CN104790903B - 可重复坐封跨式封隔器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可重复坐封跨式封隔器，涉及油气井分层采油技术领域。所述可重复坐封跨式封隔器的上接头、下接头用于分别连接一短节；所述可重复坐封跨式封隔器，包括：中心管及密封装置；所述密封装置包括：锚定机构、胶筒以及坐封机构；所述锚定机构固定在所述中心管上，所述坐封机构可沿所述中心管滑动，所述胶筒套设在所述中心管上，且所述胶筒的一端抵住所述锚定机构，所述胶筒的另一端与所述坐封机构贴靠；所述坐封机构沿所述中心管向所述胶筒滑动时，所述胶筒在所述锚定机构和所述坐封机构之间受挤压变形以与井眼套管贴合实现密封。本发明不仅能够实现单趟管柱的多段作业，而且密封性能可靠。
Description
技术领域
本发明涉及油气井分层采油技术领域，尤其涉及一种可重复坐封跨式封隔器。
背景技术
当油井中有多套层系合采时，由于油层之间的压力、油层物理性质、原油性质等差异，油层之间往往会互相干扰，使部分油层不能发挥应有的作用。为减少或消除层间干扰，应分层开采，例如分层采油、分层注水。在分层开采过程中，常常用封隔器来封隔管柱与井眼套管之间以及管柱之间环形空间，以隔绝产层。
在试油、压裂、增产等作业过程中，往往需要下单趟管柱进行多段作业。现有技术中，通常通过短节将至少两个封隔器串联起来实现跨隔以进行单趟管柱的多段作业，其中，用于实现跨隔的封隔器为跨式封隔器。目前常用的跨式封隔器通常包括上下接头、中心管、皮碗式胶筒等零部件，其中，皮碗式胶筒是跨式封隔器中最关键的零部件，皮碗式胶筒的外径大于井眼套管内径，以通过皮碗式胶筒与井眼套管间的过盈配合实现密封作用。在上述跨式封隔器的作业过程中，由于下井时皮碗式胶筒受到的阻力较大，极易造成对皮碗式胶筒的磨损及刮坏，从而导致该跨式封隔器失去密封性能。
发明内容
针对现有技术中的上述缺陷，本发明提供一种可重复坐封跨式封隔器，不仅能够实现单趟管柱的多段作业，而且密封性能可靠。
本发明的第一个方面是提供一种可重复坐封跨式封隔器，其特征在于，所述可重复坐封跨式封隔器的上接头、下接头用于分别连接一短节；所述可重复坐封跨式封隔器，包括：中心管及密封装置；所述密封装置包括：锚定机构、胶筒以及坐封机构；所述锚定机构固定在所述中心管上，所述坐封机构可沿所述中心管滑动，所述胶筒套设在所述中心管上，且所述胶筒的一端抵住所述锚定机构，所述胶筒的另一端与所述坐封机构贴靠；所述坐封机构沿所述中心管向所述胶筒滑动时，所述胶筒在所述锚定机构和所述坐封机构之间受挤压变形以与井眼套管贴合实现密封。
进一步地，所述坐封机构为活塞结构；所述活塞结构，包括：活塞杆和活塞杆运动空间，其中，所述活塞杆运动空间由所述中心管的外壁和套设在所述中心管外壁上的套筒围成；所述中心管上设有与所述活塞杆运动空间连通的第一传压孔；通过第一传压孔向所述活塞杆运动空间施压，以推动所述活塞杆向胶筒滑动。
优选地，所述套筒与所述可重复坐封跨式封隔器的上接头一体设置，或者，所述套筒与所述可重复坐封跨式封隔器的下接头一体设置。
进一步地，所述锚定机构为用于将可重复坐封跨式封隔器锚定在井眼套管上的锚定装置。
进一步地，所述锚定装置，包括：依次远离所述胶筒设置的卡瓦以及锥体；所述锥体固定套设在所述中心管上，并且所述锥体的斜面面向所述卡瓦倾斜；所述卡瓦滑动套设在所述中心管上，所述卡瓦的第一端与所述胶筒贴靠，所述卡瓦的第二端具有与所述锥体的斜面配合的斜面；所述坐封机构沿所述中心管向所述胶筒滑动时，所述胶筒推动所述卡瓦向所述锥体滑动，所述卡瓦的第二端沿所述锥体的斜面撑开以锚定在井眼套管上，进而所述胶筒在所述卡瓦和所述坐封机构之间受挤压变形以与井眼套管贴合实现密封。
