CN101498204B - 平衡式逐级解封可洗井封隔器 - Google Patents

Abstract

一种平衡式逐级解封可洗井封隔器。主要解决现有洗井封隔器解封困难、胶筒易失效、洗井活塞易刺损及易造成卡井事故的问题。其特征在于：平衡活塞(13)置于上外套(4)与内中心管(3)之间上端，平衡活塞(13)通过螺纹与内中心管(3)外固定连接，平衡活塞(13)通过解封销钉(14)与上外套(4)内固定连接；洗井活塞(11)凹槽内置有与外中心管(6)相密封的密封材料(12)，密封材料(12)通过钢丝骨架(16)固定在凹槽内；上下胶筒(7)上下肩头胶体内有编织物(14)。该平衡式逐级解封可洗井封隔器具有逐级解封、胶筒及洗井活塞寿命长及安全可靠的特点。

Description

平衡式逐级解封可洗井封隔器

技术领域：

本发明涉及油田采油领域中水井所用的封隔器，尤其是平衡式逐级解封可洗井封隔器。

背景技术：

在油田采油领域开发的过程中，随着技术不断的发展，水井注水采用分层注水。分层注时注水井管柱上就需要串联封隔器，利用封隔器可将多油层分隔为若干层段，对不同渗透率的油层进行细分层注水是实现油田高产稳产的有效方法。目前注水井管柱下连接有多级封隔器，解封基本采用上提管柱剪断解封销钉的方式。在解封时，由于多级封隔器的通过中心管及上、下接头连成一体，封隔器解封动作同时进行，导致上提管柱负荷大，造成现有管柱整体解封困难及易造成卡井事故。另外由于现有封隔器的胶筒在井下长期工作，而且长期单独方向受力，造成胶筒失效。目前多采用金属保护伞结构保护胶筒，这种结构容易造成井下落物，甚至造成管柱整体解封困难而卡井事故。再封隔器的洗井活塞，由于在井下洗井工作时，需要带压过孔或带压进入密封工作面，这样就容易刺损洗井活塞；同时一个洗井过程需要动作一次，洗井活塞在井下洗井工作时，如果井下赃物沉积，会造成洗井活塞不归位，导致封隔器不密封。综上所述现有洗井封隔器存在着解封困难、胶筒易失效、洗井活塞易刺损及易造成卡井事故的问题。

发明内容：

首先为了解决现有洗井封隔器上、下接头连成一体，封隔器解封动作同时进行，导致上提管柱负荷大，造成现有管柱整体解封困难及易造成卡井事故的问题。其次为了解决现有洗井封隔器胶筒在井下长期工作，而且长期单独方向受力，造成胶筒失效的问题。最后为了解决现有洗井封隔器洗井活塞在井下洗井工作时，需要带压过孔或带压进入密封工作面，这样就容易刺损洗井活塞；同时一个洗井过程需要动作一次，洗井活塞在井下洗井工作时，如果井下赃物沉积，会造成洗井活塞不归位，导致封隔器不密封的问题。本发明提供一种平衡式逐级解封可洗井封隔器，该平衡式逐级解封可洗井封隔器具有逐级解封、胶筒及洗井活塞寿命长及安全可靠的特点。

本发明的技术方案是：该平衡式逐级解封可洗井封隔器包括上下接头、内中心管、上外套、下外管、胶筒、上下挡头、释放活塞、卡簧、平衡活塞、洗井活塞及密封材料，上接头、上挡头通过螺纹与上外套固定连接，上接头与内中心管上端外滑动连接；内中心管的下端外通过螺纹固定连接下接头，外中心管通过螺纹固定连接在内中心管上，下外管通过螺纹固定连接在下接头外，下挡头通过释放销钉与下外管相连接，卡簧置于下挡头与释放活塞阶台之间，卡簧外有卡牙，平衡活塞置于上外套与内中心管之间上端，平衡活塞通过螺纹与内中心管外固定连接，平衡活塞通过解封销钉与上外套内固定连接；上端的胶筒上肩头胶体内有编织物，下端的胶筒下肩头胶体内有编织物；洗井活塞置于上外套与内中心管内下端，洗井活塞凹槽内置有与外中心管相密封的密封材料，密封材料通过钢丝骨架固定在凹槽内，对应洗井活塞下端上外套壁上至少有3个进液割缝。

