一种安全接头及分层控水管柱的制作方法

1.本发明涉及石油开采机械设备领域，特别涉及一种安全接头及分层控水管柱。


背景技术：

2.目前，在油气田井下作业分层控水防砂管柱领域，管柱因为考虑后期小修作业打捞方便，一般采用配套多个安全接头，每个安全接头对应一层防砂筛管，后期分段打捞。现有的安全接头主要有两种，分别是销钉式和爪簧式。销钉式安全接头后期打捞方便，但是存在下入和生产过程中，当管柱受力时，销钉具有直接被剪切的风险。特别是分层管柱需要打压时，安全接头的销钉直接受力，销钉容易被剪断而使得管柱容易掉落。另外，如果销钉设置个数过多，会影响后期打捞效果。爪簧式安全接头避免了管柱下入和生产时安全接头脱开的风险，但是后期打捞时，需要多次下入管柱打捞，操作复杂，成本高。
3.有鉴于此，本发明人根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验，经过反复试验设计出一种安全接头及分层控水管柱，以期解决现有技术存在的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种安全接头及分层控水管柱，在下入和生产过程中安全接头不会脱开，而后期管柱需要打捞时安全接头又能方便断开。
5.为达到上述目的，本发明提出一种安全接头，其中，所述安全接头包括上接头体、下接头体、爪簧和解封套，所述上接头体和所述下接头体均为竖直设置的筒状体，所述下接头体通过所述爪簧悬挂在所述上接头体下端，所述爪簧的顶端为呈筒状的连接部，所述连接部穿设在所述上接头体内并与所述上接头体固接，所述爪簧的底端设置有多个簧片，各所述簧片固设在所述连接部的底端并沿所述连接部的周向均布，各所述簧片伸入所述下接头体内，所述下接头体其顶端的内壁开设有卡槽，各所述簧片对位插入所述卡槽内，所述解封套呈筒状并穿设在所述爪簧内，所述解封套的顶端与所述连接部通过第一剪切销钉固定连接，所述解封套的底端与所述下接头体的内壁密封配合。
6.如上所述的安全接头，其中，所述连接部的底端伸入所述下接头体内并与所述下接头体通过第二剪切销钉固定连接。
7.如上所述的安全接头，其中，所述下接头体的侧壁上开设有贯通孔，所述解封套的底端封闭所述贯通孔。
8.如上所述的安全接头，其中，所述上接头体包括由上至下顺序设置的上接头段、导流段、第一连接段和第二连接段，所述第一连接段的内径大于所述导流段的内径形成第一限位台阶，所述第二连接段的内径大于所述第一连接段的内径形成第二限位台阶，所述连接部与所述第一连接段的内壁螺纹连接，所述第二连接段套设在所述下接头体外，所述下接头体的顶端顶抵在所述第二限位台阶上。
9.如上所述的安全接头，其中，所述下接头体包括由上至下顺序设置的卡接段、第一限位段、第二限位段和下接头段，所述卡接段的内径大于所述第一限位段形成所述卡槽，所
述第二限位段的内径小于所述第一限位段形成第三限位台阶，所述解封套其底端的外壁与所述第一限位段的内壁密封配合，且所述解封套的底端顶抵在所述第三限位台阶上。
10.一种分层控水管柱，其中，所述分层控水管柱包括通过油管顺序串联的悬挂器、多个控水筛管和丝堵，每两个所述控水筛管之间串联有分隔组件，所述分隔组件包括如上所述的安全接头和封隔器。
11.如上所述的分层控水管柱，其中，所述封隔器为y341型的封隔器。
12.如上所述的分层控水管柱，其中，所述悬挂器为y445型的封隔器。
13.如上所述的分层控水管柱，其中，所述控水筛管包括内管和外管，所述外管套设在所述内管外，所述外管和所述内管之间具有间隔并围合形成环形的容置空间，所述容置空间的两端封闭，所述外管的外壁上开设有与所述容置空间连通的多个进液孔，所述内管具有轴向贯通的导流腔，所述内管的外壁上开设有用于连通所述导流腔和所述容置空间的多个安装孔，各所述安装孔内安装有用于控制进入所述导流腔内液体流量的流体控制喷嘴。
14.如上所述的分层控水管柱，其中，所述流体控制喷嘴包括支撑杯、喷嘴本体和弹性元件，所述支撑杯穿设于所述安装孔中并与所述安装孔的内壁密封连接，所述支撑杯的杯口朝向所述容置空间并与所述容置空间相连通，所述支撑杯的杯底开设有与所述导流腔相连通的第一贯通孔，所述喷嘴本体呈柱状且具有轴向贯通的导流孔，所述喷嘴本体的一端为导入端，所述喷嘴本体的另一端为导出端，所述导出端由杯口插入所述支撑杯内，所述导出端与所述杯底具有间隙，所述弹性元件的一端顶抵于所述导入端，所述弹性元件的另一端顶抵于所述外管的内壁。
15.与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：
