CN102071900B - 自定压扩张式裸眼封隔器 - Google Patents

Abstract

自定压扩张式裸眼封隔器，应用于油田油气井压裂、酸化技术领域。上接头下端连接中心管；中心管的下端连接一个下接头，在中心管上套有密封机构；密封机构：上连接体和下连接体分别硫化在胶筒两端内壁上；坐封机构：上环形钩帽套在上接头的下端外壁上；上环形钩帽的下端连接液缸上端；在液缸与中心管之间的环形空间内有环形限位环和环形坐封活塞；液缸下端与上压帽，在液缸的下端有单流阀；解封机构：下压帽的下端内壁套在中心管上，下压帽下端螺纹连接下环形钩帽；下环形钩帽内壁套在中心管上，下环形钩帽与中心管通过解封销钉固定。效果是：能够满足裸眼油气井单层压裂、酸化分层改造要求。避免胶筒在裸眼无限制扩张，起到保护胶筒作用。

Description

自定压扩张式裸眼封隔器

技术领域

本发明涉及油田油气井压裂、酸化技术领域，特别涉及一种裸眼封隔专用工具，是一种自定压扩张式裸眼封隔器。采用油管下入井内，适用于152.4mm裸眼井的封隔器。

背景技术

在油气分层压裂中，封隔器是井下必不可少的专用工具之一，封隔器能否在裸眼油气井高压、高温下正常工作，是保证裸眼油气井压裂施工的关键。在使用过程中发现，对裸眼油气井进行分层压裂时，扩张式封隔器都不同程度存在如下问题：一是因油管压力波动引起坐封不可靠；二是因裸眼井眼不规则难以达到有效封隔的目的；三是因压裂施工时油管压力过高，封隔器胶筒扩张过量而遭破坏。

中国专利公开号：CN2651433Y，提供了“一种小直径扩张式注水套变井用封隔器”。上接头与中心管螺纹连接，连接套与上胶筒座螺纹连接，单向阀与该连接套螺纹连接，胶筒一端与上胶筒座螺纹连接，另一端与下胶筒座螺纹连接，座封活塞与溢缸套滑动连接，该溢缸套与下接头滑动连接，该下接头与中心管螺纹连接，解封销钉与溢缸套固定连接。采用纵向压缩和径向扩张两种方式同时扩张胶筒。原理和使用方法：下入井内预定工作深度后，由地面向油管内泵入清水，水由中心管进入单向阀内，再进入胶筒内，胶筒在液体压差作用下扩张，同时水由中心管下端进入液腔内，推动活塞头上行，活塞头通过解封销钉拉动锁套上行，至指定位置，这时胶筒在压差作用下，继续胀封。当地面停止注水时，油管内水压降下来，此时单向阀关闭。胶筒内水被封闭，完成座封。当工作结束、需用解封时，向上提管柱，剪断解封锁钉，胶筒内液体推动活塞头下移，越过下连接套后，胶筒内液体流回油管内，胶筒在压差作用下收缩，完成解封。由于没有膨胀限制结构，当中心管内液体不停进入，胶筒不停扩张膨胀，能把胶筒胀破，造成座封失败。尤其是在井眼直径不规范的裸眼井应用时，很容易发生胶筒胀破座封失败。

发明内容

本发明的目的是：提供一种自定压扩张式裸眼封隔器，用于裸眼井分层压裂井下封隔。利用单向阀，使胶筒内腔高压液体不会倒流，封隔器保持稳定密封状态；采用限位环封堵进液孔，使胶筒膨胀达到限定直径后，液体无法进入胶筒内腔，避免胶筒无限制扩张，起到保护胶筒的作用。

本发明采用的技术方案是：自定压扩张式裸眼封隔器，主要由上接头、坐封机构、密封机构、解封机构、中心管和下接头组成。其特征在于：在上接头的下端有内螺纹，上接头下端内螺纹连接一个中心管；中心管的下端螺纹连接一个下接头。在中心管上套有密封机构。

密封机构主要由上压帽、上连接体、胶筒、下压帽和下连接体组成。上连接体和下连接体分别硫化在胶筒两端内壁上；上压帽内螺纹与上连接体上端外螺纹相连，上压帽下端环形筒套在胶筒上端外壁上；下压帽内螺纹与下连接帽内螺纹连接，下压帽上端套在胶筒下端外壁上；上连接体、胶筒和下连接体套在中心管的外壁上，上连接体、胶筒和下连接体能在中心管上滑动，并且与中心管外壁保持一定间隙。