本发明具有如下有益效果：该平衡式逐级解封可洗井封隔器首先由于采用了上接头与内中心管上端外滑动连接，平衡活塞通过螺纹与内中心管外固定连接，平衡活塞通过解封销钉与上外套内固定连接的结构，从而解决了因洗井封隔器上、下接头连成一体，洗井封隔器解封动作得同时进行，导致上提管柱负荷大，造成现有管柱整体解封困难及易造成卡井事故的问题，实现了逐级解封的目的。其次由于采用了在上下胶筒上下肩头胶体内增加编织物的结构，从而解决洗井封隔器胶筒在井下长期工作，而且长期单独方向受力，造成胶筒失效的问题，达到了延长胶筒使用寿命的目的。最后由于采用了密封材料通过钢丝骨架固定在凹槽内，洗井进液孔改为进液割缝式结构，从而解决洗井封隔器洗井活塞在井下洗井工作时，需要带压过孔或带压进入密封工作面，这样就容易刺损洗井活塞的问题，同时洗井活塞在井下洗井工作时，如果井下赃物沉积，会造成洗井活塞不归位，导致封隔器不密封的问题，达到了安全可靠的目的。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图。

图中1-上接头，2-下接头，3-内中心管，4-上外套，5-下外管，6-外中心管，7-胶筒，8-上挡头，9-下挡头，10-释放活塞，11-卡簧，12-进液孔，13-平衡活塞，14-解封销钉，15-洗井活塞，16-密封材料，17-钢丝骨架，18-过液孔，19-进液割缝，20-释放销钉，21-编织物。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

由图1所示，该平衡式逐级解封可洗井封隔器包括坐封机构、解封机构及洗井机构，坐封机构由上接头1、下接头2、内中心管3、上外套4、下外管5、外中心管6、胶筒7、上挡头8、下挡头9、释放活塞10及卡簧11组成。上接头1与内中心管3上端外滑动连接，这样连接使得内中心管3及下接头2与上接头1滑动连成一体，在上提管柱时，使得首个洗井封隔器先受力，因而封隔器解封动作分别进行，减小上提管柱负荷，并且在上接头1与内中心管3接触面间设置有密封圈，通过密封圈增强密封效果。下接头2通过螺纹固定连接在内中心管3的下端外，这样连接能够保证该平衡式逐级解封可洗井封隔器能够与油管等井下工具成为一体。上外套4及下外管5为管状，下外管5上端内有卡牙，下外管5上端内的卡牙与卡簧11外的卡牙起锁定作用，上外套4及下外管5分别通过螺纹固定连接在上接头1及下接头2外。外中心管6一端内有环形凸台，下端壁上有径向通孔，外中心管6置于内中心管3中部外，通过外中心管6保证胶筒7能够在内中心管3外上自由滑动。胶筒7为筒状，置于上外套4与下外管5间外中心管6外，上端的胶筒7上肩头胶体内有编织物21，下端的胶筒7下肩头胶体内有编织物21，编织物21为锦纶66线，通过锦纶66线增强上下胶筒7上下肩头的强度，因而延长胶筒7的使用寿命。即胶筒7为压缩式，胶筒7由三件胶筒组成，其中边胶筒7内硫化编织物21用于胶筒的肩部保护，编织物21为锦纶66线或其它编织物21，硫化工艺为锦纶66线或其他编织物21挂胶，使用胶粘剂与橡胶一层一层地粘接成型为约1/3件胶筒7后硫化成型，然后再与橡胶硫化成单件胶筒。上挡头8及下挡头9为管状，并且内外有环形凸台，上挡头8及下挡头9分别置于胶筒7与上外套4及下外管5间，上挡头8通过螺纹与上外套4固定连接，这样连接在解封销钉14剪断时，通过洗井活塞15相顶平衡活塞13，平衡活塞13又通过螺纹与内中心管3相连接，使得该平衡式逐级解封可洗井封隔器成为一体，下挡头9通过释放销钉20与下外管5相连接，通过释放销钉20控制释放压力6MPa，保证封隔器不会中途释放，下挡头9上部壁上有径向通孔，释放后该孔与外中心管6上对应的通孔对上，形成洗井通道。释放活塞10为管状，其上端外有阶台，下端内有阶台，释放活塞10置于内中心管3与下外管5之间腔内下端，并且在与内中心管3及下外管5接触面间设置有密封圈，释放活塞10下端阶台对应的内中心管3壁上有进液孔12。上述的卡簧11为管状，其外有卡牙，卡簧11置于下挡头9与释放活塞10阶台之间。

