CN102536157A - 一种用于智能完井的封隔器 - Google Patents

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张卫平
陈学虎
沈泽俊
徐元富
钱杰
桑春
郝忠献
陆丛明
周广荣
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Abstract

本发明公开了一种用于智能完井的封隔器,包括主管体,在主管体的外部套设有用于膨胀坐封的胶筒密封机构和用于锚定的卡瓦锚定机构,在主管体的内部具有轴向贯通的主通道和多个平行于的管缆旁通道。在胶筒内缸的下端连接有弹性解封爪,弹性解封爪套设于主管体外侧,且弹性解封爪能相对于主管体滑动,胶筒内缸、弹性解封爪和主管体构成内置止推结构,主管体与弹性解封爪的接触部分呈直径由上至下渐缩的锥状,当封隔器处于坐封状态时,弹性解封爪沿径向膨胀;当封隔器处于解封状态时,弹性解封爪沿径向收拢。本发明能够满足智能完井中多根管缆通过要求,密封效果好,坐封牢靠,解封顺利,且结构简单,使用方便,可重复使用。

Description

一种用于智能完井的封隔器
技术领域
本发明涉及石油工业中的油气井封隔器,尤其涉及一种适用于智能井系统的高压封隔器。
背景技术
目前,智能完井技术是集井下动态监测和生产优化自动控制为一体的世界最先进的完井技术,具有广泛的应用前景。智能完井技术是一种在多层段、多分支油井中从地面控制、分析及管理油井的完井系统,是提高油田采收率、降水增油以及油井智能监控的有效的、高端技术手段。
智能完井用封隔器是智能完井系统的核心部件和关键装备,但现有的智能完井用封隔器在结构和功能上存在有以下不足之处:
1、为了满足智能完井分层开采及混合开采的要求,需要向井下通入测量缆线(光缆和电缆)、液压控制管线、控制电缆等管缆,各种管缆必需通过封隔器才能通入井下,现有的封隔器或是管缆无法穿过,或是管缆穿过后密封性不佳,容易损坏管缆。
2、现有的封隔器在坐封时锚定不够完全,导致坐封不够牢固,影响封隔器的使用效果。
3、现有的封隔器在解封时需要较大的上提解封力,才能将封隔器解封,给解封的过程带来了一定的麻烦。
有鉴于上述现有技术存在的局限性,本设计人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识,并配合学理的运用,积极加以研究创新,以期创设一种能够满足多根管缆通过要求,密封效果好,坐封牢靠,解封顺利,且结构简单,使用方便,可重复使用的用于智能完井的封隔器。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够满足多根管缆通过要求,密封效果好,坐封牢靠,解封顺利,且结构简单,使用方便,可重复使用的用于智能完井的封隔器。
为达到上述目的,本发明提出一种用于智能完井的封隔器,包括主管体,在所述的主管体的外部套设有用于膨胀坐封的胶筒密封机构和用于锚定的卡瓦锚定机构,在所述主管体的内部具有轴向贯通的主通道和多个平行于所述主通道的管缆旁通道,在所述管缆旁通道上端设有内螺纹,在所述管缆旁通道的内螺纹的下方的管缆旁通道内开设有卡套承接部,所述卡套承接部呈由下至上逐渐扩大的锥面状,一锥形卡套与所述卡套承接部相配合,所述卡套具有轴向贯通腔,所述通孔、所述贯通腔与所述管缆旁通道依次连通。
