释放环空圈闭压力的可恢复式泄压工具及完井井身结构

摘要

本发明涉及一种释放环空圈闭压力的可恢复式泄压工具，其包括主体，以及设置在主体上的压力感应腔室、压力感应薄膜、机油室和滑阀；压力感应腔室位于主体中部，压力感应腔室一侧经过流通道与环空圈闭连通，环空圈闭由套管、外层套管、套管水泥环及水下井口形成的密闭空间；在过流通道与压力感应腔室之间设置有过滤筛网；压力感应腔室另一侧设置有机油室，机油室与压力感应腔室平行设置，且位于机油室与压力感应腔室之间设置有压力感应薄膜；位于机油室底部设置有滑阀；进而保证井筒完整性，有效简化安装。同时本发明还公开一种深水油气井的完井井身结构，其包括上述泄压工具，该泄压工具具有上述有益效果。

说明书

技术领域

本发明涉及一种泄压工具，特别是关于一种在深水油气井生产过程中应用的释放环空圈闭压力的可恢复式泄压工具及完井井身结构。

背景技术

生产期间的高温流体在产出过程中向密闭环空流体传热，致使密闭环空流体受热膨胀导致环空圈闭压力上升，存在挤毁或胀破套管的风险。生产管柱与生产套管之间的环空可通过与之相连的水下井口装置上的环空泄压阀释放液体膨胀体积。对于其他环空则不存在压力释放通道。目前针对其他环空的环空圈闭压力治理措施工程上主要采用破裂盘和可压缩泡沫进行泄压，该方法只能一次泄压，破裂盘工作后还会破坏井筒完整性，而且破裂盘和可压缩泡沫的安装工艺较为复杂。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种释放环空圈闭压力的可恢复式泄压工具及完井井身结构，不仅能实现可恢复式泄压以保证井筒完整性，还能有效简化泄压工具的安装和使用工艺。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种释放环空圈闭压力的可恢复式泄压工具，其特征在于：它包括主体，以及设置在所述主体上的过流通道、过滤筛网、压力感应腔室、压力感应薄膜、机油室和滑阀；所述压力感应腔室位于所述主体中部，所述压力感应腔室一侧经所述过流通道与环空圈闭连通，所述环空圈闭是由套管、外层套管、套管水泥环及水下井口包围形成的密闭空间；位于所述过流通道一侧，在所述过流通道与所述压力感应腔室之间设置有所述过滤筛网；所述压力感应腔室另一侧设置有所述机油室，所述机油室与所述压力感应腔室平行设置，且位于所述机油室与压力感应腔室之间设置有所述压力感应薄膜；位于所述机油室底部设置有所述滑阀。

进一步，所述滑阀包括阀体、压力释放腔室、压力释放通道、弹性体和阀体底座；所述阀体顶部与所述机油室底部连接，所述阀体底部设置有所述阀体底座，所述阀体底座上设置有所述弹性体，所述弹性体位于所述阀体底座与所述阀体底部之间；所述阀体中部两侧分别设置有所述压力释放通道，该压力释放通道在弹性体作用下封堵；位于所述压力释放通道上方，在所述阀体内设置有所述压力释放腔室。

进一步，位于所述阀体底座上下两端、弹性体上下两端，以及压力释放腔室上下两端分别对称设置一组金属密封圈。

进一步，所述弹性体向所述阀体施加一启动压力，所述机油室内液体受到压力感应薄膜挤压产生的压力大于启动压力时，所述阀体压缩所述弹性体，所述压力释放腔室与所述压力释放通道连通，处于泄压状态；所述机油室液体受到所述压力感应薄膜挤压产生的压力小于启动压力时，所述弹性体处于自由状态，所述阀体封堵住所述压力释放通道，所述压力释放腔室与所述压力释放通道不连通，处于关闭状态。

进一步，由所述弹性体、压力感应薄膜和机油室构成调力机构，通过所述弹性体的长度、通过所述压力感应薄膜的类型，通过所述机油室截面积大小调节启动压力及关闭压力大小。

进一步，所述过流通道另一侧设置有压力安全阀，所述压力安全阀预先设置有破裂压力，所述破裂压力大于所述压力安全阀在固井过程中承受的最大压力，小于所述泄压工具的启动压力；所述泄压工具的启动压力应小于外层环空允许的最大压力。

