CN104563955A - 钢管水力膨胀式管外封隔器 - Google Patents

钢管水力膨胀式管外封隔器 Download PDF

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朱海波
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    • E21B33/10Sealing or packing boreholes or wells in the borehole
    • E21B33/12Packers; Plugs
    • E21B33/127Packers; Plugs with inflatable sleeve

Abstract

本发明涉及一种钢管水力膨胀式管外封隔器,包括基管、上固定件、下固定件和密封橡胶,基管的两端带有连接头。基管上加工有进液孔,在进液孔内安装有限压的爆破盘片,在进液孔处的基管内通过一级销钉连有滑套,滑套上设有与进液孔贯通的通孔;基管外设有膨胀管,膨胀管上端固连滑动短节,滑动短节和上连接件采用二级销钉固定连接,滑动短节通过上连接件密闭插接在上固定件内,上固定件与基管固连;膨胀管下端通过下连接件和下固定件固定在基管外侧,膨胀管外侧设有一段以上的密封橡胶;在基管内部还设有打压工具。采用水力液压膨胀钢管和密封橡胶,具有封隔封隔外径大、强度高、能顺应井眼封隔等优势,可广泛用于分段完井和层间封隔等完井领域。

Description

钢管水力膨胀式管外封隔器
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
管外封隔器是石油固井、选择性完井作业过程中的重要工具,与套管相连,是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的分隔,它可以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,实现封闭和分隔环形空间。按照膨胀介质的不同,套管外封隔器可以分为水力膨胀式和水泥浆膨胀式。水力膨胀式管外封隔器通常以钻井液为膨胀介质,如专利CN102650202A,在高温高压、套管偏心等复杂井下环境下,水力膨胀式管外封隔器容易失效。水泥浆膨胀式管外封隔器采用超缓凝水泥浆作为膨胀介质,如专利CN101255784,但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。遇油/遇水自膨胀管外封隔器采用遇油/遇水自膨胀橡胶,通过后期胶筒的遇油/遇水后发生膨胀以封隔地层,如CN102337855A,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,提供一种钢管水力膨胀式管外封隔器。其依靠钢管和橡胶相结合的封隔方式,有效提高了封隔压力和延长封隔时效,具有封隔封隔外径大、强度高、能顺应井眼封隔等优势。
本发明是这样实现的:
钢管水力膨胀式管外封隔器,包括基管、上固定件、下固定件和密封橡胶,基管的两端带有连接头。其特征是:基管上加工有进液孔,在进液孔内安装有限压的爆破盘片,在进液孔处的基管内通过一级销钉连有滑套,滑套上设有与进液孔贯通的通孔;基管外设有膨胀管,膨胀管上端固连滑动短节,滑动短节和上连接件采用二级销钉固定连接,滑动短节通过上连接件密闭插接在上固定件内,上固定件与基管固连;膨胀管下端通过下连接件和下固定件固定在基管外侧,膨胀管外侧设有一段以上的密封橡胶。
上述方案进一步包括:
在基管内部还设有打压工具,该打压工具由内管和连接在内管上的内管封隔器、限压阀和滑套关闭工具组成,其中,限压阀设在上、下内管封隔器之间,滑套关闭工具设在上内管封隔器的上方,上、下内管封隔器涨封后与滑套密闭配合,滑套关闭工具与滑套顶部阻挡配合。
滑动短节下方的基管外设有与滑动短节阻挡配合的限位台阶。
滑套下方的基管上设有与滑套阻挡配合的止退台阶。
密封橡胶直接硫化在膨胀管外表面或嵌入式加工在膨胀管外侧,采用遇油/遇水自膨胀橡胶。
滑动短节和下连接件与基管之间安装有密封件。
本发明的优点在于:
(1)采用可膨胀的钢管和密封橡胶代替常规的胶筒进行密封,将膨胀管的理念引入管外封隔器,钢管的封隔强度明显高于胶筒封隔,从而有效提供地层封隔能力。
(2)本发明膨胀管发生膨胀时,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)本发明胀封后不会发生橡胶回缩现象,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 钢管水力膨胀式管外封隔器结构示意图
图2a 水力膨胀时的管外封隔器局部示意图
图2b 水力膨胀后的管外封隔器局部示意图
图3a 滑动短节滑动前结构示意图
图3b 滑动短节滑动固定行程后结构示意图
图4a 内管柱提供液压力结构示意图
图4b 管外封隔器完成膨胀后通过内管关闭滑套示意图
图中:1.基管,2.膨胀管,3.滑动短节,4.上连接件,5.下连接件,6.上固定件,7.下固定件,8.密封橡胶,9.滑套,10.连接接头,11.进液孔,12爆破盘片,13.止退台阶,14.一级销钉,15.二级销钉,16.已膨胀段,17.压力腔,18.井眼,19.定位台阶,20.内管,21.内管封隔器,22限压阀,23.滑套关闭工具。
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,一种钢管水力膨胀式管外封隔器,包括基管1、膨胀管2、滑动短节3、上连接件4、下连接件5、上固定件6、下固定件7、密封橡胶8、滑套9和连接接头10等部件。其中:基管1上加工有进液孔11,内部安装有滑套9,顶部加工有连接接头10;膨胀管2位于基管1外侧,上端与滑动短节3连接,滑动短节3依次通过上连接件4和上固定件6固定在基管1外侧,膨胀管2下端通过下连接件5和下固定件7固定在基管1外侧,膨胀管2外侧加工有密封橡胶8;滑套9和基管1采用一级销钉14固定连接,滑动短节3和上连接件4采用二级销钉15固定连接,滑动短节3和下连接件4与基管1之间安装有密封件。
钢管水力膨胀式管外封隔器两端与套管或筛管相连,下至预定需封隔的地层。如图4a所示,在完成下套管及完井作业后,下入内管及工具至钢管水力膨胀式管外封隔器处,内管封隔器21位于基管1的进液孔11两端,从内管20投球打压,当压力到一定值打开限压阀22,液体进入内管与基管1的环形空间,继续打压,安装在基管1和滑套9上进液孔11内的爆破盘片12在液压作业下破裂,打开进液孔11,液体进入压力腔17。
如图2a所示,当压力传递至压力腔17,由于膨胀管2是采用高延伸率的钢管材料,在液压作用下发生径向膨胀,其外径随之增大,已膨胀段16带动位于基管1上的密封橡胶8膨胀。在膨胀管2发生膨胀过程中,在膨胀管2轴向会产生拉力,当轴向拉力到达一定值时,连接滑动短节3与基管1的二级销钉15发生剪切,滑动短节3可由膨胀管2牵引在基管1上构成滑动密封,相当于膨胀管2一端暂时为自由端,但其具有固定的行程,运动至基管1上的定位台阶19处时发生限位,如图3a和图3b所示,这样可避免膨胀管膨胀时管体变得太薄而降低抗外挤强度,同时也保护其他连接部件不受轴向拉伸的损坏。
如图2b所示,在液压力作用下,膨胀管2逐渐完成膨胀,采用膨胀管和密封橡胶8代替常规的胶筒进行密封,已膨胀段16及随之膨胀的密封橡胶8可紧贴于井眼18,顺应井眼18封隔,可封隔外径范围较大,钢管的封隔强度明显高于胶筒封隔,同时可以调节膨胀管2长度来提高封隔效果。
如图4b所示,在膨胀管2完成膨胀后,泄压,内管封隔器21收缩,外径变小,下放内管20及工具,当安装在内管20上的滑套关闭工具23下行至与滑套9配合时,下压内管20,连接滑套9和基管1的一级销钉14在机械力作用下剪切,滑套关闭工具23带动滑套9下行至基管1上的止退台阶13处,关闭进液孔11,然后起出内管20及工具,完成钢管水力膨胀式管外封隔器的膨胀坐封。
 
