一种井下管柱压力平衡补偿装置及使用方法与流程

本发明涉及油田领域石油开采井下配套工具，具体是一种井下管柱压力平衡补偿装置及使用方法。

背景技术：

1、注水井工作状态发生变化时，注水管柱在压力效应和温度效应影响下发生蠕动，严重影响甚至破坏封隔器系统的井下工作效果，大大降低了分层注水管柱寿命。为克服管柱蠕动，注水管柱中一般采用锚定工具锚定管柱，以降低管柱蠕动影响；同时，配套补偿器，实现管柱纵向上的自由伸缩，进一步降低管柱蠕动对封隔器的影响，进而延长管柱寿命。现有的注水管柱补偿器目前主要有两种形式：一是无启动压力，内外管始终处于自由伸缩状态；二是有启动压力，即达到一定压力条件下，内外管才处于自由伸缩状态。但均存在一点，即：在内压达一定值时，内外管将达到最大伸长量，而无法满足后续的压力、温度变化需求。

2、在申请号：cn201610215169.8的中国专利申请中，涉及到一种注水管柱压力伸缩补偿器，属油田油水井管柱平衡注水压力引起的轴向力的装置，其特征在于：伸缩柱塞的下部与柱塞的上部连接，柱塞的下部与防转连接管的上部连接，外筒的下部与连接头的上部连接，外筒、连接头套装在伸缩柱塞外，连接头的内壁上安装上密封圈，液压缸套装在柱塞外，柱塞的外壁上安装中间密封圈，液压缸的上部连接在连接头的下部，液压缸的上部螺纹之下有外联通孔，所述的外联通孔处于中间密封圈之上，密封座套装在防转连接管上的a段上，密封座与液压缸的下部连接，密封座的内壁上安装下密封圈，在伸缩柱塞和柱塞的面积差作用下补偿了注水管柱的伸缩，使连接在其下的封隔器不蠕动，可以防止封隔器损坏，可以防止封隔器被损坏，注水井可以长期可靠分层注水，提高油田注水开发的效果。但该专利对伸缩柱塞无约束，下井时处于拉伸状态，即处于最大拉伸状态，将无法补偿后续压力效应、温度效应等引起的长度需求。

3、在申请号：cn201310009167.x的中国专利申请中，涉及到一种注水管补偿器，属油气田开发领城中分层注水技术所应用到的一种工具，其特征在于该补偿器包括：止退部分，包括止退环、止推套；锁定部分，包括锁管芯、锁管、锁定接箍及锁定爪簧；控制部分，包括锁管销钉、剪断销钉……该发明的注水管补偿器下井时由锁定部分保证内外管不会发生相对移动，不会中途遇阻坐封，工作时内外管相对滑动后，内管完全不与外部井液接触；有效的实现管柱的伸缩补偿。该专利虽然实现了坐封后压力条件引起的长度补偿，但是其锁定部分释放后，受油管内压力的影响将始终处于伸长状态，对于后续压力效应、温度效应等引起的渐进式长度补偿需求将难以满足。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种井下管柱压力平衡补偿装置及使用方法，其利用创新的结构实现管柱的伸长动作以满足配套管柱在压力效应、温度效应下进行平衡补偿的需求。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

3、一种井下管柱压力平衡补偿装置，包括：上接头、伸缩管、挡套、外筒、内中心管、外中心管、活塞和下接头；

4、其中，所述上接头的下端内侧与所述伸缩管的上端外侧连接，所述挡套位于所述上接头的下方，所述挡套的内侧与所述伸缩管的上端外侧紧密接触并能够滑动，所述挡套的外侧所述外筒的上端内侧连接；所述内中心管的上端外侧与所述伸缩管的内侧连接，且所述内中心管与所述伸缩管之间形成第一环空；所述外中心管设置于所述第一环空内且所述外中心管的内侧、外侧分别与所述内中心管的外侧、所述伸缩管的内侧紧密接触并能够滑动；所述伸缩管与所述外筒之间形成第二环空；所述活塞设置于所述第二环空内且所述活塞的内侧、外侧分别与所述伸缩管的外侧、所述外筒的内侧紧密接触并能够滑动，所述活塞通过剪钉与所述伸缩管连接；所述外中心管与所述伸缩管之间设置有锁块，所述锁块对所述外中心管与所述伸缩管起到锁止作用，当锁块解除锁止时所述外中心管与所述伸缩管之间方能相对滑动；所述下接头的内侧、外侧分别与所述外中心管的下端外侧、所述外筒的下端内侧连接。

