适用于环空加压操作的井下试压开井阀工具的制作方法
专利名称：适用于环空加压操作的井下试压开井阀工具的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及石油领域勘探井测试的一种新型井下测试工具，特别适用于APR (A :Annulus,环空；P :Pressure,压力；R Response,响应。下同)环空加压操作井下工具这一测试工艺。
背景技术：
当今世界流行的勘探井井下测试工具有APR或PCT (P pressure,压力；C :Control，控制；T :T00ls，工具。下同)环空加压操作式测试工具；通过上提下放管柱来实现操作的MFE (Multi-Flow-Evaluator :多流测试器)井下测试工具，海上半潜式平台由于受风浪及潮汐的影响，其始终处于动态升沉和漂移状态，APR工具的操作由于省去了与平台提升装置的直接联系，更适合于海上勘探井的测试。传统上APR工具测试的管柱试压方式为在测试工具下完后，由测试阀以上灌入液垫，并对井下工具试压，合格后继续下入主测试管柱。由于测试阀是井下开关井工具，不是试压工具，无法用于对后续主测试管柱的试压，无法检验测试管柱的完整性，管柱存在漏压风险。而一旦地层射开后，地层高压流体即进入测试管柱，如果管柱密封不合格，高压油气流即会进入环空，从而带来井控风险，易于发生井控事故。近年来业界引入了一种专门用于管柱试压工具TST(T :Tubing,油管；S :String,管柱；T:Test，测试。下同)油管试压阀。管柱在下入期间，测试液经过该阀由下至上进入管柱内，根据需要可随时对管柱正向试压。由于该阀具有自动灌浆功能，测试管柱内外液性一致、液位高度一致，管内无法掏空，因此在很多情况下无法简单地实现负压诱喷工艺要求。如果必须要进行负压诱喷，那么只能下入另一测试工具OMNI (多功能。下同)阀，但下井工具越多，就意味着施工工艺更为复杂=OMNI阀需要频繁换位，但在深井、高温高压井、高比重测试液中，要成功实现对OMNI阀的多次操作很不容易，而一旦操作失败，就必须起出该趟管柱，从而增加作业成本。另外，如果要进行负压诱喷，管柱内需要替入比重更小的液垫或气垫，如果需要注气或管柱掏空，那么现场需要注氮设备、液氮或制氮设备，从而增加施工复杂程度，作业成本也会上升。如上所述的测试阀、TST阀、OMNI阀，其中任何一款包括其他工具都无法同时满足管柱试压和井下开井的要求，无相应工具来满足中海油近年来出现的高难度井测试的工艺要求。以2011年渤海科学探索井BZ21-2-1为例，该井井深达5141米，井温达178°C，其井深、井温均居中海油勘探井测试之首，测试难度很大，为此，前期对本井测试工艺进行了多次优化裸眼测试，坐套管、测裸眼；采用一开一关工作制度；全管柱试压；管柱内灌入诱喷液垫，具备诱喷能力；井下开井。工艺的优化是为了满足测试地质要求，并尽可能保证作业功率，但要实现这一工艺，在工具选型上很困难，至今没有一款合适的工具。
实用新型内容针对上述现有技术，本实用新型提供了一种适用于环空加压操作的井下试压开井阀工具。其中采用RD(Rupture Disc，即破裂盘式单次操作工具)进行管柱试压及井下开井，解决了现有的传统工具只能满足管柱试压或井下开井一单项的操作要求。本实用新型适用于环空加压操作的井下试压开井阀工具，结构简单，性能可靠，是一件非常理想的高难度井测试井下工具。不但成功率高，而且可以大幅度降低作业成本。为了解决上述技术问题，本实用新型适用于环空加压操作的井下试压开井阀工具予以实现的技术方案是包括上连接和下接头，所述上接头至所述下接头的轴向之间自上而下的连接有破裂盘外筒和球阀外筒；所述上接头、破裂盘外筒、球阀外筒和下接头构成外筒组件；所述外筒组件内自上而下的设有密封心轴、连接爪、连接短接、操作臂和下座圈；所述连接短节与所述操作臂之间采用凸缘和沟槽镶嵌连接，所述操作臂的内口处设有上座圈，所述上座圈和所述下座圈之间设有球阀总成，所述操作臂与球阀之间设有传动销，所述球阀总成与上座圈之间设有碟形弹簧片；所述上接头与所述密封心轴之间设有剪销，所述破裂盘外筒上设有破裂盘安装孔，其中安装有破裂盘；所述密封心轴与所述破裂盘外筒之间形成一环形空间，所述环形空间内设有减震环；相互连接的零部件之间均设有密封结构。