，包括：
[0007]
上接头，
[0008]
设置在所述上接头下端的中心筒，
[0009]
套设在所述中心筒的外侧的第一卡挂件，
[0010]
固定设置在所述中心筒的上端面并位于所述上接头的内腔中的弹性件。
[0011]
在一个实施例中，所述第一卡挂件包括第一卡挂件本体、由所述第一卡挂件本体轴向向上延伸的周向间隔的弹性爪和设置在所述弹性爪的外周壁上的第一卡挂部。
[0012]
在一个实施例中，所述中心筒与所述第一卡挂件本体通过第一剪切销连接，并在所述中心筒和所述第一卡挂件之间设置锁定装置。
[0013]
在一个实施例中，所述中心筒的中间段的外壁尺寸相对于所述下段的外壁尺寸增大，并在所述中心筒的中间段外壁上设置用于匹配所述弹性爪的避让槽，在所述中心筒的上端设置轴线延伸的扩孔，所述扩孔的下端与所述避让槽连通，其中，所述第一卡挂件本体与所述中心筒的下段通过第一剪切销连接。
[0014]
在一个实施例中，在所述扩孔内设置支撑筒，所述支撑筒通过第四剪切销与所述中心筒连接。
[0015]
在一个实施例中，且所述支撑筒的上端设置延伸到所述中心筒的上端面之外的打捞部，并在所述支撑筒与所述扩孔之间设置轴向限位组件。
[0016]
在一个实施例中，所述轴向限位组件具有设置在所述支撑筒的外壁上的使得下端外壁的直径大于上端外壁的直径的第一台阶面，设置在所述中心筒的内腔中并位于所述第一台阶面之上的能与所述第一台阶面配合的限位环。
[0017]
在一个实施例中，所述第一卡挂部的上端面与外壁面之间设置朝向外侧的斜面。
[0018]
在一个实施例中，所述弹性件为弹簧。
[0019]
根据本发明的第二方面，提供一种管柱，包括一个或多个筒状的第二卡挂件，并且至少有一个第二卡挂件能与上述井下卡定装置的第一卡挂件配合。
[0020]
与现有技术相比，本发明的优点在于，该井下卡定装置通过第一卡挂件与提前下入的管柱的第二卡挂件一一对应配合，从而将井下卡定装置设置在预定位置，以为柱塞等装置提供可靠承接。同时，该井下卡定装置的第一卡挂件与第二卡挂件卡接配合，能够有效避免现有技术中常规卡定器损伤油管的问题，通过施工安全性。另外，该井下卡定装置后下入，并不影响前序油气井施工。
附图说明
[0021]
下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：
[0022]
图1显示了根据本发明的一个实施例的井下卡定装置的卡定状态示意图；
[0023]
图2显示了根据本发明的一个实施例的井下卡定装置的限定第一卡挂件状态示意图；
[0024]
图3显示了根据本发明的一个实施例的井下卡定装置的提出上接头状态示意图；
[0025]
图4显示了根据本发明的一个实施例的井下卡定装置的打捞状态示意图；
[0026]
图5显示了根据本发明的一个实施例的中心筒；
[0027]
图6为来自图5的a-a剖面图；
[0028]
图7为来自图5的b-b剖面图；
[0029]
图8为来自图5的c向示意图；
[0030]
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
[0031]
下面将结合附图对本发明做进一步说明。
[0032]
图1显示了根据本发明的井下卡定装置100。如图1所示，该井下卡定装置100包括上接头1、中心筒2、弹性件3和第一卡挂件4。其中，上接头1呈筒状，上端用于与送入工具连接。中心筒2与上接头1连接，并设置在上接头1的下端。弹性件3固定设置在中心筒2的上端面上，用于在承接柱塞等落井工具中起缓冲作用。第一卡挂件4套设在中心筒2的外壁上，用于与管柱(图中只是画出了管柱的第二卡挂件200部分)的第二卡挂件200配合，从而实现卡接以限定井下卡定装置100的位置。
