CN103397863A - 双作用压缩式封隔器及其使用方法 - Google Patents

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田启忠
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王卫明
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中国石油化工股份有限公司
中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司采油工艺研究院
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本发明涉及的是具有双压缩作用的井下封隔器及其使用方法。封隔器中心管外套有外管,中心管上端的外台阶与外管上端的内台阶相对应,胶筒密封机构套在外管上端,锚定机构套在外管中部且位于胶筒密封机构以下,液压机构套在外管下端且与锚定机构相连;外管下部周向布设方孔,方孔内装有锁块,锁块径向突出嵌入液压机构的内凹槽里;在锁块的下方且在中心管的外周开设周向凹槽,在周向凹槽以下用剪钉把中心管与外管轴向上连在一起。在液压机构坐封动作完成后,可以利用送入管柱下压的机械力来压缩胶筒,并通过锁环来把管柱对胶筒的压缩变形锁紧,这样就能更好地提高封隔器胶筒与套管间的接触应力,从而提高封隔器的密封能力。

Description

双作用压缩式封隔器及其使用方法
技术领域
[0001] 本发明涉及石油开采中使用的井下封隔器技术领域,特别是涉及一种具有液压、机械双压缩作用的井下封隔器。
背景技术
[0002] 在石油开采领域的完井、采油等作业中,经常使用井下封隔器来分隔油层、密封油套环空、悬挂井下管柱等。按照封隔器的分类,有一种是压缩式的,如Y441、Y445、Y341等,其中的“Y”即是指封隔器上所使用的密封胶筒是压缩式胶筒;其中的第二位数字“4”是指封隔器胶筒的压缩方式是采用液压坐封封隔器,这是一种常用的封隔器的坐封方式。
[0003] 室内研究与实验表明,压缩式封隔器的胶筒在封隔器坐封后,胶筒的径向与所密封套管的接触应力在轴向上是不均匀的,在靠近坐封液缸的一端接触应力较大,在远离坐封液缸的一端接触应力较小,这方面的研究可参考:刘天良,施纪泽.封隔器胶筒对套管接触应力模拟试验研究.石油机械,2001,29 (2):10〜11。
[0004] 常规设计的液压式封隔器,如Υ441型,参考谷开昭,张富仁,古光明等,Υ441Β型双向锚定封隔器结构分析.石油机械,1997,25 (6):1〜3,一方面封隔器只能靠液压力坐封,坐封力受到限制,不能大幅度提高坐封力,另一方面,封隔器坐封后,随着时间的推移和受密封压力的影响,胶筒与套管间的接触应力会逐渐在轴向上变得均匀起来,接触应力也会变小,封隔器的密封能力也随着显著降低。
[0005]
发明内容
[0006] 为提高液压坐封的压缩式封隔器的密封能力,发明了液压坐封加送入管柱加压坐封双作用压缩式封隔器。
[0007] 本发明采用了如下的技术方案:双作用压缩式封隔器,包括中心管、外管、胶筒密封机构、锚定机构、液压机构。中心管外套有外管,中心管上端的外台阶与外管上端的内台阶相对应,胶筒密封机构套在外管上端,锚定机构套在外管中部且位于胶筒密封机构以下,液压机构套在外管下端且与锚定机构相连;外管下部周向布设方孔,方孔内装有锁块,锁块径向突出嵌入液压机构的内凹槽里;在锁块的下方且在中心管的外周开设周向凹槽,在周向凹槽以下用剪钉把中心管与外管轴向上连在一起。
[0008] 双作用压缩式封隔器的使用步骤是:
a、用油管或钻杆把双作用压缩式封隔器送入井下设计位置,其必须的管柱组合是:油管或钻杆+双作用压缩式封隔器+压力控制器;
b、提高管柱内液压力达到双作用压缩式封隔器坐封力的设计值;
C、保持或降低管柱内的液压力,但应保证管柱内的液压力大于油套环空内的液压力;
d、从井口下放送入管柱给双作用压缩式封隔器加载机械力;
e、卸去管柱内的液压力 双作用压缩式封隔器也可以这样安装:
a、用油管或钻杆把双作用压缩式封隔器送入井下设计位置,其必须的管柱组合是:油管或钻杆+双作用压缩式封隔器+压力控制器;
b、提高管柱内液压力达到双作用压缩式封隔器坐封力的设计值;
C、卸去管柱内的液压力;
d、从井口下放送入管柱给双作用压缩式封隔器加载机械力并安装井口 ;
e、再次提高管柱内的液压力,然后卸去管柱内的液压力。
[0009] 与现有技术相比,本发明的有益效果是,外管外从上至下依次安装了胶筒密封机构、锚定机构和液压机构,在液压机构坐封动作完成后,可以利用送入管柱下压的机械力来压缩胶筒,并通过锁环来把管柱对胶筒的压缩变形锁紧,这样就能更好地提高封隔器胶筒与套管间的接触应力,从而提高封隔器的密封能力。
附图说明
[0010] 图1是双作用压缩式封隔器的半剖结构示意图。