本实用新型适用于环空加压操作的井下试压开井阀工具进行井下试压时，相关零部件之间的位置关系为所述剪销位于所述上接头与所述密封心轴之间对正的剪销孔中，此时球阀为关闭状态。本实用新型适用于环空加压操作的井下试压开井阀工具进行开井作业时，相关零部件之间的位置关系为破裂盘击破，剪销被剪断，所述密封心轴、连接爪、连接短接和操作臂一同下移，操作臂上的传动销带动球阀转动，所述球阀为打开状态。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是该实用新型井下试压开井阀工具采用外筒和心轴双层结构，外径尺寸为127mm (即5英寸)，与其他常规APR工具外径一致，适用于177. 8mm ( S卩7英寸)和244. 475mm套管(即95/8英寸)井的测试。外筒组件用于支撑工具中的各个部件，用以承受工具的外来轴向拉伸力、轴向压缩力、外部径向液压力等；密封心轴承受来自管柱内部的压力，直接接触地层流体，密封心轴与外筒组件一起形成工具的双层结构；密封心轴的内径即工具通径为57. 15mm(BP 2. 25英寸)，与APR工具一致，保证了工具管串通径的一致性，有利于管柱内投棒及钢丝绳索作业，有利于高压、高流速的加砂压裂等作业。该工具中的上下连接件之间的螺纹扣型均采用气密扣型3 7/8TAS扣，该种扣型抗拉强度高，密封结构中的O型密封圈采用耐温能力达450° F的橡胶密封圈密封，有利于承受更高的工作压力。该实用新型井下试压开井阀工具为满足管柱的试压要求，特设计有一球阀结构，下井期间该球阀设定在关闭位置，由此，球阀上下管柱分别处于两种不同的外部环境球阀下部管柱通过另一测试工具液压旁通与环空相联，即球阀下部管柱充满与环空液性一致的测试液；球阀上部管柱与大气相通，由于在测试管柱下井过程中，由井口向管柱内灌入了诱喷液垫，不同液性的环空测试液与诱喷液垫在此关闭的球阀处分开。由于球阀以上管柱处于一个相对隔离的环境，所以在灌满液垫后，即可对管柱试压，试验压力可高达lOOMpa，用以检验管柱的完整性(即密封性能)，在气井、高难度井测试中，管柱完整性检验尤为重要。该实用新型井下试压开井阀工具为满足井下开井的要求，特设有一压差心轴结构，用以响应来自环空的操作压力。管柱坐封后，操作环空压力击破安装于工具外筒上的破裂盘，环空压力即进入外筒内部、心轴外部所形成的环形空间内，并作用于压差心轴上，压差心轴下移，通过球阀操作臂推动球阀旋转，球阀打开，球阀上下管柱由此联通。由于球阀上部管柱预先灌入了某一特定比重的液垫，在RD试压开井阀球阀打开时，即实现了井下开井，诱喷液垫与地层压力形成压差，地层流体即在该压差作用下，流入井筒甚至喷出地面，从而进入放喷测试阶段。[0015]本实用新型井下试压开井阀工具试压开井无循环孔、球阀在关闭位置组装下井，测试管柱下完并坐封后，通过操作环空压力将球阀打开，实现井下开井，再进行后续的测试作业。
图I是本实用新型井下试压开井阀进行井下试压的状态示意图；图2是本实用新型井下试压开井阀开井后的状态示意图。以下是本实用新型说明书附图中主要的附图标记的说明I—上接头10—下接头2-密封心轴11-支撑环3——破裂盘外筒12——O型密封圈4-球阀外筒13-剪销5——连接爪14——破裂盘6——连接短节15——矩形密封圈7——操作臂16——减震环8——上座圈17——蝶形弹簧片9-下座圈18-球阀
具体实施方式
下面结合具体实施方式
对本实用新型作进一步详细地描述。如图I所示，本实用新型适用于环空加压操作的井下试压开井阀工具，包括上连接I和下接头10，所述上接头I至所述下接头10的轴向之间自上而下的连接有破裂盘外筒3和球阀外筒4 ;所述上接头I、破裂盘外筒3、球阀外筒4和下接头10构成外筒组件，其中相邻两件之间的连接均采用螺纹连接，螺纹的扣型均采用气密扣型3 7/8” CAS扣；所述外筒组件内自上而下的设有密封心轴2、连接爪5、连接短接6、操作臂7和下座圈9 ;所述连接短节6与所述操作臂7之间采用凸缘和沟槽镶嵌连接，所述操作臂7的内口处设有上座圈8，所述上座圈8和所述下座圈9之间设有球阀18，所述操作臂7与球阀18之间设有传动销，所述球阀18与上座圈8之间设有碟形弹簧片17 ;所述上接头I与所述密封心轴2之间设有剪销13，所述破裂盘外筒3与所述密封心轴2之间设有破裂盘14 ;所述密封心轴2与所述破裂盘外筒3之间形成一环空，所述环空内设有减震环16 ;相互连接的零部件之间均设有密封结构，所述密封结构由支撑环11和其中的O型密封圈12构成。