[0033]
本发明还涉及管柱。如图1所示，管柱包括设置在油管上的第二卡挂件200。该第二卡挂件200为筒状结构，并在其内壁上构造有第二卡挂部201。在施工过程中，第二卡挂件200跟随管柱先被下入到井筒中。
[0034]
施工过程中，筒状的第二卡挂件200设置在油管上，并随着管柱被先下入到井筒内。在需要排水采气时，才将井下卡定装置100送入到井筒内。这种井下卡定装置100后下入的方式使得井下卡定装置100不会影响其它气井作业，且先下入的第二卡挂件200内径和与之连接的油管内径基本一致，也不影响管柱的全通径。另外，由于井下卡定装置100与第二卡挂件200通过卡挂连接，有助于保证连接稳定性，降低对井斜的要求并突破井斜限制，最
大限度发挥井该井下卡定装置的优势。
[0035]
在一个实施例中，第一卡挂件4包括第一卡挂件本体41、弹性爪42和第一卡挂部43。其中，第一卡挂件本体41为筒状，套设在中心筒2的外侧。弹性爪42由第一卡挂件本体41轴向向上延伸。在围绕第一卡挂件4的轴线的圆弧上间隔式设置多个弹性爪42，例如六个。第一卡挂部43设置在弹性爪42的外周壁上，并构造为径向突出的凸起。优选地，为了增加卡挂稳定性，在轴向上，设置多个，例如两个间隔的第一卡挂部43。相对应地，第二卡挂部201构造为凹槽，用于与第一卡挂部43配合。在井下卡定装置100下入过程中，第一卡挂部43受力使得弹性爪42径向收缩，以保证井下卡定装置100顺利下入。当第一卡挂部43到达匹配的第二卡挂部201位置处，在自身弹力作用下，弹性爪42径向扩张，使得第一卡挂部43进入到第二卡挂部201内并配合完成卡挂，以将井下卡定装置100固定。上述卡挂结构简单，非常易于实现。另外，在上述结构中，可以改变第一卡挂部43和相应的第二卡挂部201的数量、位置和大小等结构，便可实现第一卡挂件4和第二卡挂件200的卡接配合唯一对应性。从而可以将具有不同设置的第二卡挂部201的多个第二卡挂件200下入井筒，在后期施工过程中，可以下入井下卡定装置100以与合适位置的第二卡挂件200匹配。或者在不同时期下入不同的工具以与井下的合适位置的第二卡挂件200匹配。或者在同一时期下入多个不同的工具以与位于不同位置的第二卡挂件200匹配。这种卡挂形式还能突破井斜限制，实现直井段、斜井段以及水平段的卡挂，最大限度发挥该井下卡定装置100的优势，为柱塞等工具提供准确可靠的位置。
[0036]
优选地，第一卡挂部43的上端面与外壁面之间设置朝向外侧的斜面(图中未示出)，以使得在打捞过程中，第一卡挂部43容易地由第二卡挂部201处脱出。
[0037]
中心筒2与第一卡挂件本体41通过第一剪切销11连接，并在中心筒2和第一卡挂件4之间设置锁定装置8。优选地，锁定装置8具有棘齿81和棘齿环82。其中，棘齿81设置在第一卡挂件4的内壁上。棘齿环82嵌入到中心筒2的外壁内。在中心筒2相对于第一卡挂件4下移过程中，棘齿环82跟随中心筒2下移并与棘齿81配合，以锁定中心筒2和第一卡挂件4。
[0038]
在另一个实施例中，为了保证简化生产工艺，并保证中心筒2的强度，棘齿环82并不直接套设在中心筒2的外壁上。而是在中心筒2的外壁上固定套设第一卡定套51和第二卡定套52，第一卡定套51和第二卡定套52在轴向上形成用于嵌入棘齿环82的凹槽。此时，第一销钉11设置在第一卡定套51和第一卡挂件本体41之间。上述设置简单，组装方便。另外，在第一卡定套51的外壁面上设置第五台阶面53，以为第一卡挂件4提供安装定位。并且，该第五台阶面53还起到了承接第一卡挂件4的作用。也就是，在打捞过程中，即便锁定装置8失效，第一卡挂件4也可以坐落在第五台阶面53处，最终被提出井筒。
