CN105507845A - 一种油田长效隔采封隔器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种油田长效隔采封隔器，由上接头、插管、打捞套、胶筒、隔环、中心管、挡压套、上锥体、锁止销钉、卡瓦、弹簧、卡瓦套、下锥体、中接头、启动剪钉、坐封钢球、坐封球座、丢手剪钉、皮碗、连接头、滑套外筒、锁止钢球、滑套、中心套、复位弹簧、下接头以及堵头等部件连接组成，其将封隔器、插管、防倒灌装置进行了集成设计，实现了一趟管柱完成坐封、丢手、生产，极大地简化了施工工艺。本发明是针对油田套破井隔水采油而设计的专用封隔器，封隔期间不影响正常的采油且集成设计了配套的防倒灌装置，在检泵期间具有防倒灌功能，需要井筒作业时采用专用工具进行打捞即可。

Description

一种油田长效隔采封隔器

技术领域

本发明属于油田采油工艺装置技术领域，特别涉及套管损坏、腐蚀穿孔导致的油层与水层联通的油井隔采的工艺装置。是一种适用于套管完井且储层上部套管破漏出水的防倒灌隔采完井装置，具体是一种油田长效隔采封隔器。

背景技术

随着油田开发时间的延续，井下套管因腐蚀等原因陆续出现套破，导致地层与油层联通，影响了油田正常开发甚至污染地层水源破坏环境，至目前中石油已累计超2万口套破井。对于套破井较常用的工艺有套管补贴、化学堵漏、二次固井、封隔器隔采等，其中封隔器隔采工艺简单、施工便利、成本低占到套破井治理的80%以上。目前用于隔采的封隔器主要有两种，其一为传统的Y111、Y211、Y341等常规隔采封隔器，此类封隔器多直接接在采油管柱下端（采用螺纹刚性连接），在采油过程中采油管柱在井内弯曲或生产过程中管柱蠕动易造成封隔器失效，同时一旦抽油泵等任何一个井下附件出现问题必须解封封隔器起出管柱，因此总体有效期短，在现场应用中还发现该类型的封隔器多次隔采往往会导致封隔器坐封段挤压变形、腐蚀损害严重、工况变差致使隔采周期逐次缩短甚至失效。其二为Y141、Y453、Y445等长寿命隔采封隔器，此类封隔器需要配套专用坐封工具先行下入进行坐封，然后下入采油管柱带插管进行对接后正常生产，需要起出时采用专用工具进行钻磨，施工工艺复杂、成本高。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术中存在的问题，针对油田套破井隔水采油而设计一种专用封隔器，该封隔器与油田杆式抽油泵采油工艺结合，实现一趟管柱完成坐封、丢手、生产，封隔期间不影响正常的采油且集成设计配套的防倒灌装置，在检泵期间具有防倒灌功能，需要井筒作业时采用专用工具进行打捞即可。

本发明的技术方案是：一种油田长效隔采封隔器，包括上接头、插管、打捞套、胶筒、隔环、中心管、挡压套、上锥体、锁止销钉、卡瓦、弹簧、卡瓦套、下锥体、中接头、启动剪钉、坐封钢球、坐封球座、丢手剪钉、皮碗、连接头、滑套外筒、锁止钢球、滑套、中心套、复位弹簧、下接头、堵头；所述上接头与插管上端连接，插管上半部外侧套接有中心管；位于上接头的下方位置上，打捞套、胶筒、隔环以及挡压套从上至下依次套接于中心管上，所述打捞套与中心管的上端连接；胶筒外套与上锥体的上端卡接，上锥体的下端与卡瓦套卡接，卡瓦套内装有卡瓦，所述卡瓦的外壁设有槽，槽内装有弹簧，卡瓦套的下端内套有下锥体；上锥体与中心管之间连接有锁止销钉，所述上锥体的锥尖和下锥体的锥尖相对；所述下锥体套接于中接头上端的内侧，同时下锥体与中接头之间连接有启动剪钉，中心管的下端与中接头连接，中接头与插管连接，中接头处的插管内壁上通过丢手剪钉固定有坐封球座，中接头外固定有皮碗；所述中接头下端通过连接头与滑套外筒连接，滑套外筒内套接有滑套，滑套上设有滑套孔，滑套孔内装有锁止钢球；所述滑套外筒的下端与中心套的上端连接，中心套的下端与下接头连接，中心套内侧位于滑套下端以及下接头上方的滑套腔内设有复位弹簧，所述插管的下端头与堵头连接；插管内的坐封球座上设有坐封钢球。

