溢流井注灰阀及溢流井注灰管柱的制作方法

1.本发明属于封堵井眼的技术领域，具体涉及一种封下部地层的溢流井注灰阀及溢流井注灰管柱。


背景技术：

2.大多数油田都是多层系，各地层的含水和压力存在差异，在开发过程中，特别是注水开发后期，层间矛盾越来越突出，经常需要注水泥塞(即注灰)封堵下部暂时不用或弃用的高含水层。注水泥塞封堵过程的通用流程是，将注水泥塞管柱下入套管设定深度位置(尾端位于待封地层的上方)，之后用清水正循环洗井清洁井筒并降温，由注水泥塞管柱中向井内注入水泥浆并用清水顶替，使水泥浆停留在井筒内设定的位置，然后上提注水泥塞管柱2m左右，由环空中注液进行反循环洗井，将多余的水泥浆洗出。在反循环洗井过程中，注水泥塞管柱尾端下部2m以下水泥浆不能洗出，凝固后形成水泥塞。
3.实际使用时，上部地层存在溢流的情况，注入的水泥浆在初期是可流动的，在注水泥塞管柱上提的过程中，上部地层的溢流会经注水泥塞管柱上返至地面，上返过程中，由于注水泥塞管柱的尾端与井内水泥浆底面相距较近，会携带水泥浆上返，导致水泥浆无法保留在井内进行凝固。
4.针对上部溢流、下部注水泥塞时存在的问题，目前通常采用先压井后注水泥塞的方式，即先下入压井管柱，经压井管柱向井内注入配制好的压井液，避免上部溢流。但是这种方式存在一些弊端：配制压井液的费用较高，注水泥塞时需要先注入压井液，再注入水泥浆，再用压井液作顶替液，而且压井液对水泥浆的性能会有影响，施工风险高，而且上部地层压力高时没有合适的压井液压井。
5.为此，技术人员对管柱的结构进行了改进和设计，以从结构改进上来解决溢流易携带水泥浆上返的问题，如授权公告号为cn201024982y的中国实用新型专利公开了一种水泥挤注控制工具，其包括相互连接的上接头(即该专利中的上部壳体)和下接头(即该专利中的下部壳体)，上接头用来与油管相连，上接头内安装有单向阀(即该专利中的双向球阀)，单向阀在注入水泥浆的前后能够实现由上向下的单向导通。注入水泥浆时，水泥浆将单向阀推开，注入完成后，单向阀在其包含的弹簧作用下处于封闭状态，防止井内的水泥浆上返。
6.现有技术的水泥挤注控制工具中，通过设置单向阀解决了水泥浆上返的问题，能够适用于上部溢流、下部注水泥塞的工况，但是这种方式存在一些弊端：在实际作业过程中，有时会出现提升设备出现故障的情况，此时，若不及时井内的水泥浆反洗出，水泥浆一旦开始凝固，就会出现水泥浆固住油管的事故发生。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种溢流井注灰阀，以解决现有技术中当提升设备出现故障时易发生水泥浆固住油管的技术问题；还提供一种溢流井注灰管柱，以解决上述技术问
题。
8.为实现上述目的，本发明所提供的溢流井注灰阀的技术方案是：一种溢流井注灰阀，包括用于与油管相连的上接头，还包括与上接头下端依次相连的外筒和下接头，所述外筒或下接头上设有内筒，所述内筒中设有或者内筒与外筒之间形成有流道，流道与上接头连通，所述内筒设有连通流道与内筒内腔且径向延伸的连通孔；所述内筒中通过剪钉安装有单向阀，单向阀供液体自上向下单向导通，剪钉剪断后所述单向阀能够相对于内筒密封滑动；所述单向阀具有封闭所述连通孔的封闭状态，单向阀处于封闭状态时，上接头和下接头之间通过单向阀实现液体自上向下的单向导通；单向阀还具有反洗且剪钉被剪断后被液体向上顶推以让开所述连通孔的反洗状态，单向阀处于反洗状态时，上接头、下接头经所述流道、连通孔和内筒连通。
9.有益效果：注水泥浆和顶替清水时，单向阀打开供液体向下注入，由于液体能够通过单向阀，不会对单向阀施加过大的作用力而将剪钉剪断，注水泥浆结束上提管柱时，单向阀封闭，井内溢流的压力不足以将剪钉剪断，防止溢流携带水泥浆上返地面。当提升设备出现故障时，通过反洗能够将洗井液经孔底向上顶推单向阀，将剪钉剪断，将上接头和下接头连通，从而将水泥浆反洗至地面上，避免出现油管被水泥浆固住的情况。本发明采用剪钉固定安装单向阀，通过合理设计剪钉的剪断力，能够保证在注水泥浆、顶替清水以及溢流状况下剪钉无法被剪断，从而保证了液体自上向下的单向流通。
10.进一步地，所述下接头包括位于上方的大孔段和位于下方的小孔段，大孔段、小孔段配合形成朝上的环形台阶，所述内筒安装于下接头的小孔段上，所述外筒安装于下接头的大孔段上；所述内筒的外径小于外筒、大孔段的内径，以使得所述流道为上端与上接头连通、下端封闭的环形流道，所述连通孔径向贯穿内筒。利用下接头来安装内筒和外筒，结构较为简单，同时利用下接头的环形台阶来对环形流道的下端进行封闭，保证液体仅能上行。
