技术领域
[0001] 本
发明涉及采油井口装置技术领域，是一种液动式压裂及生产井口装置及其使用方法。
背景技术
[0002] 近年来，新疆油田在勘探和开发领域取得了巨大成就，陆续发现了玛湖油田和吉木萨尔等十亿吨级大油气田，同时也拉开了
原油上产会战的帷幕。
[0003] 由于该油田区
块属于非常规油气藏，开发工艺需要采用
水平井体积压裂技术，在目前的压裂作业过程中，采用了压裂井口装置+2只大通径闸
阀（即包括一个主控闸阀）+压裂树结构进行压裂。当压裂钻塞作业完成后，关闭大通径闸阀，安装与压裂井口相同规格的采油树进行压裂液反排和生产。由于在不控制井筒压
力的情况下该闸阀无法拆除，导致井口装置和采油树在垂直通径上始终存在1只或2只大通径的闸阀，使采油树整体高度增高，给后期生产操作带来很大麻烦，也造成了采油树资源的巨大浪费。
发明内容
[0004] 本发明提供了一种液动式压裂及生产井口装置及其使用方法，克服了上述
现有技术之不足，其能有效解决现有采油树整体高度较高的问题。
[0005] 本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种液动式压裂及生产井口装置，包括油管头异径接头、第一闸阀、小四通和控压油管头四通，控压油管头四通包括油管头四通和主控闸阀，控压油管头四通、油管头异径接头、第一闸阀和小四通
自下而上依序固定连接，在小四通前后两侧端口分别固定连接有生产闸阀，小四通上端口固定连通有测试闸阀，在油管头四通前后两侧端口分别固定连接有
套管闸阀，在阀板上方的油管头四通内密封固定安装有油管悬挂器，油管悬挂器的上部伸入油管头异径接头内；主控闸阀包括阀板和能
控制阀板
开关油管头四通主通道的液压驱动机构，在油管头四通的前端口和后端口上方以及油管头四通的上端口下方之间的油管头四通上设置有左右对称的左端口和右端口，左端口和右端口通过油管头四通主通道连通；阀板自油管头四通的左端口横穿油管头四通的右端口，液压驱动机构与油管头四通的左端口固定连接。
[0006] 下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：上述油管头四通的左端口、前端口、右端口和后端口在水平面上呈错开分布。
[0007] 上述与左、右端口对应的油管头四通内设置有安装环槽，在安装环槽内固定安装有
阀座；阀座的内径与其衔接处的油管头四通的内径相同，在阀座左端设置有与油管头四通左端口同轴对应的左通孔，在阀座右端设置有与油管头四通右端口同轴对应的右通孔，阀板通过左通孔和右通孔横穿阀座，在阀板上设置有能使油管头四通上端口与其下端口连通且直径与阀座内径相同的阀孔。
[0008] 上述油管头四通左端口外侧密封固定安装有遮盖油管头四通左端口的左阀盖，在油管头四通右端口外侧密封固定安装有遮盖油管头四通右端口的右阀盖，在左阀盖上横向设置有左窄右宽且与左通孔轴向对应连通的左阶梯孔，在右阀盖上横向设置有左宽右窄且与右通孔轴向对应连通的右阶梯孔，阀板自左而右依序穿过左阶梯孔、左通孔、右通孔和右阶梯孔；阀板的左端与液压驱动机构的
活塞杆固定连接。
[0009] 上述液压驱动机构包括
液压缸、活塞和
活塞杆，活塞杆呈与阀板同轴的方式设置在液压缸的液压腔内，活塞固定安装在活塞杆外侧，与液压腔左端对应的液压缸
侧壁上设置有进油口，与液压腔右端对应的液压缸侧壁上设置有出油口，活塞的左端横截面呈左窄右宽，活塞的右端横截面呈右窄左宽，活塞的左端外与液压缸内壁面之间形成左助推液压腔，活塞的右端外与液压缸内壁面之间形成右助推液压腔；液压缸左侧与左阀盖密封固定连接，在液压缸左侧设置有与左端口轴向对应的左连接孔，阀板的左端穿过左连接孔后与活塞杆右端固定连接。