上述胶筒、隔环和挡压套的内侧设有套接于中心管上的胶筒外套。

上述上锥体的上端卡接于胶筒外套的下端并被挡压套内圆柱孔限位。

上述中心管与胶筒外套之间设有密封垫。

上述下锥体与中接头之间设有密封圈；所述中心管9与下锥体16之间、中接头17与中心管9之间均设有密封圈；所述坐封球座与插管之间设有密封圈；所述滑套外筒与滑套之间设有密封圈。

上述打捞套与中心管之间通过第一连接螺钉固定；所述中接头与插管之间通过第二连接螺钉固定。

上述插管的下端头与堵头螺纹连接；所述中接头下端与连接头之间螺纹连接；所述中心管的下端与中接头之间螺纹连接；所述滑套外筒的上端与连接头的下端螺纹连接，所述滑套外筒的下端与中心套的上端螺纹连接；所述中心套的下端与下接头螺纹连接。

上述皮碗通过皮碗骨架固定于中接头外侧；皮碗骨架与中接头之间螺纹连接；所述皮碗硫化在皮碗骨架的外壁。

上述中接头与皮碗骨架之间连接有防脱螺钉。

上述皮碗骨架外侧螺纹连接有护套。

本发明的有益效果：第一、本发明所涉及的封隔器为一体式，即将封隔器、插管、防倒灌装置进行了集成设计，实现了一趟管柱完成坐封、丢手、生产，极大地简化了施工工艺。

第二、该封隔器采用启动剪钉与丢手剪钉承压强度的阶梯式设计来控制封隔器的启动坐封（7MPa～10MPa）及丢手（18MPa～20MPa），采用插管机械式控制防倒灌装置启闭，实现了封隔器坐封与下层开采分步进行，提高了施工成功率。

第三、该封隔器首次在卡瓦下部设计了皮碗，在封隔器胶筒（坐封后）与皮碗之间形成密封空间使卡瓦与井筒内液体隔离，因此极大地改善了卡瓦的工作环境，致使长期工作后仍能灵活滑动降低了封隔器遇卡机率。

第四、该封隔器内部设计了打捞套，在封隔器完成丢手后自打捞套以下均留在井筒内，当需要打捞时采用常规可退式接箍捞矛打捞即可顺利抓住打捞套实现封隔器的后期打捞。

第五、该封隔器的自锁依靠下锥体、卡瓦及上锥体与卡瓦之间的自锁角度配合完成，因此简化了自锁工艺、极大降低了工具设计成本及自锁机构失效概率。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

