CN104653145A - 可洗井长胶筒压差式注水封隔器 - Google Patents

Abstract

一种可洗井长胶筒压差式注水封隔器。为了克服现有可洗井长胶筒压差式封隔器洗井时封隔器解封，造成的洗井后坐封、密封不严、洗井不通、结构复杂及洗井方式不佳的不足，本发明包括坐封总成、胶筒密封总成、洗井总成、解封装置，上接头、上中心管、桥式连接套、下中心管、下接头由上至下通过螺纹依次固定连接组成固定管柱，洗井总成安装在上接头与桥式连接套轴向之间的上中心管上；坐封总成安装在桥式连接套下端与下接头轴向之间；坐封总成的外中心管外圆上安装有胶筒密封总成。其有益效果是结构设计合理，坐封、洗井、密封、解封各项功能独立设计，通过井口操作可控制洗井阀的开启和关闭，达到分层注水的最佳效果。

Description

可洗井长胶筒压差式注水封隔器

技术领域

本发明涉及一种石油开采中分层注水封隔器，尤其是涉及一种可洗井长胶筒压差式注水封隔器，适用于中深井小卡距、厚油层薄夹层油管一级两段、两级三段及以上注水井小夹层分层注水。

背景技术

随着油田开发进入高含水期，充分利用低渗透层挖掘油田生产潜力，提高储层动用程度及采收率成为中后期油田的开发目标，控制油层中的高渗透层，强制性地开采低渗透层及厚油层、薄夹层成为了重要的挖潜手段。油管偏心分注工艺技术在油田的成熟应用，其工艺管柱及工具配套水平能够满足常规井一级两段或两级三段以上分注井需求，达到了细分层注水、注够水、注好水及有效注水的目的。

油管偏心分注工艺技术配套的可洗井封隔器有两种，压缩式封隔器（如Y341型）和压差式封隔器（如K341型或K344型），在夹层大于5m的常规分注井中应用效果很好，当夹层小于5m时，封隔器坐封位置需要磁定位。在常规油水井管柱设计中，每1000m管柱的累计误差≤0.2m，对于厚油层薄夹层的分注井，当夹层厚度在1m以下，需要进行细分层注水时，压缩式封隔器和压差式封隔器将无法准确的进行油层封隔，坐封效果无法保证。

采用长胶筒封隔器则可以进行反向封隔，即利用封隔器胶筒的长度，补偿管柱误差。例如，当夹层厚度为0.4m时，采用胶筒长度1m的封隔器，即使出现±0.3m的误差，夹层仍然被胶筒覆盖，封隔器能够有效地将注水层段封隔开，达到分层注水、细分注的目的。

目前的长胶筒封隔器从功能、用途上分为可洗井和不可洗井两类：

不可洗井长胶筒封隔器在油管分层注水工艺中不能满足定期清洗井筒的要求，影响管柱的有效期及注水效果，同时也不利于细分注工艺的实施。

可洗井长胶筒封隔器从洗井方式区分有两种结构，一种是生产中需要清洗井筒时，通过释放坐封腔内的压力，胶筒回缩封隔器解封后，才能进行洗井。如：2012年7月4日公开的《长胶筒高压注水封隔器》（公开号CN02536155A），停注洗井时，由油套环空打压，压力推动活塞及活塞杆顶开密封钢球，液体从胶筒内渗出，封隔器解封洗井；洗井后，再从油管打压，压力推开密封钢球，胶筒膨胀封隔器坐封。这种洗井方式的封隔器，存在两种不足，一是注水管柱在井下根据注水效果定期或不定期的洗井，封隔器反复的坐封、解封，使密封钢球的控制弹簧容易疲劳变形，导致钢球密封不严封隔器坐封失效；二是封隔器解封胶筒释放时，若井筒环空的压力或油管内的压力与胶筒内腔的压力达到平衡或者低于胶筒内腔的压力，胶筒内的液体就不能完全排出，胶筒回缩不到位，使得封隔器不能完全解封，造成洗井不通。另一种是清洗井筒时，不用解封封隔器，如：2011年8月24日公开的《注水井可洗井长胶筒封隔器》，包括上接头、中心管、洗井活塞、解封套、中套、胶筒套、长胶筒、胶筒座、单流阀及下接头等，坐封时液体推开针型单流阀，将胶筒膨胀密封油套环形空间；洗井机构设计了独立的液体通道，洗井时不用解封封隔器液体从内中心管与外中心管的环腔通过。但该封隔器只适用于正洗井，对于注水管柱来讲，油管内部洗井不利于管柱结构的配置，导致注水和洗井效果欠佳；此外，封隔器的坐封开启阀采用小凡尔球和小弹簧，承压低，封隔器下井或注水时的压力波动易造成小弹簧失效，使得封隔器易中途坐封或坐封不严。

