CN103835675B - 一种长胶筒压缩式裸眼封隔器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油气田裸眼水平井多段压裂技术领域，特别涉及一种长胶筒压缩式裸眼封隔器。本发明主要应用于裸眼水平井多层压裂中，设有四个胶筒，其中两个硬度高的胶筒，两个硬度低的胶筒。该封隔器结构简单，易坐封，具有下井过程防坐封设计。压缩胶筒坐封时，胶筒密封段长，具有密封性能可靠，承受压差大，可以保证封隔器耐高温高压，而且内通径大，能保证通过多个压裂球达到压裂层数最大化。

Description

一种长胶筒压缩式裸眼封隔器

技术领域

本发明涉及油气田裸眼水平井多段压裂技术领域，特别涉及一种长胶筒压缩式裸眼封隔器。

背景技术

裸眼水平井多层压裂技术是一项先进的完井技术,是低压、低渗透油气藏开发的重要增产措施之一，它具有封堵效果好、井下工具少、作业针对性强、施工成本低等优点。

裸眼水平井多级压裂技术一般采用裸眼封隔器分段封隔。根据页岩气储层开发的需要，使用封隔器将水平井段分隔成若干段，水力压裂施工时水平段最尾端滑套为压力开启式滑套，其它滑套通过投球打开，从水平段尾端第二级开始逐级投球，进行有针对性的压裂施工。

目前，采用裸眼封隔器分段改造是解决水平井各层段均能得到充分增产最为有效的一种措施，现有裸眼封隔器大都采用膨胀式密封元件，主要有两种结构类型，一种是管内打压，胶筒扩张实现坐封的密封，这种类型的封隔器承压差的能力较低，在下钻的中途坐封后，需要解封起出较困难，因此，这种类型主要应用于套管外的固井作业的封隔；作为增产改造的封隔，由于胶筒座封的内径相对较小，封隔的层段较少，因此不能满足分多段增产改造的封隔；另一种是胶筒通过油等介质浸泡后自膨胀实现坐封密封，这种方式的施工工艺较为复杂，而且操作时间长，因此也不能满足施工的需要。

由于水平井裸眼储层段长、非均质性强，常规封隔器不能满足施工的需要。为此，研制了适用于裸眼水平井的长胶筒压缩式裸眼封隔器，使其在裸眼水平井分段压裂改造中更具实用性。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种长胶筒压缩式封隔器，结构简单，易坐封，密封段长，承压差大，保证封隔器耐高温高压，最大内通径能保证通过多个压裂球达到压裂层数最大化。

为实现上述技术目的，本发明提供的方案是：一种长胶筒压缩式封隔器，包括中心管和设置于中心管上的胶筒，上中心管的上端与上接头的下端螺纹连接，上中心管下端与中间接头的上端螺纹相连；上接头与上扶正环螺纹连接，并用紧定螺钉固定；上中心管和中间接头连成的整体从上到下依次装有上背帽、上弹簧挡环、上锁环套、上弹簧、上锁环、上活塞筒、上硬胶筒、上隔环、上软胶筒和第一“O”型圈、第二“O”型圈；所述上背帽的凹槽与上弹簧挡环的凸块配合传递扭矩；所述上锁环套与上弹簧挡环螺纹连接，上锁环套与上背帽通过剪切销钉连接，上背帽一端与中心管台阶接触；所述上锁环的锥面与上锁环套的内锥面接触，上锁环的锯齿与上中心管上的锯齿接触，在上锁环与上弹簧挡环之间装入上弹簧；所述上活塞筒与上锁环套螺纹连接，并通过第一“O”型圈和第二“O”型圈密封上中心管；上中心管上有一个上硬胶筒和一个上软胶筒，上硬胶筒与上软胶筒之间由一个上隔环隔开；下中心管、下软胶筒、下隔环、下硬胶筒、下活塞筒、第三“O”型圈、第四“O”型圈、下锁环套、下锁环、下弹簧、下弹簧挡环、下背帽与上中心管、上软胶筒、上隔环、上硬胶筒、上活塞筒、第二“O”型圈、第一“O”型圈、上锁环套、上锁环、上弹簧、上弹簧挡环、上背帽相对于中间接头对称布置；所述下弹簧挡环的凸块与下背帽的凹槽配合传递扭矩；下接头与下中心管的下端螺纹连接；下扶正环与下接头螺纹连接，并用紧定销钉固定。