[0010] 上述液压缸包括液压缸体和缸盖，缸盖与液压缸体左部密封固定安装在一起，缸盖与液压缸体之间形成液压腔，液压缸体左侧与左阀盖密封固定连接，在液压缸体左侧设置有与左端口轴向对应的左连接孔，与液压腔左端对应的液压缸体侧壁上设置有进油口，与液压腔右端对应的液压缸体侧壁上设置有出油口；在缸盖上设置有与活塞杆轴向对应的伸
缩孔，在伸缩孔外侧的缸盖上设置有包围伸缩孔的左阀罩，在伸缩孔与左阀罩左端之间形成能使活塞杆左右伸缩的伸缩行程，在左阀罩上设置有活塞杆
位置的观察口。
[0011] 上述左阶梯孔窄径段设置有开口朝左的左密封槽，在左密封槽内固定安装有
密封件，密封件采用
弹簧蓄能密封填料或弹簧蓄能
密封圈，在密封件外端的左密封槽内固定安装有密封压盖；在右阶梯孔窄径段设置有开口朝右的右密封槽，在右密封槽内固定安装有密封件，在密封件外端的右密封槽内固定安装有密封压盖，在右密封槽外侧的右阀盖上固定安装有遮盖阀板右端的右阀罩；在阀板上方以及下方的阀座外侧与油管头四通内侧之间设置有至少一道密封圈。
[0012] 上述油管头四通上端口处沿圆周分布有径向
锁紧孔，在径向锁紧孔内固定安装有能防止油管悬挂器向上移动的顶丝锁紧机构，在顶丝锁紧机构下方的油管悬挂器外侧固定安装有能与油管悬挂器一起被提出井口的密封组件；在油管头四通下端口处沿圆周分布有径向注脂孔和径向泄压。
[0013] 本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种液动式压裂及生产井口装置的使用方法，按下述方法进行：压裂前，将液动式压裂及生产井口装置的控压油管头四与井口套管
法兰固定连接，在控压油管头四通上端口安装与其规格一致的压裂树，液压驱动机构驱动阀板移动，使阀板上的阀孔与油管头四通主通道连通，即打开主控闸阀，进行压裂作业；压裂结束后，液压驱动机构驱动阀板向左移动，使阀板上的阀孔与油管头四通主通道完全错开，即关闭主控闸阀，然后拆卸压裂树后，开始闷井，并在控压油管头四通上端口直接安装与井内压力级别相适应采油树，待需要进行反排及生产作业时，通过液压驱动机构打开油管头四通内置的主控闸阀，进行压裂液反排和自喷生产；后期需要进行转抽时，关闭油管头四通内置的主控闸阀，拆除采油树，完全打开油管头四通内置的主控闸阀并下入抽油
泵及油管，待下至最后一根油管时，连接油管悬挂器并座封在油管头四通内，安装油管头异径接头及以上部分，转入机采生产。
[0014] 本发明将油管头四通和主控闸阀集成一体后，既可以实现压裂作业需求，同时可以对套管通道进行压力控制，在后续转反排和自喷生产时，通过控制油管头四通内置阀板的启闭，实现套压可控情况下完成采油树安装作业；液动式压裂及生产井口装置的使用，减少了井口上方垂直通径上闸阀的配置数量，大幅降低了采油树的整体高度；并简化了作业过程中的拆装流程，便于后期生产的操作。
附图说明
[0015] 附图1为本发明的左视局部剖视结构示意图。
[0016] 附图2为控压油管头四通的主视剖视结构示意图。
[0017] 附图3为附图2中A处的放大结构示意图。
[0018] 附图中的编码分别为：1为控压油管头四通，2为油管头异径接头，3为第一闸阀，4为小四通，5为生产闸阀，6为测试闸阀，7为套管闸阀，8为油管悬挂器，9为液压驱动机构， 10为油管头四通，11为阀板，12为前端口，13为上端口，14为左端口，15为右端口，16为油管头四通主通道，17为阀座，18为阀孔，19为左阀盖，20为右阀盖，21为左阶梯孔，22为右阶梯孔，23为活塞，24为活塞杆，25为液压腔，26为进油口，27为左助推液压腔，28为右助推液压腔，29为左连接孔，30为液压缸体，31为缸盖，32为伸缩孔，33为左阀罩，34为密封件，35为密封压盖，36为右阀罩，37为密封圈，38为径向锁紧孔，39为径向注脂孔，40为径向泄压孔，41为出油口，42为观察口，43为BT密封圈，44为顶丝锁紧机构。