发明内容

为了克服现有可洗井长胶筒压差式封隔器洗井时封隔器解封，造成的洗井后坐封、密封不严、洗井不通、结构复杂及洗井方式不佳的不足，本发明提供一种可洗井长胶筒压差式注水封隔器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：上接头、上中心管、桥式连接套、下中心管、下接头由上至下通过螺纹依次固定连接组成固定管柱，其中上中心管、下中心管的连接螺纹为外螺纹。洗井总成安装在上接头与桥式连接套轴向之间的上中心管上；坐封总成安装在桥式连接套下端与下接头轴向之间；坐封总成的外中心管外圆上安装有胶筒密封总成。桥式连接套的中部有径向过流孔Ⅲ，桥式连接套套体上有轴向通孔。

洗井总成的洗井套内孔为上小下大的阶梯孔，上端套在上中心管外，并与上中心管径向之间安装有密封圈；洗井套下端与桥式连接套上端固定连接；洗井套下端内孔与上中心管之间的环空内由上至下安装有阀体弹簧、阀体，阀体下端部与洗井套径向之间安装有密封环压套；阀体弹簧对应的上中心管上有径向过流孔Ⅰ，密封环压套对应的洗井套上有径向过流孔Ⅱ。

坐封总成中桥式连接体下端部2个阶梯的外螺纹，分别与上连接套、内连接套固定连接，内连接套位于上连接套内。内连接套下端固定连接有外中心管；外中心管安装在下中心管外，且与下中心管之间有环空，外中心管的下端与下中心管之间安装有扶正环。上连接套与凡尔座由解封剪钉定位连接，凡尔座又与下连接套固定连接；凡尔座与上连接套、下连接套径向之间安装有密封圈。凡尔座内孔为上小下大阶梯孔，上端的凸台Ⅱ沿外中心管外圆滑动，中部与外中心管之间有环空，外中心管的凸台Ⅲ下方与凡尔座下端部的环空内安装有凡尔阀，凡尔阀下方的下连接套与外中心管之间的环空内安装有凡尔阀弹簧。

胶筒密封总成在外中心管的外圆上由内至外依次安装有胶筒内囊、胶筒弹性骨架、外胶筒，胶筒内囊、胶筒弹性骨架、外胶筒的长度依次减小。胶筒内囊的两端固定安装有锁环，锁环外端安装的压帽与胶筒接头内螺纹固定连接；胶筒内囊上端的胶筒接头与下连接套固定连接，胶筒内囊下端的胶筒接头套在扶正套外，扶正套与外中心管固定连接且位于外中心管下端部径向过流孔Ⅳ的上方。外中心管下端面与下接头上端面之间有间隙。胶筒弹性骨架由10根以上不锈钢钢片径向叠加成圆筒状，不锈钢钢片的两端固定连接。

洗井作业时，洗井液由油套环空注入，依次通过洗井套的径向过流孔Ⅱ、桥式连接套的轴向通孔、外中心管与下中心管的环空、外中心管下端部的径向过流孔Ⅳ进入胶筒密封总成下方的油套环空。