本实用新型井下试压开井阀工具中，有一部分零部件不随操作压力移动位置，SP静止件；另一部分零部件响应来自环空的操作压力，并通过位置的移动或变动来实现工艺要求，该部分零部件运动件，运动件主要包括密封心轴2、减震环16、连接爪5、连接短节6、操作臂7和球阀18，如图2所示。本实用新型井下试压开井阀工具的本体均采用防硫材料制作，符合NACE MR 0175防硫标准，整只15K(即103Mpa)压力等级；0型密封圈材料采用氟化橡胶，工作温度可达450° F ;破裂盘14为进口高精度破裂盘，该破裂盘按破裂压力进行分级，相邻两级破裂盘破裂压力差34. 5Mpa(即500Psi)，工具下井前即可根据静液柱压力和地面操作压力安装相应等级的破裂盘；球阀18采用刚强度钢制作，具有良好的耐酸、耐冲蚀能力，球阀与上座圈8、下座圈9配合紧密，具有良好的密封性能，单向密封压力可达103Mpa。具备下表所列性能参数的本实用新型井下试压开井阀工具能满足目前国内外所有的勘探井测试的井下作业环境。 本实用新型井下试压开井阀工具性能参数表
公称尺寸外径内径长度工作温度 & I
工作压力(Mpa)
(in)(mm)(mm)(cm)(0F)
5.00127.857.9172.77450103
抗拉强度抗内挤压抗外挤压力, ^ , ^ ,
I密封圈材质上接头扣型下接头扣型
(kg) 力(Mpa) (Mpa)
148,781 114114氟化橡胶 3 7/8 CAS 3 7/8 CAS本实用新型井下试压开井阀工具的工作原理是利用压强作用于不同面积上所产生的作用力差，该作用力差推动密封心轴2移动，从而带动其他机构如球阀动作。因此从力的传递角度分析，由液体压强作用于密封心轴2的压差活塞上，压强转换为压力，压力即为作用于心轴上的机械力，该机械力克服密封心轴2与外筒组件的摩擦力后，推动密封心轴2移动，由于结构上的设计，密封心轴2的直线移动在球阀处转变为球阀的转动，即破裂盘14击破，剪销13被剪断，所述密封心轴2、连接爪5、连接短接6和操作臂7 —同下移，所述减震环16与所述破裂盘外筒3上的一台阶接触，所述操作臂7上的传动销带动球阀11转动，致使球阀18打开。本实用新型井下试压开井阀工具实现管柱试压的工作过程是工具在下井前，根据设计的操作压力安装破裂盘14，并将球阀18置于关闭位置，球阀18的上、下进行单向试压以确认球阀18的密封性。整套工具下井后，由井口向管柱内灌入诱喷液垫，该关闭的球阀18以上即充满该液垫，在下钻过程中对管柱试压。所述剪销13位于所述上接头I与所述密封心轴2之间对正的剪销孔中，所述球阀18为关闭状态，由于该球阀18在整个入井和试压过程中一直处于固定的关闭位置，无任何动作发生，因此，管柱试压时基本排除由该球阀处漏失的可能，即本实用新型RD试压开井阀用于管柱试压作业，其性能非常可靠。本实用新型井下试压开井阀工具实现井下开井的工作过程如图2所示管柱坐封后，液压旁通即会关闭，球阀18以下管柱与环空隔开。操作试压开井阀时，地面泵压与环空静液柱压力一同作用于破裂盘14上，破裂盘14在压差作用下(一面受液柱压力，一面为大气压力)被击破，液柱压力通过破裂盘14进入破裂盘外筒3内部与密封心轴2外部之间的环形空间上，并作用于压差心轴(即密封心轴2)上，压差心轴下移，推动连接爪5、连接短节6，以及通过凸缘和沟槽与连接短节6相连的操作臂7 —同下移。由于球阀的上座圈8和下座圈9均为静止部件，因此，球阀18的直线移动受到限制，操作臂7的直线移动通过其上的传动销使球阀18旋转动作，由此球阀18由关闭位置转换为开启位置，球阀18打开即实现井下开井，地面测试设备与测试管柱相通，即进行后续测试作业。本实用新型井下试压开井阀工具实现井下开井后各部件相对位置如图2所示破裂盘14击破，球阀18打开，压差心轴(即密封心轴2)下移后并被锁定，所有运动件在如图2所示的位置被固定，工具处于锁定打开状态。至此，工具完成所有作业需求，直至测试结束，工具起出地面，等待复员或重新保养进入下层次测试。