CN104563954B - 钢管恢复膨胀式管外封隔器 - Google Patents

钢管恢复膨胀式管外封隔器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种钢管恢复膨胀式管外封隔器，包括基管、膨胀管、橡胶筒、固定接头、胶筒隔环、上接头和下接头等部件组成，膨胀管为多段可膨胀的钢管，预先被压缩成近似双层钢板，其两侧被加工成圆弧形的折叠弯头，折叠弯头内有折叠通孔，膨胀管轴向均匀分布在基管上，两端通过固定接头连接在基管上，并采用销钉固定。膨胀管外侧加工有密封橡胶筒，橡胶筒之间采用胶筒隔环分隔成多段，形成多段膨胀腔。本发明采用液压使压缩的膨胀钢管发生恢复膨胀，对胀封后的橡胶筒具有支撑作用，具有封隔封隔外径大、封隔强度高、封隔时效长等优势，可广泛用于分段完井和层间封隔等完井领域。

Description

钢管恢复膨胀式管外封隔器
技术领域
本发明涉及钻井完井专用工具技术领域中用于分段完井和层间封隔的管外封隔工具。
背景技术
套管外封隔器是石油固井、选择性完井作业过程中用来封隔套管与井壁之间环空的井下工具，通过依靠管外封隔实施层段分隔，可按层段进行作业和生产控制，从而有效实现对油气井分段开采和复杂地层的层间封隔。
现有的套管外封隔器主要由胶筒胀封和遇油遇水自膨胀两种方式实现管外封隔。胶筒胀封方式通过进入胶筒膨胀腔内的高压流体作用，使封隔器膨胀变形与井壁紧密接触形成密封。总体来说，现有套管外封隔器在复杂井下环境下封隔能力有限，容易封隔失效。专利CN102650202A提供一种以钻井液为膨胀介质的扩张压缩式封隔器；专利CN101255784提供一种以用水泥浆替代泥浆或者水为膨胀介质的水泥浆充填管外封隔器，其施工工艺较为复杂，若施工不当可能会造成水泥浆透过筛管污染地层，或者内管工具未及时提出被水泥浆固在井内，造成严重施工事故。专利CN102337855A提供了一种采用遇油自膨胀橡胶的预充填自膨胀封隔器，通过后期胶筒的遇油/遇水后发生膨胀以封隔地层，但其在高温高压条件下封隔效果有限，同时橡胶发生自膨胀后封隔强度也受到限制，难以封隔复杂地层。
常规套管外封隔器现已广泛应用于石油完井领域，进行筛管分段完井、层间封隔，保护并减少油层污染，并在一定程度上延缓水平井底水锥进；但仍存在封隔效果有限、封隔橡胶易损坏、封隔时效短等难题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种钢管恢复膨胀式管外封隔器，可通过液压力促使预先压缩的膨胀管恢复膨胀，依靠钢管和橡胶相结合的封隔方式，有效提高封隔压力和延长封隔时效，具有封隔封隔外径大、强度高等优势。
本发明是这样实现的：
钢管恢复膨胀式管外封隔器，包括基管、密封橡胶筒、固定接头、胶筒隔环、上接头和下接头，其特征是：基管外径向均匀固定有数根膨胀管，膨胀管预先压缩成近似双层钢板结构的空心管状，两侧加工成折叠弯头，折叠弯头内有折叠通孔，密封橡胶筒套装在膨胀管外侧，基管上加工有与折叠通孔相通的进液孔。
上述方案还包括：
在基管外壁轴向上均匀加工有与膨胀管数量相同的弧形凹槽，相邻膨胀管上的两个折叠弯头置于其内，膨胀管两端通过固定接头连接在基管上，每根膨胀管至少采用一个销钉固定。
密封橡胶筒由胶筒隔环分隔成多段，形成多段膨胀腔。
所述膨胀管下端的固定接头与基管之间有一个液压腔，进液孔通过液压腔与折叠通孔相连。
所述的密封橡胶筒采用遇油/遇水自膨胀橡胶。
本发明的优点在于：
（1）采用恢复膨胀的钢管和密封橡胶代替常规的胶筒进行密封，膨胀管的抗外挤强度明显高于橡胶筒封隔，可为橡胶筒提供支撑力，从而有效提供地层封隔能力。
（2）膨胀管发生膨胀时，密封橡胶也随之膨胀，膨胀后膨胀管和密封橡胶可紧贴于井眼，顺应井壁封隔，可封隔外径范围较大，同时可以调节膨胀管长度来提高封隔效果。
（3）膨胀管胀封后不易发生橡胶回缩现象，封隔时效长，适用于筛管分段完井、膨胀筛管完井、选择性完井和层间封隔等领域。
