CN104727776A - 水平井多段压裂用悬挂封隔器 - Google Patents

水平井多段压裂用悬挂封隔器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水平井多段压裂用悬挂封隔器,包括从上至下依次连接的上接头、中心管和下接头;在所述中心管的外面套装有坐封机构、悬挂机构和密封机构;所述密封机构包括胶筒;所述悬挂机构包括套装在所述中心管上的上卡瓦和下卡瓦,所述上卡瓦和所述下卡瓦的牙型角方向不同;所述坐封机构位于所述下卡瓦的下方,包括锁环、锁环套和活塞,所述锁环、所述锁环套、所述中心管和所述下接头形成活塞腔,所述活塞安装在所述活塞腔内,所述锁环和所述锁环套位于所述活塞的上方,在所述中心管上设有与所述活塞腔连通的传压孔,所述传压孔位于所述活塞的下方。本发明工作密封压力高,悬挂载荷大,坐封、悬挂可靠,作业风险低。

Description

水平井多段压裂用悬挂封隔器
技术领域
[0001] 本发明属于石油、天然气完井技术领域,特别涉及一种承托管柱重量和密封套管环空、常用于隔离套管环空和油层段顶部、配合其它压裂工具完成层位封隔、实施水平井多段压裂作业的悬挂封隔器。
背景技术
[0002] 在水平井多段压裂作业中,要求悬挂封隔器坐封后能够承受整个下部压裂管柱负载和后期压裂作业工况下的轴向载荷,同时隔离套管环空和油层段顶部,配合其它压裂工具完成层位封隔。
[0003] 目前公知的悬挂封隔器,主要存在的技术缺陷如下:1)悬挂器和封隔器是两体的、分离的,机构复杂且承压低,同时卡瓦采用单向结构,不能满足压裂过程中双向承载施工要求。2)只有悬挂机构,并且是单向承压,承载能力低,不具备封隔油套环空间隙的能力,不能满足压裂施工的管柱双向承压和封隔要求。3)具备双向承压和封隔能力的悬挂封隔器,普遍存在封隔能力差、寿命短、悬挂能力低,同时中途遇阻后不易通过遇阻点,不能提供较大的上提下放能力,并且不具备提供大扭矩的能力。
发明内容
[0004] 本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种水平井多段压裂用悬挂封隔器,该悬挂封隔器不但能够满足压裂施工的管柱双向承压和封隔要求,而且封隔能力较强、双向承压能力较强。
[0005] 本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是:一种水平井多段压裂用悬挂封隔器,包括从上至下依次连接的上接头、中心管和下接头;在所述中心管的外面套装有坐封机构、悬挂机构和密封机构;所述密封机构包括胶筒,在所述胶筒的上端设有上压环,在所述胶筒的下端设有下压环,在所述胶筒的内壁中部设有支撑环,在所述上压环的上方设有上锥体,在所述下压环的下方设有下锥体,所述胶筒、所述上压环、所述下压环、所述支撑环、所述上锥体和所述下锥体均套装在所述中心管的外面,在所述支撑环和所述中心管之间设有密封圈,所述上锥体和所述下锥体各通过一剪切销钉I与所述中心管连接;所述悬挂机构包括套装在所述中心管上的上卡瓦和下卡瓦,所述上卡瓦和所述下卡瓦的牙型角方向不同,所述上卡瓦和所述下卡瓦均套装在所述中心管上,所述上卡瓦位于所述上锥体的上方,二者通过锥面接触,所述下卡瓦位于所述下锥体的下方,二者通过锥面接触;所述坐封机构位于所述下卡瓦的下方,包括锁环、锁环套和活塞,所述锁环与所述中心管采用向上传动的单向锯齿螺纹连接,所述锁环套与所述锁环采用连接螺纹连接,所述下接头的上端部与所述锁环套的下端部通过剪切销钉II连接,所述锁环、所述锁环套、所述中心管和所述下接头形成活塞腔,所述活塞安装在所述活塞腔内,所述锁环和所述锁环套位于所述活塞的上方,在所述中心管上设有与所述活塞腔连通的传压孔,所述传压孔位于所述活塞的下方。
[0006] 在所述上接头的上端部设有至少两个方键槽,所有所述方键槽沿所述上接头的周向均布。
[0007] 在所述上接头的内壁中部设有环形沟槽。
[0008] 在所述上接头的内底部设有定位锥面、上端部设有内倒角锥面。
[0009] 在所述上接头的上端设有保护筒,所述保护筒与所述上接头通过固定销钉连接。
[0010] 在所述上压环上设有上部铜制保护环,在所述下压环上设有下部铜制保护环。
[0011] 所述上卡瓦和所述上锥体通过共用防转键与所述中心管连接。
[0012] 本发明具有的优点和积极效果是:
[0013] I)悬挂机构和密封机构形成一体,机构简单紧凑,同时上、下卡瓦采用反向结构,能够满足压裂过程中双向承载施工要求。
[0014] 2)上、下卡瓦采用反向结构,双向承压,承载能力高;采用胶筒密封油套环空间隙,能够满足压裂施工的管柱双向承压和封隔要求。