本实用新型井下试压开井阀工具在开发过程中的测试，其开发是以渤海科学探索 井BZ21-2-1测试为背景，该井井深5141米、井温178°C、返出流体硫化氢含量超过250ppm、一氧化碳含量超过lOOOppm、二氧化碳含量为50-53%，这在中海油勘探井测试历史上前所未有，施工难度相当大。如果使用常规测试工具，带来的不仅是复杂的施工工艺，而且在如此恶劣的井况条件下，工具操作受到极端考验，一旦操作不成功，其后果是将本井业已高昂的费用推向一个新的高度。本实用新型井下试压开井阀工具满足了测试地质要求，简化了施工工艺，作业成功率得到保障，现场施工较为顺利。本实用新型井下试压开井阀工具在渤海科学探索井中有两次印证性的试验应用，其成功率为100%。本实用新型井下试压开井阀工具在其他海域高难度井的测试中也会倍受青睐。总之，本实用新型井下试压开井阀工具是其他产品所无法替代的，将应用于一系列高难度井的测试中，在未来的测试作业中将会得到广泛应用。尽管上面结合图对本实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式
，上述的具体实施方式
仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本实用新型的保护之内。
权利要求1.ー种适用于环空加压操作的井下试压开井阀工具，包括上连接(I)和下接头(10)，其特征在于，所述上接头(I)至所述下接头(10)的轴向之间自上而下的连接有破裂盘外筒(3)和球阀外筒(4);所述上接头(I)、破裂盘外筒(3)、球阀外筒(4)和下接头(10)构成外筒组件；所述外筒组件内自上而下的设有密封心轴(2)、连接爪(5)、连接短接￠)、操作臂(7)和下座圈(9);所述连接短节(6)与所述操作臂(7)之间采用凸缘和沟槽镶嵌连接，所述操作臂(7)的内ロ处设有上座圈(8)，所述上座圈(8)和所述下座圈(9)之间设有球阀总成(18)，所述操作臂(7)与球阀之间设有传动销，所述球阀总成(18)与上座圈⑶之间设有碟形弹簧片(17)； 所述上接头(I)与所述密封心轴(2)之间设有剪销(13)，所述破裂盘外筒(3)上设有破裂盘安装孔(15)，其中安装有破裂盘(14)； 所述密封心轴(2)与所述破裂盘外筒(3)之间形成ー环形空间，所述环形空间内设有减震环(16)； 相互连接的零部件之间均设有密封结构。
2.根据权利要求I所述的适用于环空加压操作的井下试压开井阀工具，其特征在干，所述上接头(I)和下接头(10)与相邻零件的连接采用螺纹连接，螺纹的扣型均采用气密扣型。
3.根据权利要求I所述的适用于环空加压操作的井下试压开井阀工具，其特征在干，所述密封结构由支撑环(11)和其中的O型密封圈(12)构成。
4.根据权利要求I所述的适用于环空加压操作的井下试压开井阀工具，其特征在干，所述剪销(13)位于所述上接头(I)与所述密封心轴(2)之间对正的剪销孔中，此时球阀为关闭状态。
5.根据权利要求I所述的适用于环空加压操作的井下试压开井阀工具，其特征在干，破裂盘(14)击破，剪销(13)被剪断，所述密封心轴(2)、连接爪(5)、连接短接(6)和操作臂(7) —同下移，操作臂(7)上的传动销带动球阀转动，所述球阀为打开状态。
专利摘要本实用新型公开了一种适用于环空加压操作的井下试压开井阀工具，结构上分外筒部分和内筒部分；上接头、破裂盘外筒、球阀外筒和下接头构成外筒组件；内筒组件自上而下设有密封心轴、连接爪、连接短接、操作臂和下座圈；连接短节与操作臂之间采用凸缘和沟槽镶嵌连接，操作臂的内口处设有上座圈，上座圈和下座圈之间设有球阀，操作臂与球阀之间设有传动销，球阀与上座圈之间设有碟形弹簧片；上接头与密封心轴之间设有剪销，破裂盘外筒设有破裂盘安装孔。本实用新型井下试压开井阀工具球阀在关闭位置组装下井，测试管柱下完并坐封后，通过操作环空压力将球阀打开，实现井下开井，从而进行后续测试作业。
文档编号E21B34/06GK202370480SQ20112055227
公开日2012年8月8日 申请日期2011年12月26日 优先权日2011年12月26日
发明者刘振江, 吴轩, 夏庆龙, 杨立龙, 王守君, 王涛, 许兵, 谭忠健, 赵鹏, 魏剑飞 申请人:中国海洋石油总公司, 中海石油(中国)有限公司天津分公司, 中海艾普油气测试(天津)有限公司