坐封机构主要由上环形钩帽、限位环、坐封剪钉、坐封活塞、液缸和单向阀组成。上环形钩帽套在上接头的下端外壁上，上接头外壁下端有径向向外凸起的环形台阶，上环形钩帽内壁上端有径向向内凸起的环形台阶，当上环形钩帽向下滑动，并且上环形钩帽端环形台阶接触到上接头下端环形台阶后，上环形钩帽不能继续滑动。上环形钩帽的下端内螺纹连接液缸上端；液缸内壁与中心管外壁之间形成环形空间；在液缸与中心管之间的环形空间内有环形限位环和环形坐封活塞；限位环上端通过螺纹与液缸固定在一起，限位环的下端通过坐封剪钉连接坐封活塞，坐封活塞与中心管之间有环形密封空间；在中心管上有进液孔，进液孔使环形密封空间与中心管联通，中心管内的液体能通过进液孔进入到环形密封空间内，推动座封活塞剪断坐封剪钉，并且座封活塞在液缸与中心管之间的环形空间内向下滑动。液缸下端有外螺纹，液缸通过外螺纹与上压帽上端环形筒连接，在液缸的下端有单流阀；当座封活塞向下滑动后，高压液体能通过单流阀进入胶筒与中心管之间的缝隙内，使胶筒膨胀座封。

单流阀是由钢球、弹簧和阀座组成，在液缸的下端有轴向孔，轴向孔上端通过小孔与液缸和中心管之间的环形空间联通，在轴向孔内有钢球和压缩弹簧，在轴向孔的端部螺纹固定有阀座，阀座压紧弹簧，阀座上有液体通过孔。

为了限位环与中心管之间的密封性，在限位环的内壁上有密封圈；为了提高限位环与液缸的密封性，在限位环的外壁上有密封圈；为了提高坐封活塞的密封性，在坐封活塞的内壁上和坐封活塞的外壁上分别有活塞密封圈。为了提高液缸与中心管之间的密封性，在液缸内壁上有密封圈；在液缸与上压帽之间有密封圈。

为了座封活塞向下滑动后，高压液体能到达座封活塞的下部，在座封活塞壁上有孔；并且座封活塞下部的液缸与中心管之间的环形空间的宽度大于座封活塞上部的环形空间宽度；在坐封活塞的下平面上有一个环形凸起。

解封机构主要由下压帽、解封销钉、下钩帽组成。下压帽的下端内壁套在中心管上，在下压帽的下端外壁有螺纹，下压帽下端螺纹连接下环形钩帽；下环形钩帽内壁套在中心管上，并且下环形钩帽与中心管之间通过解封销钉固定；下环形钩帽的下端面与下接头上端面之间有距离，解封销钉被剪断后，下环形钩帽能向下滑动；解封销钉下部的中心管外径小于解封销钉上部中心管的外径，当下环形钩帽和下压帽向下滑动时，液体能流出。

简述自定压扩张式裸眼封隔器的工作原理。参阅图1。该封隔器采用液压坐封和上提管柱解封工作方式。将该封隔器连接在油管上，下入裸眼井筒中，从井口投球，油管内液体压力升高。

首先，高压液体从进液孔21进入坐封活塞7与中心管3之间的环形空间，压力升高剪断坐封剪钉5，坐封活塞7向下滑动，高压液体进入到坐封活塞7下部，推开单向阀的钢球10，高压液体进入胶筒15内腔，胶筒15扩张至裸眼井内壁，实现环形空间的封隔。其次，当胶筒15扩张至一定尺寸时，带动液缸8、上环形钩帽2和限位环4下行，限位环4下行至中心管3上的进液孔21，并封堵进液孔21；中心管内高压液体再无法进入胶筒15内腔，起到保护胶筒15的作用。当中心管3内压力下降后，由于单向阀作用，胶筒15内腔高压液体不会流出，即使油管压力变动，封隔器还能保持密封状态。封隔器坐封完成后，能进行油井压裂施工作业。

参阅图2。压裂施工完成后，需要封隔器解封时，上提管柱带动中心管4向上运动；依靠胶筒15与井壁间的摩擦力，使中心管4与胶筒15有相对移动，解封销钉18被剪断，胶筒15内腔的高压液体从下环形钩帽19的下端流出，胶筒15外径收缩，胶筒15脱离井壁实现封隔器解封。