如上所述的用于智能完井的封隔器,其中,在所述管缆旁通道的上端设有密封接头,所述密封接头包括一体成型的螺纹连杆和沿径向外凸的压帽,所述螺纹连杆的外螺纹与所述管缆旁通道上端设置的内螺纹相配合,所述螺纹连杆至少一部分伸入所述管缆旁通道内,在所述密封接头的内部设有轴向贯通的通孔,所述通孔与所述管缆旁通道相连通。
如上所述的用于智能完井的封隔器,其中,所述胶筒密封机构包括:胶筒内缸,所述胶筒内缸能滑动的套设在所述主管体的外侧;胶筒座,固设于所述胶筒内缸的外侧;至少两个胶筒,设在所述胶筒座上,所述胶筒座通过套装在所述胶筒内缸的外部且位于所述胶筒座下侧的液压驱动缸驱动所述胶筒压紧并径向膨胀。
如上所述的用于智能完井的封隔器,其中,所述卡瓦锚定机构设置在所述液压驱动缸的下侧,所述卡瓦锚定机构包括:工作筒,套设于所述主管体的外侧下部,所述工作筒由所述液压驱动缸的底端延伸至所述液压驱动缸内,并套设于所述主管体的外侧;坐封筒,套装在所述工作筒的外侧,并与所述工作筒滑动配合;卡瓦,设置在所述工作筒的外侧,在所述卡瓦的上下两侧分别设有卡瓦上支撑件和卡瓦下支撑件,所述卡瓦下支撑件通过剪切销钉与所述工作筒相连接,所述卡瓦上支撑件与所述坐封筒的底缘相顶抵。
如上所述的用于智能完井的封隔器,其中,在所述胶筒内缸的下端连接有弹性解封爪,所述弹性解封爪套设于所述主管体外侧,且所述弹性解封爪能相对于所述主管体滑动,所述胶筒内缸、所述弹性解封爪和所述主管体构成内置止推结构,所述主管体与所述弹性解封爪的接触部分呈直径由上至下渐缩的锥状,当封隔器处于坐封状态时,所述弹性解封爪与所述锥状接触部分的上部相接合,使得所述弹性解封爪沿径向膨胀;当封隔器处于解封状态时,所述弹性解封爪滑动至所述锥状接触部分的下部,所述弹性解封爪沿径向收拢。
如上所述的用于智能完井的封隔器,其中,在所述主管体的管壁上沿径向贯通的开设有用于泄压的平衡孔,当封隔器处于坐封状态时,所述平衡孔通过套设在所述主管体外侧的剪密接头与外界相封隔;当封隔器处于解封状态时,所述平衡孔通过套设在所述主管体外侧的外剪切筒与外界相连通。
如上所述的用于智能完井的封隔器,其中,所述外剪切筒与所述主管体通过剪切销钉相连接。
如上所述的用于智能完井的封隔器,其中,所述管缆旁通道的数量为5至7个。
与现有技术相比,本发明具有以下特点和优点:
1、本发明用于智能完井的封隔器由于设有多个管缆旁通道,在管缆旁通道中可分别穿越不同功能的测量、液控管线,从而满足对智能井与测井过程中对不同油层的封隔、监测、测试、控制的需求。
2、由于本发明在管缆旁通道的上端设置密封接头,密封接头的螺纹连杆与管缆旁通道的上端内壁采用螺纹配合,与现有技术中采用卡套啮合的方式相比,本发明减少了泄漏点、增强了管缆旁通道的密封性,从而保证各管缆乃至整个井口能安全有效的运行。
3、本发明具有液压坐封、上提解封的功能,且经解封后可重复使用。
4、本发明的胶筒内缸、弹性解封爪和主管体构成内置止推结构,当封隔器处于坐封状态时,弹性解封爪沿径向膨胀;当封隔器处于解封状态时,弹性解封爪沿径向收拢。弹性解封爪在无外力作用下收拢,能释放胶筒密封机构与卡瓦锚定机构间的间隙,达到封隔器无需较大的上提解封力便可顺利解封的效果。
5、本发明在主管体的管壁上沿径向贯通的开设有用于泄压的平衡孔,在解封时主管体上提后平衡孔打开,进一步完成泄压,从而有效减少卡瓦锚定机构和胶筒密封机构的阻力,减小上提力,便于解封。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释,并不限定本发明的范围。其中,