附图说明
图1 是一种实施例的钢管恢复膨胀前管外封隔器示意图
图2是 一种实施例的恢复膨胀后的管外封隔器示意图
图3 是图1中恢复膨胀前的管外封隔器A-A截面图
图4 是图2中恢复膨胀后的管外封隔器B-B截面图
图中：1.基管，2.膨胀管，3.橡胶筒，4.固定接头，5.胶筒隔环，6.上接头，7.下接头，8.销钉，9.进液孔，10.压力腔，11.膨胀腔，12.弧形凹槽，13.折叠弯头，14.折叠通孔。
具体实施方式
现结合说明书附图，对本发明作进一步的描述。
如图1～4所示，一种钢管恢复膨胀式管外封隔器，包括基管1、膨胀管2、橡胶筒3、固定接头4、胶筒隔环5、上接头6和下接头7等部件组成，基管1上加工有多个进液孔9，并在轴向上加工有多道弧形凹槽12，其长度延伸至基管1的压力腔10处，弧形凹槽12的数量与膨胀管2相同。膨胀管2为多段可膨胀的钢管，采用延伸率强的钢管材料，预先压缩成近似双层钢板结构，其两侧被加工成圆弧形的折叠弯头13，折叠弯头13内有折叠通孔14。膨胀管2径向均匀分布在基管1上，使折叠弯头13位于基管1上的弧形凹槽12内，两端通过固定接头4连接在基管1上，每段膨胀管2至少采用一个销钉8固定。弧形凹槽12径向均匀分布基管1上，相邻膨胀管2上的两个折叠弯头13置于其内，基管1上也可不加工弧形凹槽12，膨胀管2直接安装在基管1外侧。膨胀管2外侧加工有密封橡胶筒3，可采用遇油/遇水自膨胀橡胶，橡胶筒3之间采用胶筒隔环5分隔成多段，形成多段膨胀腔11。
如图1和图3所示，膨胀管2首先加工成圆管，再采用工具及模具压制成圆弧状的双层钢管结构，其两侧的折叠弯头13和折叠通孔14也被加工成特定大小。多段膨胀管2压缩成型后，沿圆周方向均匀分布，轴向安装在基管1上，使折叠弯头13位于弧形凹槽12内，再通过固定接头4和销钉8固定在基管1上，安装完橡胶筒隔环5后，膨胀管2将紧贴于基管1外壁。
如图2和图4所示，本发明胀封时，可采用内管工具或其他方式提供液压力，促使高压液体通过进液孔9进入固定接头4与基管1之间的压力腔10，由于膨胀管2上的折叠通孔14与压力腔10相连通，压力经折叠通孔14进入膨胀管2内的膨胀腔11。在液压力作用下，使膨胀管2发生逐步恢复膨胀，带动加工在其外表面的橡胶筒3也随之膨胀，其外径逐渐增大，直至与外部的井眼紧紧贴在一起。膨胀管2完成恢复膨胀后，其形状为近似椭圆状，其恢复圆度与膨胀量相关，也可随环空间隙和液压膨胀力而变化。
本发明采用膨胀管2先压缩成型后恢复膨胀的方式，依靠膨胀管2和橡胶筒3相结合的封隔方式，胀封后膨胀管2和橡胶筒3不易发生回缩现象，有效提高了封隔强度并延长封隔时效，具有封隔封隔外径大、强度高、能顺应井眼封隔等优势，可有效封隔油气水层，进行有选择性的开采或者封堵某一层段，保证套管外环空的密封，可广泛用于筛管分段完井、膨胀筛管完井、选择性完井和层间封隔等完井领域。

Claims (4)

1.钢管恢复膨胀式管外封隔器，包括基管、橡胶筒、固定接头、胶筒隔环、上接头和下接头，其特征是：基管外径向均匀固定有数根膨胀管，膨胀管预先压缩成近似双层钢板结构的空心管状，两侧加工成折叠弯头，折叠弯头内有折叠通孔，密封橡胶筒套装在膨胀管外侧，基管上加工有与折叠通孔相通的进液孔；在基管外壁轴向上均匀加工有与膨胀管数量相同的弧形凹槽，相邻膨胀管上的两个折叠弯头置于其内，膨胀管两端通过固定接头连接在基管上，每根膨胀管至少采用一个销钉固定。
2.根据权利要求1所述的钢管恢复膨胀式管外封隔器，其特征是：橡胶筒由胶筒隔环分隔成多段，形成多段膨胀腔。
3.根据权利要求2所述的钢管恢复膨胀式管外封隔器，其特征是：所述膨胀管下端的固定接头与基管之间有一个液压腔，进液孔通过液压腔与折叠通孔相连。
4.根据权利要求3 所述的钢管恢复膨胀式管外封隔器，其特征是：所述的密封橡胶筒采用遇油/ 遇水自膨胀橡胶。
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