16.本发明提出的安全接头和分层控水管柱，在下入井下和生产过程中，即使受到轴向拉力，安全接头也不会脱开，保证了分层控水管柱的正常生产和使用；当油田生产后期分层控水管柱失效后，通过下入打捞管柱，带动解封套上移后，安全接头又可以方便地脱开，利于后续作业。
附图说明
17.在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。
18.图1为本发明提出的安全接头的结构示意图；
19.图2为本发明中爪簧安装的局部示意图；
20.图3为本发明中上接头体的结构示意图；
21.图4为本发明中下接头体的结构示意图；
22.图5为本发明中分层控水管柱的结构示意图；
23.图6为本发明中控水筛管的结构示意图；
24.图7为本发明中流体控制喷嘴的结构示意图；
25.图8为本发明中喷嘴本体的结构示意图。
26.附图标记说明：
27.100、安全接头；
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10、上接头体；
28.11、上接头段；
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12、导流段；
29.121、凸台；
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13、第一连接段；
30.14、第二连接段；
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15、第一限位台阶；
31.16、第二限位台阶；
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20、下接头体；
32.21、卡槽；
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22、贯通孔；
33.23、卡接段；
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231、限位槽；
34.24、第一限位段；
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25、第二限位段；
35.26、下接头段；
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27、第三限位台阶；
36.30、爪簧；
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31、连接部；
37.32、簧片；
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33、凸起；
38.40、解封套；
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50、第一剪切销钉；
39.60、第二剪切销钉；
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200、分层控水管柱；
40.210、悬挂器；
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220、控水筛管；
41.230、丝堵；
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240、封隔器；
42.221、内管；
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222、外管；
43.223、容置空间；
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224、流体控制喷嘴；
44.225、进液孔；
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226、导流腔；
45.1、支撑杯；
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2、喷嘴本体；
46.3、弹性元件；
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4、第一导流孔；
47.5、第二导流孔。
具体实施方式
48.结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。