图1为本发明用于智能完井的封隔器在入井前的结构示意图;
图2为本发明用于智能完井的封隔器处于坐封状态的结构示意图;
图3为本发明用于智能完井的封隔器处于解封状态的结构示意图;
图4为本发明用于智能完井的封隔器的俯视结构示意图;
图5为本发明的密封接头与管缆旁通道相结合的结构示意图;
图6为本发明的内置止推结构处于坐封状态的结构示意图;
图7为本发明的内置止推结构处于解封状态的结构示意图。
附图标记说明:
1-密封接头;101-螺纹连杆;102-压帽;103-通孔;2-主管体;201-主通道;202-管缆旁通道;203-卡套承接部;204-卡套;205-贯通腔;3-内剪切筒;4-剪切销钉;5-外剪切筒;6-剪密接头;7-胶筒内缸;8-胶筒座;9-胶筒;10-剪切销钉;11-弹性解封爪;12-解封外缸;13-活塞;14-工作筒;15-液压驱动缸;16-坐封筒;17-坐封环;18-锁定件;19-剪切销钉;20-卡瓦上支撑;21-卡瓦;22-护卡;23-剪切销钉;24-卡瓦下支撑;25-平衡孔。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图说明本发明的具体实施方式。
请参考图1、图4,分别为本发明用于智能完井的封隔器在入井前的结构示意图和俯视结构示意图。如图所示,本发明提出的用于智能完井的封隔器,包括主管体2,在所述的主管体2的外部套设有用于膨胀坐封的胶筒密封机构和用于锚定的卡瓦锚定机构,从而起到坐封的作用。在本发明中,在所述主管体2的内部具有轴向贯通的主通道201和多个平行于所述主通道201的管缆旁通道202。主通道201用于与抽油管路相连接,多个管缆旁通道202中分别穿越不同功能的测量、液控管线,从而满足智能完井通过管缆传输数据的需要。在本实施例中,管缆旁通道202沿周向分布,以保证在主管体2上开设有足够数量的管缆旁通道202。如图4所示,在本实施例中,在主管体2上开设有5至7条相平行的管缆旁通道202,但本发明对管缆旁通道202的数量不作限制,只要能够满足智能完井对管缆的设置数量要求即可。在所述管缆旁通道202上端设有内螺纹,在所述管缆旁通道202的内螺纹的下方的管缆旁通道内开设有卡套承接部203,所述卡套承接部203呈由下至上逐渐扩大的锥面状,一锥形卡套204与所述卡套承接部203相配合,使得卡套204卡装于卡套承接部203上,所述卡套204具有轴向贯通腔205,通孔103、贯通腔205与管缆旁通道202依次连通,使得管缆能够穿越通孔103、贯通腔205与管缆旁通道202。本发明采用的锥形卡套与呈锥面状的卡套承接部相配合的结构,进一步提高管缆旁通道的密封性,同时提高了卡套的承压能力。
进一步的,请参考图5,为本发明的密封接头与管缆旁通道相结合的结构示意图。如图5所示,为了保证管缆旁通道的密封性,在所述管缆旁通道201的上端设有密封接头1,所述密封接头1包括一体成型的螺纹连杆101和沿径向外凸的压帽102,所述螺纹连杆101的外螺纹与所述管缆旁通道202上端设置的内螺纹相配合,使得螺纹连杆101至少一部分伸入所述管缆旁通道202内,使得螺纹连杆101将管缆旁通道202的上端口密封,在所述密封接头1的内部设有轴向贯通的通孔103,所述通孔103与所述管缆旁通道202相连通,这样管缆通过通孔103伸入至管缆旁通道202内,以便传输井下检测数据及井上控制信号,从而实现智能完井功能。由于本发明螺纹连杆101与管缆旁通道201的上端内壁采用螺纹配合,与现有技术中采用卡套啮合的方式相比,本发明减少了泄漏点、增强了管缆旁通道的密封性,从而保证各管缆乃至整个井口能安全有效的运行。
