CN104033126A - 水力扩张自锁密闭式可洗井封隔器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水力扩张自锁密闭式可洗井封隔器，包括中心管、胶筒、硫化上接头、硫化下接头、上接头、下接头、上外短筒、下外短筒，胶筒上压套、胶筒下压套，其特征在于：还包括自锁阀机构及锥形单向阀机构，自锁阀机构由自锁阀及上滑套构成，上滑套轴向套装于硫化上接头与上接头之间，并位于中心管与上外短筒之间，上滑套上部与上外短筒之间滑动套装自锁阀；锥形单向阀机构由内锥胶圈及下滑套构成，下滑套轴向固装于下接头上部，并径向套装于中心管与下外短筒之间，内锥胶圈套装于中心管与下滑套之间，内锥胶圈对应于中心管所制的下进液孔处。具有自锁功能，可保证分层注水、分层压裂、分层酸化、化堵、找漏、找窜、封窜、分层测试等作业可靠性。

Description

水力扩张自锁密闭式可洗井封隔器

技术领域

本发明属于采油装置的封隔器，特别是一种水力扩张自锁密闭式可洗井封隔器。

背景技术

K344型封隔器是一种水力扩张式封隔器，是油田分层注水的主要工具之一。其主要由中心管、上接头、下接头、胶筒、浮动头构成，在中心管上制有进液孔。其座封原理为：地面增压泵将高压液体泵入胶筒与中心管环空内，使胶筒扩张，实现座封。

但传统的K344型封隔器，在应用过程中存在突出的缺陷，一是该类封隔器密封压差低，当注水压力达到12MPa以上时，胶筒易被击穿，封隔器失去密封，使分层注水管柱失效；二是注水井停注后，胶筒自然收缩解封，由于各注水层之间地层压力的差异，导致高压层向低压层窜流，严重影响分层注水效果。上述缺陷，使传统K344型封隔器应用范围受到较大限制，更不适应注水工艺向高温、高压、高效发展的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种水力扩张自锁密闭式可洗井封隔器，具有自锁功能，可保证分层注水、分层压裂、分层酸化、化堵、找漏、找窜、封窜、分层测试等作业的可靠性。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种水力扩张自锁密闭式可洗井封隔器，包括中心管、胶筒、硫化上接头、硫化下接头、上接头、下接头、上外短筒、下外短筒，胶筒上压套、胶筒下压套，在中心管外的中部套装胶筒，胶筒两端制有硫化上接头及硫化下接头，中心管两端固装上接头及下接头，上接头与硫化上接头之间固装上外短筒及胶筒上压套，下接头与硫化下接头之间安装胶筒下压套及下外短筒，其特征在于：还包括自锁阀机构及锥形单向阀机构，自锁阀机构由自锁阀及上滑套构成，上滑套轴向套装于硫化上接头与上接头之间，并位于中心管与上外短筒之间，上滑套上部与上外短筒之间滑动套装自锁阀，上滑套上部制有与中心管上进液孔对应的进液孔，自锁阀的内壁下部制有排液连通槽，自锁阀上部及排液连通槽的两端均安装有密封圈，上滑套上制有两个排液孔，上外短筒上制有对应自锁阀底部的解封孔；锥形单向阀机构由内锥胶圈及下滑套构成，下滑套轴向固装于下接头上部，并径向套装于中心管与下外短筒之间，内锥胶圈套装于中心管与下滑套之间，内锥胶圈对应于中心管所制的下进液孔处。