49.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能存在居中元件。
50.本文中所述的方位用语“上”、“下”、“顶”、“底”以图1所示为准，该些方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。
51.如图1至图4所示，本发明提出的安全接头100包括上接头体10、下接头体20、爪簧30和解封套40，上接头体10和下接头体20均为竖直设置的筒状体，下接头体20通过爪簧30能拆卸地悬挂在上接头体10下端，爪簧30的顶端为呈筒状的连接部31，连接部31穿设于上接头体10内并与上接头体10固接，爪簧30的底端具有多个簧片32，各簧片32固设在连接部31的底端并沿连接部31的周向均布，各簧片32伸入下接头体20内，下接头体20其顶端的内壁开设有卡槽21，各簧片32对位插入卡槽21内，解封套40呈筒状并穿设于爪簧30内，解封套40的顶端与连接部31通过第一剪切销钉50固定连接，解封套40的底端将各簧片32压紧于卡
槽21内。
52.本发明还提出一种分层控水管柱200，如图5至图8所示，该分层控水管柱200包括通过油管顺序串联的悬挂器210、多个控水筛管220和丝堵230，每两个相邻的控水筛管220之间串联有分隔组件，该分隔组件包括如上所述的安全接头100和封隔器240。
53.本发明提出的安全接头100，其在爪簧30内穿设有解封套40，并通过解封套40将爪簧30的簧片32压紧在卡槽21内，避免簧片32从卡槽21中脱出，保证上接头体10和下接头体20之间连接的牢固性。采用上述结构，在安全接头100下入井下及生产过程中，即使安全接头100受到轴向拉力的作用，但由于轴向拉力集中在簧片32和卡槽21之间形成的卡合结构上，而簧片32又被解封套40限位而不会从卡槽21内脱出，使得上接头体10和下接头体20也不会脱离；而需要上接头体10和下接头体20分离时，只需下入与解封套40配合的打捞管柱，上提解封套40，第一剪切销钉50被剪断解封套40上行，簧片32失去约束，此时如安全接头100受到轴向拉力作用，则簧片32发生变形从卡槽21中脱出，上接头体10和下接头体20分离。
54.需要说明的是，由于解封套40是通过第一剪切销钉50固定连接在爪簧30上，而并不与下接头体20相连接，当安全接头100受到轴向拉力作用时，解封套40和第一剪切销钉50并不受力，解封套40也就不会发生移动，进而能够始终保持对爪簧30其簧片32的约束作用，避免簧片32从卡槽21中脱出。
55.本发明提出的安全接头100和分层控水管柱200，在下入井下和生产过程中，即使受到轴向拉力，安全接头100也不会脱开，保证了分层控水管柱200的正常生产和使用；当油田生产后期分层控水管柱失效后，通过下入打捞管柱，带动解封套40上移后，安全接头100又可以方便地脱开，利于后续作业。
56.在本发明一个可选的实施方式中，爪簧30其连接部31的底端也伸入下接头体20内并与下接头体20通过第二剪切销钉60固定连接。解封套40后，施加在安全接头100上的轴向拉力需要将第二剪切销钉60剪断后，爪簧30才会与下接头体20分离，以便实际生产过程中，操作人员可以通过上提管柱实现安全接头100的脱开，便于操作人员的精准操作。
57.在本发明一个可选的实施方式中，下接头体20的侧壁上开设有贯通孔22，解封套40的底端封闭贯通孔22。采用上述结构，当解封套40解封后，管柱外的液体可以通过贯通孔22进入管柱内部，进而提高管柱的产液量。
58.在本发明一个可选的实施方式中，上接头体10包括由上至下顺序设置的上接头段11、导流段12、第一连接段13和第二连接段14，第一连接段13的内径大于导流段12的内径形成第一限位台阶15，第二连接段14的内径大于第一连接段13的内径形成第二限位台阶16，连接部31的顶端顶抵在第一限位台阶15上，且连接部31的外壁与第一连接段13的内壁螺纹连接，第二连接段14套设在下接头体20外，下接头体20的顶端顶抵在第二限位台阶16上。采用上述结构，在第二连接段14的位置处，第二连接段14、下接头体20、爪簧30和解封套40由外向内顺序套设，第一连接段13(上接头体10)和解封套40夹紧爪簧30和下接头体20，进而防止爪簧30和下接头体20发生变形和位移，保证爪簧30和下接头体20之间能够稳固的卡接，最终保证上接头体10和下接头体20之间稳定的连接。同时，由于爪簧30的顶端顶抵在第一限位台阶15上，进而可以通过第一限位台阶15对爪簧30起到限位作用。
