一种完井防砂管柱用实时压力控制定位器
阅读说明：本技术 一种完井防砂管柱用实时压力控制定位器 (Real-time pressure control positioner for well completion sand control pipe column ) 是由 左凯 姚伟达 陈胜宏 李宁 刘晓峰 张英 周战凯 于 2020-04-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种完井防砂管柱用实时压力控制定位器,包括心轴、上接头、固定销钉、弹性爪、活塞和弹簧；心轴内部有通孔,外表面设置有心轴限位凸台,心轴限位凸台上设置有心轴传压孔；上接头包括大端部和小端部；上接头和弹性爪套装在心轴上,上接头小端部套装在弹性爪中且二者通过固定销钉连接,上接头小端部外表面高于心轴限位凸台上表面；活塞套装在心轴上且在弹性爪限位台阶二与心轴限位凸台之间,其前端通过弹簧与弹性爪限位台阶一相连；弹性爪靠近弹性爪限位台阶二上方的外表面设置有环形定位凸台,环形定位凸台沿心轴轴线的切面为梯形。本发明的定位器结构简单,操作便捷,降低了定位器无法激活或卡死的风险,提高了作业效率。(The invention discloses a real-time pressure control positioner for a well completion sand control tubular column, which comprises a mandrel, an upper joint, a fixed pin, an elastic claw, a piston and a spring, wherein the mandrel is fixedly connected with the upper joint; a through hole is formed in the mandrel, a mandrel limiting boss is arranged on the outer surface of the mandrel, and a mandrel pressure transmission hole is formed in the mandrel limiting boss; the upper joint comprises a large end part and a small end part; the upper joint and the elastic claw are sleeved on the mandrel, the small end part of the upper joint is sleeved in the elastic claw and is connected with the elastic claw through a fixing pin, and the outer surface of the small end part of the upper joint is higher than the upper surface of a limit boss of the mandrel; the piston is sleeved on the mandrel and is arranged between the elastic claw limiting step II and the mandrel limiting boss, and the front end of the piston is connected with the elastic claw limiting step I through a spring; an annular positioning boss is arranged on the outer surface of the elastic claw, which is close to the upper part of the second elastic claw limiting step, and the section of the