CN102650202B - 扩张压缩式封隔器 - Google Patents

Abstract

本发明提供的扩张压缩式封隔器，包括套管，设置在该套管内的封隔器中心管、节流器和单流阀，该节流器设置在该封隔器中心管的顶端，该单流阀设置在该封隔器中心管的底端，节流器和单流阀之间的封隔器中心管外自上而下依次设置有扩张式胶筒、压缩式胶筒、可收缩托架和压缩式胶筒托架。省去了压缩式封隔器的压缩液缸，通过增加可回缩钢片托架，防止胶筒压缩变形后，进入环空，形成卡钻，提高了耐高温高压的安全性和可靠性，成本低，施工效率高。

Description

扩张压缩式封隔器

技术领域

本发明属于石油天然气开发领域的压裂施工作业工艺技术，具体涉及一种封隔器，尤其是扩张压缩式封隔器。

背景技术

水力压裂工艺技术是进行油气层改造增产的必要工艺技术，而水力扩张式或水力压缩式封隔器是进行压裂及分层压裂的关键技术。随着勘探与开发的不断深入，油气层的深度越来越深，封隔器承受的压差越来越大，承受的温度越来越高，对封隔器的技术性能和要求也越来越高；随之封隔器的设计和加工技术越来越复杂，使用成本也是原封隔器的几倍甚至是几十倍，使用性能也不能完全满足施工工艺的要求，探寻新的分层压裂分隔方式从没有停止过。

现用的封隔器均为压差式封隔器，按其坐封原理，有扩张式封隔器和液缸压缩式封隔器两种，按现场应用情况来看，扩张式胶筒易坐封，相对更容易解封，压缩式封隔器不易坐封，也更不容易解封，扩张式胶筒在现场的应用更优，但在3500米以下的深井中，扩张式胶筒因温度高，很容易压烂。压缩式封隔器相对好坐封但更不容易解封。

为了解决以上问题，这两种封隔器按照各自的工作原理，分别在提高封隔器耐温和耐压的基础上进行复杂的设计和试验，也取得了一定的效果，但推广应用成本特大，加大了施工的成本，降低了工作效益。

因此，须有一种新工作方式的封隔器来代替现有封隔器，以提高其耐温耐压的性能要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种扩张压缩式封隔器，提高现有封隔器耐温耐压的性能。

为达上述目的，本发明提供了扩张压缩式封隔器，包括套管，设置在该套管内的封隔器中心管、滑套节流器和单流阀，该滑套节流器设置在该封隔器中心管的顶端，该单流阀设置在该封隔器中心管的底端，其特征在于：所述滑套节流器和单流阀之间的封隔器中心管外自上而下依次设置有扩张式胶筒、压缩式胶筒、可收缩托架和压缩式胶筒托架。

所述扩张式胶筒通过扩张式胶筒接头与所述滑套节流器联接。

所述扩张式胶筒和所述压缩式胶筒之间设置有压环。

所述压缩式胶筒是多个，相邻压缩式胶筒之间设置有压环。

所述可收缩托架是可回缩式钢片托架。

本发明的优点是：省去了压缩式封隔器的压缩液缸，通过增加可回缩钢片托架，防止胶筒压缩变形后，进入环空，形成卡钻，提高了耐高温高压的安全性和可靠性，成本低，施工效率高。

附图说明

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明：

图1是本发明提供的扩张压缩式封隔器的为空井筒状态下的管柱结构图；

图2是本发明提供的扩张压缩式封隔器在井内工作状态下的密封原理图。

图中：1-套管；２-油管；３-油层；4-滑套节流器； 5-节流孔； 6-封隔器中心管； 7-扩张式胶筒接头 ；8-接头内密封圈 ；9-中心杆凸台； 10-扩张式胶筒；11-封隔器中心管孔眼；12-压环；13-压缩式胶筒；14-可收缩托架；15-压缩式胶筒托架；16-单流阀；17-钢球；18-液垫。

具体实施方式

扩张压缩式封隔器的工作原理是：

利用压裂施工时，液流在滑套节流器节流孔的作用下形成的压差，对封隔器进行坐封，其坐封后，对于封隔器，其承受的径向压差，最大为滑套节流器形成的压差，也就是2-5个MPa，其大小与滑套节流器节流孔5的直径和流量有关；而封隔器承受的上下压差，则是油层3之间的施工压力差，这个压差最大要达到70MPa，压差式封隔器也就是在这个压差下，在井内温度达到120℃的作用下，被压破裂的。

而压缩式封隔器是将胶筒压缩变形后，对套管进行密封并达到封隔作用，因此，其耐温和耐压均有很好的性能；其主要缺点就是不收缩，不收缩的主要原因是由于其压缩液缸上的密封圈，在高温下变形量大，不能在弹簧的作用下将其复位而造成；另一个主要原因为压缩式胶筒承压变形后，进入封隔器本体与套管形成的环空，当压力解除后，胶筒不易回缩，形成卡钻。