11.进一步地，所述外筒下端设有母螺纹，大孔段上设有公螺纹，以使得外筒安装于大孔段的外部。外筒安装于大孔段的外部，相比外筒安装于大孔段的内部的方式，尽可能地保证外筒内壁的平齐，保证液体能够顺利上行。
12.进一步地，所述内筒的上端设有挡止件，所述挡止件用于对单向阀向上移动的极限进行限制，所述挡止件中具有供液体通过的通道。单向阀移动至挡止件位置时停止，避免单向阀继续上行而封闭上接头，保证液体的顺利上返。
13.进一步地，所述单向阀外周面上设有上密封圈和下密封圈，上、下密封圈单向阀处于封闭状态时分置于连通孔的上下两侧，上、下密封圈与内筒的内壁密封配合。通过设置上、下密封圈保证了单向阀对连通孔封堵的可靠性。
14.本发明溢流井注灰管柱的技术方案是：一种溢流井注灰管柱，包括油管和溢流井注灰阀，溢流井注灰阀包括与油管相连的上接头，还包括与上接头下端依次相连的外筒和下接头，所述外筒或下接头上设有内筒，所述内筒中设有或者内筒与外筒之间形成有流道，流道与上接头连通，所述内筒设有连通流道与内筒内腔且径向延伸的连通孔；所述内筒中通过剪钉安装有单向阀，单向阀供液体自上向下单向导通，剪钉剪断后所述单向阀能够相对于内筒密封滑动；所述单向阀具有封闭所述连通孔的封闭状态，单向阀处于封闭状态时，上接头和下接头之间通过单向阀实现液体自上向下的单向导通；单向阀还具有反洗且剪钉被剪断后被液体向上顶推以让开所述连通孔的反洗状态，单向阀处于反洗状态时，上接头、
下接头经所述流道、连通孔和内筒连通。
15.有益效果：注水泥浆和顶替清水时，单向阀打开供液体向下注入，由于液体能够通过单向阀，不会对单向阀施加过大的作用力而将剪钉剪断，注水泥浆结束上提管柱时，单向阀封闭，井内溢流的压力不足以将剪钉剪断，防止溢流携带水泥浆上返地面。当提升设备出现故障时，通过反洗能够将洗井液经孔底向上顶推单向阀，将剪钉剪断，将上接头和下接头连通，从而将水泥浆反洗至地面上，避免出现油管被水泥浆固住的情况。本发明采用剪钉固定安装单向阀，通过合理设计剪钉的剪断力，能够保证在注水泥浆、顶替清水以及溢流状况下剪钉无法被剪断，从而保证了液体自上向下的单向流通。
16.进一步地，所述下接头包括位于上方的大孔段和位于下方的小孔段，大孔段、小孔段配合形成朝上的环形台阶，所述内筒安装于下接头的小孔段上，所述外筒安装于下接头的大孔段上；所述内筒的外径小于外筒、大孔段的内径，以使得所述流道为上端与上接头连通、下端封闭的环形流道，所述连通孔径向贯穿内筒。利用下接头来安装内筒和外筒，结构较为简单，同时利用下接头的环形台阶来对环形流道的下端进行封闭，保证液体仅能上行。
17.进一步地，所述外筒下端设有母螺纹，大孔段上设有公螺纹，以使得外筒安装于大孔段的外部。外筒安装于大孔段的外部，相比外筒安装于大孔段的内部的方式，尽可能地保证外筒内壁的平齐，保证液体能够顺利上行。
18.进一步地，所述内筒的上端设有挡止件，所述挡止件用于对单向阀向上移动的极限进行限制，所述挡止件中具有供液体通过的通道。单向阀移动至挡止件位置时停止，避免单向阀继续上行而封闭上接头，保证液体的顺利上返。
19.进一步地，溢流井注灰管柱还包括连接在溢流井注灰阀下方的挡止结构，挡止结构用于在剪钉剪断后承托向下掉落的所述单向阀，挡止结构内具有供液体通过的通道。剪钉被剪断后，当不再反洗时，单向阀在自重下会向下掉落，通过设置挡止结构，能够避免单向阀掉入井内，可以重复使用，挡止结构内的通道保证液体的顺利流动。
附图说明
20.图1为本发明所提供的溢流井注灰管柱使用时的示意图；
21.图2为图1中溢流井注灰阀的结构示意图；
22.附图标记说明：
23.1、套管；2、溢流井注灰管柱；3、胶木塞；4、水泥浆；5、溢流井注灰阀；6、十字叉；7、油管；100、上部地层；200、下部地层；51、上接头；52、外筒；53、下接头；54、内筒；55、环形流道；56、连通孔；57、剪钉；58、单向阀；581、阀座；582、阀球；583、弹簧；584、挡环；59、十字挡。
具体实施方式
24.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
25.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人