坐封封隔器时，由油管打入带压液体，液体依次通过桥式连接体的轴向通孔、桥式连接体与上连接套间的环空流入，推开凡尔阀体，进入胶筒内囊与外中心管之间的密封腔内，液体将胶筒内囊、胶筒弹性骨架、外胶筒膨胀，当压力达到设计值时，外胶筒紧贴套管内壁，胶筒弹性骨架膨胀后与套管内壁自锚定，外胶筒密封油套环形空间。

解封时，上提安装可洗井长胶筒压差式注水封隔器的油管柱，上接头、上中心管、桥式连接体、上连接套、内连接套、外中心管、下中心管、下接头随油管柱一起上行，直至解封销钉被剪断；然后，外中心管随油管柱继续上行，直至胶筒内囊、外中心管之间的密封腔与外中心管下端部的过流孔Ⅳ贯通，密封腔内的液压由过流孔Ⅳ泄出，胶筒密封总成恢复原状并解封；外中心管的凸台Ⅲ与凡尔座的凸台Ⅱ对接挂住，封隔器随管柱一起提出井筒。

本发明的有益效果是，结构设计合理，坐封、洗井、密封、解封各项功能相互独立设计，功能性强，通过井口操作可控制洗井阀的开启和关闭，达到分层注水的最佳效果，满足小卡距、厚油层薄夹层分注井细分层注水的需求。

附图说明

图1是本发明可洗井长胶筒压差式注水封隔器（上部）结构示意图。

图2是本发明可洗井长胶筒压差式注水封隔器（下部）结构示意图。

图中：1.上接头，2.密封圈，3.上中心管，4.径向过流孔Ⅰ，5.阀体弹簧，6.洗井套，7.密封圈，8.阀体，9.密封环压套，11.径向过流孔Ⅱ，12.橡胶密封环，13.桥式连接套，14.密封圈，15.轴向通孔，16.过流孔Ⅲ，17.密封圈，18.上连接套，19.内连接套，20.密封圈，21.密封圈，22.解封剪钉，23.凡尔座，24.凡尔阀，25.弹簧，26.密封圈，27.凡尔阀弹簧，28.下连接套，29.密封圈，30.压帽，31.锁环，32.胶筒接头，33.外中心管，34.胶筒内囊，35.胶筒弹性骨架，36.外胶筒，37.下中心管，38.扶正套，39.密封圈，40.径向过流孔Ⅳ，41.扶正环，42.下接头，43.凸台Ⅱ，44.凸台Ⅲ，45.环空。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。但是，本领域技术人员应该知晓的是，本发明不限于所列出的具体实施方式，只要符合本发明的精神，都应该包括于本发明的保护范围内。

本发明可洗井长胶筒压差式注水封隔器包括坐封总成、胶筒密封总成、洗井总成、解封装置，与油管连接组成油管柱下入井筒的套管内，用于石油开采的中深井小卡距、厚油层薄夹层油管一级两段、两级三段及以上注水井小夹层分层注水。

参见附图1、2。上接头1、上中心管2、桥式连接套13、下中心管37、下接头42由上至下通过螺纹依次固定连接组成固定管柱，其中上中心管3、下中心管37的连接螺纹为外螺纹。

洗井总成安装在上接头1与桥式连接套13轴向之间的上中心管3外圆周上；坐封总成安装在桥式连接套13下端与下接头42轴向之间的下中心管37外圆周上；坐封总成的外中心管33外圆上安装有胶筒密封总成。

