阅读说明：本技术 用于海上平台的井下封隔装置 (Downhole packer for offshore platform ) 是由 冯国竟 夏小军 丁学光 吴盼 张向锋 郭恪静 于 2020-07-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于海上平台的井下封隔装置,包括：封隔器,固定设置于油套环空内,将油套环空封隔为上下两层；封隔器的下端设置有连接管；安全阀,固定设置于所述封隔器上；所述安全阀的流道与复合材料连续采油管以及封隔器的连接管相连通；通过控制安全阀的液压腔的压力,能够控制安全阀的启闭,从而控制流道的连通与否；以及推开装置,固定设置于所述封隔器上；所述推开装置通过电力控制液压系统为所述安全阀和/或封隔器的排气阀供油,实现对安全阀和/或封隔器的排气阀启闭的控制。本发明设置于靠近潜油电泵机组的井底,能够在井底实现异常情况下对原油的封堵,从而最大可能地避免对海洋的污染,提高了海上采油系统的安全性能。(The invention discloses an underground packing device for an offshore platform, which comprises: the packer is fixedly arranged in the oil sleeve annulus and used for sealing the oil sleeve annulus into an upper layer and a lower layer; the lower end of the packer is provided with a connecting pipe; the safety valve is fixedly arranged on the packer; the flow passage of the safety valve is communicated with the composite material continuous oil production pipe and the connecting pipe of the packer; the opening and closing of the safety valve can be controlled by controlling the pressure of the hydraulic cavity of the safety valve, so that whether the flow channel is communicated or not is controlled; the pushing-away device is fixedly arranged on the packer; the pushing device supplies oil to the safety valve and/or the exhaust valve of the packer through an electric control hydraulic system, and the opening and closing of the safety valve and/or the exhaust valve of the packer are controlled. The invention is arranged at the shaft bottom close to the electric submersible pump unit and can realize the plugging of crude oil under the abnormal condition at the shaft bottom, thereby avoiding the pollution to the ocean as much as possible and improving the safety performance of the offshore oil production system.)

用于海上平台的井下封隔装置

技术领域

本发明涉及一种海洋石油开采设备的附件，具体涉及一种用于海上平台的井下封隔装置。

背景技术

随着全球能源短缺状况的日益严重，人类将目光转向海洋，致力于海洋石油的开采。海上建起了越来越多的石油开采平台，海洋石油的开采量随之增加。

现有的用于海上平台的采油系统如图1所示，生产套管1从海上平台通入海底，海上平台上固定设置有井口采油树8，生产套管1内固定设置一金属油管2，金属油管2由单根长度为9～10m金属管依次连接而成；井口采油树8通过井口悬挂器7连接金属油管2的顶端，井口悬挂器7将金属油管2固定悬挂于井口；金属油管2的底端连接位于井底的潜油电泵机组3，潜油电泵机组3将井底的原油泵入金属油管2的油路，从而将地层中的原油送至海上平台。

为应对采油过程的异常情况，防止油井故障导致原油泄漏而污染海洋，需要在金属油管2与生产套管1之间所形成的油套环空内设置封隔器4，通过封隔器4将油套环空封隔为上下两层；潜油电泵机组3位于封隔器4的下方，并且在封隔器4上设置安全阀5。

封隔器4的排气阀和安全阀5在正常采油时保持开启状态。一旦发生设备故障等异常情况，将封隔器4的排气阀和安全阀5关闭，封隔器4将油套环空封闭，安全阀5将油路封闭，使井底的原油被封闭于封隔器4和安全阀5以下，从而能够避免原油进入海水。

对于海洋石油的开采，保护海洋环境不被污染是一个重要课题。而封隔器4和安全阀5的工作性能直接影响到采油系统的安全系数。目前，用于海上平台的采油系统的封隔器4和安全阀5均通过液压方式控制开启，为此，需要在油套环空内额外增设液压管线6，通过液压管线6实现封隔器4和安全阀5与位于海上平台的液压装置9之间的液压油路的连接。某些情况下，甚至采用两根液压管线6分别控制封隔器4和安全阀5的排气阀。