员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.需要说明的是，可能出现的术语如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语如“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
等限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法。
27.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
28.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“设有”应做广义理解，例如，“设有”的对象可以是本体的一部分，也可以是与本体分体布置并连接在本体上，该连接可以是可拆连接，也可以是不可拆连接。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.以下结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
30.本发明所提供的溢流井注灰管柱的具体实施例1：
31.如图1和图2所示，溢流井注灰管柱适用于对下部地层200进行封堵时上部地层100溢流的工况，上部地层100和下部地层200仅为统称，并不限定只有一层。溢流井注灰管柱2包括上下依次布置的溢流井注灰阀5、十字叉6，两者通过油管7相连，或者直接相连，溢流井注灰阀5的上方、十字叉6的下方均连接有油管7。
32.溢流井注灰阀5的结构如图2所示，溢流井注灰阀5包括由上向下依次相连的上接头51、外筒52、下接头53，上接头51上端、下端均加工有母螺纹，上端与油管7相连；外筒52上端加工有公螺纹，下端加工有母螺纹，外筒52上端的公螺纹与上接头51下端的母螺纹相连；下接头53上端加工有公螺纹，下接头53上端的公螺纹与外筒52下端的母螺纹相连。上接头51、外筒52、下接头53均为上下贯通的结构。其中，上接头51与外筒52相交位置、外筒52与下接头53相交位置均布置有密封圈。
33.下接头53上端内侧还开设有母螺纹，安装有内筒54，内筒54为上下贯通的筒体结构，内筒54自下接头53向上延伸。如图2所示，内筒54的外径小于外筒52的内径，同时，下接头53的上端包括下方的小孔段和上方的大孔段，形成了朝上的环形台阶，内筒54螺纹装配在小孔段上，大孔段的内径大于内筒54的外径，内筒54、外筒52以及下接头53一起形成了环形流道55，环形流道55的上端与上接头51连通，环形流道55的下端被下接头53的环形台阶封闭。
34.如图2所示，内筒54的侧壁上开设有连通孔56，连通孔56为贯穿内筒54的径向孔，连通孔56连通环形流道55和内筒54的内部。在内筒54的内部滑动装配有单向阀58，单向阀58能够实现液体自上向下的单向流通，单向阀58包括阀座581，阀座581外周具有圆柱面，阀座581与内筒54之间滑动装配，当阀座581与连通孔56对应时，阀座581将连通孔56封闭，上
接头51和下接头53之间不再连通；当阀座581和连通孔56错开时，溢流井注灰阀5内形成上接头51、外筒52、环形流道55、内筒54、下接头53连通的液流通道。为保证阀座581封闭连通孔56时的可靠性，在阀座581的外周开设有两处密封圈，每处密封圈有两道，当阀座581封闭连通孔56时，两处密封圈分置在连通孔56的上下两侧。
35.如图2所示，阀座581通过剪钉57安装在内筒54上，具体地，在阀座581上开设有盲孔，在内筒54上开设有贯通的螺纹孔，剪钉57螺纹穿过内筒54并顶入盲孔中。当阀座581受到上下方向的作用力小于剪钉57的剪断力时，阀座581通过剪钉57安装在内筒54上，当阀座581受到上下方向的作用力大于剪钉57的剪断力时，剪钉57被剪断，阀座581能够相对于内筒54上下滑动。当然，其他实施例中，可以在阀座581上开设盲螺纹孔，在内筒54上开设贯通的光孔，剪钉57穿过内筒54后旋入盲螺纹孔中。
36.阀座581内有贯通孔，贯通孔内有朝下的阀口，单向阀58还包括封闭阀口的阀球582，还包括对阀球582提供弹性顶推力的弹簧583和挡环584，挡环584螺纹装配在阀座581上，弹簧583支撑在挡环584上，其中，弹簧583与阀球582之间可以为固定相连的关系，也可以仅有顶推的关系。