桥式连接套13的中部有径向过流孔Ⅲ16；桥式连接套13套体上的轴向通孔15。

洗井总成的洗井套6内孔为上小下大的阶梯孔，上端套在上中心管3外，并与上中心管3径向之间安装有密封圈2；洗井套6下端与桥式连接套13上端固定连接；洗井套6下端内孔与上中心管3之间的环空内由上至下安装有阀体弹簧5、阀体8，阀体8与洗井套6内孔之间安装有密封圈7，阀体8与上中心管3之间安装有密封圈；阀体8下端部与洗井套6径向之间安装有密封环压套9。阀体弹簧5对应的上中心管3上有径向过流孔Ⅰ4，密封环压套9对应的洗井套6上有径向过流孔Ⅱ11。

坐封总成中的桥式连接体（13）下端部2个阶梯的外螺纹分别与上连接套18、内连接套19固定连接，内连接套19位于上连接套18内；桥式连接体（13）与上连接套18之间安装有密封圈14；桥式连接体（13）与内连接套19之间安装有径向密封圈17。内连接套19下端固定连接有外中心管33，内连接套19与外中心管33之间径向安装有密封圈20；外中心管33安装在下中心管37外，且与下中心管37之间有环空，外中心管33的下端与下中心管37之间安装有扶正环41。

上连接套18与凡尔座23由解封剪钉22定位连接，即解封装置。

凡尔座23又与下连接套28固定连接；凡尔座23与上连接套18、下连接套28径向之间安装有密封圈21。凡尔座23内孔为上小下大阶梯孔，上端的凸台Ⅱ43沿外中心管33外圆滑动，中部与外中心管33之间有环空，外中心管33的凸台Ⅲ44下方与凡尔座23下端部的环空内安装有凡尔阀24，凡尔阀24与外中心管33之间安装有径向密封圈26；凡尔阀24下方的下连接套28与外中心管33之间的环空内安装有凡尔阀弹簧27。

胶筒密封总成是在外中心管33的外圆上由内至外依次安装的胶筒内囊34、胶筒弹性骨架35、外胶筒36，胶筒内囊34、胶筒弹性骨架35、外胶筒36的长度依次减小，胶筒内囊34的两端固定安装有锁环31，锁环31外端安装的压帽30与胶筒接头32内螺纹固定连接。胶筒内囊34上端的胶筒接头32与下连接套28固定连接，胶筒接头32与下连接套28之间安装有径向密封圈29；胶筒内囊34下端的胶筒接头32套在扶正套38外，扶正套38与外中心管33固定连接且位于外中心管33下端部径向过流孔Ⅳ40的上方，扶正套38与外中心管33之间安装有径向密封圈39。外中心管33下端面与下接头42上端面之间有间隙，当进行解封作业时，为上提油管柱提供空间。

所述胶筒弹性骨架35由10根以上不锈钢钢片径向叠加成圆筒状，不锈钢钢片的两端固定连接。

应用本发明可洗井长胶筒压差式注水封隔器，实施方式如下：

下入：首先将组装完毕的可洗井长胶筒压差式注水封隔器按照设计要求与其它配套工具组成管串，与油管固定连接组成油管柱下放至设计深度。

坐封：通过油管打入带压液体，液体依次通过桥式连接体13的轴向通孔15、桥式连接体13与上连接套18之间的环空流入，液体克服凡尔阀弹簧27的作用力，推动凡尔阀体25向下滑动后，进入胶筒内囊34与外中心管33之间的密封腔内，液体将胶筒内囊34、胶筒弹性骨架35、外胶筒36膨胀。当压力达到设计值时，外胶筒36膨胀后紧贴套管内壁，胶筒弹性骨架35膨胀后与套管内壁锚定后，外胶筒36密封油管与套管的环形空间，将封隔器上、下两端的注水层段分隔开，即可进行注水作业了。

洗井：注水过程中，当需要洗井作业时，洗井液由油管与套管之间的环空注入，通过洗井通道，即洗井套6的径向过流孔Ⅱ11、桥式连接套13的轴向通孔15、外中心管33与下中心管37的环空45、外中心管33下端部的径向过流孔Ⅳ40进入胶筒密封总成下方的油套环空；然后，洗井液通过管柱底部的循环阀从油管返出。重复循环完成洗井作业。