具体实施方式
[0019] 本发明不受下述
实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
[0020] 在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据
说明书附图2的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图2的布图方向来确定的。
[0021] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：如附图1至3所示，该液动式压裂及生产井口装置包括油管头异径接头2、第一闸阀3、小四通4和控压油管头四通1，控压油管头四通1包括油管头四通10和主控闸阀，控压油管头四通1、油管头异径接头2、第一闸阀3和小四通4自下而上依序固定连接，在小四通4前后两侧端口分别固定连接有生产闸阀5，小四通4上端口13固定连通有测试闸阀6，在油管头四通10前后两侧端口分别固定连接有套管闸阀7，在阀板11上方的油管头四通10内密封固定安装有油管悬挂器6，油管悬挂器6的上部伸入油管头异径接头2内；
主控闸阀包括阀板11和能控制阀板11开关油管头四通主通道16的液压驱动机构9，在油管头四通10的前端口12和后端口上方以及油管头四通10的上端口13下方之间的油管头四通10上设置有左右对称的左端口14和右端口15，左端口14和右端口15通过油管头四通主通道16连通；阀板11自油管头四通10的左端口14横穿油管头四通10的右端口15，液压驱动机构9与油管头四通10的左端口14固定连接。
[0022] 本装置将油管头四通10和主控闸阀（平板闸阀）集成一体，主控闸阀的阀板11通过横穿左端口14和右端口15内置于油管头四通10内，极大降低了整体高度，其集油管头四通10和主控闸阀功能于一身，通过液压驱动机构9控制油管头四通主通道16的连通状态，即能够实现对井筒压力的控制。
[0023] 油管头四通主通道16为油管头四通10的垂直通道，阀板11下方的油管头四通主通道16为套管通道，通过将套管通道设置在阀板11下方，以预留套管抢险通道。
[0024] 阀板11设计在油管头四通10套管通道和油管悬挂器6之间的位置处，在压裂作业和反排、自喷生产阶段不安装油管悬挂器6，后期转生产时通过带压作业装置安装油管悬挂器6。
[0025] 液压驱动机构9的设置，解决了现有采油树油管头四通10上方连接的手动大平板闸阀的启闭力矩大，启闭困难的问题；由于将主控闸阀的启闭端（阀板11）内置于油管头四通10内，由此降低了人员登高操作带来的安全隐患。
[0026] 由上所述可知，本装置既可以实现压裂作业需求，同时可以对套管通道进行压力控制，在后续转反排和自喷生产时，通过控制油管头四通10内置阀板11的启闭，实现套压可控情况下完成采油树安装作业；该装置的使用，减少了井口上方垂直通径上闸阀的配置数量，大幅降低了采油树的整体高度，便于后期生产的操作。
[0027] 可根据实际需要，对上述液动式压裂及生产井口装置作进一步优化或/和改进：如附图2所示，为了便于拆装套管闸阀7、液压驱动机构9，有效利用空间，进一步降低本装置的整体高度，油管头四通10的左端口14、前端口12、右端口15和后端口在水平面上呈错开分布。
[0028] 油管头四通10的左端口14、前端口12、右端口15和后端口沿水平面呈90度间隔分布时，操作最为方便，整体高度达到最低值。