由于液压管线6位于金属油管2的外部而处于裸露状态，在起下井的安装过程以及油井的开采作业过程中极易因磕碰而遭受损坏，一旦液压管线6的任一处发生泄漏，就无法为封隔器4和安全阀5正常供油，导致封隔器4的排气阀和安全阀5无法正常工作，进而危及整个采油系统的安全运转。为此，现有的海上平台的采油系统一般将封隔器4和安全阀5设置于距离井口150～200m的位置，以使液压管线6尽可能短，从而最大可能地减少受损的可能。

另外，由于液压管线的内径较小，液压管线越长，其压力响应的时间就越慢，无法实现快速响应，这本身就是一个不安全因素。而封隔器4和安全阀5作为海上采油系统的安全控制装置，其意义在于一旦发生异常情况，能够立即关闭油井，使原油保持在井下。而现有的用于海上平台的采油系统，安全阀5和封隔器4位于井口附近，即使在异常情况下立即关闭安全阀5，安全阀5也只能在井口附近切断流体，而管路中仍然存有大量处于输送过程中的原油，留存在管路中的这部分原油仍然会对海洋造成污染。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于海上平台的井下封隔装置，它可以在井底实现封堵，从而最大可能地避免对海洋的污染。

为解决上述技术问题，本发明用于海上平台的井下封隔装置的技术解决方案为：

包括：封隔器，固定设置于油套环空内，将油套环空封隔为上下两层；封隔器的下端设置有连接管；安全阀，固定设置于所述封隔器上；所述安全阀的流道与复合材料连续采油管以及封隔器的连接管相连通；通过控制安全阀的液压腔的压力，能够控制安全阀的启闭，从而控制流道的连通与否；以及推开装置，固定设置于所述封隔器上；所述推开装置通过电力控制液压系统为所述安全阀和/或封隔器的排气阀供油，实现对安全阀和/或封隔器的排气阀启闭的控制。

在另一实施例中，所述推开装置设置有封闭的液压腔，液压腔连接一储油胶囊；储油胶囊的内腔与所述液压腔相连通，储油胶囊的外侧与外界相连通；液压腔内容置有液压油及电控高压泵；高压泵将液压腔内的液压油加压后泵出液压腔，从而为安全阀和/或封隔器的排气阀供油；当液压腔内的液压油量减少，外界的压力使得储油胶囊的容积变小，从而使液压腔内的压力保持恒定。

在另一实施例中，所述推开装置包括：壳体，形成封闭的壳体内腔，所述壳体内腔容置有液压油；储油胶囊，固定连接所述壳体；所述储油胶囊的内腔与所述壳体内腔相连通，储油胶囊的外侧与所述油套环空的上层空间相连通；电机，固定设置于所述壳体内腔内；所述电机的电机电源线连接从所述复合材料连续采油管引出的电缆；高压泵，固定设置于所述壳体内腔内；所述高压泵在所述电机的驱动下能够将壳体内腔的液压油加压后经出油管线向外输出；高压泵的出油管线具有主路出口和旁路出口；旁路出口与卸荷管线的入口相连通；电磁卸荷阀，设置于电机电源线上，电磁卸荷阀通过电控实现开关；电磁卸荷阀的入口与卸荷管线的出口相连通，电磁卸荷阀的出口与壳体内腔相连通；以及压力开关，与卸荷管线的另一出口相连通；压力开关受卸荷管线内的液压控制；当卸荷管线内的液压低于阀开启值时，压力开关开启；当卸荷管线内的液压达到阀开启值时，压力开关闭合。

在另一实施例中，所述主路出口经供油管线与安全阀的液压腔和/或封隔器的排气阀的液压腔相连通。

在另一实施例中，所述壳体的上端固定连接尾盖，壳体的下端固定连接前端盖，形成所述壳体内腔。

在另一实施例中，初始状态下，海上平台通过电机电源线对所述电磁卸荷阀供电，电磁卸荷阀闭合，压力开关连通，电机驱动高压泵运转；高压泵将壳体内腔的低压液压油加压后经出油管线泵入安全阀的液压腔和/或封隔器的排气阀的液压腔；当液压腔内的液压值达到阀开启值时，安全阀和/或封隔器的排气阀打开。