技术领域：
本实用新型涉及石油领域勘探井测试的一种新型井下测试工具，特别适用于APR (A :Annulus,环空；P :Pressure,压力；R Response,响应。下同)环空加压操作井下工具这一测试工艺。
背景技术：
当今世界流行的勘探井井下测试工具有APR或PCT (P pressure,压力；C :Control，控制；T :T00ls，工具。下同)环空加压操作式测试工具；通过上提下放管柱来实现操作的MFE (Multi-Flow-Evaluator :多流测试器)井下测试工具，海上半潜式平台由于受风浪及潮汐的影响，其始终处于动态升沉和漂移状态，APR工具的操作由于省去了与平台提升装置的直接联系，更适合于海上勘探井的测试。传统上APR工具测试的管柱试压方式为在测试工具下完后，由测试阀以上灌入液垫，并对井下工具试压，合格后继续下入主测试管柱。由于测试阀是井下开关井工具，不是试压工具，无法用于对后续主测试管柱的试压，无法检验测试管柱的完整性，管柱存在漏压风险。而一旦地层射开后，地层高压流体即进入测试管柱，如果管柱密封不合格，高压油气流即会进入环空，从而带来井控风险，易于发生井控事故。近年来业界引入了一种专门用于管柱试压工具TST(T :Tubing,油管；S :String,管柱；T:Test，测试。下同)油管试压阀。管柱在下入期间，测试液经过该阀由下至上进入管柱内，根据需要可随时对管柱正向试压。由于该阀具有自动灌浆功能，测试管柱内外液性一致、液位高度一致，管内无法掏空，因此在很多情况下无法简单地实现负压诱喷工艺要求。如果必须要进行负压诱喷，那么只能下入另一测试工具OMNI (多功能。下同)阀，但下井工具越多，就意味着施工工艺更为复杂=OMNI阀需要频繁换位，但在深井、高温高压井、高比重测试液中，要成功实现对OMNI阀的多次操作很不容易，而一旦操作失败，就必须起出该趟管柱，从而增加作业成本。另外，如果要进行负压诱喷，管柱内需要替入比重更小的液垫或气垫，如果需要注气或管柱掏空，那么现场需要注氮设备、液氮或制氮设备，从而增加施工复杂程度，作业成本也会上升。如上所述的测试阀、TST阀、OMNI阀，其中任何一款包括其他工具都无法同时满足管柱试压和井下开井的要求，无相应工具来满足中海油近年来出现的高难度井测试的工艺要求。以2011年渤海科学探索井BZ21-2-1为例，该井井深达5141米，井温达178°C，其井深、井温均居中海油勘探井测试之首，测试难度很大，为此，前期对本井测试工艺进行了多次优化裸眼测试，坐套管、测裸眼；采用一开一关工作制度；全管柱试压；管柱内灌入诱喷液垫，具备诱喷能力；井下开井。工艺的优化是为了满足测试地质要求，并尽可能保证作业功率，但要实现这一工艺，在工具选型上很困难，至今没有一款合适的工具。
实用新型内容针对上述现有技术，本实用新型提供了一种适用于环空加压操作的井下试压开井阀工具。其中采用RD(Rupture Disc，即破裂盘式单次操作工具)进行管柱试压及井下开井，解决了现有的传统工具只能满足管柱试压或井下开井一单项的操作要求。本实用新型适用于环空加压操作的井下试压开井阀工具，结构简单，性能可靠，是一件非常理想的高难度井测试井下工具。不但成功率高，而且可以大幅度降低作业成本。为了解决上述技术问题，本实用新型适用于环空加压操作的井下试压开井阀工具予以实现的技术方案是包括上连接和下接头，所述上接头至所述下接头的轴向之间自上而下的连接有破裂盘外筒和球阀外筒；所述上接头、破裂盘外筒、球阀外筒和下接头构成外筒组件；所述外筒组件内自上而下的设有密封心轴、连接爪、连接短接、操作臂和下座圈；所述连接短节与所述操作臂之间采用凸缘和沟槽镶嵌连接，所述操作臂的内口处设有上座圈，所述上座圈和所述下座圈之间设有球阀总成，所述操作臂与球阀之间设有传动销，所述球阀总成与上座圈之间设有碟形弹簧片；所述上接头与所述密封心轴之间设有剪销，所述破裂盘外筒上设有破裂盘安装孔，其中安装有破裂盘；所述密封心轴与所述破裂盘外筒之间形成一环形空间，所述环形空间内设有减震环；相互连接的零部件之间均设有密封结构。本实用新型适用于环空加压操作的井下试压开井阀工具进行井下试压时，相关零部件之间的位置关系为所述剪销位于所述上接头与所述密封心轴之间对正的剪销孔中，此时球阀为关闭状态。