本发明的有益效果：本发明自定压扩张式裸眼封隔器，能实现环形空间的封隔，够满足裸眼油气井单层压裂、酸化分层改造的要求。

一、不仅能够满足裸眼油气井单层压裂、酸化分层改造的要求，而且也可满足不动管柱一次分层压裂多层施工要求，降低了多层段改造的成本。二、限位环使该封隔器具有自我保护胶筒防止膨胀过度的特点，当胶筒扩张至一定尺寸时，由于限位环封堵了进液孔，油管内高压液体再无法进入胶筒内腔，避免胶筒在裸眼无限制扩张，起到保护胶筒的作用。三、单向阀提高该封隔器的密封稳定性，不受油管压力波动影响的特点，与传统的扩张式封隔器相比，该封隔器坐封后，由于单向阀的作用，即使油管压力变动，胶筒内腔高压液体不会流出，封隔器还能保持稳定密封状态。

附图说明

图1是本发明自定压扩张式裸眼封隔器上半部分结构剖面示意图。

图2是本发明自定压扩张式裸眼封隔器下半部分结构剖面示意图。

图中，1.上接头，2.上环形钩帽，3.中心管，4.限位环，5.坐封剪钉，6.活塞密封圈，7.坐封活塞，8.液缸，9.密封圈，10.钢球，11.弹簧，12.阀座，13.上压帽，14.上连接体，15.胶筒，16.下压帽，17.下连接体，18.解封销钉，19.下环形钩帽，20.下接头，21.进液孔，22.环形凸起。

具体实施方式

实施例1：以一个应用于井径为152.4mm裸眼井的自定压扩张式裸眼封隔器为例，对本发明作进一步详细说明。

参阅图1。自定压扩张式裸眼封隔器，主要由上接头1、坐封机构、密封机构、解封机构、中心管3和下接头20组成。在上接头1的下端有内螺纹，上接头1下端内螺纹连接一个中心管3；中心管3的下端螺纹连接一个下接头20。在中心管3上套有密封机构。中心管3内径60mm。

密封机构主要由上压帽13、上连接体14、胶筒15、下压帽16和下连接体17组成。胶筒15外径146mm。上连接体14和下连接体17分别硫化在胶筒15两端内壁上；上压帽13中部的内螺纹与上连接体14上端外螺纹相连，上压帽13下端环形筒套在胶筒15上端外壁上；下压帽16内螺纹与下连接帽17中部的内螺纹连接，下压帽16上端套在胶筒15下端外壁上；上连接体14、胶筒15和下连接体17套在中心管3的外壁上。

坐封机构主要由上环形钩帽2、限位环4、坐封剪钉5、坐封活塞7、液缸8和单向阀组成。上环形钩帽2套在上接头1的下端外壁上，上接头1外壁下端有径向向外凸起的环形台阶，上环形钩帽2内壁上端有径向向内凸起的环形台阶。上环形钩帽2的下端内螺纹连接液缸8上端；液缸8内壁与中心管3外壁之间形成环形空间，液缸8的下端内壁套在中心管3上，在液缸8内壁上有两道密封圈9。在液缸8与中心管3之间的环形空间内有一个环形限位环4和一个环形坐封活塞7；在限位环4的内壁上有密封圈。在限位环4的外壁上有密封圈。在坐封活塞7的内壁上和坐封活塞7的外壁上分别有活塞密封圈6。限位环4上端通过螺纹与液缸8固定在一起，限位环4的下端通过坐封剪钉5连接坐封活塞7，坐封剪钉5有四个并均匀分布。坐封活塞7与中心管3之间有一个环形密封空间；在中心管3上对称分布有两个进液孔21，进液孔21使环形密封空间与中心管3联通。液缸8下端有外螺纹，液缸8通过外螺纹与上压帽13上端环形筒连接，在液缸8与上压帽13之间有密封圈9。在液缸8的下端对称分布有两个单流阀。

单流阀是由钢球10、弹簧11和阀座12组成，在液缸8的下端有轴向孔，轴向孔上端通过小孔与液缸8和中心管3之间的环形空间联通，在轴向孔内有钢球10和压缩弹簧11，在轴向孔的端部螺纹固定有阀座12，阀座12压紧弹簧11，阀座12上有液体通过孔。

在座封活塞7壁上有孔；并且座封活塞7下部的液缸8与中心管3之间的环形空间的宽度大于座封活塞7上部的环形空间宽度3毫米；在坐封活塞7的下平面上有一个高度为5mm的环形凸起22。环形凸起22不能堵塞单向阀的小孔。小孔直径5mm。