解封机构由平衡活塞13组成；

平衡活塞13为管状，平衡活塞13置于上外套4与内中心管3之间上端，平衡活塞13通过螺纹与内中心管3外固定连接，平衡活塞13通过解封销钉14与上外套4内固定连接，这种结构在解封销钉14剪断后，内中心管3通过平衡活塞13及洗井活塞15座在上挡头8上，而上挡头8通过螺纹连接在上外套4上，上外套4又通过螺纹连接在上接头1，因而使得平衡活塞13与内中心管3还能成为一体，保证该封隔器的完整性，同时实现逐级解封的目的。平衡活塞13与内中心管3及上外套4接触面间设置有密封圈。

洗井机构由洗井活塞15及密封材料16组成；

洗井活塞15为管状，其内有环形阶台，洗井活塞15置于上外套4与内中心管3内下端，洗井活塞15下端与上挡头8相接触，洗井活塞15凹槽内置有与外中心管6相密封的密封材料16，密封材料16为硫化橡胶，密封材料16通过钢丝骨架17固定在凹槽内，先在凹槽内轴向穿金属钢丝骨架17，然后硫化橡胶，硫化橡胶后洗井活塞15为一个整体结构，通过钢丝骨架17增强了硫化橡胶牢固性和强度，因而加强密封性能，平衡活塞13与洗井活塞15间的内中心管3壁上有过液孔18，对应洗井活塞15下端上外套4壁上至少有数个进液割缝19，进液割缝19能够有效防止赃物沉积，防止洗井活塞15被刺损和不归位导致封隔器不密封的问题，保证了封隔器的密封性能，洗井活塞15与内中心管3及上外套4接触面间设置有密封圈，密封圈是起加强密封效果作用的。

实际使用时，在座封时，油管正打压5MPa初始释放，释放活塞10推动下挡头9上行压缩封隔器胶筒7，达到15MPa释放完成，同时卡簧11锁定在下外管5上；同时，由于该封隔器底部由下接头2形成的向下的活塞力122KN通过内中心管3、平衡活塞13作用在解封销钉14上，此时平衡活塞13会产生61.2KN的平衡力，加上解封销钉14的70KN的抗拉能力，抵消了活塞力122KN，保证该封隔器释放时不被解封。在解封时，上提管柱解封，最上一级该封隔器的上提力通过上接头1和上外套4作用在解封销钉14上，如果解封销钉14以下管柱重量加上胶筒7与套管壁的摩擦力不超过解封销钉14的70KN的抗拉能力，管柱会在作业机允许的300KN载荷下被起出，大致上提力200KN左右，如果解封销钉14以下管柱重量加上胶筒7与套管壁的摩擦力超过解封销钉14的70KN的抗拉能力，解封销钉14被拉断，上接头1、上外套4、上挡头8与内中心管3脱开，最上一级胶筒7的限位被解除，最上一级封隔器解封；依次类推，第二级、第三级---，最后管柱在大致上提力200KN左右确保起出。如果反复活动管柱，将所有封隔器解封，管柱上提力等于悬重，因而实现了逐级解封的目的。洗井时，油管内泄掉注水压力，在套管往井内加压注水洗井，洗井水推动洗井活塞15上行，解除洗井活塞15与外中心管6的密封，洗井水由进液割缝19进入内中心管3与外中心管6间的通道，由于下挡头9上部壁上径向通孔释放后该孔与外中心管6上的孔对上，形成洗井通道直至下级封隔器，洗井水再由外中心管6下端的通孔和下挡头9上的通孔进入油套环腔，最后由底部单流阀、油管中心通道返回地面。