而且，所述上中心管和下中心管上各具有径向的传压孔，上中心管的上传压孔位于上活塞筒第二“O”型圈密封处和上中心管上第一“O”型圈密封处之间，下中心管的下传压孔位于下活塞筒第三“O”型圈密封处和下中心管上第四“O”型圈密封处之间。

而且，所述上锁环套和上锁环锥面配合，下锁环套与下锁环锥面配合。

而且，所述胶筒分硬度高的胶筒和硬度低的胶筒，两个胶筒间由隔环隔开。

而且，所述上硬胶筒、下硬胶筒、上软胶筒、下软胶筒各长0.5米，组成长为两米的密封段。

而且，所述上弹簧挡环的凸块插入上背帽的凹槽内，下弹簧挡环的凸块插入下背帽的凹槽内。

而且，所述上中心管上与上锁环接触的部分设有引导锁环下行的锯齿状螺纹，下中心管上与下锁环接触的部分设有引导锁环上行的锯齿状螺纹。

而且，所述上锁环和下锁环采用单切口的内齿结构，上锁环通过上弹簧抵在上锁环套内，下锁环通过下弹簧抵在下锁环套内，上锁环伴随上弹簧传递压力，下行且将压力锁定在上中心管上，下锁环伴随下弹簧传递压力，上行且将压力锁定在下中心管上。

而且，所述上锁环和下锁环均为按顺序标记并装配的多片锁环件组成。例如，所述上锁环被切割成六片，并按顺序标记每一片，由六片组成一件，装配时按序号装配使用，下锁环与上锁环一样处理。

而且，所述上扶正环和下扶正环为导流型。

而且，所述四个胶筒在上活塞筒和下活塞筒的挤压下向中间挤压膨胀，这种由两端向中间挤压的密封形式更有利于胶筒密封。

而且，所述上锁环套和下锁环套上的剪切销钉数量可以依据客户需求坐封力自行设定。

本发明的长胶筒压缩式裸眼悬挂封隔器设置了两个液压缸和两个活塞，当封隔器下入到设计层位后，通过管内打压，驱动两个活塞剪断锁环套上剪切销钉同时向中间接头运动，挤压密封胶筒，锁环锁紧压力，实现可靠锚定和密封。该工具保证封隔器耐高温高压，可靠密封裸眼井。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1中A部分放大图。

图3是图1中B部分放大图。

图4是图1中C部分放大图。

图5是图1中D部分放大图。

其中，1、上接头，2、上扶正环，3、第一紧定螺钉，4、上中心管，5、上背帽，6、第一剪切销钉，7、上弹簧挡环，8、上锁环套，9、上弹簧，10、上锁环，11、上活塞筒，12、第一“O”型圈，13、第二“O”型圈，14、上硬胶筒，15、上隔环，16、上软胶筒，17、中间接头，18、下软胶筒，19、下隔环，20、下硬胶筒，21、第三“O”型圈，22、第四“O”型圈，23、下活塞筒，24、下锁环，25、下弹簧，26、下锁环套，27、下弹簧挡环，28、第二剪切销钉，29、下背帽，30、下中心管，31、第二紧定销钉，32、下扶正环，33、下接头，34、上传压孔，35、下传压孔。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

本实施例提供一种长胶筒压缩式封隔器，如图1~5所示，包括中心管和设置于中心管上的胶筒，所述上中心管4的上端与上接头1的下端螺纹连接，上中心管4下端与中间接头17的上端螺纹相连；上接头1与上扶正环2螺纹连接，并用第一紧定螺钉3固定；上中心管4和中间接头17连成的整体从上到下依次装有上背帽5、上锁环套8、上弹簧挡环7、上弹簧9、上锁环10、上活塞筒11、上硬胶筒14、上隔环15、上软胶筒16、第一“O”型圈12和第二“O”型圈13；所述上背帽5的凹槽与上弹簧挡环7的凸块配合传递扭矩；所述上锁环套8与上弹簧挡环7螺纹连接，上锁环套8与上背帽5通过第一剪切销钉6连接，上背帽5一端与上中心管4台阶接触；所述上锁环10的锥面与上锁环套8的内锥面接触，上锁环10的锯齿与上中心管4上的锯齿接触，在上锁环10与上弹簧挡环7之间装入上弹簧9；所述上活塞筒11与上锁环套8螺纹连接，并通过第一“O”型圈、第二“O”型圈密封上中心管4；所述上中心管4上有一个上硬胶筒14和一个上软胶筒16，上硬胶筒14与上软胶筒16之间由一个上隔环15隔开；所述的下中心管30、下软胶筒18、下隔环19、下硬胶筒20、下活塞筒23、第三“O”型圈21、第四“O”型圈22、下锁环套26、下锁环24、下弹簧25、下弹簧挡环27、下背帽29、第一剪切销钉6与上中心管4、第二剪切销钉28、上软胶筒16、上隔环15、上硬胶筒14、上活塞筒11、第二“O”型圈13、第一“O”型圈12、上锁环套8、上锁环10、上弹簧9、上弹簧挡环7、上背帽5相对于中间接头17对称布置；所述下弹簧挡环27的凸块与下背帽29的凹槽配合传递扭矩；所述下接头33与下中心管30的下端螺纹连接；所述的下扶正环32与下接头33螺纹连接，并用第二紧定销钉31固定。