而且，所述的中心管所制的上进液孔为径向均布的一组上进液孔，所述的中心管所制的下进液孔为均布的一组下进液孔，在所述上进液孔及下进液孔外均安装有防砂过滤网。

而且，所述的上外短筒下端与上滑套之间设置有径向均布的一组剪钉。

而且，所述的自锁阀上端内壁与上滑套外壁之间安装有两道O型圈。

本发明的优点和有益效果为：

1、本水力扩张自锁密闭式可洗井封隔器，具有座封即自锁密闭的功能，停住或释放油管内压力，封隔器不会解封，胶筒依然处于扩张密封油套环形空间的状态，保持有效分层。

2、本水力扩张自锁密闭式可洗井封隔器，可重复座封，重复解封，即正注水座封，反洗井解封，利用注水压力也可座封、解封，不需泵车或其它辅助设备，解封压力2MPa左右，低压解封，可避免因注水层地层压力低，导致的解封困难，本封隔器的坐封、解封方式，在深井、斜井、水平井中作业具有明显优势。

3、本水力扩张自锁密闭式可洗井封隔器，特别适合于机械坐封的封隔器不适宜下入的斜井、水平井、套变井中使用，可一个或多个一起下入井中，两个或两个以上的封隔器可被一次座封。

4、本水力扩张自锁密闭式可洗井封隔器，自锁阀密封可靠，由于自锁阀在液缸内密闭移动，自锁阀开启或关闭，洗井液中的脏物无法进入自锁阀密封段，因此始终保持密封，中心管所制的上进液孔及下进液孔外均有防砂过滤网，可防止砂和脏物进入胶筒内腔影响胶筒收缩，确保解封可靠。

5、本水力扩张自锁密闭式可洗井封隔器，上外短筒与上滑套之间安装有剪钉，形成防卡解封机构，从而具有双重解封功能，除反循环洗井可解封外，当反洗井不能解封时可直接上提管柱解封，能有效避免砂卡管柱。

6、本水力扩张自锁密闭式可洗井封隔器，采用了下外短筒可轴向位移的结构，可有效缓解胶筒扩张时，胶筒肩部应力集中，提高了胶筒的承压能力，在高压注水工况下，胶筒不易损坏。

7、本水力扩张自锁密闭式可洗井封隔器，耐温、耐压等级高，耐温120℃，特殊要求可达150℃。密封压差为25MPa━50MPa，满足大多注水井和作业工艺的技术要求。

8、本水力扩张自锁密闭式可洗井封隔器，与常规胶筒比较，本封隔器增加了胶筒的长度和厚度，胶筒扩张时与套管内表面密封段较长，坐封压力对胶筒内表面积所产生的正压力大幅提高，从而大幅提高了封隔器的密封压差和抗蠕动性能。

9、本发明结构设计科学合理，有自锁功能，可保证分层注水、分层压裂、分层酸化、化堵、找漏、找窜、封窜、分层测试等作业的可靠性，是一种具有较高创新性的封隔器。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的上段的放大图；

图3为图2的A部放大图；

图4为图1的下段的放大图。

附图标记说明：

1-上接头、2-上外短筒、3-自锁阀、4-剪钉、5-上压帽、6-上滑套、7-胶筒上压套、8-硫化上接头、9-胶筒、10-中心管、11-胶筒下压套、12-硫化下接头、13-下外短筒、14-O型密封圈、15-下滑套、16-O型密封圈、17-内锥胶圈、18-下接头、19-下压帽、20-定位钉、21-O型密封圈、22-防砂过滤网、23-O型密封圈、24-O型密封圈、25-O型密封圈、26-密封圈、27-O型密封圈、28-O型密封圈、29-下进液孔、30-O型密封圈、31-上进液孔、32-上滑套进液孔、33-排液孔、34-排液连通槽、35-解封孔、36-排液间隙。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种水力扩张自锁密闭式可洗井封隔器，包括中心管10、胶筒9、硫化上接头8、硫化下接头12、上接头1、下接头18、上外短筒2、下外短筒13，胶筒上压套7、胶筒下压套11，在中心管外的中部套装胶筒，胶筒两端制有硫化上接头及硫化下接头，中心管两端通过丝扣固装上接头及下接头，上接头与硫化上接头之间固装上外短筒及胶筒上压套，上接头下部外壁与上外短筒上部内壁丝扣连接，胶筒上压套丝扣连接于上外短筒下部。上外短筒下端固装有上压帽5。下接头与硫化下接头之间安装胶筒下压套及下外短筒，下接头上端外部通过定位钉20固装一下压帽19，下外短筒套装于中心管下端外部。