annular positioning boss along the axis of the mandrel is trapezoidal. The positioner disclosed by the invention is simple in structure and convenient and fast to operate, the risk that the positioner cannot be activated or is blocked is reduced, and the operation efficiency is improved.)
技术领域
本发明属于油田完井防砂领域，特别涉及一种完井防砂管柱用实时压力控制定位器。
背景技术
在油田完井防砂作业中，由于防砂管柱作业时需要进行不同位置的移动，为了能精确找到位置进行定位变得十分重要，目前现有的液压式定位器存在诸多问题，操作过程复杂，占用作业时间较长，同时存在定位装置无法顺利激活和卡死的现象，给现场作业带来困惑。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种完井防砂管柱用实时压力控制定位器，主要用于油田完井防砂管柱作业过程中的定位，完井管柱作业时内层服务工具与外层防砂工具通过上下移动实现不同功能的作业，同时通过向内层服务工具内打压完成定位器激活，从而使内层服务工具上的定位器与外层防砂工具上的定位密封筒进行接触定位。
本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现。
一种完井防砂管柱用实时压力控制定位器，包括心轴、上接头、固定销钉、弹性爪、活塞和弹簧。
所述心轴的内部设置有通孔，所述心轴的外表面上设置有心轴限位凸台，所述心轴限位凸台上设置有与通孔连通的心轴传压孔，所述心轴限位凸台的一侧设置有心轴限位台阶。
所述上接头的内部设置有内径均匀的通孔，所述上接头的内径与心轴的外径相同；所述上接头包括阶梯状设置的上接头大端部和上接头小端部，所述上接头大端部的外径大于上接头小端部的外径。
所述弹性爪的内部设置有通孔，所述弹性爪的内径与上接头小端部的外径相同，所述弹性爪与心轴形成轴孔间隙配合；所述弹性爪的前端内表面设置有高度依次下降的弹性爪限位台阶一和弹性爪限位台阶二。所述弹性爪的材质为具有一定弹性或延展性的材料，用于在受力变形后可自行恢复或在外力作用下恢复，优选60Si2Mn弹簧钢。
所述上接头和弹性爪套装在心轴上，上接头小端部套装在弹性爪中，且上接头小端部和弹性爪通过固定销钉固定连接；上接头小端部与心轴限位凸台的一侧接触，用于限制上接头向弹性爪方向的运动；所述上接头小端部的外表面高于心轴限位凸台的上表面，使得弹性爪的内表面与心轴限位凸台的上表面之间有空隙；所述弹性爪限位台阶一与心轴限位台阶接触，用于限制弹性爪向上接头方向的运动。
所述活塞的内部设置有内径均匀的通孔，所述活塞的内径与心轴的外径相同，所述活塞的外径与弹性爪的内径相同，所述活塞套装在心轴上且设置在弹性爪限位台阶二与心轴限位凸台之间，所述活塞的内表面和外表面均安装有O型密封圈；所述活塞的前端通过弹簧与弹性爪限位台阶一相连，由于弹簧的预紧力，活塞的初始位置靠近心轴限位凸台或者与心轴限位凸台接触。
所述弹性爪靠近弹性爪限位台阶二上方的外表面设置有环形定位凸台，所述环形定位凸台沿心轴轴线的切面为梯形，所述环形定位凸台靠近弹性爪前端的一侧为定位接触面一，所述定位接触面一与完井防砂管柱的外层防砂工具的定位密封筒上的定位接触面配合，所述环形定位凸台的另一侧为定位器可通过接触面。
所述弹性爪的环形定位凸台所在的外表面沿轴向以30°～60°的间隔均匀开设有若干弹性爪通槽，用于为环形定位凸台的两侧提供空间，使其在定位器复位过程中更容易被挤压变形。
在本发明的一个实施例中，相邻所述弹性爪通槽的间隔为30°。
在本发明的一个实施例中，所述活塞沿轴向的长度大于环形定位凸台沿轴向的长度，且所述活塞沿轴向的长度与环形定位凸台沿轴向的长度之和小于心轴限位凸台与弹性爪限位台阶二之间的最小直线距离；即：当活塞移动到其前端与弹性爪限位台阶二接触时，环形定位凸台整个处于活塞的支撑下；当活塞移动到其后端与心轴限位凸台接触时，环形定位凸台整个失去活塞的支撑。在本发明的一个实施例中，所述活塞的内表面和外表面的O型密封圈各为2个，且安装在活塞的后端。