[0015] 3)采用胶筒密封油套环空,封隔能力强;具备提供较大上提下放能力的环形沟槽结构,具备提供大扭矩的方键槽结构,在中途遇阻后,容易通过遇阻点。
[0016] 4)在内部压力的作用下,活塞上移,推动锁环套和下卡瓦上移,使得密封机构胶筒不断受压而涨开,悬挂机构的卡瓦也向外涨开,锁环套只能单向移动,所以在压力增加到设定值时,上卡瓦首先破裂,完全涨开卡在套管上,胶筒在推力作用下也完全涨开,实现环空密封,最后下卡瓦破裂,完全涨开卡住套管。胶筒涨开和卡瓦涨开的有序性,保证了悬挂力及密封的可靠性,使后续压裂作业能够顺利进行。
[0017] 综上所述,本发明的优点是:工作密封压力高,悬挂载荷大,坐封、悬挂可靠,作业风险低。
附图说明
[0018] 图1为本发明的结构示意图。
[0019] 图中:1-保护筒、2-上接头、21-内倒角锥面、22-方键槽、23-环形沟槽、24-定位锥面、3-固定销钉、4-中心管、5-上卡瓦、6-防转键、7-上锥体、8-剪切销钉1、9_胶筒、10-支撑环、11-0型密封圈、121-上压环、122-下压环、131-上部铜制保护环、132-下部铜制保护环、14-下锥体、15-下卡瓦、16-锁环套、17-锁环、18-下接头、19-活塞,20-传压孔、21-剪切销钉II。
具体实施方式
[0020] 为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效,兹例举以下实施例,并配合附图详细说明如下:
[0021] 请参阅图1,一种水平井多段压裂用悬挂封隔器,包括从上至下依次连接的上接头2、中心管4和下接头18,在所述中心管4的外面套装有坐封机构、悬挂机构和密封机构;所述密封机构包括胶筒9,在所述胶筒9的上端设有上压环121,在所述胶筒9的下端设有下压环122,在所述胶筒9的内壁中部设有支撑环10,在所述上压环121的上方设有上锥体7,在所述下压环122的下方设有下锥体14,所述胶筒9、所述上压环121、所述下压环122、所述支撑环10、所述上锥体7和所述下锥体14均套装在所述中心管4的外面,在所述支撑环10和所述中心管4之间设有O型密封圈11,所述上锥体7和所述下锥体14各通过一剪切销钉I 8与所述中心管4连接。所述悬挂机构包括套装在所述中心管4上的上卡瓦5和下卡瓦15,所述上卡瓦5和所述下卡瓦15的牙型角方向不同,所述上卡瓦5的牙型角开口朝上,所述下卡瓦15的牙型角开口朝下,所述上卡瓦5和所述下卡瓦15均套装在所述中心管4上,所述上卡瓦5位于所述上锥体7的上方,二者通过锥面接触,所述下卡瓦15位于所述下锥体14的下方,二者通过锥面接触。所述坐封机构位于所述下卡瓦15的下方,包括锁环17、锁环套16和活塞19,所述锁环17与所述中心管4采用向上传动的单向锯齿螺纹连接,所述锁环套16与所述锁环17采用连接螺纹连接,所述下接头18的上端部与所述锁环套16的下端部通过剪切销钉II 21连接,所述锁环17、所述锁环套16、所述中心管4和所述下接头18形成活塞腔,所述活塞19安装在所述活塞腔内,所述锁环17和所述锁环套16位于所述活塞19的上方,在所述中心管4上设有与所述活塞腔连通的传压孔20,所述传压孔20位于所述活塞19的下方。
[0022] 上接头、中心管与下接头连接,构成整个悬挂封隔器的内部支撑结构,在坐封过程中保持位置不动;上接头实现与送入工具的配合连接。胶筒内部设有支撑环并带有O型密封圈,能够保证胶筒和中心管之间的密封有效性。上、下卡瓦采用不同方向的牙型角,能够有效保障作业过程中可能的双向承载能力要求。
[0023] 在本实施例中,在所述上接头2的上端部设有至少两个方键槽22,所有所述方键槽22沿所述上接头的周向均布。方键槽22与送入工具外表面的方健配合,送入工具可以通过该配合实现对悬挂封隔器的大扭矩传递,实现解阻。在所述上接头2的内壁中部设有环形沟槽23。环形沟槽23与送入工具弹爪配合,能够保证送入工具对悬挂封隔器的上提和下放。在所述上接头2的内底部设有定位锥面24、上端部设有内倒角锥面21。以便于实现送入工具的插入和定位。在所述上接头2的上端设有保护筒1,所述保护筒I与所述上接头2通过固定销钉3连接。所述保护筒I能够对上接头2上端的倒角锥面及方键槽实施保护,防止磕碰损害。在所述上压环121上设有上部铜制保护环131,在所述下压环122上设有下部铜制保护环132。在封隔器的下入和坐封过程中上部铜制保护环131和部铜制保护环132能够起到有效保护的作用。所述上卡瓦5和所述上锥体7通过共用防转键6与所述中心管4连接。目的是为了保证后续可能有的套铣作业顺利进行。
[0024] 本发明的工作原理:
[0025] 本发明能够承托管柱重量和密封套管环空,常用于隔离套管环空和油层段顶部,配合其它压裂工具完成层位封隔,实施多段压裂作业。
[0026] I)坐封过程:悬挂封隔器先通过配合的送入工具将悬挂封隔器及其下端连接的压裂管柱下放到预定位置后坐封,封隔器内部设有传压孔,从中心管内打压后,压力通过传压孔进入活塞腔,推动活塞上行,活塞带动锁环套和锁环上行,悬挂封隔器中心管保持不动,锁环套上行,连接锁环套和下接头的剪切销钉II被剪断;锁环内部的单向传动锯齿螺纹保证锁环只能向上单向运动。锁环套和锁环上行挤压下卡瓦,下卡瓦进一步推动下锥体,连接下锥体和中心管的剪切销钉I被剪断。胶筒在下锥体的挤压作用下不断膨胀与套管接触,当推力达到一定数值后,推动上锥体上行并剪断连接上锥体和中心管的剪切销钉I,进一步推动上卡瓦。上卡瓦在受压作用下,会破裂撑开,直到卡瓦牙齿与套管壁咬合,实现上卡瓦坐封。上卡瓦破裂坐封后,胶筒在推力的作用下继续膨胀,保证了悬挂封隔器与套管之间的环空密封;下卡瓦在推力的作用下,也会破裂撑开,直到卡瓦牙齿与套管壁咬合,实现下卡瓦坐封。
[0027] 2)下入过程遇阻:悬挂封隔器上部设有上接头。上接头内部上端设有内倒角锥面及方键槽,能够保证悬挂封隔器送入工具的顺利插入,同时方键槽与送入工具外表面的方健配合,送入工具可以通过该配合实现对悬挂封隔器的大扭矩传递,实现遇阻情况的解阻作业;上接头中部设有的内沟槽,与送入工具弹爪配合,保证送入工具对悬挂封隔器的上提下放能力,同样提供处理遇阻情况的解阻能力。
[0028] 3)工作状态:悬挂封隔器坐封后,胶筒上、下可承受1000Psi高压,密封油套环空;同时卡瓦锚定后可承受压裂管柱负载和后期压裂作业工况下的轴向载荷,悬挂载荷能力不低于80T。
[0029] 尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述,但是本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,并不是限制性的,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下,还可以做出很多形式,这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种水平井多段压裂用悬挂封隔器,其特征在于,包括从上至下依次连接的上接头、中七、官和下接头; 在所述中心管的外面套装有坐封机构、悬挂机构和密封机构; 所述密封机构包括胶筒,在所述胶筒的上端设有上压环,在所述胶筒的下端设有下压环,在所述胶筒的内壁中部设有支撑环,在所述上压环的上方设有上锥体,在所述下压环的下方设有下锥体,所述胶筒、所述上压环、所述下压环、所述支撑环、所述上锥体和所述下锥体均套装在所述中心管的外面,在所述支撑环和所述中心管之间设有密封圈,所述上锥体和所述下锥体各通过一剪切销钉I与所述中心管连接; 所述悬挂机构包括套装在所述中心管上的上卡瓦和下卡瓦,所述上卡瓦和所述下卡瓦的牙型角方向不同,所述上卡瓦和所述下卡瓦均套装在所述中心管上,所述上卡瓦位于所述上锥体的上方,二者通过锥面接触,所述下卡瓦位于所述下锥体的下方,二者通过锥面接触; 所述坐封机构位于所述下卡瓦的下方,包括锁环、锁环套和活塞,所述锁环与所述中心管采用向上传动的单向锯齿螺纹连接,所述锁环套与所述锁环采用连接螺纹连接,所述下接头的上端部与所述锁环套的下端部通过剪切销钉II连接,所述锁环、所述锁环套、所述中心管和所述下接头形成活塞腔,所述活塞安装在所述活塞腔内,所述锁环和所述锁环套位于所述活塞的上方,在所述中心管上设有与所述活塞腔连通的传压孔,所述传压孔位于所述活塞的下方。
2.根据权利要求1所述的水平井多段压裂用悬挂封隔器,其特征在于,在所述上接头的上端部设有至少两个方键槽,所有所述方键槽沿所述上接头的周向均布。
3.根据权利要求1所述的水平井多段压裂用悬挂封隔器,其特征在于,在所述上接头的内壁中部设有环形沟槽。
4.根据权利要求1或3所述的水平井多段压裂用悬挂封隔器,其特征在于,在所述上接头的内底部设有定位锥面、上端部设有内倒角锥面。
5.根据权利要求1所述的水平井多段压裂用悬挂封隔器,其特征在于,在所述上接头的上端设有保护筒,所述保护筒与所述上接头通过固定销钉连接。
6.根据权利要求1所述的水平井多段压裂用悬挂封隔器,其特征在于,在所述上压环上设有上部铜制保护环,在所述下压环上设有下部铜制保护环。
7.根据权利要求1所述的水平井多段压裂用悬挂封隔器,其特征在于,所述上卡瓦和所述上锥体通过共用防转键与所述中心管连接。
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