本封隔器的创新之处在于：还包括自锁阀机构及锥形单向阀机构。

其中，自锁阀机构由自锁阀3及上滑套6构成，上滑套轴向套装于硫化上接头与上接头之间，并径向位于中心管与上外短筒之间，上滑套内壁与中心管外壁之间有排液间隙36。上滑套上部与上外短筒之间滑动套装自锁阀，上滑套上部制有与中心管上进液孔31对应的上滑套进液孔32，自锁阀的内壁下部制有排液连通槽34。自锁阀上部的内壁安装有两道O型密封圈23。自锁阀上部的外壁安装有两道O型密封圈24。自锁阀的排液连通槽的两端均安装有密封圈26。上滑套上制有两个排液孔33，上外短筒上制有对应自锁阀底部的解封孔35。

锥形单向阀机构由内锥胶圈17及下滑套15构成，下滑套轴向固装于下接头上部，并径向套装于中心管与下外短筒之间，内锥胶圈套装于中心管与下滑套之间，内锥胶圈对应于中心管所制的下进液孔29处。

中心管所制的上进液孔为径向均布的一组上进液孔，所述的中心管所制的下进液孔为均布的一组下进液孔，在所述上进液孔及下进液孔外均安装有防砂过滤网22。中心管内两个进液孔外设计有两个防砂过滤网，封隔器座封及注水时，粒径大于0.2mm的砂粒及赃物不能进入封隔器内腔，封隔器解封时，确保胶筒内腔无杂物回缩可靠。

上外短筒下端与上滑套之间设置有径向均布的一组剪钉4。本封隔器不仅从油套环空加液压，反洗井可以解封，也可直接上提管柱解封，具备双重解封的功能。

上外短筒上端内壁与上接头外壁之间设置有两个O型密封圈21。中心管外壁与上滑套内壁之间设置有O型密封圈25。下外短筒上端内壁与胶筒上压套下端外壁之间设置有O型密封圈14。下滑套外壁与下外短筒之间设置有两道O型密封圈16。下接头与下外短筒之间设置有两道O型密封圈。中心管下端外壁与下接头内壁之间设置有两道O型密封圈30。胶筒下压套与硫化下接头之间设置有O型密封圈28。硫化上接头上端外壁与内滑套之间设置有O型密封圈27。

由于自锁阀排液连通槽两侧的Ｏ形圈在高温高压工况下，封隔器解封时，该两个Ｏ形圈容易产生高速过孔，突然减压，导致Ｏ形圈表面会出现凹坑、开裂，从而失去密封性能，自锁阀也就失去自锁功能，本封隔器采用了自锁阀双圈过孔技术，两个圈了采用不同的材质，不同的公差配合，合理的沟槽及位置设计，解决了密封圈在高温、高压工况下高速过孔，突然减压的技术难题。

本水力扩张自锁密闭式可洗井封隔器的工作原理为：

座封：从油管内加液压，高压液体从封隔器中心管下部所制的下进液孔进入，推开内锥胶圈，依靠液体的压力使内锥胶圈发生径向变形，进入中心管外径与胶筒内径之间的空腔。与此同时高压液体从中心管上部所制的上进液孔进入，推动自锁阀下行，此时自锁阀内壁所制的排液连通槽处于不导通状态，从而实现关闭中心管外径与胶筒内径之间排液间隙即空腔的出口，使空腔成为一个密闭的空间，自锁阀机构处于锁紧状态。继续加液压，高压液体只能推动胶筒径向扩张直至密封油管与套管的环形空间。停止加压并去掉油管内压力，内锥胶圈依靠自身弹性径向回弹，实现自动瞬间关闭，高压液体只能进不能出。本封隔器所独有的结构和自锁阀将锁紧和保持座封力，胶筒不再收缩，从而始终处于密封油管与套管环形空间的状态。