[0039]
上接头1的下端延伸到中心筒2的上端内腔中，且两者在外壁处通过台阶面方式抵接配合。在井下卡定装置100下入并卡挂完成后，继续下压上接头1。由于上述设置，中心筒2受到向下的力。此时，由于第一卡挂部43卡挂在第二卡挂部202处，则第一卡挂件4固定不动。而力将第一剪切销11剪断，则上接头1与中心筒2、第一卡定套51、第二卡定套52和棘齿环82一同下移。在中心筒2相对于第一卡挂件4下移过程中，棘齿环82与棘齿81配合，使得锁定装置8运作。从而在上提操作中，中心筒2可以带动第一卡挂件4上移，具体过程后面详细论述。
[0040]
在一个实施例中，如图5-8所示，中心筒2整体构造为筒状，其具有内腔用以保证油
气的顺利产出。并且，中心筒2的下段外壁的径向尺寸小于中间段和上段的径向尺寸。在中心筒2的下段用于固定连接第一卡挂件4。在中心筒2的中间段外壁上设置避让槽23、在上端的内腔处设置轴线延伸的扩孔24。其中，避让槽23用于与弹性爪42配合，以为弹性爪42提供避让的空间。另外，扩孔24的下端与避让槽23连通，在井下卡定装置100下入过程中，第一卡挂部43受压可以径向收缩至避让槽23内。从而上述设置保证井下卡定装置100能够顺利下入。同时，第一卡挂件4与第二卡挂件200配合后，下压上接头1的过程中，避让槽23的上端槽壁可以坐在第一卡挂件4的上端面上，以限制中心筒2进一步下移。另外，在周向上，用于与弹性爪42配合的避让槽23间隔式设置能增加中心筒2的自身强度。
[0041]
在一个实施例中，在扩孔24的内腔中设置支撑筒13。在中心筒2与上接头1一起下移过程中，支撑筒13跟随下移。由于扩孔24的下端与避让槽23连通，则支撑筒13进入到第一卡挂件4的内腔中，从而径向限定第一卡挂部43防止其回缩。由此，该支撑筒13能增加第一卡挂件4与第二卡挂件200卡挂的稳定性，进而保证了为柱塞等工具提供准确的工作位置。
[0042]
具体地，在支撑筒13的外壁上设置第一台阶面131，使得支撑筒13的第一台阶面131之下的外壁的直径大于之上的外壁的直径。第一台阶面131之下的支撑筒13通过第四剪切销14与中心筒2连接。在中心筒2的内腔中设置限位环15。该限位环15位于第一台阶面131之上，用于限定支撑筒13进一步上移。在井下卡定装置100下入过程中，支撑筒13通过第四剪切销14与中心筒2固定连接。在促动锁定装置8运作过程中，下压上接头1，该支撑筒13与中心筒2一起相对于第一卡挂件4向下移动，并进入到第一卡挂件4的内腔中以限定第一卡挂部43径向回缩。从而，该支撑筒13能增加第一卡挂件4与第二卡挂件200卡挂的稳定性，从而保证施工安全。在上提支撑筒13时，第四剪切销14被剪断，则支撑筒13相对于中心筒2上移，直至第一台阶面131与限位环15抵接。此时，解除了支撑筒13对第一卡挂部43的径向限定，第一卡挂部43可以从第二卡挂部201内脱出。
[0043]
支撑筒13的上端设置径向凸出式延伸的打捞部132，该打捞部132延伸出中心筒2的上端面之上，用于打捞作业。优选地，打捞部132的下端面构造为在从上到下的方向上向外倾斜的斜面。打捞工具300下入后，与打捞部132配合，并将井下卡定装置100提出管柱，从而保证管柱的全通径。也就是说，根据本申请的井下卡定装置100具有打捞功能，能够实现油管的全通径，保证后期气井作业。并且，将打捞部132的下端面设置为斜面，在打捞工具300下入后，该打捞部132能与打捞工具300形成类似棘齿状的配合，从而保证卡接稳定性，以将井下卡定装置100安全稳定地提出管柱。