基于以上分析，本实施例利用扩张式胶筒易坐封及回收的优点，以及压缩封隔器承受高温高压的优点，将两个封隔器的工作原理结合在一个封隔器上，省去了压缩式封隔器的压缩液缸，增加了可回缩钢片托架，提高了耐高温高压的安全性和可靠性。

扩张压缩式封隔器的主要结构原理为：在一个中心管上安装两种密封胶筒，当向井内泵入液体时，施工管柱上的滑套节流器上节流孔使油管和套管之间形成节流压差，使扩张式胶筒在2-5MPa的压差下坐封，形成一个可以沿中心管下移的活塞；活塞的径向上只承受油管内外的节流压差，活塞的上下只承受的是油层间压差，当活塞上下有压差时，活塞下移压缩下面的压缩式胶筒变形，与套管壁面紧贴，形成可承高压密封，达到耐温耐压的密封效果。

1、扩张式胶筒和压缩式胶筒之间的液垫技术

利用扩张式胶筒和压缩胶筒之间存在的井内液体，自动形成液垫18见图2，再利用液体不可压缩的特性，防止扩张式胶筒过分变形，而使其破裂。

2、压缩式胶筒的可回缩钢片托架技术

压缩式胶筒的可收缩托架为可回缩式钢片托架，防止压缩式胶筒压缩变形后，进入环空，形成卡钻。

扩张式胶筒的最簿弱的两端不需用以前的设计方式,要求耐高温高压；只需按图1所示结构设计加工,只要求按常规的封隔器要求进行设计即可，承压达到2-5MPa。如，图１所示的扩张式胶筒的两头，在内径上设计有接头内密封圈８，以满足封隔器中心杆６与扩张式胶筒10之间的密封要求；中心杆凸台9是为了增大胶筒与两端部之间的连接强度，防止扩张式胶筒在承压后，胶筒与两部部之间胶开；这种结构进一步筒化了扩张式封隔器的设计方式；

钢球17是施工管柱结构上的单流阀，其作用是用于施工后对管柱进行反循环，冲出施工管柱内余砂，防止造成施工管柱卡钻。

由于封隔器接头设计筒化，其内径可以扩大，在保证封隔器中心管6强度（抗拉和耐压）的前提下，内径可以扩大到62mm；封隔器中心管孔眼11可采用割缝管替代。压缩式胶筒13采用常规压缩式封隔器的胶筒即可，其结构类似于轨道卡瓦的结构形式，严防压缩式胶筒13扩张变形后，胶皮进入环空，形成卡钻。

按图1所示的连接方式进行连接，即封隔器中心管6设置在套管1内、滑套节流器4设置在封隔器中心管6的上端、单流阀16设置在封隔器中心管6的下端、扩张式胶筒10、压缩式胶筒13、可收缩托架14和压缩式胶筒托架15自上而下依次设置在滑套节流器4和单流阀16之间的封隔器中心管6外，扩张式胶筒10通过扩张式胶筒接头7与滑套节流器4联接。扩张式胶筒10和压缩式胶筒13之间设置有压环12。当压缩式胶筒13是多个时，相邻压缩式胶筒13之间设置有压环12。

通过上述组件和连接方式，形成压裂施工管柱结构的下封隔器。

若将该封隔器用作上封隔器时，可将如图1所示的封隔器倒接即可；也就是扩张式封隔器在下，连接滑套节流器；压缩式封隔器在上，连接施工用的油管2。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.扩张压缩式封隔器，包括套管（1），设置在该套管内的封隔器中心管（6）、滑套节流器（4）和单流阀（16），该滑套节流器（4）设置在该封隔器中心管（6）的顶端，该单流阀(16)设置在该封隔器中心管（6）的底端，其特征在于：所述滑套节流器（4）和单流阀（16）之间的封隔器中心管（6）外自上而下依次设置有扩张式胶筒（10）、压缩式胶筒（13）、可收缩托架（14）和压缩式胶筒托架（15）；所述扩张式胶筒（10）通过扩张式胶筒接头与所述滑套节流器（4）联接；所述扩张式胶筒（10）和所述压缩式胶筒（13）之间设置有压环（12）；所述可收缩托架（14）是可回缩式钢片托架；所述压缩式胶筒（13）是多个，相邻压缩式胶筒（13）之间设置有压环（12）；

结构原理是：在一个中心管上安装两种密封胶筒，当向井内泵入液体时，施工管柱上的滑套节流器上节流孔使油管和套管之间形成节流压差，使扩张式胶筒在2-5MPa的压差下坐封，形成一个能沿中心管下移的活塞；活塞的径向上只承受油管内外的节流压差，活塞的上下只承受的是油层间压差，当活塞上下有压差时，活塞下移压缩下面的压缩式胶筒变形，与套管壁面紧贴，形成可承高压密封，达到耐温耐压的密封效果。