参阅图2。解封机构主要由下压帽16、解封销钉18、下钩帽19组成。下压帽16的下端内壁套在中心管3上，在下压帽16的下端外壁有螺纹，下压帽16下端螺纹连接下环形钩帽19；下环形钩帽19内壁套在中心管3上，并且下环形钩帽19与中心管3之间通过均匀分布的四个解封销钉18固定；下环形钩帽19的下端面与下接头20上端面之间有200mm的距离。这个距离应当使下环形钩帽19下滑到下接头20上端面后，胶筒15内的液体能从下压帽16与中心管外壁之间流出。

Claims (4)

1.一种自定压扩张式裸眼封隔器，主要由上接头(1)、坐封机构、密封机构、解封机构、中心管(3)和下接头(20)组成；其特征在于：在上接头(1)的下端有内螺纹，上接头(1)下端内螺纹连接一个中心管(3)；中心管(3)的下端螺纹连接一个下接头(20)，在中心管(3)上套有密封机构；

密封机构主要由上压帽(13)、上连接体(14)、胶筒(15)、下压帽(16)和下连接体(17)组成，上连接体(14)和下连接体(17)分别硫化在胶筒(15)两端内壁上；上压帽(13)内螺纹与上连接体(14)上端外螺纹相连，上压帽(13)下端环形筒套在胶筒(15)上端外壁上；下压帽(16)内螺纹与下连接体(17)内螺纹连接，下压帽(16)上端套在胶筒(15)下端外壁上；上连接体(14)、胶筒(15)和下连接体(17)套在中心管(3)的外壁上；

坐封机构主要由上环形钩帽(2)、环形限位环(4)、坐封剪钉(5)、环形坐封活塞(7)、液缸(8)和单向阀组成，上环形钩帽(2)套在上接头(1)的下端外壁上，上接头(1)外壁下端有径向向外凸起的环形台阶，上环形钩帽(2)内壁上端有径向向内凸起的环形台阶；上环形钩帽(2)的下端内螺纹连接液缸(8)上端；液缸(8)内壁与中心管(3)外壁之间形成环形空间；在液缸(8)与中心管(3)之间的环形空间内有环形限位环(4)和环形坐封活塞(7)；环形限位环(4)上端通过螺纹与液缸(8)固定在一起，环形限位环(4)的下端通过坐封剪钉(5)连接环形坐封活塞(7)，环形坐封活塞(7)与中心管(3)之间有环形密封空间；在中心管(3)上有进液孔(21)，进液孔(21)使环形密封空间与中心管(3)联通；液缸(8)下端有外螺纹，液缸(8)通过外螺纹与上压帽(13)上端环形筒连接，在液缸(8)的下端有单流阀；

解封机构主要由所述下压帽(16)、解封销钉(18)、下环形钩帽(19)组成，下压帽(16)的下端内壁套在中心管(3)上，在下压帽(16)的下端外壁有螺纹，下压帽(16)下端螺纹连接下环形钩帽(19)；下环形钩帽(19)内壁套在中心管(3)上，并且下环形钩帽(19)与中心管(3)之间通过解封销钉(18)固定；下环形钩帽(19)的下端面与下接头(20)上端面之间有距离。

2.根据权利要求1所述的自定压扩张式裸眼封隔器，其特征是：单流阀是由钢球(10)、压缩弹簧(11)和阀座(12)组成，在液缸(8)的下端有轴向孔，轴向孔上端通过小孔与液缸(8)和中心管(3)之间的环形空间联通，在轴向孔内有钢球(10)和压缩弹簧(11)，在轴向孔的端部螺纹固定有阀座(12)，阀座(12)压紧压缩弹簧(11)，阀座(12)上有液体通过孔。

3.根据权利要求1所述的自定压扩张式裸眼封隔器，其特征是：在环形限位环(4)的内壁上有密封圈；在环形限位环(4)的外壁上有密封圈；在环形坐封活塞(7)的内壁上和环形坐封活塞(7)的外壁上分别有活塞密封圈(6)；在液缸(8)内壁上有密封圈(9)；在液缸(8)与上压帽(13)之间有密封圈(9)。

4.根据权利要求1、2或3所述的自定压扩张式裸眼封隔器，其特征是：在环形坐封活塞(7)壁上有孔；并且环形坐封活塞(7)下部的液缸(8)与中心管(3)之间的环形空间的宽度大于环形坐封活塞(7)上部的环形空间宽度；在环形坐封活塞(7)的下平面上有一个环形凸起(22)。

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