附图标记说明：1、上接头；2、插管；3、打捞套；4、胶筒外套；5、第一连接螺钉；6、密封垫；7、胶筒；8、隔环；9、中心管；10、挡压套；11、上锥体；12、锁止销钉；13、卡瓦；14、弹簧；15、卡瓦套；16、下锥体；17、中接头；18、启动剪钉；19、坐封钢球；20、坐封球座；21、丢手剪钉；22、第二连接螺钉；23、皮碗；24、护套；25、防脱螺钉；26、皮碗骨架；27、连接头；28、滑套外筒；29、锁止钢球；30、滑套；31、中心套；32、复位弹簧；33、下接头；34、堵头。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示，本发明提供了一种油田长效隔采封隔器，包括上接头1、插管2、打捞套3、胶筒7、隔环8、中心管9、挡压套10、上锥体11、锁止销钉12、卡瓦13、弹簧14、卡瓦套15、下锥体16、中接头17、启动剪钉18、坐封钢球19、坐封球座20、丢手剪钉21、皮碗23、连接头27、滑套外筒28、锁止钢球29、滑套30、中心套31、复位弹簧32、下接头33、堵头34等部件；所述上接头1与插管2上端连接，插管2上半部外侧套接有中心管9；位于上接头1的下方位置上，打捞套3、胶筒7、隔环8以及挡压套10从上至下依次套接于中心管9上，所述打捞套3与中心管9的上端连接；挡压套10内圆柱孔与上锥体11的外圆柱面互相限位；挡压套10与上锥体11的上端卡接，上锥体11的下端与卡瓦套15卡接，卡瓦套15内装有卡瓦13，所述卡瓦13的外壁设有槽，槽内装有弹簧14，卡瓦套15的内圆柱面与下锥体16外圆柱面互相限位；卡瓦套15的下端卡接有下锥体16；上锥体11与中心管9之间连接有锁止销钉12，所述上锥体11的锥尖和下锥体16的锥尖相对；本实施例能够实现自锁功能，即依靠下锥体16、卡瓦13及上锥体11与卡瓦13之间的自锁角度配合完成，简化了自锁工艺、极大降低了工具设计成本及自锁机构失效概率。所述下锥体16套接于中接头17上端的内侧，同时下锥体16与中接头17之间连接有启动剪钉18，中心管9的下端与中接头17连接，中接头17与插管2连接，中接头17处的插管2内壁上通过丢手剪钉21固定有坐封球座20，中接头17外固定有皮碗23，该封隔器首次在卡瓦13下部设计了皮碗23，在封隔器胶筒7（坐封后）与皮碗23之间形成密封空间使卡瓦13与井筒内液体隔离，因此极大地改善了卡瓦13的工作环境，致使长期工作后仍能灵活滑动降低了封隔器遇卡机率。所述中接头17下端通过连接头27与滑套外筒28连接，滑套外筒28内套接有滑套30，滑套30上设有滑套孔，滑套孔内装有锁止钢球29；所述滑套外筒28的下端与中心套31的上端连接，中心套31的下端与下接头33连接，中心套31内侧位于滑套30下端以及下接头33上方的滑套腔内设有复位弹簧32，所述插管2的下端与堵头34连接；插管2内的坐封球座20上设有坐封钢球19。

本实施例提供的封隔器为一体式，即将封隔器、插管、防倒灌装置进行了集成设计，实现了一趟管柱完成坐封、丢手、生产，极大地简化了施工工艺。只需将本封隔器配接在油田采油管柱中即可，其管柱可设计为（自井口至井下）：油管+抽油泵+本设计长效隔采封隔器+尾管+死堵，其中原泵固定阀需要更换为特制阀（可过流、过压）。油管打压，当压力至7MPa～10MPa时封隔器启动坐封，当压力至18MPa～20MPa时封隔器丢手然后泄压，此时采用插管2控制防倒灌装置启闭，即可实现正常采油，该封隔器实现了封隔器坐封与下层开采分步进行，提高了施工成功率。该封隔器内部设计了打捞套3，在封隔器完成丢手后自打捞套3以下均留在井筒内，当需要打捞时采用常规可退式接箍捞矛打捞即可顺利抓住打捞套3实现封隔器的后期打捞。