在另一实施例中，当液压腔内的液压值达到阀开启值后，所述卸荷管线内的液压使压力开关闭合，从而使电机停止运转。

在另一实施例中，异常情况下，通过海上平台的供电装置切断对电磁卸荷阀的供电，电磁卸荷阀开启，安全阀的液压腔和/或封隔器的排气阀的液压腔内的液压油经卸荷管线和电磁卸荷阀排入壳体内腔，则安全阀和/或封隔器的排气阀关闭。

所述电机电源线与储油胶囊的电源线穿设孔之间设置有电缆密封装置。

在另一实施例中，所述封隔器通过连接管连接潜油电泵机组。

本发明可以达到的技术效果是：

本发明设置于靠近潜油电泵机组的井底，能够在井底实现异常情况下对原油的封堵，从而最大可能地避免对海洋的污染，提高了海上采油系统的安全性能。

本发明通过电力实现对液压系统的控制，使封隔器和安全阀无需依赖于额外的液压管线，彻底消除了裸露的液压管线可能发生泄漏的安全隐患，进一步提高了海上采油系统的安全性能。

本发明能够真正实现海上油田开采设备的节能、智能、绿色的效果。

附图说明

本领域的技术人员应理解，以下说明仅是示意性地说明本发明的原理，所述原理可按多种方式应用，以实现许多不同的可替代实施方式。这些说明仅用于示出本发明的教导内容的一般原理，不意味着限制在此所公开的发明构思。

结合在本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施方式，并且与上文的总体说明和下列附图的详细说明一起用于解释本发明的原理。

下面结合附图和

具体实施方式

对本发明作进一步详细的说明：

图1是现有技术用于海上平台的采油系统的示意图；

图2是采用本发明用于海上平台的井下封隔装置的采油系统的示意图；

图3是本发明用于海上平台的井下封隔装置的示意图；

图4是图3的俯视图；

图5是安全阀的示意图，图中所示为安全阀处于开启状态；

图6是安全阀的示意图，图中所示为安全阀处于关闭状态；

图7是本发明的安全阀推开装置的示意图。

图中附图标记说明：

1为生产套管， 2为金属油管，

3为潜油电泵机组， 4为封隔器，

5为安全阀， 6为液压管线，

7为井口悬挂器， 8为井口采油树，

9为液压装置，

11为复合材料连续采油管， 12为井下金具，

13为安全阀推开装置， 14为供油管线，

4-1为连接管，

5-1为阀管， 5-2为上接头，

5-2-1为液压油输入通道，

5-3为下接头， 5-4为游动管，

5-5为阀瓣， 5-6为销轴，

5-7为弹簧，

13-1为壳体， 13-2为电机，

13-3为减速机， 13-4为高压泵，

13-4-1为出油管线，

13-5为前端盖， 13-6为尾盖，

13-7为储油胶囊， 13-8为电磁卸荷阀，

13-9为卸荷管线， 13-10为连接件，

13-11为电机电源线， 13-12为压力开关，

13-13为电缆密封装置， 13-14为电机支座，

13-15为开关支座， 13-16为卸荷阀支座。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需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。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

如图2所示，用于海上平台的采油系统包括生产套管1、复合材料连续采油管11、潜油电泵机组3，生产套管1从海上平台通入海底，海上平台上固定设置有井口采油树8，生产套管1内设置一复合材料连续采油管11；井口采油树8通过井口悬挂器7连接复合材料连续采油管11的上端，井口悬挂器7将复合材料连续采油管11固定悬挂于井口；复合材料连续采油管11的下端通过井下金具12连接井下封隔装置，井下封隔装置的下端连接位于井底的潜油电泵机组3。