在本发明的一个实施例中，所述环形定位凸台上的定位接触面一的倾斜角度等于定位器可通过接触面的倾斜角度。
本发明的完井防砂管柱用实时压力控制定位器在实现定位器作业时与定位密封筒接触定位的功能和定位器作业结束后拉出防砂工具遇定位密封筒可通过的复位功能中的应用。
本发明的完井防砂管柱用实时压力控制定位器进行定位的工作流程是：
心轴通过打压到指定压力值后，压力通过心轴传压孔传递到弹性爪的内表面与心轴限位凸台的上表面之间的空隙处，从而传递到活塞的后端，活塞的后端受力后，活塞克服弹簧的预紧力向弹性爪限位台阶二方向移动，直至与弹性爪限位台阶二接触后，活塞因受到弹性爪限位台阶二的阻挡而停止移动；通过下压定位器连接的完井防砂管柱的内层服务工具使得环形定位凸台上的定位接触面一与外层防砂工具的定位密封筒上的定位接触面接触并产生一定吨位受力，从而使弹性爪受到径向力作用，但是由于活塞的外表面与环形定位凸台处的弹性爪的内表面接触，活塞的内表面与心轴的外表面接触，使得弹性爪获得径向支撑，无法在径向产生变形，最终实现定位器与定位密封筒的接触定位。
本发明的完井防砂管柱用实时压力控制定位器进行复位的工作流程是：
定位结束后，通过泄压是心轴内外压力平衡，活塞的后端不再受力，活塞的前端受到弹簧的作用力向心轴限位凸台方向移动，直至与心轴限位凸台接触后，活塞因受到心轴限位凸台的阻挡而停止移动，此时弹性爪处于非支撑状态；当定位器连接的内层服务工具被拉出外层防砂工具时，会经过多个定位密封筒，因此环形定位凸台上的定位器可通过接触面会与外层防砂工具上的定位密封筒接触受力，即弹性爪受到定位密封筒产生的径向力，由于弹性爪失去了径向支撑，当该径向力达到一定数值时，弹性爪产生弯曲变形，最终实现弹性爪进去到定位密封筒内侧，完成定位器复位。
与现有技术相比，本发明的完井防砂管柱用实时压力控制定位器采用弹簧预紧力和支撑限位的结构设计，使得作业时仅需对心轴打压和泄压即可实现定位器的定位激活和复位功能，操作过程简单，占用作业时间短；同时，由于其结构简单，在现场作业时定位器无法激活或卡死的风险显著降低，提高了完井防砂作业的时效性。
附图说明
图1是本发明的完井防砂管柱用实时压力控制定位器的部分剖视图；
图2是本发明的完井防砂管柱用实时压力控制定位器激活状态的部分剖视图；
附图标记：
1-心轴；1-1-心轴限位凸台；1-2-心轴传压孔；1-3-心轴限位台阶；2-上接头；2-1-上接头大端部；2-2-上接头小端部；3-固定销钉；4-弹性爪；4-1-弹性爪限位台阶一；4-2-弹性爪限位台阶二；4-3-环形定位凸台；4-4-定位接触面一；4-5-定位器可通过接触面；4-6-弹性爪通槽；5-活塞；5-1-O型密封圈；6-弹簧。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1和2所示，一种完井防砂管柱用实时压力控制定位器，包括心轴1、上接头2、固定销钉3、弹性爪4、活塞5和弹簧6；
所述心轴1的内部设置有通孔，所述心轴1的外表面上设置有心轴限位凸台1-1，所述心轴限位凸台1-1上设置有与通孔连通的心轴传压孔1-2，所述心轴限位凸台1-1的一侧设置有心轴限位台阶1-3。
所述上接头2的内部设置有内径均匀的通孔，所述上接头2的内径与心轴1的外径相同；所述上接头2包括阶梯状设置的上接头大端部2-1和上接头小端部2-2，所述上接头大端部2-1的外径大于上接头小端部2-2的外径。
所述弹性爪4的内部设置有通孔，所述弹性爪4的内径与上接头小端部2-2的外径相同，所述弹性爪4与心轴1形成轴孔间隙配合；所述弹性爪4的前端内表面设置有高度依次下降的弹性爪限位台阶一4-1和弹性爪限位台阶二4-2。所述弹性爪4采用60Si2Mn弹簧钢制成。