解封：上提安装可洗井长胶筒压差式注水封隔器的油管柱，依次连接的上接头1、上中心管3、桥式连接体13、上连接套18、内连接套19、外中心管33、下中心管37、下接头42随油管柱一起上行，直至解封销钉22被剪断；然后，继续上提油管柱，外中心管33随油管柱继续上行，直至胶筒内囊34、外中心管33之间的密封腔与外中心管33下端部的过流孔Ⅳ40贯通，密封腔内的液压由过流孔Ⅳ40泄出，胶筒密封总成的胶筒内囊34、胶筒弹性骨架35、外胶筒36恢复原状并解除对油管套管环空的密封；外中心管33的凸台Ⅲ44与凡尔座23的凸台Ⅱ43对接挂住，封隔器随管柱一起提出井筒。

采用本发明可洗井长胶筒压差式注水封隔器，坐封、洗井、密封、解封各项功能独立设计，坐封与洗井通道分别形成独立空间，在任何状态下互不干扰。在封隔器坐封将油套环空密封状态下，无论任何时候通过井口操作都可以控制洗井阀的开启和关闭，结构设计合理，性能可靠，有利于延长分层注水工艺管柱的有效期，达到分层注水的最佳效果，满足小卡距、厚油层薄夹层分注井细分层注水的需求。

本发明通过液压坐封、上提管柱解封、洗井时封隔器不用解封，既解决了现有分注井定期洗井需要解封的技术问题，又最大限度的保证了封隔器的使用效果及有效期。同时由于封隔器采用压差式长胶筒及在结构设计上的优越性，既满足了密封油套空间、分隔注水层的目的，也解决了小卡层或厚油层薄夹层分注井细分注难题。

应该注意的是上述实施例是示例而非限制本发明，本领域技术人员将能够设计很多替代实施例而不脱离本专利的权利要求范围。

Claims (8)

1.一种可洗井长胶筒压差式注水封隔器，包括上接头、下接头、中心管，以及坐封总成、胶筒密封总成、洗井总成、解封装置，其特征是：

所述上接头（1）、上中心管（3）、桥式连接套（13）、下中心管（37）、下接头（42）由上至下通过螺纹依次固定连接组成固定管柱，其中上中心管（3）、下中心管（37）的连接螺纹为外螺纹；

所述洗井总成安装在上接头（1）与桥式连接套（13）轴向之间的上中心管（3）上；所述坐封总成安装在桥式连接套（13）下端与下接头（42）轴向之间；所述坐封总成的外中心管（33）外圆上安装有胶筒密封总成；

所述桥式连接套（13）的中部有径向过流孔Ⅲ（16），桥式连接套（13）套体上有轴向通孔（15）。

2.根据权利要求1所述可洗井长胶筒压差式注水封隔器，其特征是：所述洗井总成的洗井套（6）内孔为上小下大的阶梯孔，上端套在上中心管（3）外，并与上中心管（3）径向之间安装有密封圈（2）；洗井套（6）下端与桥式连接套（13）上端固定连接；洗井套（6）下端内孔与上中心管（3）之间的环空内由上至下安装有阀体弹簧（5）、阀体（8），阀体（8）下端部与洗井套（6）径向之间安装有密封环压套（9）；阀体弹簧（5）对应的上中心管（3）上有径向过流孔Ⅰ（4），密封环压套（9）对应的洗井套（6）上有径向过流孔Ⅱ（11）。

3.根据权利要求1所述可洗井长胶筒压差式注水封隔器，其特征是：

所述坐封总成中桥式连接体（13）下端部2个阶梯的外螺纹，分别与上连接套（18）、内连接套（19）固定连接，内连接套（19）位于上连接套（18）内；

所述内连接套（19）下端固定连接有外中心管（33）；外中心管（33）安装在下中心管（37）外，且与下中心管（37）之间有环空，外中心管（33）的下端与下中心管（37）之间安装有扶正环（41）；