进一步，所述主体内设置有用于容纳所述阀体及阀座的腔室，所述阀体能在所述腔室内运动。

进一步，所述泄压工具设置在套管接箍内，所述腔室的长度方向与所述套管接箍的轴向相平行。

进一步，所述弹性体的变形方向与所述腔室的长度方向相同，所述弹性体为圆柱弹簧。

一种深水油气井的完井井身结构，其包括上述泄压工具。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明用于治理深水环空圈闭压力问题。在入井后，不仅能够能实现多次泄压并恢复，还能在一定程度上保证井筒的完整性。2、本发明在安装和使用过程中，只需要完成基本的下套管作业过程即完成了工具的安装，不需要额外的专门操作，安装和使用工艺更加简单、快捷。3、本发明结构简单，制造成本低廉，工作寿命和可靠性高，有利于保护深水油气井井筒完整性。

附图说明

图1是本发明的泄压工具结构示意图；

图2是本发明的深水井井身结构图；

图3是本发明的泄压工具在图2中的安装结构图。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明提供一种释放环空圈闭压力的可恢复式泄压工具，用于防止深水油气井在生产过程中产生的环空圈闭压力对井筒的破坏。本发明包括可恢复式环空圈闭泄压工具的主体1，以及设置在主体1上的压力感应腔室2、过流通道3、过滤筛网4、压力安全阀5、机油室6、压力感应薄膜7和滑阀。

压力感应腔室2位于主体1中部，压力感应腔室2一侧经过流通道3与环空圈闭8连通，环空圈闭8是由套管9、外层套管、套管水泥环10及水下井口11包围形成的密闭空间；位于过流通道3一侧，在过流通道3与压力感应腔室2之间设置有过滤筛网4，过流通道3另一侧设置有压力安全阀5，压力安全阀5预先设置有破裂压力，破裂压力高于固井时可恢复式环空圈闭泄压工具承受的最大压力，以保护可恢复式环空圈闭泄压工具在治理环空圈闭压力问题之前不被破坏。压力感应腔室2另一侧设置有机油室6，机油室6与压力感应腔室2平行设置，且位于机油室6与压力感应腔室2之间设置有压力感应薄膜7。位于机油室6底部设置有滑阀。

上述实施例中，滑阀包括阀体12、阀体底座13、弹性体14、压力释放通道15、压力释放腔室16和金属密封圈17。阀体12顶部与机油室6底部连接，阀体12底部设置有阀体底座13，阀体底座13上设置有弹性体14，弹性体14位于阀体底座13与阀体12底部之间，该弹性体14用于向阀体12施加一启动压力。阀体12中部两侧分别设置有压力释放通道15，该压力释放通道15在弹性体14作用下封堵；位于压力释放通道15上方，在阀体12内设置有压力释放腔室16。其中，位于阀体底座13上下两端、弹性体14上下两端，以及压力释放腔室16上下两端分别对称设置一组金属密封圈17。使用时，当机油室6内液体受到压力感应薄膜7挤压产生的压力大于阀体12的启动压力时，阀体12压缩弹性体14，压力释放腔室16与压力释放通道15连通，处于泄压状态；当机油室6液体受到压力感应薄膜7挤压产生的压力小于阀体12的启动压力时，弹性体14处于自由状态，阀体12封堵住压力释放通道15，压力释放腔室16与压力释放通道15不连通，处于关闭状态。

上述各实施例中，本发明的泄压工具的主体1固定设置在套管接箍18内，还可以设置在套管扶正器内或套管本体内。

上述实施例中，主体1内设置有用于容纳阀体12及阀体底座13的腔室，阀体12可以在腔室内运动。在本实施方式中对于腔室的形状无限制，可以为圆柱形腔室，也可以为长方体腔室等等，其可以与主体1的形状相适应。