复合材料连续采油管11包括三层式管体，管体形成有中空的通道，用于井下原油的通过；管体的内层为内衬层，中间层为结构层，外层为保护层；其中，内衬层可以采用耐腐蚀的高密度聚乙烯制成，内衬层铺设有多根沿管体的长度方向延伸的动力电缆和信号电缆；结构层可以采用高强度纤维制成，能够提供工作时所需的轴向拉力和环向压力，强度高、耐疲劳性能好；保护层可以采用热塑性树脂，能够在运输、作业、工作过程中起保护作用。

如图3、图4所示，本发明用于海上平台的井下封隔装置包括封隔器4、安全阀5、推开装置13，封隔器4固定设置于生产套管1与复合材料连续采油管11所形成的油套环空内；封隔器4的上端固定连接安全阀5，安全阀5的一侧设置有推开装置13；封隔器4的下端设置有连接管4-1，安全阀5的流道I与连接管4-1相连通；封隔器4通过连接管4-1连接潜油电泵机组3。

如图5所示，安全阀5包括阀管5-1，阀管5-1的上端固定连接上接头5-2，阀管5-1的下端固定连接下接头5-3；阀管5-1内活动设置有游动管5-4；安全阀5通过上接头5-2连接井下金具12；安全阀5通过下接头5-3固定连接封隔器4；

上接头5-2的下端伸入阀管5-1，上接头5-2的下端与阀管5-1之间形成环形的液压腔II；上接头5-2开设有液压油输入通道5-2-1，液压腔II与液压油输入通道5-2-1相连通；液压腔II位于游动管5-4的上方，液压腔II内的液压油能够为游动管5-4提供向下的压力；

游动管5-4的下方设置有弹簧5-7，弹簧5-7能够为游动管5-4提供向上的压力；

阀管5-1的底部内侧通过销轴5-6连接阀瓣5-5的一端，阀瓣5-5能够绕销轴5-6旋转，使阀瓣5-5在横向状态与纵向状态之间切换；

安全阀5形成上下连通的流道I，流道I经井下金具12与复合材料连续采油管11相连通；通过控制游动管5-4的上下位置，能够控制阀瓣5-5的状态，从而控制流道I的连通与否。

当采油系统处于正常运行状态下，安全阀5处于常开状态，此时来自于推开装置13的液压油经液压油输入通道5-2-1进入液压腔II，当液压腔II内的压力大于弹簧5-7的弹力时，能够使游动管5-4向下运动；游动管5-4在运动过程中推动阀瓣5-5，使阀瓣5-5绕销轴5-6逆时针旋转90°，阀瓣5-5紧靠阀管5-1的内壁，从而使流道I连通，此时流体能够经过安全阀5向上流动；

如发生异常情况，控制推开装置13，停止向安全阀5提供液压油，液压腔II内的液压油返流入推开装置13，液压腔II内的压力逐渐变小，游动管5-4在弹簧5-7弹力的作用下向上运动，阀瓣5-5失去游动管5-4的推力之后，阀瓣5-5在套设于销轴5-6上的复位扭簧的作用下绕销轴5-6顺时针旋转90°，使阀瓣5-5处于横向状态，如图6所示，此时阀瓣5-5将流道I封堵，安全阀5关闭，流体无法经安全阀5继续向上流动。

本发明将井下封隔装置设置于潜油电泵机组3附近的井底，一旦井底出现异常情况，能够第一时间切断流体，实现对异常情况的即时响应。

如图7所示，推开装置13包括壳体13-1，壳体13-1的上端通过连接件13-10固定连接尾盖13-6，壳体13-1的下端固定连接前端盖13-5，壳体13-1形成壳体内腔IV；

尾盖13-6内设置有具有弹性的储油胶囊13-7，储油胶囊13-7的内腔与壳体内腔IV相连通，储油胶囊13-7的外侧III与位于封隔器4上方的油套环空上层空间相连通；储油胶囊13-7将密闭的壳体内腔IV与外界空间封隔开；壳体内腔IV容置有定量的低压液压油；