[0011] 图2是双作用压缩式封隔器的安装管柱结构示意图。
具体实施方式
[0012] 为方便叙述,双作用压缩式封隔器在以下部分称为封隔器。
[0013] 见图1所示:
上接头I上端有螺纹用于连接其它工具或管柱,下端与中心管2相连。
[0014] 中心管2上端于上接头I以下设有外台阶32。外管3套在中心管2的外面。外管3上端有内台阶31,内台阶31与外台阶32相对应,解封封隔器时中心管2上提,外台阶32挂住内台阶31。
[0015] 胶筒4和挡环5共同构成了胶筒密封机构。胶筒密封机构有多种结构形式,常见的有一个胶筒、二个胶筒组合、三个胶筒组合。单胶筒或多胶筒组合的两端有挡环,一般挡环可能会与封隔器的相邻钢体部件融合在一起,就如同图1中胶筒4的上端,外管3与胶筒4相邻的大头直径与挡环5相同,起到了挡环5的作用。多胶筒组合的,每个胶筒之间可以有或没有挡环。挡环的结构其半剖断面不局限于方形。胶筒密封机构套在外管3的上端的大头以下位置。
[0016] 锚定机构套在外管3中部且位于胶筒密封机构以下。锚定机构包括上锥体6、下锥体10、卡瓦8、弹簧9和卡瓦笼。卡瓦套7下端与锥体压帽11相连构成卡瓦笼。上锥体6和下锥体10安装在卡瓦笼内的上下两端,卡瓦笼的内台阶卡住上锥体6与下锥体10的外台阶,卡瓦8位于上锥体6与下锥体10之间。多个卡瓦8沿外管3周向分布。卡瓦8的径向外表面设有卡瓦牙33,卡瓦牙33从卡瓦笼的开孔处由内向外伸出,弹簧9在径向上位于卡瓦8与卡瓦笼之间。
[0017] 液缸环12与液缸套13构成液缸。液压机构包括液缸、活塞16、锁环18和锁环压帽19 ;活塞16安装在液缸内,液缸与活塞16与外管3共同形成液压腔34 ;与液压腔34相对的位置于外管3上设外管孔36,于中心管2上设中心管孔35与液压腔34相通;活塞16外周于密封填料槽以下设有锁紧螺纹38,锁环18安装于锁紧螺纹38外周并且位于锁环压帽19的凹槽内,锁环压帽19与液缸套13相连。液压机构套在外管3下端且与锚定机构相连。在另外的设计中,液缸环12可以和下锥体10合为一体。
[0018] 活塞16上端内孔设有内凹槽,锁块压帽14与活塞16相连共同形成内凹槽。外管3下部周向布设方孔,方孔内装有锁块15,锁块15径向突出嵌入内凹槽里;在锁块15的下方且在中心管2的外周开设周向凹槽37,在周向凹槽37以下用剪钉17把中心管2与外管3轴向上连在一起。
[0019] 中心管2下端比外管3下端长,活塞16内孔是阶梯孔,其大直径孔部分与外管3配合,其小直径孔部分与中心管2配合。
[0020] 活塞下端有连接螺纹,用于连接其它工具或管柱。
[0021] 为保证封隔器内的液压力不漏,于封隔器各密封处设有密封填料槽,内设密封填料。
[0022] 坐封时,向封隔器中心管2内打液压,液体通过中心管孔35和外管孔36进入液压腔34,推动液缸上行压缩胶筒4并锚定卡瓦8,液缸带动锁环18沿锁紧螺纹38上行,当卸去液压力时,液缸的位移被锁环18锁定,从而保持胶筒4的压缩状态和锚定机构在套管上的锚定力。当液压坐封力达到设计值后,在保持或不完全卸去液压力的状态下,通过送入管柱下压上接头I,下压力通过外管3传递给胶筒4,胶筒4下端被锚定机构所支撑,外管3在液压坐封力的基础上再次压缩胶筒4,外管3与中心管2、锁块15、活塞16、锁块压帽14、剪钉17 —起下行,这一下行位移再次被锁环18所锁紧。
[0023] 见图2所示,在油井套管51内,送入油管或钻杆52,下接封隔器53,下接压力控制器54。压力控制器54可以是盲堵、单流阀、节流器或投球球座等,用于使封隔器53的内外可形成压差。这是必须的安装管柱组合,在实际应用中可根据生产需要进行组合管柱。
[0024] 双作用压缩式封隔器的安装步骤是:
a、用油管或钻杆52把封隔器53送入井下设计位置,其必须的管柱组合是:油管或钻杆52+封隔器53+压力控制器54 ;
b、提高管柱内液压力达到封隔器53坐封力的设计值;
C、保持或降低管柱内的液压力,但应保证管柱内的液压力大于油套环空内的液压力;
d、从井口下放送入管柱给封隔器53加载机械力;
e、卸去管柱内的液压力。
[0025] 双作用压缩式封隔器还可以用以下步骤安装:
a、用油管或钻杆52把封隔器53送入井下设计位置,其必须的管柱组合是:油管或钻杆52+封隔器53+压力控制器54 ;
b、提高管柱内液压力达到封隔器53坐封力的设计值;
C、卸去管柱内的液压力;
d、从井口下放送入管柱给封隔器53加载机械力并安装井口 ;
e、再次提高管柱内的液压力,然后卸去管柱内的液压力。
[0026] 在上述安装步骤中,所述的加载机械力对于不同尺寸的封隔器是不同的,一般规律是越大尺寸的封隔器所需要的加载机械力越大,可从50kN〜250kN不等,当然,更大或更小的封隔器所需的加载机械力也可以突破这一范围。对于应用于139.7mm,即51//的套管的封隔器的加载机械力可为70kN〜120kN ;对于应用于177.8mm,即7"的套管的封隔器的加载机械力可为80kN〜150kN。