37.当向井内注入水泥浆4或者顶替清水时，水泥浆4或者清水顶推阀球582并压缩弹簧583，水泥浆4或者清水能够通过单向阀58向下流动，由于水泥浆4或清水能够通过单向阀58，阀座581不会承受过大的顶推力，剪钉57未被剪断，此时单向阀58封闭连通孔56，单向阀58处于封闭状态。当井内溢流时，阀球582封闭阀口，单向阀58关闭，井内溢流无法携带水泥浆4上返，当反洗时，单向阀58承受向上的作用力较大并超过剪钉57的剪断力，剪钉57被剪断，单向阀58被向上推动，露出连通孔56，上接头51和下接头53连通，此时单向阀58处于反洗状态。
38.如图2所示，当单向阀58被向上推动时，为了对单向阀58向上推动的极限进行限制，避免阀座581与上接头51接触而影响液流通过。首先，内筒54的上端距离上接头51之间有一定的距离，在内筒54的上端焊接有十字挡59，十字挡59由相互交叉的两根支杆形成，十字挡59能够对阀座581进行挡止，同时能够供水泥浆4或者清水通过。
39.如图1所示，十字叉6的作用是防止剪钉57被剪断之后，单向阀58掉落至井底，十字叉6包括管体，管体内固定有相互交叉的两根支杆，供液体通过但能够对单向阀58进行挡止。
40.本发明溢流井注灰管柱2的使用过程包括以下步骤：
41.(1)在套管1内下溢流井注灰管柱2推胶木塞3至注水泥塞位置，溢流井注灰阀5的下入深度等于溢流井注灰管柱2的下入深度减去打塞后上提管柱反洗井的深度。
42.(2)按设计量正替水泥浆4、顶替清水。
43.(3)若提升设备工作正常，则按以下步骤执行(4)-(6)；若提升设备此时故障，则按以下步骤执行(7)-(9)。
44.(4)套管保持打开状态，起溢流井注灰管柱2至反洗井位置，卸掉溢流井注灰阀5。
45.(5)反洗井，将多余的水泥浆4洗出。
46.(6)上提油管至水泥塞面100米以上候凝。
47.(7)从套管1泵入洗井液，压差达到一定值后，剪钉57被剪断，溢流井注灰阀5自下而上连通。
48.(8)从套管1泵入洗井液将井内水泥浆4反洗至地面，防止水泥浆4固住油管7等事故发生。
49.(9)提升设备维修好后重新打水泥塞，自步骤(2)开始执行。
50.当然，其他实施例中，若自井底注实心水泥塞，则不需要下入胶木塞3。
51.实际上，在使用时，在步骤(4)中，也可以不卸掉溢流井注灰阀5，反洗井时溢流井注灰阀5打开，供液体上返。
52.本实施例中，十字挡59用来对单向阀58的上移极限进行限制，从而构成固定在内筒54上端的挡止件，挡止件内有通道供液体通过。其他实施例中，挡止件的结构可以更改，比如可以为网孔板等。
53.本实施例中，十字叉6构成了用来承托单向阀58的挡止结构，挡止结构内有通道供液体通过。其他实施例中，挡止结构的类型可以更改，比如为网孔板等。其他实施例中，可以将挡止结构取消，单向阀会落在井底，但是对于单次注灰而言，仍可以使用。
54.本实施例中，单向阀58外部的密封圈中，当单向阀58处于封闭状态时，位于连通孔56上方的为上密封圈，位于连通孔56下方的为下密封圈。
55.本实施例中，外筒52下端螺纹装配在外筒52中大孔段的外部。其他实施例中，外筒52下端螺纹装配在外筒52中大孔段的内部。
56.本实施例中，下接头53包括下方的小孔段和上方的大孔段，从而形成朝上的环形台阶，环形台阶封闭环形流道55的下端，内筒54安装在下接头53上。其他实施例中，内筒54安装在外筒52上，为了形成环形流道，具体地，内筒54包括下方的大径段和上方的小径段，大径段和小径段配合形成朝上的台阶，大径段与外筒52相连，小径段与外筒52、内筒54之间形成环形流道，连通孔56位于小径段上。
57.本实施例中，内筒54和外筒52之间形成的流道为环形流道55。其他实施例中，流道为设置在内筒54侧壁上的轴向流道，轴向流道上下延伸，此时的连通孔56为盲孔，与轴向流道相连。
58.本实施例中，在内筒54的上端固定有挡止件，对单向阀58的上行极限进行限制。其他实施例中，将挡止件取消，依靠上接头来对单向阀58进行挡止，此时，为了保证液体的顺利流动，在单向阀58的顶面上开设径向槽，通过径向槽连通流道和上接头，当然，也可以在单向阀58上端的外周面上开设轴向延伸的轴向槽来连通流道和径向槽。
59.本发明溢流井注灰阀的具体实施例：
60.溢流井注灰阀的结构与上述溢流井注灰管柱中的结构相同，在此不再赘述。
61.最后需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细地说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行不需付出创造性劳动地修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。