进一步地，所述锚定装置还包括：卡瓦复位装置；所述卡瓦复位装置滑动套设在所述中心管上，所述卡瓦复位装置的一端与所述卡瓦的一端固定连接，所述卡瓦复位装置的另一端与所述胶筒贴靠；所述卡瓦复位装置沿所述中心管向所述胶筒滑动时，所述卡瓦复位装置拉动所述卡瓦向远离所述锥体的方向滑动，进而所述卡瓦的第二端脱离所述锥体以实现卡瓦的复位。
进一步地，所述中心管的外壁上设置有凸出部；所述卡瓦复位装置，包括：卡瓦盒、缸体以及复位弹簧；所述卡瓦盒的一端与所述卡瓦的第一端固定连接，所述卡瓦盒的另一端与所述缸体固定连接；所述缸体背离所述卡瓦盒的一端与所述胶筒贴靠；所述复位弹簧位于所述缸体内，所述复位弹簧的一端抵住所述缸体底部，所述复位弹簧的另一端抵住所述凸出部。
进一步地，所述卡瓦盒靠近卡瓦的一端设有向所述卡瓦延伸的延伸部，所述延伸部上设有定位孔；所述卡瓦复位装置，还包括：塔簧，所述塔簧半径较小的一端设置在所述定位孔内，所述塔簧半径较大的一端抵住所述卡瓦。
优选地，所述锚定装置设置在所述中心管的上端；所述锥体与所述可重复坐封跨式封隔器的上接头一体设置。
优选地，所述可重复坐封跨式封隔器为压缩式可重复坐封跨式封隔器。
本发明提供的可重复坐封跨式封隔器，通过所述可重复坐封跨式封隔器的上接头、下接头与相应的短节的连接实现跨隔，进而实现单趟管柱的多段作业；所述可重复坐封跨式封隔器随着管柱的下放到达井内预定位置后，给中心管注入压裂液，当管柱排量达到一定程度后，即能达到一定节流压差，使坐封机构能够沿中心管向胶筒的方向滑动，所述胶筒在固定在所述中心管上的锚定机构和所述坐封机构之间受挤压发生变形，所述胶筒的长度变小、径向增大，进而与井眼套管贴合实现密封管柱与井眼套管之间的环形空间；在未给管柱施加压力之前，即没有节流压差时，所述胶筒未受到所述锚定机构和坐封机构的挤压，所述胶筒的外径小于井眼套管内径，使得在下井时，能够避免对所述胶筒的磨损，以保证所述胶筒的密封性能，从而使得该可重复坐封跨式封隔器的密封性能可靠。
附图说明
图1为本发明可重复坐封跨式封隔器实施例一的结构示意图；
图2为本发明可重复坐封跨式封隔器实施例二的结构示意图；
图3为本发明可重复坐封跨式封隔器实施例三的结构示意图；
图4为本发明可重复坐封跨式封隔器实施例四的结构示意图；
图5为本发明可重复坐封跨式封隔器实施例四的局部放大示意图；
图6为本发明可重复坐封跨式封隔器与短节的连接示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
图1为本发明可重复坐封跨式封隔器实施例一的结构示意图；请参照图1，本实施例提供一种可重复坐封跨式封隔器，该可重复坐封跨式封隔器的上接头11、下接头12用于分别连接一短节；可重复坐封跨式封隔器，包括：中心管13及密封装置18；密封装置18包括：锚定机构14、胶筒15以及坐封机构16；锚定机构14固定在中心管13上，坐封机构16可沿中心管13滑动，胶筒15套设在中心管13上，且胶筒15的一端抵住锚定机构14，胶筒15的另一端与坐封机构16贴靠；坐封机构16沿中心管13向胶筒15滑动时，胶筒15在锚定机构14和坐封机构16之间受挤压变形以与井眼套管贴合实现密封。
具体地，可重复坐封跨式封隔器可以为压缩式可重复坐封跨式封隔器。可重复坐封跨式封隔器的上接头11、下接头12可以为中心管13的两端，通过螺纹联接将中心管13与短节连接在一起，例如，中心管13的一端可以设有外螺纹，中心管13的另一端可以设有内螺纹，可以通过中心管13的外螺纹和内螺纹分别与相应短节上的内螺纹和外螺纹的配合实现可重复坐封跨式封隔器与短节的连接。可重复坐封跨式封隔器的上接头11、下接头12可以固定连接在中心管13的两端，例如，可以通过紧固件将上接头11、下接头12的一端固定连接在中心管13的两端，或者通过螺纹联接将上接头11、下接头12的一端固定连接在中心管13的两端，上接头11、下接头12的另一端可以通过螺纹联接与相应的短节连接，以实现可重复坐封跨式封隔器与短节的连接。锚定机构14可以为固定在中心管13上的阻挡环，可以为中心管13的外壁上的凸起，也可以为上接头11或者下接头12靠近胶筒15的一端。胶筒15可以为抗撕裂性能较好的复合式胶筒。坐封机构16用于提供动力以推动胶筒15向锚定机构14滑动，使得胶筒15能够在锚定机构14和坐封机构16之间受挤压变形，坐封机构16可以为液压式的坐封机构。