上述的钢管水力膨胀式管外封隔器,其膨胀管采用延伸率强的钢管材料,可在液压作用下发生径向膨胀,而滑动短节、上连接件和下连接件等部件采用膨胀性能差的钢管材料,在膨胀管发生膨胀时不会发生膨胀。在膨胀管发生膨胀时,其外径随之增大,在膨胀管轴向产生拉力,当轴向拉力到达一定值时,连接滑动短节与基管的二级销钉发生剪切,滑动短节可由膨胀管牵引在基管上构成滑动密封,相当于膨胀管一端暂时为自由端,但其具有固定的行程,运动至基管上的定位台阶处停止,这样可避免膨胀管膨胀时管体变得太薄而降低抗外挤强度,同时也保护其他连接部件不受轴向拉伸的损坏。
上述的钢管水力膨胀式管外封隔器,所采用的密封橡胶可为多段,也可为一长段,直接硫化在膨胀管外表面,或嵌入式加工在膨胀管外侧;同时也可采用遇油/遇水自膨胀橡胶,在遇油/遇水条件下,发生橡胶自膨胀,填满环空间隙,以增加环空的密封效果。
本发明采用膨胀管2的钢管膨胀理念,并依靠膨胀管2和密封橡胶8相结合的封隔方式,胀封后不会发生橡胶8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 (5)

1.钢管水力膨胀式管外封隔器,包括基管、上固定件、下固定件和密封橡胶,基管的两端带有连接头,其特征是:基管上加工有进液孔,在进液孔内安装有限压的爆破盘片,在进液孔处的基管内通过一级销钉连有滑套,滑套上设有与进液孔贯通的通孔;基管外设有膨胀管,膨胀管上端固连滑动短节,滑动短节和上连接件采用二级销钉固定连接,滑动短节通过上连接件密闭插接在上固定件内,上固定件与基管固连;膨胀管下端通过下连接件和下固定件固定在基管外侧,膨胀管外侧设有一段以上的密封橡胶。
2.根据权利要求1所述的钢管水力膨胀式管外封隔器,其特征是:在基管内部还设有打压工具,该打压工具由内管和连接在内管上的内管封隔器、限压阀和滑套关闭工具组成,其中,限压阀设在上、下内管封隔器之间,滑套关闭工具设在上内管封隔器的上方,上、下内管封隔器涨封后与滑套密闭配合,滑套关闭工具与滑套顶部阻挡配合。
3.根据权利要求1或2所述的钢管水力膨胀式管外封隔器,其特征是:滑动短节下方的基管外设有与滑动短节阻挡配合的限位台阶;滑套下方的基管上设有与滑套阻挡配合的止退台阶。
4.根据权利要求3所述的钢管水力膨胀式管外封隔器,其特征是:密封橡胶直接硫化在膨胀管外表面或嵌入式加工在膨胀管外侧,采用遇油/遇水自膨胀橡胶。
5.根据权利要求4所述的钢管水力膨胀式管外封隔器,其特征是:滑动短节和下连接件与基管之间安装有密封件。
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