59.在该实施方式一个可选的例子中，导流段12的内壁设有一圈向内凸出的凸台121，
以限制解封后的解封套40向上移动。采用上述结构，解封套40解封后，也不会从管柱中脱出。
60.在该实施方式一个可选的例子中，上接头段11的内壁上开设有用于连接的内螺纹，以便于安全接头100与管柱方便地连接。
61.在该实施方式一个可选的例子中，第二连接段14与下接头体20之间设置有密封圈，以保证第二连接段14与下接头体20之间的密封配合。
62.在本发明一个可选的实施方式中，下接头体20包括由上至下顺序设置的卡接段23、第一限位段24、第二限位段25和下接头段26，卡接段23的内径大于第一限位段24形成卡槽21，第二限位段25的内径小于第一限位段24形成第三限位台阶27，解封套40其底端的外壁与第一限位段24的内壁密封配合，且解封套40的底端顶抵在第三限位台阶27上。由于解封套40顶抵在第三限位台阶27上，第三限位台阶27对解封套40起到限位作用。
63.在该实施方式一个可选的例子中，各簧片32具有外凸的凸起33，卡接段23的内壁具有与凸起33对位配合的限位槽231。凸起33卡设在限位槽231内，当安全接头100受到轴向力时，爪簧30和下接头体20之间的力集中在凸起33和限位槽231之间，只要凸起33不从限位槽231内脱出，上接头体10和下接头体20之间便不会脱开，进而保证了整个管柱不会脱开。
64.在该实施方式一个可选的例子中，下接头段26的外壁开设有用于连接的外螺纹。以便于安全接头100与其下方的管柱连接。
65.在该实施方式一个可选的例子中，贯通孔22开设于第一限位段24。
66.在该实施方式一个可选的例子中，解封套40和第一限位段24之间设置有密封圈。以保证解封套40和第一限位段24之间的密封配合。
67.在本发明一个可选的实施方式中，封隔器240为y341型封隔器。y341型封隔器可以采用现有技术，能够实现逐级解封即可。
68.在本发明一个可选的实施方式中，悬挂器210为y445型封隔器。y445型封隔器可以采用现有技术，其核心为双向卡瓦，可实现上下锚定，后期可下入专用打捞工具打捞，其余没有特殊要求。
69.在本发明一个可选的实施方式，控水筛管220包括内管221和外管222，外管222套设在内管221外，外管222和内管221之间具有间隔并围合形成环形的容置空间223，容置空间223的两端封闭，外管222的外壁上开设有与容置空间223连通的多个进液孔225，内管221具有轴向贯通的导流腔226，内管221的外壁上开设有用于连通导流腔226和容置空间223的多个安装孔，各安装孔内安装有用于控制进入导流腔226内液体流量的流体控制喷嘴224。
70.在该实施方式一个可选的例子中，流体控制喷嘴224包括支撑杯1、喷嘴本体2和弹性元件3，支撑杯1穿设于安装孔中并与安装孔的内壁密封连接，支撑杯1的杯口朝向容置空间223并与容置空间223相连通，支撑杯1的杯底开设有与导流腔226相连通的第一导流孔4，喷嘴本体2呈柱状且具有轴向贯通的第二导流孔5，喷嘴本体2的一端为导入端，喷嘴本体2的另一端为导出端，导出端由杯口插入支撑杯1内，导出端与杯底具有间隙h，弹性元件3的一端顶抵于导入端，弹性元件3的另一端顶抵于外管222的内壁。采用上述结构，容置空间223内的流体依次流经第二导流孔5、间隙h、第一导流孔4最终进入导流腔226，由于喷嘴本体2和支撑杯1的杯底之间的间隙h很小，喷嘴本体2的直径b远大于间隙h。液流流动经过缝隙时，流体控制喷嘴224会在间隙h处产生一压力p。
71.根据公式：
[0072][0073]
其中，μ为粘度，喷嘴本体2的直径b＝2r(r为喷嘴本体2的半径)和第二导流孔5直径(孔径)2r(r为第二导流孔5的半径)都是常数。当液流的流量q、间隙h均一定时，压力p与液流的粘度μ成正比。压力p大于0时，喷嘴本体2将克服弹性元件3压缩力向上移动，间隙h将会增加。间隙h增至一定程度时，压力p油与弹性元件3压缩力将达到平衡。因油的粘度大于水，所以油通过时产生的压力p油大于水通过时产生的力p水。油通过时间隙h油大于水通过时的间隙h。间隙h越大，液流通过时产生的摩阻损失越小，喷嘴本体2前后的压降也越小(即，由导入端至导出端的压力差越小)。因此油井生产所需要的生产压差也越小，从而使得流体控制喷嘴具有液流随粘度增加，所需要生产压差越小的特性，使得流体控制喷嘴224具有控制低粘度体的产出，增加高粘度液体的产出的功效，进而起到控制水产出，增加油产出的效果。
[0074]