本发明提供的可重复坐封跨式封隔器，通过可重复坐封跨式封隔器的上接头11、下接头12与相应的短节的连接，与底封封隔器配合使用，实现跨隔，进而实现单趟管柱的多段作业；可重复坐封跨式封隔器随着管柱的下放到达井内预定位置后，给中心管注入压裂液，当管柱排量达到一定程度后，即能达到一定节流压差，使坐封机构16能够沿中心管13向胶筒15的方向滑动，胶筒15在固定在中心管13上的锚定机构14和坐封机构16之间受挤压发生变形，胶筒15的长度变小、径向增大，进而与井眼套管贴合实现密封管柱与井眼套管之间环形空间以实现坐封；在可重复坐封跨式封隔器未到达井内预定位置时，没有给中心管施加压力，即没有节流压差时，胶筒15未受到锚定机构14和坐封机构16的挤压，胶筒15的外径小于井眼套管内径，使得在下井时，能够避免对胶筒15的磨损，以保证胶筒15的密封性能，从而使得该可重复坐封跨式封隔器的密封性能可靠。
实施例二
图2为本发明可重复坐封跨式封隔器实施例二的结构示意图；请参照图2，在上述实施例一的基础上，优选地是，坐封机构16可以为活塞结构；活塞结构可以包括：活塞杆161和活塞杆运动空间，其中，活塞杆运动空间可以由中心管13的外壁和套设在中心管13外壁上的套筒121围成；中心管13上可以设有与活塞杆运动空间连通的第一传压孔131；可以通过第一传压孔131向活塞杆运动空间施压，以推动活塞杆161向胶筒15滑动。
本发明实施例中，套筒121可以与中心管13一体设置，也可以为固定套设在中心管13外壁上的一零件。优选地，套筒121与可重复坐封跨式封隔器的上接头11可以一体设置，或者，套筒121与可重复坐封跨式封隔器的下接头12可以一体设置，以实现局部设计的整合，能够减少可重复坐封跨式封隔器中零件的数量，也能够减少可重复坐封跨式封隔器装配过程中的工序数量。第一传压孔131内可以设有防砂网。具体地，活塞杆161的一端可以与胶筒15贴靠，另一端可以伸入活塞杆运动空间，以使活塞杆161、套筒121和中心管13可以形成一个液压缸，当向中心管13内加压时，即当通过第一传压孔131向活塞杆运动空间施压时，活塞杆161能够向着胶筒15的方向滑动，使得胶筒15在锚定机构14和活塞杆161之间受挤压变形以与井眼套管贴合实现密封，从而实现坐封，使得坐封的操作过程简单快捷。
实施例三
图3为本发明可重复坐封跨式封隔器实施例三的结构示意图；请参照图3，在上述实施例一或者实施例二的基础上，进一步地，锚定机构14可以为用于将可重复坐封跨式封隔器锚定在井眼套管上的锚定装置。锚定装置具体可以包括：依次远离胶筒15设置的卡瓦141以及锥体111；锥体111固定套设在中心管13上，并且锥体111的斜面面向卡瓦141倾斜；卡瓦141滑动套设在中心管13上，卡瓦141的第一端与胶筒15贴靠，卡瓦141的第二端具有与锥体111的斜面配合的斜面；坐封机构16沿中心管13向胶筒15滑动时，胶筒15推动卡瓦141向锥体111滑动，卡瓦141的第二端沿锥体111的斜面撑开以锚定在井眼套管上，进而胶筒15在卡瓦141和坐封机构16之间受挤压变形以与井眼套管贴合实现密封。
本发明实施例中，较佳地，锚定装置设置在中心管13的上端，即中心管13上可以由上而下依次设置有锚定装置、胶筒15以及坐封机构16。较佳地，锥体111与可重复坐封跨式封隔器的上接头11可以一体设置以实现局部设计的整合，能够减少可重复坐封跨式封隔器中零件的数量，也能够减少可重复坐封跨式封隔器装配过程中的工序数量。具体地，坐封机构16沿中心管13向胶筒15滑动时，同时胶筒15可以推动卡瓦141向锥体111的方向滑动，使锥体111可以撑开卡瓦141的第二端，以将可重复坐封跨式封隔器锚定在井眼套管上，进而将管柱更稳固地锚定在井眼套管上；当由于地层砂或工程用砂埋住部分管柱使管柱不能提出井口，即出现砂卡现象时，可以通过上提管柱使卡瓦141的第二端与锥体111脱离，同时卡瓦141的第二端也可以复位以与井眼套管脱离，从而解除砂卡，能够有效预防可重复坐封跨式封隔器的卡死现象。需要说明的是，卡瓦141的第二端、与井眼套管接触的一面可以设有卡瓦牙，卡瓦牙能够与井眼套管内壁摩擦贴紧以将可重复坐封跨式封隔器锚定在井眼套管内壁上。