进一步的,如图1至图3所示,所述胶筒密封机构包括胶筒内缸7、胶筒座8、两个胶筒9和液压驱动缸15,其中,所述胶筒内缸7能滑动的套设在所述主管体2的外侧,使得主管体2上提时,胶筒内缸7与主管体2产生相对滑动,以便进行解封。胶筒座8固设于所述胶筒内缸7的外侧;在所述胶筒座8上沿轴向间隔地设有两个胶筒9,在胶筒座8的下端顶抵有解封外缸12,在解封外缸12的底端与液压驱动缸15的上端相顶抵,在坐封时,在高压液体进入主管体中,高压液体推动液压驱动缸15内的活塞13上移,活塞13顶抵于解封外缸12的底端,使得解封外缸12上移,由于胶筒座8的上端通过外剪切筒5和剪密接头6保持固定,因此在解封外缸12上移压力的作用下,使得两胶筒9沿轴向压缩并沿径向膨胀,这样所述胶筒座8通过套装在所述胶筒内缸7的外部且位于所述胶筒座8下侧的液压驱动缸驱动所述胶筒压紧并径向膨胀,从而实现密封油套环空的功能。
并且,在本发明中,所述卡瓦锚定机构设置在所述液压驱动缸15的下侧,所述卡瓦锚定机构包括工作筒14、坐封筒16和卡瓦21,其中,工作筒14套设于所述主管体2的外侧下部,所述工作筒14由所述液压驱动缸15的底端延伸至所述液压驱动缸15内,并套设于所述主管体2的外侧;坐封筒16套装在所述工作筒14的外侧,并与所述工作筒14滑动配合,使得坐封筒16能够相对于工作筒14上下滑动;卡瓦21设置在所述工作筒14的外侧,在所述卡瓦21的上下两侧分别设有卡瓦上支撑件20和卡瓦下支撑件24,所述卡瓦下支撑件24通过剪切销钉23与所述工作筒14相连接,所述卡瓦上支撑件20与所述坐封筒16的底缘相顶抵。这样,当坐封时,进入液压驱动缸15内的高压液体,在推动活塞13上移的同时,向下推动坐封筒16的上端,使得坐封筒16相对于工作筒14下移,进而工作筒14的底缘推动卡瓦上支撑件20下行,从而使得卡瓦21被撑起,卡瓦21沿径向展开实现锚定,卡瓦21锚定,高压液体反向推动活塞13上移,从而促进胶筒密封,以完成密封和锚定的整个坐封过程。
进一步的,请参考图6、图7,分别为本发明的内置止推结构处于坐封状态的结构示意图和内置止推结构处于解封状态的结构示意图。如图6、图7所示,在所述胶筒内缸7的下端连接有弹性解封爪11,所述弹性解封爪11位于所述主管体2外侧,且所述弹性解封爪11能相对于所述主管体2滑动,使得主管体2上提时,弹性解封爪11的内壁与主管体2外壁之间滑动接触。所述胶筒内缸7、所述弹性解封爪11和所述主管体2构成内置止推结构,所述主管体2与所述弹性解封爪11的接触部分呈直径由上至下渐缩的锥状,当封隔器处于坐封状态时,所述弹性解封爪11与锥状接触部分的上部相接合,即弹性解封爪11处于主管体2外径较大处,使得所述弹性解封爪11径向膨胀,卡紧胶筒密封机构与卡瓦锚定机构间的间隙,保证封隔器在坐封状态时锚定完全且无法解封;当封隔器处于解封状态时,由于主管体2上提,使得弹性解封爪11相对于主管体2下移,所述弹性解封爪11滑动至锥状接触部分的下部,即弹性解封爪11处于主管体2外径较小处,弹性解封爪11随主管体2的外径减小而收拢,弹性解封爪11在无外力作用下收拢,能释放胶筒密封机构与卡瓦锚定机构间的间隙,达到封隔器无需较大的上提解封力便可顺利解封的效果。