解封：

从套管加液压，高压液体从封隔器上部的上外短筒所制的解封孔进入，推动自锁阀上行，自锁阀下端内壁所制的排液连通槽将上滑套所制的两个排液孔进行连通，此时中心管与胶筒之间的排液间隙与中心管的上进液孔实现连通，从而解除锁紧状态，打开空腔出口。此时，密闭空间内的高压液体从中心管的上进液孔释压，胶筒收缩，封隔器解封过程完成。

洗井：

在封隔器解封状态下反洗井，洗井液从油、套管环空进入，洗井压力低，排量大，洗井液从分注管柱底部进入油管内上返，洗井干净彻底。洗净结束后，从油管内加液压或直接注水，封隔器即可重新座封。

本封隔器是一种座封即可自锁密闭，能重复座封，重复解封，可反循环洗井的水力扩张自锁密闭式封隔器。

使用本封隔器时的下井操作注意事项：

1、封隔器下井前用相应通井规通井，在封隔器坐封井段用套管刮削器对套管进行刮削作业。

2、封隔器卡点位置应避开套管接箍。

3、下封隔器管柱操作平稳，下放速度均匀，严格控制下钻速度，直井段控制在10m/min，斜井段和水平井段控制在5m/min，防止封隔器在下井过程中损坏。

4、如遇封隔器下井中途坐封，不得强行上提管柱，应向油套环空加液压，反循环洗井，使封隔器解封后，方能继续上提管柱，避免封隔器在下井过程中损坏。

5、封隔器坐封时，首先，从油管内加液压缓慢升压至6MPa，停泵稳压2min，然后持续升压，每次增压2MPa，停泵稳压2min，当压力升至12MPa后，停泵稳压5min，无压降即完成座封过程。

尽管为说明目的公开的本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解，在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (4)

1.一种水力扩张自锁密闭式可洗井封隔器，包括中心管、胶筒、硫化上接头、硫化下接头、上接头、下接头、上外短筒、下外短筒，胶筒上压套、胶筒下压套，在中心管外的中部套装胶筒，胶筒两端制有硫化上接头及硫化下接头，中心管两端固装上接头及下接头，上接头与硫化上接头之间固装上外短筒及胶筒上压套，下接头与硫化下接头之间安装胶筒下压套及下外短筒，其特征在于：还包括自锁阀机构及锥形单向阀机构，自锁阀机构由自锁阀及上滑套构成，上滑套轴向套装于硫化上接头与上接头之间，并位于中心管与上外短筒之间，上滑套上部与上外短筒之间滑动套装自锁阀，上滑套上部制有与中心管上进液孔对应的进液孔，自锁阀的内壁下部制有排液连通槽，自锁阀上部及排液连通槽的两端均安装有密封圈，上滑套上制有两个排液孔，上外短筒上制有对应自锁阀底部的解封孔；锥形单向阀机构由内锥胶圈及下滑套构成，下滑套轴向固装于下接头上部，并径向套装于中心管与下外短筒之间，内锥胶圈套装于中心管与下滑套之间，内锥胶圈对应于中心管所制的下进液孔处。

2.根据权利要求1所述的水力扩张自锁密闭式可洗井封隔器，其特征在于：所述的中心管所制的上进液孔为径向均布的一组上进液孔，所述的中心管所制的下进液孔为均布的一组下进液孔，在所述上进液孔及下进液孔外均安装有防砂过滤网。

3.根据权利要求1所述的水力扩张自锁密闭式可洗井封隔器，其特征在于：所述的上外短筒下端与上滑套之间设置有径向均布的一组剪钉。

4.根据权利要求1所述的水力扩张自锁密闭式可洗井封隔器，其特征在于：所述的自锁阀上端内壁与上滑套外壁之间安装有两道O型圈。