实施例四
图4为本发明可重复坐封跨式封隔器实施例四的结构示意图；请参照图4，在上述实施例三的基础上，进一步地，锚定装置还可以包括：设置在卡瓦141与胶筒15之间的卡瓦复位装置；卡瓦复位装置可以包括：卡瓦盒142、缸体143以及复位弹簧144，卡瓦盒142的一端与卡瓦的第一端固定连接，卡瓦盒142的另一端与缸体143固定连接；缸体143背离卡瓦盒142的一端与胶筒15贴靠；复位弹簧144位于缸体143内，复位弹簧144的一端抵住缸体143底部，复位弹簧144的另一端抵住、固定设置在中心管13外壁上的凸出部132。
本实施例中，卡瓦盒142、缸体143以及复位弹簧144可以一体设置。卡瓦141的第一端可以卡装在卡瓦盒142上，卡瓦盒142与缸体143可以通过螺纹联接进行固定连接。凸出部132可以与缸体143共同作用以压缩弹簧，凸出部132可以为中心管13外壁的一处变径。当坐封机构16沿中心管13向胶筒15滑动时，胶筒15推动缸体143、卡瓦盒142及卡瓦141向锥体111的方向滑动，同时，凸出部132与缸体143开始压缩复位弹簧144；当卡瓦141的第二端沿锥体111的斜面撑开并将可重复坐封跨式封隔器锚定在井眼套管上时，缸体143和卡瓦盒142停止滑动，并且缸体143与凸出部132停止压缩复位弹簧144，此时复位弹簧144存储了一定的能量；坐封机构16沿中心管13向胶筒15继续滑动，进而使胶筒15在缸体143和坐封机构16之间受挤压变形以与井眼套管贴合实现密封；当坐封机构16沿中心管13向远离胶筒15的方向滑动时，胶筒15的径向开始减小以脱离井眼套管内壁后，复位弹簧144开始释放存储的能量以推动缸体143及卡瓦盒142向远离锥体111的方向滑动，同时卡瓦盒142拉动卡瓦141向远离锥体111的方向滑动，进而卡瓦141的第二端脱离锥体111以实现卡瓦141的复位，卡瓦14复位之后可以继续下放管柱进行作业。
较佳地，卡瓦盒142、中心管13及中心管13上的凸出部132可以形成另一液压缸，中心管13上可以设有第二传压孔133，第二传压孔133用于向卡瓦盒142施加压力以推动卡瓦盒142向锥体111的方向滑动。第二传压孔133内可以设有防砂网。
图5为本发明可重复坐封跨式封隔器实施例四的局部放大示意图，请参照图5，进一步地，卡瓦盒142靠近卡瓦141的一端设有向卡瓦141延伸的延伸部1711，延伸部1711上设有定位孔；卡瓦复位装置，还可以包括：塔簧145，塔簧145半径较小的一端设置在定位孔内，塔簧145半径较大的一端抵住卡瓦。本实施例中，在锥体111撑开卡瓦141的第二端时，卡瓦141开始压缩塔簧145；当卡瓦141锚定在井眼套管上之后，停止压缩塔簧145，并且塔簧145存储了一定的能量；当卡瓦141在卡瓦盒142、缸体143以及复位弹簧144的作用下复位时，塔簧145开始释放能力，推动撑开的卡瓦141的第二端向中心管13的方向合拢，以使卡瓦141完全复位，便于管柱的上提或者下放。
图6为本发明可重复坐封跨式封隔器与短节的连接示意图，请参照图6，可重复坐封跨式封隔器的上接头11、下接头12可以分别连接一短节20。其中，最底端的短节的底端可以设置一底封封隔器，底封封隔器可以为常用的底封封隔器。较佳地，可以根据实际需要选择跨封封隔段的长度，使其定位准确，性能可靠。