实施例2：

在实施例1的基础上，所述胶筒7、隔环8和挡压套10的内侧设有套接于中心管9上的胶筒外套4。所述上锥体11的上端卡接于胶筒外套4的下端以及挡压套10之间。所述中心管9与胶筒7、下锥体16以及中接头17之间设有密封垫6；所述下锥体16与中接头17之间、所述中心管9与下锥体16之间、中接头17与中心管9之间均设有密封圈；坐封球座20与插管2之间、滑套外筒28与滑套30之间均设有密封圈。所述打捞套3与中心管9之间通过第一连接螺钉5固定；所述中接头17与插管2之间通过第二连接螺钉22固定。所述插管2的下端头与堵头34之间、中接头17下端与连接头27之间、中心管9的下端与中接头17之间、滑套外筒28的上端与连接头27的下端之间、滑套外筒28的下端与中心套31的上端之间以及中心套31的下端与下接头33之间均通过螺纹进行连接。所述皮碗23通过皮碗骨架26固定于中接头17外侧；皮碗骨架26与中接头17之间螺纹连接；所述皮碗23硫化在皮碗骨架26的外壁。所述中接头17与皮碗骨架26之间还连接有防脱螺钉25。皮碗骨架26外侧还螺纹连接有护套24。

本发明的组装过程：先把弹簧14放入卡瓦13外壁槽内然后从卡瓦套15内测压入卡瓦套15孔中（一般为3片），然后再将上锥体11（一般为2～3片）一端放入卡瓦套15内另一端挂于胶筒外套4外壁，最后将装好密封垫6的中心管9插入；先在下锥体16内外壁装上密封圈然后插入中接头17（密封圈已安装）内再旋入启动剪钉18，然后将中心管9插入下锥体16并与中接头17螺纹连接，此时调整好上锥体11的位置后旋入锁止销钉12，然后从胶筒外套4上部依次穿入挡压套10、胶筒7、隔环8、打捞套3，然后调整打捞套3的位置旋入第一连接螺钉5，此时完成上部分安装。

先在坐封球座20外壁槽内安装好密封圈然后放入插管2内部，采用专用工具推入至坐封球座20的螺纹孔与插管2的螺纹孔对齐，然后旋入丢手剪钉21；将上接头1与插管2螺纹连接，此时完成中间部分安装。

先在滑套外筒28内部装上密封圈，然后上部与连接头27螺纹连接下部与中心套31螺纹连接，在滑套30的孔内装入锁止钢球29（一般为2～3个）然后放入复位弹簧32后依次穿入中心套31、滑套外筒28、连接头27内壁，最后将下接头33与中心套31螺纹连接，此时完成下部分安装。

最后将中间部分插入上部分内部，在插管2的螺纹孔与中接头17螺纹孔对齐后再旋入丢手剪钉21；先将皮碗骨架26（皮碗23硫化在皮碗骨架26外壁）从中接头17下部套入后与中接头17螺纹连接，再旋入防脱螺钉25，最后将护套24与皮碗骨架26螺纹连接；再把连接头27与中接头17螺纹连接；最后从上部将坐封钢球19放入插管2内即完成所有安装过程。

本发明的工作机理如下（以5¹/₂〞油管完井的套破井施工为例）：

1、正常下钻

该封隔器主要用于油田套破井隔水采油，其完井管柱可设计为（自井口至井下）：油管+抽油泵+本设计长效隔采封隔器+尾管+死堵，其中原泵固定阀需要更换为特制阀（可过流、过压），正常下钻至设计位置连接油管挂即可。

2、坐封封隔器

油管内打压，当加压达到7MPa～10MPa时，启动剪钉18、锁止销钉12依次剪断，压力继续上升，压力推动下锥体16并依次推动卡瓦13、卡瓦套15、上锥体11、挡压套10上行，与此同时胶筒7被压缩，当卡瓦13支撑套管牢固后，胶筒7继续被压缩形成上部密封，皮碗23形成下部自密封，因此卡瓦处在密封空间内。继续打压当压力超过18MPa～20MPa时丢手剪钉21剪断，坐封钢球19与坐封球座20落入堵头34上部，此时球座泄压表明工具完全坐封并丢手。

3、正常采油及检泵

下抽油泵、抽油杆并碰泵，此时特制阀坐落在球座上（相当于常规固定阀），安装采油井口及抽油机后即可开始正常采油，此时滑套外筒28及滑套30的孔眼对齐，下部油层经该孔与抽油泵之间形成进液通道，与封隔器上部完全隔开正常采油。