进一步的,如图1至图3所示,在所述主管体2的管壁上沿径向贯通的开设有用于泄压的平衡孔25,当封隔器处于坐封状态时,所述平衡孔25通过套设在所述主管体2外侧的剪密接头6与外界相封隔,从而保持管柱内的压力;当封隔器处于解封状态时,所述平衡孔通过套设在所述主管体2外侧的外剪切筒5与外界相连通,由于主管体2上设计有平衡孔25,在解封时主管体2上提后平衡孔25打开,进一步完成泄压,从而有效减少卡瓦锚定机构和胶筒密封机构的阻力,减小上提力,便于解封。
进一步的,如图1至图3所示,所述外剪切筒5与所述主管体2通过剪切销钉4相连接。当主管体2上提时,剪切销钉4被轴向剪切力剪断,使得主管体2与外剪切筒5相分离,以便主管体2上提。
另外,如图1至图3所示,在外剪切筒5与主管体2之间设有内剪切筒3,该内剪切筒3固设于主管体2的外侧,剪切销钉4沿径向贯穿外剪切筒5和内剪切筒3设置,使得外剪切筒5通过剪切销钉4和内剪切筒3与主管体2相连接。在胶筒内缸7与解封外缸12的连接处沿径向贯穿设有剪切销钉10,从而在坐封前使得胶筒内缸7与解封外缸12相连接。在液压驱动缸15的底端设有坐封环17和锁定件18,在锁定件18上沿径向贯穿设有剪切销钉19,坐封环17和锁定件18起到防止坐封筒16和工作筒14从液压驱动缸15内脱出的作用。
本发明在使用过程中分别处于:入井前状态、坐封状态和解封状态。具体为,
如图1所示,为本发明处于入井前状态,本发明的封隔器采用整体式组装结构,胶筒密封机构和卡瓦锚定机构组装在主管体2的外部,主管体2内部设有主通道201和管缆旁通道202,利用管缆旁通道202可同时穿越多根不同功能的测量、液控管线。本发明通过密封接头1与管缆旁通道202的上端口螺纹配合,以及管缆旁通道202内设置锥面状卡套承接部等结构减少了泄漏点,增加了其强度和密封性能。
如图2所示,为本发明处于坐封状态,将主管体2与上下油管相连接后,下入井内至坐封位置,封隔器下端有单流阀或堵塞装置,通过主通道的高压液体使得剪切销钉19剪断,卡瓦锚定机构驱动卡瓦位移,实现卡瓦锚定;继续增加压力,由于内置止推装置中弹性解封爪11在坐封状态时,弹性解封爪11的内径处于主管体2较大外径处(如图6所示),从而保证封隔器在坐封状态时锚定完全且无法解封,进一步保证卡瓦锚定。并且,在卡瓦锚定的同时,迫使解封外缸12产生位移,推动胶筒9,使胶筒9膨胀密封,从而完成坐封和锚定的整个过程。由于采用内置止推装置,泄压后亦能承受较高的上、下压差。即弹性解封爪11处于主管体2外径较大处,封隔器在坐封状态时锚定完全且无法解封。并且,坐封环17的结构为棘齿结构,只能单向移动,达到一定的坐封力时坐封环17径向移动,泄压后坐封环17无法反向移动,亦能承受较高的上、下压差。
如图3所示,为本发明处于解封状态,当需要修井或更换井内相关装置及工具时,则需上提主管体2进行解封,其工作原理为:由于主管体2上设有平衡孔25,在解封时主管体2上提后平衡孔25打开,能有效减少卡瓦锚定机构和胶筒密封机构的阻力,并且在主管体2上提后,内置止推装置的弹性解封爪11的内径处于主管体2较小外径处(如图7所示),弹性解封爪在无外力作用下收缩,能释放胶筒密封机构与卡瓦锚定机构间的间隙,使得本发明封隔器无需较大的上提解封力便可顺利解封,继续上提管柱,则封隔器完全解封。本发明封隔器取出后经过检修后可再次使用。