在上述各实施例的基础上，较佳地，当通过螺纹联接将上接头11的一端固定连接在中心管13的两端时，可以通过限位销钉17穿过上接头11并与中心管13上的销钉孔配合，以防止上接头11与中心管13间的螺纹联接的松脱。相同地，为了防止下接头12与中心管13间的螺纹联接的松脱，可以通过限位销钉17穿过下接头12并与中心管13上的销钉孔配合，从而限制下接头12与中心管13形成的运动副间的相对转动。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种可重复坐封跨式封隔器，其特征在于，所述可重复坐封跨式封隔器的上接头、下接头用于分别连接一短节；
所述可重复坐封跨式封隔器，包括：中心管及密封装置；
所述密封装置包括：锚定机构、胶筒以及坐封机构；
所述锚定机构固定在所述中心管上，所述坐封机构可沿所述中心管滑动，所述胶筒套设在所述中心管上，且所述胶筒的一端抵住所述锚定机构，所述胶筒的另一端与所述坐封机构贴靠；
所述坐封机构沿所述中心管向所述胶筒滑动时，所述胶筒在所述锚定机构和所述坐封机构之间受挤压变形以与井眼套管贴合实现密封；
所述锚定机构为用于将可重复坐封跨式封隔器锚定在井眼套管上的锚定装置；
所述锚定装置，包括：依次远离所述胶筒设置的卡瓦以及锥体；
所述锥体固定套设在所述中心管上，并且所述锥体的斜面面向所述卡瓦倾斜；
所述卡瓦滑动套设在所述中心管上，所述卡瓦的第一端与所述胶筒贴靠，所述卡瓦的第二端具有与所述锥体的斜面配合的斜面；
所述坐封机构沿所述中心管向所述胶筒滑动时，所述胶筒推动所述卡瓦向所述锥体滑动，所述卡瓦的第二端沿所述锥体的斜面撑开以锚定在井眼套管上，进而所述胶筒在所述卡瓦和所述坐封机构之间受挤压变形以与井眼套管贴合实现密封；
所述锚定装置，还包括：卡瓦复位装置；
所述卡瓦复位装置滑动套设在所述中心管上，所述卡瓦复位装置的一端与所述卡瓦的一端固定连接，所述卡瓦复位装置的另一端与所述胶筒贴靠；
所述卡瓦复位装置沿所述中心管向所述胶筒滑动时，所述卡瓦复位装置拉动所述卡瓦向远离所述锥体的方向滑动，进而所述卡瓦的第二端脱离所述锥体以实现卡瓦的复位；
所述中心管的外壁上设置有凸出部；
所述卡瓦复位装置，包括：卡瓦盒、缸体以及复位弹簧；
所述卡瓦盒的一端与所述卡瓦的第一端固定连接，所述卡瓦盒的另一端与所述缸体固定连接；
所述缸体背离所述卡瓦盒的一端与所述胶筒贴靠；
所述复位弹簧位于所述缸体内，所述复位弹簧的一端抵住所述缸体底部，所述复位弹簧的另一端抵住所述凸出部；
所述卡瓦盒、所述中心管及所述中心管上的凸出部组成液压缸结构，其中，所述中心管上设有第二传压孔，所述第二传压孔用于向所述卡瓦盒施加压力以推动所述卡瓦盒向所述锥体的方向滑动。
2.根据权利要求1所述的可重复坐封跨式封隔器，其特征在于，所述坐封机构为活塞结构；
所述活塞结构，包括：活塞杆和活塞杆运动空间，其中，所述活塞杆运动空间由所述中心管的外壁和套设在所述中心管外壁上的套筒围成；
所述中心管上设有与所述活塞杆运动空间连通的第一传压孔；
通过第一传压孔向所述活塞杆运动空间施压，以推动所述活塞杆向胶筒滑动。
3.根据权利要求2所述的可重复坐封跨式封隔器，其特征在于，所述套筒与所述可重复坐封跨式封隔器的上接头一体设置，或者，所述套筒与所述可重复坐封跨式封隔器的下接头一体设置。
4.根据权利要求1所述的可重复坐封跨式封隔器，其特征在于，所述卡瓦盒靠近卡瓦的一端设有向所述卡瓦延伸的延伸部，所述延伸部上设有定位孔；
所述卡瓦复位装置，还包括：塔簧，所述塔簧半径较小的一端设置在所述定位孔内，所述塔簧半径较大的一端抵住所述卡瓦。
5.根据权利要求1所述的可重复坐封跨式封隔器，其特征在于，所述锚定装置设置在所述中心管的上端；所述锥体与所述可重复坐封跨式封隔器的上接头一体设置。
6.根据权利要求1-3任一项所述的可重复坐封跨式封隔器，其特征在于，所述可重复坐封跨式封隔器为压缩式可重复坐封跨式封隔器。
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