进一步的，所述上中心管4和下中心管30上各具有径向的一传压孔，上中心管4的上传压孔34位于上活塞筒11第二“O”型圈13密封处和上中心管4上第一“O”型圈12密封处之间，下中心管30的下传压孔35位于下活塞筒23第三“O”型圈21密封处和下中心管30上第四“O”型圈22密封处之间。

进一步的，所述上锁环套8和上锁环10锥面配合，下锁环套26与下锁环24锥面配合，胶筒坐封后的锁紧力就是这两个锥面传递。

进一步的，所述胶筒分硬度高的上硬胶筒14、下硬胶筒20和硬度低的上软胶筒16、下软胶筒18，上硬胶筒14和上软胶筒16由上隔环15隔开，下硬胶筒20和下软胶筒18由下隔环19隔开。打内压坐封时，随着压力的逐渐升高两个软胶筒先挤压变形，随后两个硬胶筒才挤压变形。

进一步的，所述上硬胶筒14、下硬胶筒20、上软胶筒16、下软胶筒18各长0.5米，组成的密封段长达两米，能有效密封储层段长、非均质性强的裸眼井井壁。

进一步的，所述上弹簧挡环7的凸块插入上背帽5的凹槽内，下弹簧挡环27的凸块插入下背帽29的凹槽内，凸块与凹槽的配合可以传递扭矩，压缩弹簧压紧锁环。

进一步的，所述上中心管4上与上锁环10接触的部分设有引导锁环下行的锯齿状螺纹，下中心管30上与下锁环24接触的部分设有引导锁环上行的锯齿状螺纹。

进一步的，所述上锁环10和下锁环24采用单切口的内齿结构，上锁环10通过上弹簧9抵在上锁环套8内，下锁环24通过下弹簧25抵在下锁环套26内，上锁环10伴随上弹簧9传递压力，下行且将压力锁定在上中心管4上，下锁环24伴随下弹簧25传递压力，上行且将压力锁定在下中心管上。锁环在中心管上都只能单向移动，不能反向移动。

进一步的，所述上锁环10被切割成六片，并按顺序标记每一片，由六片组成一件，装配时按序号装配使用，下锁环24与上锁环10一样处理。

进一步的，所述上扶正环2和下扶正环32为导流型，扶正环在下井过程中可以保证封隔器在井中的居中性，防止胶筒等零件的磨损。其特定的螺旋导流槽结构不仅可以减轻液体对该封隔器的直接冲刷，还可以产生一定的扭力作用在螺纹连接处，防止螺纹在下井过程中松开。