本实用新型适用于环空加压操作的井下试压开井阀工具进行开井作业时，相关零部件之间的位置关系为破裂盘击破，剪销被剪断，所述密封心轴、连接爪、连接短接和操作臂一同下移，操作臂上的传动销带动球阀转动，所述球阀为打开状态。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是该实用新型井下试压开井阀工具采用外筒和心轴双层结构，外径尺寸为127mm (即5英寸)，与其他常规APR工具外径一致，适用于177. 8mm ( S卩7英寸)和244. 475mm套管(即95/8英寸)井的测试。外筒组件用于支撑工具中的各个部件，用以承受工具的外来轴向拉伸力、轴向压缩力、外部径向液压力等；密封心轴承受来自管柱内部的压力，直接接触地层流体，密封心轴与外筒组件一起形成工具的双层结构；密封心轴的内径即工具通径为57. 15mm(BP 2. 25英寸)，与APR工具一致，保证了工具管串通径的一致性，有利于管柱内投棒及钢丝绳索作业，有利于高压、高流速的加砂压裂等作业。该工具中的上下连接件之间的螺纹扣型均采用气密扣型3 7/8TAS扣，该种扣型抗拉强度高，密封结构中的O型密封圈采用耐温能力达450° F的橡胶密封圈密封，有利于承受更高的工作压力。该实用新型井下试压开井阀工具为满足管柱的试压要求，特设计有一球阀结构，下井期间该球阀设定在关闭位置，由此，球阀上下管柱分别处于两种不同的外部环境球阀下部管柱通过另一测试工具液压旁通与环空相联，即球阀下部管柱充满与环空液性一致的测试液；球阀上部管柱与大气相通，由于在测试管柱下井过程中，由井口向管柱内灌入了诱喷液垫，不同液性的环空测试液与诱喷液垫在此关闭的球阀处分开。由于球阀以上管柱处于一个相对隔离的环境，所以在灌满液垫后，即可对管柱试压，试验压力可高达lOOMpa，用以检验管柱的完整性(即密封性能)，在气井、高难度井测试中，管柱完整性检验尤为重要。该实用新型井下试压开井阀工具为满足井下开井的要求，特设有一压差心轴结构，用以响应来自环空的操作压力。管柱坐封后，操作环空压力击破安装于工具外筒上的破裂盘，环空压力即进入外筒内部、心轴外部所形成的环形空间内，并作用于压差心轴上，压差心轴下移，通过球阀操作臂推动球阀旋转，球阀打开，球阀上下管柱由此联通。由于球阀上部管柱预先灌入了某一特定比重的液垫，在RD试压开井阀球阀打开时，即实现了井下开井，诱喷液垫与地层压力形成压差，地层流体即在该压差作用下，流入井筒甚至喷出地面，从而进入放喷测试阶段。[0015]本实用新型井下试压开井阀工具试压开井无循环孔、球阀在关闭位置组装下井，测试管柱下完并坐封后，通过操作环空压力将球阀打开，实现井下开井，再进行后续的测试作业。
图I是本实用新型井下试压开井阀进行井下试压的状态示意图；图2是本实用新型井下试压开井阀开井后的状态示意图。以下是本实用新型说明书附图中主要的附图标记的说明I—上接头10—下接头2-密封心轴11-支撑环3——破裂盘外筒12——O型密封圈4-球阀外筒13-剪销5——连接爪14——破裂盘6——连接短节15——矩形密封圈7——操作臂16——减震环8——上座圈17——蝶形弹簧片9-下座圈18-球阀
具体实施方式
下面结合具体实施方式
对本实用新型作进一步详细地描述。如图I所示，本实用新型适用于环空加压操作的井下试压开井阀工具，包括上连接I和下接头10，所述上接头I至所述下接头10的轴向之间自上而下的连接有破裂盘外筒3和球阀外筒4 ;所述上接头I、破裂盘外筒3、球阀外筒4和下接头10构成外筒组件，其中相邻两件之间的连接均采用螺纹连接，螺纹的扣型均采用气密扣型3 7/8” CAS扣；所述外筒组件内自上而下的设有密封心轴2、连接爪5、连接短接6、操作臂7和下座圈9 ;所述连接短节6与所述操作臂7之间采用凸缘和沟槽镶嵌连接，所述操作臂7的内口处设有上座圈8，所述上座圈8和所述下座圈9之间设有球阀18，所述操作臂7与球阀18之间设有传动销，所述球阀18与上座圈8之间设有碟形弹簧片17 ;所述上接头I与所述密封心轴2之间设有剪销13，所述破裂盘外筒3与所述密封心轴2之间设有破裂盘14 ;所述密封心轴2与所述破裂盘外筒3之间形成一环空，所述环空内设有减震环16 ;相互连接的零部件之间均设有密封结构，所述密封结构由支撑环11和其中的O型密封圈12构成。