该平衡式逐级解封可洗井封隔器主要特征点：一是上接头1采用滑动连接方式与内中心管3连接，平衡活塞13采用螺纹与内中心管3外固定连接方式，平衡活塞13采用解封销钉14与上外套4内固定连接的结构，从而实现了逐级解封的目的，解决了因洗井封隔器上、下接头连成一体，数个封隔器解封时动作得同时进行，导致上提管柱负荷大，造成现有管柱整体解封困难及易造成卡井事故的问题。二是在上端的胶筒7上肩头胶体内有编织物21，下端的胶筒7下肩头胶体内有编织物21的方式，从而增强上下胶筒7上下肩头的强度，因而延长胶筒7的使用寿命，解决胶筒7在井下长期工作，而且长期单独方向受力，造成胶筒7失效的问题，达到了延长胶筒7使用寿命的目的。三是密封材料采用钢丝骨架17固定在凹槽内，通过钢丝骨架17增强了硫化橡胶牢固性和强度，因而加强密封性能。四是洗井进液孔改为进液割缝19结构，从而有效防止赃物沉积，使得洗井活塞15顺利归位，保证了该封隔器的密封性能，解决洗井活塞15在井下洗井工作时，需要带压过孔或带压进入密封工作面，这样就容易刺损洗井活塞15的问题，达到了安全可靠运行的目的。综上所述，该平衡式逐级解封可洗井封隔器具有每级封隔器直接单独承受解封拉力逐级解封的特点，结构简单，确保管柱在大致上提力200KN左右起出。胶筒7内硫化纺织物21肩部保护胶筒7的工艺方法和洗井活塞15结构在凹槽内穿金属钢丝骨架17、然后硫化橡胶、洗井进液通道采用割缝工艺，完善了封隔器胶筒的性能。所以说该平衡式逐级解封可洗井封隔器具有逐级解封、胶筒及洗井活塞寿命长及安全可靠的特点。

Claims (1)

1.一种平衡式逐级解封可洗井封隔器，包括上下接头(1，2)、内中心管(3)、上外套(4)、下外管(5)、胶筒(7)、上下挡头(8，9)、释放活塞(10)、卡簧(11)、平衡活塞(13)、洗井活塞(15)及密封材料(16)，其特征在于：上接头(1)、上挡头(8)通过螺纹与上外套(4)固定连接，上接头(1)与内中心管(3)上端外滑动连接；内中心管(3)的下端外通过螺纹固定连接下接头(2)，外中心管(6)通过螺纹固定连接在内中心管(3)上，下外管(5)通过螺纹固定连接在下接头(2)外，下挡头(9)通过释放销钉(20)与下外管(5)相连接，卡簧(11)置于下挡头(9)与释放活塞(10)阶台之间，卡簧(11)外有卡牙，平衡活塞(13)置于上外套(4)与内中心管(3)之间上端，平衡活塞(13)通过螺纹与内中心管(3)外固定连接，平衡活塞(13)通过解封销钉(14)与上外套(4)内固定连接；上端的胶筒(7)上肩头胶体内有编织物(21)，下端的胶筒(7)下肩头胶体内有编织物(21)；洗井活塞(15)置于上外套(4)与内中心管(3)内下端，洗井活塞(15)凹槽内置有与外中心管(6)相密封的密封材料(16)，密封材料(16)通过钢丝骨架(17)固定在凹槽内，对应洗井活塞(15)下端上外套(4)壁上至少有3个进液割缝(19)。

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