而且，所述四个胶筒在上活塞筒11和下活塞筒23的挤压下向中间接头17挤压膨胀，这种由两端向中间挤压的密封形式更有利于胶筒密封。

而且，所述上锁环套8和下锁环套26上的剪切销钉数量可以依据客户需求坐封力自行设定。

本发明的工作原理为：利用配套的插管或球座在封隔器内孔处形成密封，从油管内打压，液体通过长胶筒压缩式封隔器的上传压口34在上活塞筒11上产生轴向向下的推力，作用于上锁环套8，达到启动压力，剪切上锁环套8上第一剪切销钉6，带动上弹簧挡环7下行，上弹簧挡环7又压缩上弹簧9推动上锁环10在上中心管4上下行，同时上活塞筒11下行挤压上硬胶筒14和上软胶筒16，上软胶筒16先开始膨胀，上硬胶筒14后开始膨胀，下行一定程度后，胶筒密封住裸眼井壁，这时上锁环10锁住上中心管4上的锯齿，防止上硬胶筒14和上软胶筒16回弹，维持胶筒坐封。在液体进入上传压口34的同时，另一部分液体进入下传压口35在下活塞筒23上产生轴向向上的推力，作用于下锁环套26，达到启动压力，剪切下锁环套26上第二剪切销钉28，带动下弹簧挡环27上行，下弹簧挡环27又压缩下弹簧25推动下锁环24在下中心管30上上行，同时下活塞筒23上行挤压下硬胶筒20和下软胶筒18，下软胶筒18先开始膨胀，下硬胶筒20后开始膨胀，上行一定程度后，胶筒密封住裸眼井壁，这时下锁环24锁住下中心管30上的锯齿，防止下硬胶筒20和下软胶筒18回弹，维持胶筒坐封。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进或变形，这些改进或变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种长胶筒压缩式裸眼封隔器，包括中心管和设置于中心管上的胶筒，其特征在于：上中心管的上端与上接头的下端螺纹连接，上中心管下端与中间接头的上端螺纹相连；上接头与上扶正环螺纹连接，并用紧定螺钉固定；上中心管和中间接头连成的整体从上到下依次装有上背帽、上弹簧挡环、上锁环套、上弹簧、上锁环、上活塞筒、上硬胶筒、上隔环、上软胶筒和第一“O”型圈、第二“O”型圈；所述上背帽的凹槽与上弹簧挡环的凸块配合传递扭矩；所述上锁环套与上弹簧挡环螺纹连接，上锁环套与上背帽通过剪切销钉连接，上背帽一端与中心管台阶接触；所述上锁环的锥面与上锁环套的内锥面接触，上锁环的锯齿与上中心管上的锯齿接触，在上锁环与上弹簧挡环之间装入上弹簧；所述上活塞筒与上锁环套螺纹连接，并通过第一“O”型圈和第二“O”型圈密封上中心管；上中心管上有一个上硬胶筒和一个上软胶筒，上硬胶筒与上软胶筒之间由一个上隔环隔开；下中心管、下软胶筒、下隔环、下硬胶筒、下活塞筒、第三“O”型圈、第四“O”型圈、下锁环套、下锁环、下弹簧、下弹簧挡环、下背帽与上中心管、上软胶筒、上隔环、上硬胶筒、上活塞筒、第二“O”型圈、第一“O”型圈、上锁环套、上锁环、上弹簧、上弹簧挡环、上背帽相对于中间接头对称布置；所述下弹簧挡环的凸块与下背帽的凹槽配合传递扭矩；下接头与下中心管的下端螺纹连接；下扶正环与下接头螺纹连接，并用紧定销钉固定。

2.根据权利要求1所述的一种长胶筒压缩式裸眼封隔器，其特征在于：所述上中心管和下中心管上各具有径向的传压孔，上中心管的上传压孔位于上活塞筒第二“O”型圈密封处和上中心管上第一“O”型圈密封处之间，下中心管的下传压孔位于下活塞筒第三“O”型圈密封处和下中心管上第四“O”型圈密封处之间。

3.根据权利要求1所述的一种长胶筒压缩式裸眼封隔器，其特征在于：所述上硬胶筒、下硬胶筒、上软胶筒、下软胶筒各长0.5米，组成长为两米的密封段。

4.根据权利要求1所述的一种长胶筒压缩式裸眼封隔器，其特征在于：所述上锁环套和上锁环锥面配合，下锁环套与下锁环锥面配合。

5.根据权利要求1所述的一种长胶筒压缩式裸眼封隔器，其特征在于：所述上中心管上与上锁环接触的部分设有引导锁环下行的锯齿状螺纹，下中心管上与下锁环接触的部分设有引导锁环上行的锯齿状螺纹。

6.根据权利要求5所述的一种长胶筒压缩式裸眼封隔器，其特征在于：所述上锁环和下锁环采用单切口的内齿结构，上锁环通过上弹簧抵在上锁环套内，下锁环通过下弹簧抵在下锁环套内。

7.根据权利要求1所述的一种长胶筒压缩式裸眼封隔器，其特征在于：所述上锁环和下锁环均为按顺序标记并装配的多片锁环件组成。

8.根据权利要求1所述的一种长胶筒压缩式裸眼封隔器，其特征在于：所述上扶正环和下扶正环为导流型。