需要检泵时，卸掉抽油机及采油井口，起出抽油杆，然后起出采油管柱（由于封隔器已坐封因此其余部分通过卡瓦13已被固定在套管上，因此第二连接螺钉22被剪断，上接头1、插管2与其他部分分离，起出管柱为：油管+抽油泵+上接头1+插管2），此时锁止钢球29失去插管2的内部支撑，在复位弹簧32的作用下推动滑套30上行，进液通道关闭，即使在高压差下也不会连通，即可起出采油管柱进行检泵作业，在此过程中封隔器上下不连通具有防倒灌功能。

检泵结束后下采油管柱（油管+抽油泵+上接头1+插管2），插管2通过推锁止钢球29使滑套30下行直至滑套外筒28及滑套30的孔眼对齐再次形成进液通道，即可开始再次采油。

4、封隔器打捞

当需要打捞封隔器时，先按照检泵程序将抽油杆、采油管柱起出，然后采用F73mm工具油管+F73mm接箍捞矛打捞（可退式）下入，打捞矛抓住打捞套3后上提依次带动胶筒外套4、上锥体11、卡瓦套15上行，同时卡瓦13、下锥体16回缩完成解封，上提管柱即可完成该封隔器打捞。

综上，本发明是针对油田套破井隔水采油而设计的专用封隔器，该封隔器与油田杆式抽油泵采油工艺结合，可以实现一趟管柱完成坐封、丢手、生产，封隔期间不影响正常的采油且集成设计了配套的防倒灌装置，在检泵期间具有防倒灌功能，需要井筒作业时采用专用工具进行打捞即可。具体优点包括如下：

第一、本发明所涉及的封隔器为一体式，即将封隔器、插管、防倒灌装置进行了集成设计，实现了一趟管柱完成坐封、丢手、生产，极大地简化了施工工艺。

第二、该封隔器采用启动剪钉与丢手剪钉承压强度的阶梯式设计来控制封隔器的启动坐封（7MPa～10MPa）及丢手（18MPa～20MPa），采用插管机械式控制防倒灌装置启闭，实现了封隔器坐封与下层开采分步进行，提高了施工成功率。

第三、该封隔器首次在卡瓦下部设计了皮碗，在封隔器胶筒（坐封后）与皮碗之间形成密封空间使卡瓦与井筒内液体隔离，因此极大地改善了卡瓦的工作环境，致使长期工作后仍能灵活滑动降低了封隔器遇卡机率。