在一个优选的实施例中，如图2所示，腔室的长度方向与套管接箍18的轴向相平行，弹性体14可以在腔室的长度方向伸缩。

上述各实施例中，弹性体14的初始状态为自由状态，可恢复式环空圈闭泄压工具在弹性体自由状态下关闭。通过控制弹性体14的压缩量可以控制阀体12的启动压力。

上述各实施例中，弹性体14的变形方向与腔室的长度方向相同。弹性体14优选为圆柱弹簧，弹性体14还可采用塔型弹簧或卷簧等等。

上述各实施例中，由弹性体14、压力感应薄膜7和机油室6构成调力机构，以实现精确控制泄压工具的开启及关闭时机。通过弹性体14的长度、通过压力感应薄膜7的类型，通过机油室6截面积大小调节启动压力及关闭压力大小。调力机构设置启动压力时，用于缓解环空圈闭压力问题；调力机构设置关闭压力时，以保证不存在圈闭压力问题时的井筒完整性。通过调力机构实现可恢复式环空圈闭泄压工具的可恢复性。

作为一种优选的实施方式，可恢复式环空圈闭泄压工具用于外层环空向内层环空的单向泄压。

上述各实施例中，压力安全阀5设置的破裂压力大于压力安全阀5在固井过程中承受的最大压力，小于可恢复式环空圈闭泄压工具的启动压力；可恢复式环空圈闭泄压工具的启动压力应小于外层环空允许的最大压力。

本发明在使用时，当环空圈闭8的流体受到生产管柱内高温流体传热导致受热膨胀，致使膨胀流体挤破压力安全阀5，流经过流通道3及过滤筛网4；压力感应薄膜7受到由环空圈闭8内流体膨胀发生变形，挤压压力感应薄膜7右端的机油室6；机油室6内机油产生液压推动阀体12压缩弹性体14，压力释放腔室16与压力释放通道15连通；外部环空圈闭8的膨胀流体经过压力释放腔室16与压力释放通道15流向内部环控圈闭相对低压空间内，从而使得内外环空圈闭达到压力平衡，可恢复式环空圈闭泄压工具处于打开状态；机油室6液体受到压力感应薄膜7挤压产生的压力小于阀体12的启动压力时，弹性体14体始终处于自由状态，阻断所述内外环空圈闭连通，可恢复式环空圈闭泄压工具处于关闭状态。

由此可知，本实施方案中的可恢复式泄压工具19通过弹性体14施加于阀体12一启动压力，使得由生产管柱内高温流体传热引起的外部环空圈闭流体只能单向流向内部环空圈闭8；在外部环空圈闭8压力初次高于环空许可最大压力时，压力安全阀5被挤破，压力安全阀5在破裂前可防止可恢复式环空圈闭泄压工具受到固井过程损害，保证可恢复式泄压工具19的完整性。在外部环空圈闭8压力引起的机油室6液压小于弹性体14产生的启动压力时，弹性体14恢复自由状态，阀体12封堵住压力释放通道15，保证了深水油气井的井筒完整性。当外部环空圈闭8压力在生产过程中再次升高，且引起的机油室6液压高于弹性体14产生的启动压力时，弹性体14再次受压，使得压力释放腔室16与压力释放通道15再次连通，缓解外部环空圈闭压力，实现了泄压工具的可恢复性。

如图2、图3所示，本发明还提供一种深水油气井的完井井身结构，其包括上述释放环空圈闭压力的套管接箍型可恢复式泄压工具，以及水下井口11、套管9和套管水泥环10。套管9与外层套管之间，套管水泥环10与水下井口11之间设有环空圈闭8；套管9上装有带可恢复式泄压工具19的套管接箍18；可恢复式泄压工具19可连通套管内外环空圈闭8。

套管9包括生产套管、技术套管及表层套管；可恢复式泄压工具19设置在生产套管水泥返高100m处，呈180°对称分布安装两组，用于治理生产套管、技术套管、水下井口及生产套管外的水泥环组成的环空圈闭中的流体膨胀压力；生产套管上的可恢复式泄压工具19可控制生产套管外的环空圈闭向生产套管内的环空圈闭泄压。可恢复式环空圈闭泄压工具设置在技术套管水泥返高100m处，呈180°对称分布安装两组，用于治理技术套管、表层套管、水下井口及技术套管外的水泥环组成的环空圈闭中的流体膨胀压力；技术套管上的可恢复式泄压工具19可控制技术套管外的环空圈闭向技术套管内的环空圈闭泄压；环空圈闭仅能又外层向内层单向泄压。

上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。