[0044]
上接头1与中心筒2通过第三剪切12销连接。在锁定装置8运作后，可以上提上接头1以剪断第三剪切销12，从而将上接头1提出管柱，为后续打捞做准备。
[0045]
弹性件3固定设置在中心筒2的上端面上，并轴向延伸出上接头1的内腔。优选地，弹性件3为弹簧。在该井下卡定装置100卡接到位并将上接头1提出井筒后，可以向井筒内投入柱塞。上述设置的弹簧能为柱塞提供缓冲，保证后期可靠工作。同时，弹簧式的弹性件3并不影响液体的流动。例如，弹簧可以通过焊接等方式固定在中心筒2上。
[0046]
下面根据图1到8详细论述井下卡定装置100以及相关管柱的工作过程。
[0047]
首先，将第二卡挂件200设置在管柱上，然后将管柱下入到井筒内。在下入到位后，由于第二卡挂件200呈筒状，其并不影响其它气井操作。
[0048]
在需要例如排水采气时，通过连续油管将井下卡定装置100下入到管柱内。在井下
卡定装置100下入过程中，弹性爪42径向收缩，并不妨碍井下卡定装置100下入。而当第一卡挂部43到达所匹配的第二卡挂部201位置处，在自身弹力作用下，弹性爪42径向扩张，使得第一卡挂部43与第二卡挂部201配合完成卡挂，以将井下卡定装置100固定，如图1所示。
[0049]
接着，施力于上接头1下压井下卡定装置100。当压力达到一定值时，第一剪切销11被剪断。此时，上接头1、中心筒2、弹性件3和棘齿环82一同下移。在下移过程中，棘齿81与棘齿环82配合，锁定装置8运作，以将中心筒2锁定于第一卡挂件4上。直至避让槽23的上端槽壁坐在第一卡挂件4的上端面上，限制中心筒2进一步下移，如图2所示。还有，在这个过程中，支撑筒13跟随中心筒2一起下移，且其下端进入到第一卡挂件4的内腔中，限定第一卡挂部43防止其径向收缩。
[0050]
再接着，上提上接头1，将第三剪切销12剪断，以分离中心筒2和上接头1。从而将上接头1提出管柱，如图3所示。至此，可以向井筒中投放柱塞等工具，该井下卡定装置100为柱塞提供了定位。并且，在柱塞下落过程中与弹性件3接触，降低了冲击力，保证了施工顺利可靠进行。
[0051]
在不需要排水采气等时，可以下入打捞工具，将该井下卡定装置100打捞出管柱，以实现全通径。具体地，下入打捞工具300，并下压打捞工具300。在力的作用下，打捞工具300的打捞齿与打捞部132形成卡接配合。上提打捞工具300，在力作用下第四剪切销14被剪断，则打捞工具300带动支撑筒13上移，直至支撑筒13移出第一卡挂件4的内腔。支撑筒13上移直至第一台阶面131与限位环15接触，如图4所示。此时，弹性爪42失去支撑筒13的径向支撑。通过第一台阶面131和限位环15的卡接作用，中心筒2受到向上的拉力并上移。在第一锁定装置8的配合下，第一卡挂件4受到向上的力，该力使得第一卡挂部43径向收缩并移出第二卡挂部201。第一卡挂件4跟随中心筒2上移。由此，通过打捞工具300可以将井下卡定装置100提出管柱，从而实现全通径。
[0052]
本申请中，方位用语“上”、“下”与井下卡定装置100的实际工作方位为参照。
[0053]
以上仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。