第四、该封隔器内部设计了打捞套，在封隔器完成丢手后自打捞套以下均留在井筒内，当需要打捞时采用常规可退式接箍捞矛打捞即可顺利抓住打捞套实现封隔器的后期打捞。

第五、该封隔器的自锁依靠下锥体、卡瓦及上锥体与卡瓦之间的自锁角度配合完成，因此简化了自锁工艺、极大降低了工具设计成本及自锁机构失效概率。

本实施方式中没有详细叙述的部分属本行业的公知的常用手段，这里不一一叙述。以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种油田长效隔采封隔器，包括上接头（1）、插管（2）、打捞套（3）、胶筒（7）、隔环（8）、中心管（9）、挡压套（10）、上锥体（11）、锁止销钉（12）、卡瓦（13）、弹簧（14）、卡瓦套（15）、下锥体（16）、中接头（17）、启动剪钉（18）、坐封钢球（19）、坐封球座（20）、丢手剪钉（21）、皮碗（23）、连接头（27）、滑套外筒（28）、锁止钢球（29）、滑套（30）、中心套（31）、复位弹簧（32）、下接头（33）、堵头（34）；其特征在于：所述上接头（1）与插管（2）上端连接，插管（2）上半部外侧套接有中心管（9）；位于上接头（1）的下方位置上，打捞套（3）、胶筒（7）、隔环（8）以及挡压套（10）从上至下依次套接于中心管（9）上，所述打捞套（3）与中心管（9）连接；挡压套（10）内圆柱孔与上锥体（11）的外圆柱面互相限位，上锥体（11）的下端与卡瓦套（15）卡接，卡瓦套（15）内装有卡瓦（13），所述卡瓦（13）的外壁设有槽，槽内装有弹簧（14），卡瓦套（15）的内圆柱面与下锥体（16）外圆柱面互相限位；上锥体（11）与中心管（9）之间连接有锁止销钉（12），所述上锥体（11）的锥尖和下锥体（16）的锥尖相对；所述下锥体（16）套接于中接头（17）上端的内侧，同时下锥体（16）与中接头（17）之间连接有启动剪钉（18），中心管（9）的下端与中接头（17）连接，中接头（17）与插管（2）连接，中接头（17）处的插管（2）内壁上通过丢手剪钉（21）固定有坐封球座（20），中接头（17）外固定有皮碗（23）；所述中接头（17）下端通过连接头（27）与滑套外筒（28）连接，滑套外筒（28）内套接有滑套（30），滑套（30）上设有滑套孔，滑套孔内装有锁止钢球（29）；所述滑套外筒（28）的下端与中心套（31）的上端连接，中心套（31）的下端与下接头（33）连接，中心套（31）内侧位于滑套（30）下端以及下接头（33）上方的滑套腔内设有复位弹簧（32），所述插管（2）的下端与堵头（34）连接；插管（2）内的坐封球座（20）上设有坐封钢球（19）。

2.如权利要求1所述的一种油田长效隔采封隔器，其特征在于，所述胶筒（7）、隔环（8）和挡压套（10）的内侧设有套接于中心管（9）上的胶筒外套（4）。

3.如权利要求2所述的一种油田长效隔采封隔器，其特征在于，所述上锥体（11）的上端卡接于胶筒外套（4）的下端以及挡压套（10）之间。

4.如权利要求2所述的一种油田长效隔采封隔器，其特征在于，所述中心管（9）与胶筒外套（4）之间设有密封垫（6）。

5.如权利要求1所述的一种油田长效隔采封隔器，其特征在于，所述下锥体（16）与中接头（17）之间设有密封圈；

所述中心管（9）与下锥体（16）之间、中接头（17）与中心管（9）之间均设有密封圈；

所述坐封球座（20）与插管（2）之间设有密封圈；

所述滑套外筒（28）与滑套（30）之间设有密封圈。

6.如权利要求1所述的一种油田长效隔采封隔器，其特征在于，所述打捞套（3）与中心管（9）之间通过第一连接螺钉（5）固定；所述中接头（17）与插管（2）之间通过第二连接螺钉（22）固定。

7.如权利要求1所述的一种油田长效隔采封隔器，其特征在于，所述插管（2）的下端头与堵头（34）螺纹连接；

所述中接头（17）下端与连接头（27）之间螺纹连接；所述中心管（9）的下端与中接头（17）之间螺纹连接；

所述滑套外筒（28）的上端与连接头（27）的下端螺纹连接，所述滑套外筒（28）的下端与中心套（31）的上端螺纹连接；

所述中心套（31）的下端与下接头（33）螺纹连接。

8.如权利要求1所述的一种油田长效隔采封隔器，其特征在于，所述皮碗（23）通过皮碗骨架（26）固定于中接头（17）外侧；皮碗骨架（26）与中接头（17）之间螺纹连接；所述皮碗（23）硫化在皮碗骨架（26）的外壁。

9.如权利要求8所述的一种油田长效隔采封隔器，其特征在于，所述中接头（17）与皮碗骨架（26）之间连接有防脱螺钉（25）。

10.如权利要求8所述的一种油田长效隔采封隔器，其特征在于，所述皮碗骨架（26）外侧螺纹连接有护套（24）。