Claims (11)

1.双作用压缩式封隔器,包括中心管、外管、胶筒密封机构、锚定机构、液压机构,其特征在于,中心管外套有外管,中心管上端的外台阶与外管上端的内台阶相对应,胶筒密封机构套在外管上端,锚定机构套在外管中部且位于胶筒密封机构以下,液压机构套在外管下端且与锚定机构相连;外管下部周向布设方孔,方孔内装有锁块,锁块径向突出嵌入液压机构的内凹槽里;在锁块的下方且在中心管的外周开设周向凹槽,在周向凹槽以下用剪钉把中心管与外管轴向上连在一起。
2.根据权利要求1所述的双作用压缩式封隔器,其特征在于,液压机构包括液缸、活塞、锁环和锁环压帽;活塞套在液缸内,液缸与活塞与外管共同形成液压腔;与液压腔相对的位置于外管和中心管上开孔与液压腔相通;活塞外周于密封填料槽以下设有锁紧螺纹,锁环安装于锁紧螺纹外周并且位于锁环压帽的凹槽内,锁环压帽与液缸相连。
3.根据权利要求2所述的双作用压缩式封隔器,其特征在于,活塞上端内孔设有内凹槽,锁块压帽与活塞相连共同形成内凹槽,安装于外管上的锁块突出部分嵌入内凹槽。
4.根据权利要求1所述的双作用压缩式封隔器,其特征在于,锚定机构包括上锥体、下锥体、卡瓦、弹簧和卡瓦笼;上锥体和下锥体安装在卡瓦笼内的上下两端,卡瓦笼的内台阶卡住上锥体与下锥体的外台阶,卡瓦位于上锥体与下锥体之间,卡瓦牙从卡瓦笼的开孔处由内向外伸出,弹簧在径向上位于卡瓦与卡瓦笼之间。
5.根据权利要求1至4任一权利要求所述的双作用压缩式封隔器,其特征在于,中心管下端比外管下端长;活塞内孔是阶梯孔,其大直径孔部分与外管配合,其小直径孔部分与中心管配合。
6.根据权利要求1所述的双作用压缩式封隔器,其特征在于,中心管上端与上接头相连,活塞下端有连接螺纹。
7.使用权利要求1至6任一权利要求所述的双作用压缩式封隔器的方法,其步骤是: a、用油管或钻杆把双作用压缩式封隔器送 入井下设计位置,其必须的管柱组合是:油管或钻杆+双作用压缩式封隔器+压力控制器; b、提高管柱内液压力达到双作用压缩式封隔器坐封力的设计值; C、保持或降低管柱内的液压力,但应保证管柱内的液压力大于油套环空内的液压力; d、从井口下放送入管柱给双作用压缩式封隔器加载机械力; e、卸去管柱内的液压力。
8.使用权利要求1至6任一权利要求所述的双作用压缩式封隔器的方法,其步骤是: a、用油管或钻杆把双作用压缩式封隔器送入井下设计位置,其必须的管柱组合是:油管或钻杆+双作用压缩式封隔器+压力控制器; b、提高管柱内液压力达到双作用压缩式封隔器坐封力的设计值; C、卸去管柱内的液压力; d、从井口下放送入管柱给双作用压缩式封隔器加载机械力并安装井口 ; e、再次提高管柱内的液压力,然后卸去管柱内的液压力。
9.根据权利要求7所述的使用双作用压缩式封隔器的方法,其特征在于,所述的加载机械力为50kN〜250kN。
10.根据权利要求8所述的使用双作用压缩式封隔器的方法,其特征在于,所述的加载机械力为50kN〜250kN。
11.根据权利要求9或10所述的使用双作用压缩式封隔器的方法,其特征在于,所述的加载机械力,对于应用于139.7_套管的双作用压缩式封隔器的力为70kN〜120kN ;对于应用于177.8mm套 管的双作用压缩式封隔器的力为80kN〜150kN。
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