所述上连接套（18）与凡尔座（23）由解封剪钉（22）定位连接，凡尔座（23）又与下连接套（28）固定连接；凡尔座（23）与上连接套（18）、下连接套（28）径向之间安装有密封圈（21）；

所述凡尔座（23）内孔为上小下大阶梯孔，上端的凸台Ⅱ（43）沿外中心管（33）外圆滑动，中部与外中心管（33）之间有环空，外中心管（33）的凸台Ⅲ（44）下方与凡尔座（23）下端部的环空内安装有凡尔阀（24），凡尔阀（24）下方的下连接套（28）与外中心管（33）之间的环空内安装有凡尔阀弹簧（27）。

4.根据权利要求3所述可洗井长胶筒压差式注水封隔器，其特征是：所述胶筒密封总成在外中心管（33）的外圆上由内至外依次安装有胶筒内囊（34）、胶筒弹性骨架（35）、外胶筒（36），胶筒内囊（34）、胶筒弹性骨架（35）、外胶筒（36）的长度依次减小，胶筒内囊（34）的两端固定安装有锁环（31），锁环（31）外端安装的压帽（30）与胶筒接头（32）内螺纹固定连接；胶筒内囊（34）上端的胶筒接头（32）与下连接套（28）固定连接，胶筒内囊（34）下端的胶筒接头（32）套在扶正套（38）外，扶正套（38）与外中心管（33）固定连接且位于外中心管（33）下端部径向过流孔Ⅳ（40）的上方；

所述外中心管（33）下端面与下接头（42）上端面之间有间隙。

5.根据权利要求2所述可洗井长胶筒压差式注水封隔器，其特征是：洗井作业时，洗井液由油套环空注入，依次通过洗井套（6）的径向过流孔Ⅱ（11）、桥式连接套（13）的轴向通孔（15）、外中心管（33）与下中心管（37）的环空（45）、外中心管（33）下端部的径向过流孔Ⅳ（40）进入胶筒密封总成下方的油套环空。

6.根据权利要求4所述可洗井长胶筒压差式注水封隔器，其特征是：坐封封隔器时，由油管打入带压液体，液体依次通过桥式连接体（13）的轴向通孔（15）、桥式连接体（13）与上连接套（18）间的环空流入，推开凡尔阀体（25），进入胶筒内囊（34）与外中心管（33）之间的密封腔内，液体将胶筒内囊（34）、胶筒弹性骨架（35）、外胶筒（36）膨胀，当压力达到设计值时，外胶筒（36）紧贴套管内壁，胶筒弹性骨架（35）膨胀后与套管内壁锚定，外胶筒（36）密封油套环形空间。

7.根据权利要求6所述可洗井长胶筒压差式注水封隔器，其特征是：所述胶筒弹性骨架（35）由10根以上不锈钢钢片径向叠加成圆筒状，不锈钢钢片的两端固定连接。

8.根据权利要求7所述可洗井长胶筒压差式注水封隔器，其特征是：

解封时，上提安装可洗井长胶筒压差式注水封隔器的油管柱，所述上接头（1）、上中心管（3）、桥式连接体（13）、上连接套（18）、内连接套（19）、外中心管（33）、下中心管（37）、下接头（42）随油管柱一起上行，直至解封销钉（22）被剪断；

然后，所述外中心管（33）随油管柱继续上行，直至胶筒内囊（34）、外中心管（33）之间的密封腔与外中心管（33）下端部的过流孔Ⅳ（40）贯通，密封腔内的液压由过流孔Ⅳ（40）泄出，胶筒密封总成恢复原状并解封；外中心管（33）的凸台Ⅲ（44）与凡尔座（23）的凸台Ⅱ（43）对接挂住，封隔器随管柱一起提出井筒。