在本发明中，流体控制喷嘴224不需要浮盘来调节间隙，进而增强了流体控制喷嘴224的耐磨性，延长了流体控制喷嘴的使用寿命。
[0075]
在本发明中，在喷嘴本体2其第二导流孔5的孔径等参数确定后，可能过室内试验测试生产压差与液体粘度的具体关系，下入油井时，可以根据油井的产出液粘度、产液量、喷嘴的室内试验数据等选择内管221上安装的流体控制喷嘴224的个数、第二导流孔5的孔径等参数。
[0076]
当然，在本发明中，也可以采用现有的控水筛管作为控水筛管220，现有的控水筛管主要是普通筛管结构加一个控水阀组成，只要能够实现增加油进入筛管内部的流量、减少水进入筛管内部的流量即可。
[0077]
请参考图1至图8，现结合一实施例详细说明本发明提出的安全接头100和分层控水管柱200的原理和使用过程：
[0078]
首先，安装分层控水管柱200，将y445型的悬挂器210、控水筛管220、安全接头100，可逐级解封的y341型的封隔器240、丝堵230均通过螺纹连接；其中，安全接头100的上接头体10连接控水筛管220，爪簧30和上接头体10通过螺纹连接，爪簧30和解封套40通过第一剪切销钉50连接。爪簧30和下接头体20通过第二剪切销钉60连接。下接头体20与可逐级解封的y341型的封隔器240连接。
[0079]
之后，将分层控水管柱200送至井底设计位置后，因丝堵230的作用分层控水管柱200的底部封闭，从井口直接打压，y445型的悬挂器210和能逐级解封的y341型的封隔器240坐封，在打压过程中，因为轴向拉力集中在爪簧30和下接头体的卡槽21上，安全接头100不会脱开；再继续打压，y445型的悬挂器210实现坐封丢手；最后上提管柱起出丢手管柱即可。
[0080]
在油井生产时，液流控水筛管220进入分层控水管柱200内部，再经由分层控水管柱200流至井口。
[0081]
在油井生产一段时间，当分层控水管柱100失效后，下入与解封套40配合的打捞管柱(滑套打捞工具)，将打捞管柱下至最下方的安全接头100处，通过打捞管柱打捞该安全接头100的解封套40，上提管柱，第一剪切销钉50被剪断，解封套40上移。再上移打捞管柱至下一个安全接头100的位置处，重复上述动作，直至打开所有安全接头100的解封套40。安全接
头100再受轴向拉力时，第二剪切销钉60受力，安全接头100可方便的脱开。此时，下放与悬挂器210对位配合的打捞管柱(分瓣式打捞工具)，利用可退式的分瓣式打捞工具(分瓣捞锚)再解封分层控水管柱100的y445型的悬挂器210，解封后，可用水泥车正洗井或反洗井，将管柱与套管环空的砂环洗掉。此时上提分层控水管柱100，安全接头100受轴向拉力，如果管柱拉力小于第二剪切销钉60，整体分层控水管柱100将会被一趟起出。如果分层控水管柱100被卡住，拉力大于第二剪切销钉60的剪切力时，第二剪切销钉60被剪断，爪簧30的簧片32径向收缩，管柱将会在安全接头100处断开。之后，再下入打捞管柱打捞剩余管柱，可实现小修作业打捞，操作方便，成本低。
[0082]
本发明提出的安全接头100和分层控水管柱200下入和生产时，在解封套40的作用下，安全接头100不会脱开，进而保证管柱正常坐封和生产。需要捞出分层控水管柱时，下入滑套打捞工具的打捞管柱，先分步把全部安全接头100的解封套40打开，安全接头100全部由第二剪切销钉60承受轴向拉力。再利用分瓣捞锚解封分层控水管柱200的y445型的悬挂器210，解封后，可用水泥车正洗井或反洗井，将管柱与套管环空的砂环洗掉。最后上提打捞管柱，分层控水管柱200即可被打捞出。如果安全接头100断开，再下入打捞管柱打捞剩余管柱。可实现小修作业打捞，操作方便，成本低。
[0083]
需要说明的是，与安全接头100的解封套对应的滑套打捞工具、与悬挂器210对应的分瓣式打捞工具均可以采用现有技术。滑套打捞工具主要结构为一割缝的爪簧，此爪簧带有台阶，内径一般与解封套尺寸一致，可径向收缩和回弹；分瓣式打捞工具可以为可退式的分瓣捞锚，其为悬挂器的专用打捞工具。
[0084]
针对上述各实施方式的详细解释，其目的仅在于对本发明进行解释，以便于能够更好地理解本发明，但是，这些描述不能以任何理由解释成是对本发明的限制，特别是，在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合，从而组成其他实施方式，除了有明确相反的描述，这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中，而并不仅局限于所描述的实施方式。