所述上接头2和弹性爪4套装在心轴1上，上接头小端部2-2套装在弹性爪4中，且上接头小端部2-2和弹性爪4通过固定销钉3固定连接；上接头小端部2-2与心轴限位凸台1-1的一侧接触，用于限制上接头2向弹性爪4方向的运动；所述上接头小端部2-2的外表面高于心轴限位凸台1-1的上表面，使得弹性爪4的内表面与心轴限位凸台1-1的上表面之间有空隙；所述弹性爪限位台阶一4-1与心轴限位台阶1-3接触，用于限制弹性爪4向上接头2方向的运动。
所述活塞5的内部设置有内径均匀的通孔，所述活塞5的内径与心轴1的外径相同，所述活塞5的外径与弹性爪4的内径相同，所述活塞5套装在心轴1上且设置在弹性爪限位台阶二4-2与心轴限位凸台1-1之间，所述活塞5的后端的内表面和外表面均安装有2个O型密封圈5-1；所述活塞5的前端通过弹簧6与弹性爪限位台阶一4-1相连，由于弹簧6的预紧力，活塞5的初始位置为靠近心轴限位凸台1-1。
所述弹性爪4靠近弹性爪限位台阶二4-2上方的外表面设置有环形定位凸台4-3，所述环形定位凸台4-3沿心轴1轴线的切面为梯形，所述环形定位凸台4-3靠近弹性爪4前端的一侧为定位接触面一4-4，所述定位接触面一4-4与完井防砂管柱的外层防砂工具的定位密封筒上的定位接触面配合，所述环形定位凸台4-3的另一侧为定位器可通过接触面4-5。所述定位接触面一4-4的倾斜角度等于定位器可通过接触面4-5的倾斜角度。所述弹性爪4的环形定位凸台4-3所在的外表面沿轴向以30°的间隔均匀开设有若干弹性爪通槽4-6，用于为环形定位凸台4-3的两侧提供空间，使其在定位器复位过程中更容易被挤压变形。
所述活塞5沿轴向的长度大于环形定位凸台4-3沿轴向的长度，且所述活塞5沿轴向的长度与环形定位凸台4-3沿轴向的长度之和小于心轴限位凸台1-1与弹性爪限位台阶二4-2之间的最小直线距离；即：当活塞5移动到其前端与弹性爪限位台阶二4-2接触时，环形定位凸台4-3能整个处于活塞5的支撑下；当活塞5移动到其后端与心轴限位凸台1-1接触时，环形定位凸台4-3能整个失去活塞5的支撑。
本发明的完井防砂管柱用实时压力控制定位器用于实现定位器作业时与定位密封筒接触定位的功能和定位器作业结束后拉出防砂工具遇定位密封筒可通过的复位功能。
本发明的完井防砂管柱用实时压力控制定位器进行定位的工作流程是：
心轴1通过打压到指定压力值后，压力通过心轴传压孔1-2传递到弹性爪4的内表面与心轴限位凸台1-1的上表面之间的空隙处，从而传递到活塞5的后端，活塞5的后端受力后，活塞5克服弹簧6的预紧力向弹性爪限位台阶二4-2方向移动，直至与弹性爪限位台阶二4-2接触后，活塞5因受到弹性爪限位台阶二4-2的阻挡而停止移动；通过下压定位器连接的完井防砂管柱的内层服务工具使得环形定位凸台4-3上的定位接触面一4-4与外层防砂工具的定位密封筒上的定位接触面接触并产生一定吨位受力，从而使弹性爪4受到径向力作用，但是由于活塞5的外表面与环形定位凸台4-3处的弹性爪4的内表面接触，活塞5的内表面与心轴1的外表面接触，使得弹性爪4获得径向支撑，无法在径向产生变形，最终实现定位器与定位密封筒的接触定位。
本发明的完井防砂管柱用实时压力控制定位器进行复位的工作流程是：
定位结束后，通过泄压是心轴1内外压力平衡，活塞5的后端不再受力，活塞5的前端受到弹簧6的作用力向心轴限位凸台1-1方向移动，直至与心轴限位凸台1-1接触后，活塞5因受到心轴限位凸台1-1的阻挡而停止移动，此时弹性爪4处于非支撑状态；当定位器连接的内层服务工具被拉出外层防砂工具时，会经过多个定位密封筒，因此环形定位凸台4-3上的定位器可通过接触面4-5会与外层防砂工具上的定位密封筒接触受力，即弹性爪4受到定位密封筒产生的径向力，由于弹性爪4失去了径向支撑，当该径向力达到一定数值时，弹性爪4产生弯曲变形，最终实现弹性爪进去到定位密封筒内侧，完成定位器复位。
本发明的完井防砂管柱用实时压力控制定位器采用弹簧预紧力和支撑限位的结构设计，使得作业时仅需对心轴打压和泄压即可实现定位器的定位激活和复位功能，操作过程简单，占用作业时间短；同时，由于其结构简单，在现场作业时定位器无法激活或卡死的风险显著降低，提高了完井防砂作业的时效性。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。
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