壳体内腔IV固定设置有电机13-2，电机13-2通过减速机13-3连接高压泵13-4，电机13-2及减速机13-3通过电机支座13-14固定连接壳体13-1；高压泵13-4的出油管线13-4-1通过前端盖13-5固定于壳体13-1的下端；

电机13-2通过导线电连接电磁卸荷阀13-8，电磁卸荷阀13-8通过电控实现开关；当电磁卸荷阀13-8闭合时，电机13-2通电运转；

电磁卸荷阀13-8连接电机电源线13-11的一端，电机电源线13-11穿过储油胶囊13-7并经尾盖13-6穿出，电机电源线13-11的另一端连接从井下金具12引出的电缆；该电缆内嵌于复合材料连续采油管11的管壁，并从复合材料连续采油管11上端引出后，在井口连接位于海上平台的供电装置，从而实现对电磁卸荷阀13-8的电控；电机电源线13-11与储油胶囊13-7的电源线穿设孔之间设置有电缆密封装置13-13，以实现储油胶囊13-7的密封；

出油管线13-4-1具有主路出口A和旁路出口B；出油管线13-4-1的主路出口A经供油管线14与安全阀5的液压油输入通道5-2-1以及封隔器4的排气阀的液压油输入通道相连通；

出油管线13-4-1的旁路出口B与卸荷管线13-9的一端相连通，卸荷管线13-9的另一端分别连接设置于壳体内腔IV的电磁卸荷阀13-8和压力开关13-12；电磁卸荷阀13-8通过卸荷阀支座13-16固定连接壳体13-1；压力开关13-12通过开关支座13-15固定连接壳体13-1；

压力开关13-12受卸荷管线13-9内的液压控制；当卸荷管线13-9内的液压低于安全阀开启值时，压力开关13-12开启；当卸荷管线13-9内的液压达到安全阀开启值时，压力开关13-12闭合；

卸荷阀支座13-16、开关支座13-15和电机支座13-14上分别开设有上下连通的通道，从而使壳体内腔IV上下连通。

初始状态下，海上平台通过电机电源线13-11对电磁卸荷阀13-8供电，电磁卸荷阀13-8闭合，压力开关13-12连通，电机13-2通电驱动高压泵13-4运转；高压泵13-4将壳体内腔IV的低压液压油加压后经出油管线13-4-1泵入安全阀5的液压腔II，当液压腔II内的液压值达到安全阀开启值时，安全阀5打开；

在高压泵13-4将壳体内腔IV的液压油泵出的过程中，储油胶囊13-7外部的环空压力压迫储油胶囊13-7使其容积变小，从而能够使壳体内腔IV的压力保持恒定；

当液压腔II内的液压值达到安全阀开启值后，卸荷管线13-9内的液压使压力开关13-12闭合，从而使电机13-2停止运转；当液压腔II内的液压值下降时，卸荷管线13-9内的液压使压力开关13-12开启，使电机13-2再次停止运转，从而使安全阀5的液压腔II内的液压值始终保持安全阀开启值，以使安全阀5保持常开状态；

如井底出现异常情况，通过海上平台的供电装置切断对电磁卸荷阀13-8的供电，使电磁卸荷阀13-8开启，安全阀5的液压腔II内的液压油经卸荷管线13-9和电磁卸荷阀13-8排入壳体内腔IV，则安全阀5关闭。

本发明的封隔器4采用现有技术，通过推开装置13所提供的液压油控制封隔器4的排气阀的开关；推开装置13对封隔器4的排气阀的供油原理与安全阀5相同，在此不再赘述。

本发明巧妙地利用了复合材料连续采油管的多层式管体能够将电缆内嵌于管壁内的特性，采用复合材料连续采油管内嵌的电缆为推开装置13供电，并通过控制推开装置13的通电与断电，控制推开装置13向安全阀5的供油情况，从而控制安全阀5的开启与关闭。本发明利用推开装置13中独立的液压系统实现对安全阀5的控制，摆脱了对海上平台的外部液压系统的依赖，因此无需在油套环空内额外增设一直通向平台的液压管线，从而最大可能地减少液压系统受损的可能。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形，而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形在内。