5、作为本发明的一种优选技术方案，所述剪钉嵌设于所述活塞和所述伸缩管之间，当管柱内压升高至预设值时，所述剪钉断裂，使所述活塞脱离所述伸缩管并在重力作用下下移。

6、作为本发明的一种优选技术方案，所述活塞的内侧设置有凹槽，所述锁块部分嵌设于所述外中心管且贯穿所述伸缩管，当所述活塞下移时所述锁块进入所述凹槽使所述外中心管与所述伸缩管接触锁止。

7、作为本发明的一种优选技术方案，所述伸缩管的中段外侧设置有限位台阶，且所述限位台阶位于所述活塞的上方。

8、作为本发明的一种优选技术方案，所述挡套与所述伸缩管之间、所述伸缩管与所述外中心管之间、所述伸缩管与所述活塞之间、所述活塞与所述外筒之间分别设置有若干密封圈。

9、本发明还公开了上述的井下管柱压力平衡补偿装置的使用方法，包括：将装置随配套注水管柱下井至预设位置，然后油管进行打压作业使配套锚定工具锚定管柱、封隔器坐封启动，继续升压至预设值，此时所述装置内压较高，使所述活塞和所述伸缩管之间形成剪切力并使所述剪钉断裂，所述活塞脱离所述伸缩管并在重力作用下下移，所述活塞下移过程中其上设置的凹槽经过锁块，所述锁块的外侧穿出所述伸缩管进入所述凹槽内，此时受内压作用，上接头、内中心管、伸缩管向上移动，从而满足配套管柱在压力效应、温度效应引起的长度伸长需求。

10、本发明的有益效果是：

11、1、通过结构设计，使得本发明装置在井筒液压条件下，受力始终平衡；剪钉断裂后，装置进行伸长动作，可以满足配套管柱在压力效应、温度效应引起的渐进式长度补偿需求；

12、2、可减小本发明处于补偿状态时的内通径变化率，进而降低配套注水管柱调剖测试、调配测试等作业时起下仪器的遇卡风险。

13、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

技术特征：

1.一种井下管柱压力平衡补偿装置，其特征在于，包括：上接头、伸缩管、挡套、外筒、内中心管、外中心管、活塞和下接头；

2.根据权利要求1所述的井下管柱压力平衡补偿装置，其特征在于，所述剪钉嵌设于所述活塞和所述伸缩管之间，当管柱内压升高至预设值时，所述剪钉断裂，使所述活塞脱离所述伸缩管并在重力作用下下移。

3.根据权利要求2所述的井下管柱压力平衡补偿装置，其特征在于，所述活塞的内侧设置有凹槽，所述锁块部分嵌设于所述外中心管且贯穿所述伸缩管，当所述活塞下移时所述锁块进入所述凹槽使所述外中心管与所述伸缩管接触锁止。

4.根据权利要求1所述的井下管柱压力平衡补偿装置，其特征在于，所述伸缩管的中段外侧设置有限位台阶，且所述限位台阶位于所述活塞的上方。

5.根据权利要求1所述的井下管柱压力平衡补偿装置，其特征在于，所述挡套与所述伸缩管之间、所述伸缩管与所述外中心管之间、所述伸缩管与所述活塞之间、所述活塞与所述外筒之间分别设置有若干密封圈。

6.一种权利要求1至5任一项所述的井下管柱压力平衡补偿装置的使用方法，其特征在于，包括：将装置随配套注水管柱下井至预设位置，然后油管进行打压作业使配套锚定工具锚定管柱、封隔器坐封启动，继续升压至预设值，此时装置内压较高，使所述活塞和所述伸缩管之间形成剪切力并使所述剪钉断裂，所述活塞脱离所述伸缩管并在重力作用下下移，所述活塞下移过程中其上设置的凹槽经过锁块，所述锁块的外侧穿出所述伸缩管进入所述凹槽内，此时受内压作用，上接头、内中心管、伸缩管向上移动，从而满足配套管柱在压力效应、温度效应引起的长度伸长需求。

技术总结本发明涉及油田领域石油开采井下配套工具，具体是一种井下管柱压力平衡补偿装置及使用方法。井下管柱压力平衡补偿装置，包括：上接头、伸缩管、挡套、外筒、内中心管、外中心管、活塞和下接头。其中上接头与伸缩管连接，伸缩管内设置有内中心管和外中心管，挡套套设在伸缩管上并与外筒连接，下接头分别于外中心管和外筒连接，上接头、内中心管和伸缩管上移增加内部容积从而实现平衡补偿内部压力。本装置可减小本发明处于补偿状态时的内通径变化率，进而降低配套注水管柱调剖测试、调配测试等作业时起下仪器的遇卡风险。技术研发人员：崔玉海,王增林,张峰,李永康,何海峰,刘晋伟,黄志宏,丁晓芳,王登庆,吴琼受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/18