[0029] 如附图所示，在与左、右端口15对应的油管头四通10内设置有安装环槽，在安装环槽内固定安装有阀座17；阀座17的内径与其衔接处的油管头四通10的内径相同，在阀座17左端设置有与油管头四通10左端口14同轴对应的左通孔，在阀座17右端设置有与油管头四通10右端口15同轴对应的右通孔，阀板11通过左通孔和右通孔横穿阀座17，在阀板11上设置有能使油管头四通10上端口13与其下端口连通且直径与阀座17内径相同的阀孔18。
[0030] 阀座17可采用两瓣式结构，以便于拆装。
[0031] 阀座17对阀板11起
支撑作用，在该主控闸阀全开时，其阀孔18与油管头四通10通径（与阀座17衔接的油管头四通主通道16处）保持一致，以不影响常规操作。
[0032] 液压驱动机构9通过控制阀板11阀孔18与油管头四通主通道16的连通状态来达到控压的目，同时，在阀板11上的阀孔18与油管头四通主通道16连通时，阀板11上的阀孔18可以作为液体通道，即阀板11集液体通道和控压于一体。
[0033] 如附图2所示，油管头四通10左端口14外侧密封固定安装有遮盖油管头四通10左端口14的左阀盖19，在油管头四通10右端口15外侧密封固定安装有遮盖油管头四通10右端口15的右阀盖20，在左阀盖19上横向设置有左窄右宽且与左通孔轴向对应连通的左阶梯孔21，在右阀盖20上横向设置有左宽右窄且与右通孔轴向对应连通的右阶梯孔22，阀板11自左而右依序穿过左阶梯孔21、左通孔、右通孔和右阶梯孔22；阀板11的左端与液压驱动机构
9的活塞杆24固定连接。
[0034] 左阀盖19、右阀盖20对阀板11起支撑作用，左阶梯孔21和右阶梯孔22的宽径段处形成环腔，有利于阀板11左右行进，防止憋压。
[0035] 如附图2、3所示，液压驱动机构9包括液压缸、活塞23和活塞杆24，活塞杆24呈与阀板11同轴的方式设置在液压缸的液压腔25内，活塞23固定安装在活塞杆24外侧，与液压腔25左端对应的液压缸侧壁上设置有进油口26，与液压腔25右端对应的液压缸侧壁上设置有出油口41，活塞23的左端横截面呈左窄右宽，活塞23的右端横截面呈右窄左宽，活塞23的左端外与液压缸内壁面之间形成左助推液压腔27，活塞23的右端外与液压缸内壁面之间形成右助推液压腔28；液压缸左侧与左阀盖19密封固定连接，在液压缸左侧设置有与左端口14轴向对应的左连接孔29，阀板11的左端穿过左连接孔29后与活塞杆24右端固定连接。
[0036] 如附图2、3所示，液压缸包括液压缸体30和缸盖31，缸盖31与液压缸体30左部密封固定安装在一起，缸盖31与液压缸体30之间形成液压腔25，液压缸体30左侧与左阀盖19密封固定连接，在液压缸体30左侧设置有与左端口14轴向对应的左连接孔29，与液压腔25左端对应的液压缸体30侧壁上设置有进油口26，与液压腔25右端对应的液压缸体30侧壁上设置有出油口41；在缸盖31上设置有与活塞杆24轴向对应的伸缩孔32，在伸缩孔32外侧的缸盖31上设置有包围伸缩孔32的左阀罩33，在伸缩孔32与左阀罩33左端之间形成能使活塞杆24左右伸缩的伸缩行程，在左阀罩33上设置有活塞杆24位置的观察口42。
[0037] 图2为油管头四通主通道16处于连通状态（即开阀状态），即油管头四通主通道16与阀板11上的阀孔18连通。以图2中连通状态为起始状态进行说明。
[0038] 当需要关阀（阻断油管头四通主通道16）时，通过出油口41泵入液压油，活塞23在液压油的作用下向左移动，活塞23带动活塞杆24向左移动，从而带动阀板11向左移动，直至阀板11上的阀孔18与油管头四通主通道16完全错开，由此阻断油管头四通主通道16；在活塞23向左移动的同时，活塞23左方液压腔25内的液压油通过进油口26排出，由此完成关阀操作。