本实用新型井下试压开井阀工具中，有一部分零部件不随操作压力移动位置，SP静止件；另一部分零部件响应来自环空的操作压力，并通过位置的移动或变动来实现工艺要求，该部分零部件运动件，运动件主要包括密封心轴2、减震环16、连接爪5、连接短节6、操作臂7和球阀18，如图2所示。本实用新型井下试压开井阀工具的本体均采用防硫材料制作，符合NACE MR 0175防硫标准，整只15K(即103Mpa)压力等级；0型密封圈材料采用氟化橡胶，工作温度可达450° F ;破裂盘14为进口高精度破裂盘，该破裂盘按破裂压力进行分级，相邻两级破裂盘破裂压力差34. 5Mpa(即500Psi)，工具下井前即可根据静液柱压力和地面操作压力安装相应等级的破裂盘；球阀18采用刚强度钢制作，具有良好的耐酸、耐冲蚀能力，球阀与上座圈8、下座圈9配合紧密，具有良好的密封性能，单向密封压力可达103Mpa。具备下表所列性能参数的本实用新型井下试压开井阀工具能满足目前国内外所有的勘探井测试的井下作业环境。 本实用新型井下试压开井阀工具性能参数表
公称尺寸外径内径长度工作温度 & I
工作压力(Mpa)
(in)(mm)(mm)(cm)(0F)
5.00127.857.9172.77450103
抗拉强度抗内挤压抗外挤压力, ^ , ^ ,
I密封圈材质上接头扣型下接头扣型
(kg) 力(Mpa) (Mpa)
148,781 114114氟化橡胶 3 7/8 CAS 3 7/8 CAS本实用新型井下试压开井阀工具的工作原理是利用压强作用于不同面积上所产生的作用力差，该作用力差推动密封心轴2移动，从而带动其他机构如球阀动作。因此从力的传递角度分析，由液体压强作用于密封心轴2的压差活塞上，压强转换为压力，压力即为作用于心轴上的机械力，该机械力克服密封心轴2与外筒组件的摩擦力后，推动密封心轴2移动，由于结构上的设计，密封心轴2的直线移动在球阀处转变为球阀的转动，即破裂盘14击破，剪销13被剪断，所述密封心轴2、连接爪5、连接短接6和操作臂7 —同下移，所述减震环16与所述破裂盘外筒3上的一台阶接触，所述操作臂7上的传动销带动球阀11转动，致使球阀18打开。本实用新型井下试压开井阀工具实现管柱试压的工作过程是工具在下井前，根据设计的操作压力安装破裂盘14，并将球阀18置于关闭位置，球阀18的上、下进行单向试压以确认球阀18的密封性。整套工具下井后，由井口向管柱内灌入诱喷液垫，该关闭的球阀18以上即充满该液垫，在下钻过程中对管柱试压。所述剪销13位于所述上接头I与所述密封心轴2之间对正的剪销孔中，所述球阀18为关闭状态，由于该球阀18在整个入井和试压过程中一直处于固定的关闭位置，无任何动作发生，因此，管柱试压时基本排除由该球阀处漏失的可能，即本实用新型RD试压开井阀用于管柱试压作业，其性能非常可靠。本实用新型井下试压开井阀工具实现井下开井的工作过程如图2所示管柱坐封后，液压旁通即会关闭，球阀18以下管柱与环空隔开。操作试压开井阀时，地面泵压与环空静液柱压力一同作用于破裂盘14上，破裂盘14在压差作用下(一面受液柱压力，一面为大气压力)被击破，液柱压力通过破裂盘14进入破裂盘外筒3内部与密封心轴2外部之间的环形空间上，并作用于压差心轴(即密封心轴2)上，压差心轴下移，推动连接爪5、连接短节6，以及通过凸缘和沟槽与连接短节6相连的操作臂7 —同下移。由于球阀的上座圈8和下座圈9均为静止部件，因此，球阀18的直线移动受到限制，操作臂7的直线移动通过其上的传动销使球阀18旋转动作，由此球阀18由关闭位置转换为开启位置，球阀18打开即实现井下开井，地面测试设备与测试管柱相通，即进行后续测试作业。本实用新型井下试压开井阀工具实现井下开井后各部件相对位置如图2所示破裂盘14击破，球阀18打开，压差心轴(即密封心轴2)下移后并被锁定，所有运动件在如图2所示的位置被固定，工具处于锁定打开状态。至此，工具完成所有作业需求，直至测试结束，工具起出地面，等待复员或重新保养进入下层次测试。本实用新型井下试压开井阀工具在开发过程中的测试，其开发是以渤海科学探索 井BZ21-2-1测试为背景，该井井深5141米、井温178°C、返出流体硫化氢含量超过250ppm、一氧化碳含量超过lOOOppm、二氧化碳含量为50-53%，这在中海油勘探井测试历史上前所未有，施工难度相当大。