本发明的智能完井用封隔器,结构简单实用,可穿越多根不同功能的测量管缆、控制管缆,具有液压坐封、上提解封的功能,且经解封后可重复使用。本发明满足对智能井与测井过程中对不同油层的封隔、监测、测试、控制的需求。本发明适用于偏远地区、作业费用高昂的海上油田或沙漠油田以及成熟油田开发。
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。

Claims (8)

1.一种用于智能完井的封隔器,包括主管体,在所述的主管体的外部套设有用于膨胀坐封的胶筒密封机构和用于锚定的卡瓦锚定机构,其特征在于,在所述主管体的内部具有轴向贯通的主通道和多个平行于所述主通道的管缆旁通道,在所述管缆旁通道上端设有内螺纹,在所述管缆旁通道的内螺纹的下方的管缆旁通道内开设有卡套承接部,所述卡套承接部呈由下至上逐渐扩大的锥面状,一锥形卡套与所述卡套承接部相配合,所述卡套具有轴向贯通腔,所述通孔、所述贯通腔与所述管缆旁通道依次连通。
2.如权利要求1所述的用于智能完井的封隔器,其特征在于,在所述管缆旁通道的上端设有密封接头,所述密封接头包括一体成型的螺纹连杆和沿径向外凸的压帽,所述螺纹连杆的外螺纹与所述管缆旁通道上端设置的内螺纹相配合,所述螺纹连杆至少一部分伸入所述管缆旁通道内,在所述密封接头的内部设有轴向贯通的通孔,所述通孔与所述管缆旁通道相连通。
3.如权利要求1所述的用于智能完井的封隔器,其特征在于,所述胶筒密封机构包括:
胶筒内缸,所述胶筒内缸能滑动的套设在所述主管体的外侧;
胶筒座,固设于所述胶筒内缸的外侧;
至少两个胶筒,设在所述胶筒座上,所述胶筒座通过套装在所述胶筒内缸的外部且位于所述胶筒座下侧的液压驱动缸驱动所述胶筒压紧并径向膨胀。
4.如权利要求3所述的用于智能完井的封隔器,其特征在于,所述卡瓦锚定机构设置在所述液压驱动缸的下侧,所述卡瓦锚定机构包括:
工作筒,套设于所述主管体的外侧下部,所述工作筒由所述液压驱动缸的底端延伸至所述液压驱动缸内,并套设于所述主管体的外侧;
坐封筒,套装在所述工作筒的外侧,并与所述工作筒滑动配合;
卡瓦,设置在所述工作筒的外侧,在所述卡瓦的上下两侧分别设有卡瓦上支撑件和卡瓦下支撑件,所述卡瓦下支撑件通过剪切销钉与所述工作筒相连接,所述卡瓦上支撑件与所述坐封筒的底缘相顶抵。
5.如权利要求4所述的用于智能完井的封隔器,其特征在于,在所述胶筒内缸的下端连接有弹性解封爪,所述弹性解封爪套设于所述主管体外侧,且所述弹性解封爪能相对于所述主管体滑动,所述胶筒内缸、所述弹性解封爪和所述主管体构成内置止推结构,所述主管体与所述弹性解封爪的接触部分呈直径由上至下渐缩的锥状,当封隔器处于坐封状态时,所述弹性解封爪与所述锥状接触部分的上部相接合,使得所述弹性解封爪沿径向膨胀;当封隔器处于解封状态时,所述弹性解封爪滑动至所述锥状接触部分的下部,所述弹性解封爪沿径向收拢。
6.如权利要求1至5中任一项所述的用于智能完井的封隔器,其特征在于,在所述主管体的管壁上沿径向贯通的开设有用于泄压的平衡孔,当封隔器处于坐封状态时,所述平衡孔通过套设在所述主管体外侧的剪密接头与外界相封隔;当封隔器处于解封状态时,所述平衡孔通过套设在所述主管体外侧的外剪切筒与外界相连通。
7.如权利要求6所述的用于智能完井的封隔器,其特征在于,所述外剪切筒与所述主管体通过剪切销钉相连接。
8.如权利要求1所述的用于智能完井的封隔器,其特征在于,所述管缆旁通道的数量为5至7个。
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