[0039] 当需要开阀时，通过进油口26泵入液压油，使阀板11向右移动直至阀板11上的阀孔18与油管头四通主通道16上下对应连通，由此完成开阀操作。
[0040] 左助推液压腔27的设置有利于液压油将行至液压腔25左端的活塞23向右推动；右助推液压腔28的设置有利于液压油将行至液压腔25右端的活塞23向左推动。
[0041] 通过观察口42观察活塞杆24的位置，可知内置主控闸阀的启闭状态。
[0042] 如附图2所示，左阶梯孔21窄径段设置有开口朝左的左密封槽，在左密封槽内固定安装有密封件34，密封件34采用弹簧蓄能密封填料或弹簧蓄能密封圈37，在密封件34外端的左密封槽内固定安装有密封压盖35；在右阶梯孔22窄径段设置有开口朝右的右密封槽，在右密封槽内固定安装有密封件34，在密封件34外端的右密封槽内固定安装有密封压盖35，在右密封槽外侧的右阀盖20上固定安装有遮盖阀板11右端的右阀罩36；在阀板11上方以及下方的阀座17外侧与油管头四通10内侧之间设置有至少一道密封圈37。
[0043] 阀杆密封采用弹簧蓄能密封结构（弹簧蓄能密封填料或弹簧蓄能密封圈37），大大提高了内置主控闸阀的密封可靠性。
[0044] 如附图1、2所示，油管头四通10上端口13处沿圆周分布有径向锁紧孔38，在径向锁紧孔38内固定安装有能防止油管悬挂器6向上移动的顶丝锁紧机构44，在顶丝锁紧机构44下方的油管悬挂器6外侧固定安装有能与油管悬挂器6一起被提出井口的密封组件；在油管头四通10下端口处沿圆周分布有径向注脂孔39和径向泄压孔40。
[0045] 在径向注脂孔39和径向泄压孔40内端分别固定安装有BT密封圈43，在对应BT密封圈43上设置有将油管头四通主通道16与各自径向注脂孔39和径向泄压孔40连通的连通通道。
[0046] BT密封圈43能够实现对套管的注脂、密封功能。
[0047] 弹簧蓄能密封填料、弹簧蓄能密封圈37、BT密封圈43均为现有公知公用的密封件。
[0048] 顶丝锁紧机构44可以采用公开号为204851201U（
专利名称：井口连接装置和注汽装置及生产装置）的中国专利文献中所述的左顶丝密封机构或右顶丝密封机构，也可以采用其它现有公知技术中的顶丝锁紧机构44。油管悬挂器6处安装的密封组件采用现有公知公用的金属密封圈37等其它现有公知公用的密封件34。
[0049] 以上技术特征构成了本发明的较佳实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。
[0050] 本发明的使用过程：压裂前，将本装置的控压油管头四1与井口套管法兰固定连接，在控压油管头四通1上端口13安装与其规格一致的压裂树，液压驱动机构9驱动阀板11移动至图2所述位置，使阀板11上的阀孔18与油管头四通主通道16连通（即打开主控闸阀），进行压裂作业。
[0051] 压裂结束后，液压驱动机构9驱动阀板11向左移动，使阀板11上的阀孔18与油管头四通主通道16完全错开(即关闭主控闸阀），实现对井筒压力的控制，拆卸压裂树后，开始闷井，并在控压油管头四通1上端口13直接安装与井内压力级别相适应采油树，待需要进行反排及生产作业时，通过液压驱动机构9，打开油管头四通10内置的主控闸阀，进行压裂液反排和自喷生产；后期需要进行转抽时，关闭油管头四通10内置的主控闸阀，拆除采油树，在现有带压作业装置的配合下，完全打开油管头四通10内置的主控闸阀并下入抽油泵及油管，待下至最后一根油管时，连接油管悬挂器6并座封在油管头四通10内，安装油管头异径接头2及以上部分，转入机采生产。