如果使用常规测试工具，带来的不仅是复杂的施工工艺，而且在如此恶劣的井况条件下，工具操作受到极端考验，一旦操作不成功，其后果是将本井业已高昂的费用推向一个新的高度。本实用新型井下试压开井阀工具满足了测试地质要求，简化了施工工艺，作业成功率得到保障，现场施工较为顺利。本实用新型井下试压开井阀工具在渤海科学探索井中有两次印证性的试验应用，其成功率为100%。本实用新型井下试压开井阀工具在其他海域高难度井的测试中也会倍受青睐。总之，本实用新型井下试压开井阀工具是其他产品所无法替代的，将应用于一系列高难度井的测试中，在未来的测试作业中将会得到广泛应用。尽管上面结合图对本实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式
，上述的具体实施方式
仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本实用新型的保护之内。
权利要求1.ー种适用于环空加压操作的井下试压开井阀工具，包括上连接(I)和下接头(10)，其特征在于，所述上接头(I)至所述下接头(10)的轴向之间自上而下的连接有破裂盘外筒(3)和球阀外筒(4);所述上接头(I)、破裂盘外筒(3)、球阀外筒(4)和下接头(10)构成外筒组件；所述外筒组件内自上而下的设有密封心轴(2)、连接爪(5)、连接短接￠)、操作臂(7)和下座圈(9);所述连接短节(6)与所述操作臂(7)之间采用凸缘和沟槽镶嵌连接，所述操作臂(7)的内ロ处设有上座圈(8)，所述上座圈(8)和所述下座圈(9)之间设有球阀总成(18)，所述操作臂(7)与球阀之间设有传动销，所述球阀总成(18)与上座圈⑶之间设有碟形弹簧片(17)； 所述上接头(I)与所述密封心轴(2)之间设有剪销(13)，所述破裂盘外筒(3)上设有破裂盘安装孔(15)，其中安装有破裂盘(14)； 所述密封心轴(2)与所述破裂盘外筒(3)之间形成ー环形空间，所述环形空间内设有减震环(16)； 相互连接的零部件之间均设有密封结构。
2.根据权利要求I所述的适用于环空加压操作的井下试压开井阀工具，其特征在干，所述上接头(I)和下接头(10)与相邻零件的连接采用螺纹连接，螺纹的扣型均采用气密扣型。
3.根据权利要求I所述的适用于环空加压操作的井下试压开井阀工具，其特征在干，所述密封结构由支撑环(11)和其中的O型密封圈(12)构成。
4.根据权利要求I所述的适用于环空加压操作的井下试压开井阀工具，其特征在干，所述剪销(13)位于所述上接头(I)与所述密封心轴(2)之间对正的剪销孔中，此时球阀为关闭状态。
5.根据权利要求I所述的适用于环空加压操作的井下试压开井阀工具，其特征在干，破裂盘(14)击破，剪销(13)被剪断，所述密封心轴(2)、连接爪(5)、连接短接(6)和操作臂(7) —同下移，操作臂(7)上的传动销带动球阀转动，所述球阀为打开状态。
专利摘要本实用新型公开了一种适用于环空加压操作的井下试压开井阀工具，结构上分外筒部分和内筒部分；上接头、破裂盘外筒、球阀外筒和下接头构成外筒组件；内筒组件自上而下设有密封心轴、连接爪、连接短接、操作臂和下座圈；连接短节与操作臂之间采用凸缘和沟槽镶嵌连接，操作臂的内口处设有上座圈，上座圈和下座圈之间设有球阀，操作臂与球阀之间设有传动销，球阀与上座圈之间设有碟形弹簧片；上接头与密封心轴之间设有剪销，破裂盘外筒设有破裂盘安装孔。本实用新型井下试压开井阀工具球阀在关闭位置组装下井，测试管柱下完并坐封后，通过操作环空压力将球阀打开，实现井下开井，从而进行后续测试作业。
文档编号E21B34/06GK202370480SQ20112055227
公开日2012年8月8日 申请日期2011年12月26日 优先权日2011年12月26日
发明者刘振江, 吴轩, 夏庆龙, 杨立龙, 王守君, 王涛, 许兵, 谭忠健, 赵鹏, 魏剑飞 申请人:中国海洋石油总公司, 中海石油(中国)有限公司天津分公司, 中海艾普油气测试(天津)有限公司
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