CN106321010B - 一种集成封隔器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及石油开采技术领域内一种集成封隔器，包括依次连接的上接头、上中管、阀体、下中管和下接头，上接头下侧的上管中外周设有定位扶正机构，下中管外周环空设有扩张胶筒，阀体设有中心通道和偏心通道，偏心通道内设有塞杆，塞杆下端的偏心通道内设有球座，球座下部依次设有阀球、阀罩和弹簧一，弹簧一上端和下端分别抵靠阀罩和导流套，导流套用于连通上侧偏心通道和下侧的扩张胶筒与下中管之间的环空；塞杆的上部设有与活塞部,活塞部下侧的偏心通道通过径向通道与中心通道连通,活塞部的上侧与井套连通,塞杆的上端设有机械解封机构。本发明的集成封隔器具有定位、扶正、液压和机械解封多功能，防返吐压力高，并可延长分层管柱的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及石油开采技术领域，特别涉及一种井下细分开采、注水的集成封隔器。
背景技术
目前，在油田开采工艺中使用多功能封隔器，一般是将封隔、锚定、扶正等常用功能进行组合设计，如专利号为201310218067.8一种多功能水井封隔器，用卡瓦锚定解决了管柱蠕动，但一井不能多台同时使用；专利号为201020274516.2的多功能扩张式封隔器，将防返吐技术应用封隔器上，由于反向阀采用锥面结构，密封寿命短，主要用于井下作业领域；其不足：一是解封压差小，一般防返吐压力为2MPa以内；二是解封后无法再座封。两专利还有共同的不足是，在小夹层卡封时需采用磁定位方式来确定校验，工艺复杂且占井时间长。
本发明将定位、扶正、机械解封和液压座封、解封等功能融入的同时，将防返吐压力提高到10MPa以上，提高了施工效率，延长了层间差异大且出砂严重井的分层管柱使用寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种将具有定位、扶正、不动管柱重复座封、液压和机械解封多功能集成一体的封隔器，该工具大大的提高了悬挂式液压封隔器承受上压差的能力即防止高压地层向低压地层泄流，预防了疏松地层坍塌，延长了分层管柱的使用寿命，保证分注井的平稳注水。
本发明的目的是这样实现的，一种集成封隔器，包括依次连接的上接头、上中管、阀体和下中管，所述上接头下端内螺纹连接上中管，所述上接头下侧的上管中外周设有定位扶正机构，所述阀体上端和下端分别内螺纹密封连接上中管和下中管，所述下中管外周环空设有扩张胶筒，扩张胶筒的上端和下端分别设有上护套和下护套，所述下中管下端外螺纹密封连接下接头，下接头外周与下护套密封连接，其特征在于，所述阀体设有中心通道和偏心通道，所述中心通道与上中管和下中管连通，所述偏心通道内设有塞杆，塞杆下端的偏心通道内设有球座，球座下部依次设有阀球、阀罩和弹簧一，所述弹簧一上端和下端分别抵靠阀罩和导流套，所述导流套与偏心通道的下端内口螺纹连接，并设有导流孔用于连通上侧偏心通道和下侧的扩张胶筒与下中管之间的座封环空；所述塞杆的上部设有与偏心通道滑动密封连接的活塞部,所述活塞部下侧的偏心通道通过径向通道与中心通道连通,所述活塞部的上侧设有液压腔,所述液压腔与外部的井套连通,所述塞杆的上端设有机械解封机构。
为便于实现管柱的扶正，所述定位扶正机构包括上中管外周套设的扶正体，所述定位扶正机构包括上中管外周套设的扶正体，所述扶正体周部轴向均布若干开槽，相邻开槽内间隔嵌装有向外突出的扶正块和摩擦块，所述扶正块和摩擦块内侧与上中管外管壁之间分别通过径向设置的若干弹簧二支撑，所述扶正体和扶正块及摩擦块的上部配合插装并抵靠上接头下端内侧，所述扶正体的下端配合套接有套管，所述套管中部设有与上中管外壁滑动配合的内台阶，套管的上部和下部与上中管之间设有环空，所述扶正块和摩擦块的下部抵靠在套管上部的环空内，所述套管下端与阀体上部外周配合套接。
为便于封隔器随管柱上行时的解封，所述机械解封机构包括与套管下部配合套接的传力套，所述传力套上端外周和内周分别与套管内周和上中管外周滑动套装，所述传力套下段与上中管外周之间设有环空，所述传力套上端部设有与下部的环空连通轴向孔，所述轴向孔内间隙套设有推杆，所述推杆上端伸入套管下部的环空内并且外周套装有抵靠在套管的内台阶与传力套端部之间的弹簧三，所述推杆上端部轴向顶靠在套管的内台阶上，所述推杆下端顶靠塞杆上端部，所述套管下端对应的传力套外周设有限位台阶，所述限位台阶用于限位套管相对传力套轴向滑动的距离。
为便于实现封隔器的液压座封和解封，所述阀体上端内周与上中管下端外周螺纹密封连接，所述阀体上部外周环空套接入传力套下部的环空内，所述推杆下部伸入阀体的偏心通道内并设有与偏心通道滑动密封配合的外凸部，所述塞杆的活塞部上侧一体设有与推杆顶靠传力部，所述传力部外周的偏心通道形成液压腔，所述液压腔对应的阀体外壁设有径向通孔一，所述传力套与阀体套装的周向设有径向通孔二，所述径向通孔一和径向通孔二将液压腔与传力套外周的套管连通。
为便于定位，所述扶正块的外壁沿井壁的周向设有凸起。
通过本发明的集成封隔器结构，可以实现如下功能：工具下井位置的精确定位，本发明的集成封隔器连同其它工具在油井内下行时，扶正块上的凸起在弹簧二的作用下进入套管接箍的环形槽内即两根套管的连接缝中被临时卡住，需加载通过，地面记录仪录取了通过的套管接箍数量即获知下井油管长度和本发明集成封隔器的井下位置，从而可以时刻准确记录工具的井下位置；需要座封时，通过油管加压，压力液经阀体的径向通道、偏心通道作用到阀球上，直到顶开阀球与阀座的密封部位，压力液进入扩张胶筒内的座封环空内，使扩张胶筒向外径向扩张与套管壁座封；当停止加压时，阀球在回流液、弹簧一的作用下，迅速关闭，扩张胶筒始终处于密封状态；当需要液压解封时，先卸油管内的压力，地层的压力经径向通孔一、径向通道二、进入液压腔中，并作用到塞杆的活塞部上部向下顶开阀球，使座封环空内的压力液卸入偏心通道和油管内即实现液压解封；当需要实现机械解封时，上提管柱，扶正块和摩擦块在弹簧一的作用下与套管产生摩擦力，使定位扶正机构下行，推动塞杆下行并顶开阀球，使座封环空内的压力液卸入油管内即解封。因此，本发明的集成封隔器，可以实现扩张式胶筒座封后自锁、液压和机械解封的功能；可以实现小夹层卡封点定位、居中扶正；并且液压座封机构座封后，其防返吐能力达到10MPa以上，有效防止地层砂质对管柱的侵蚀。
附图说明
图1本发明的集成封隔器的结构示意图。
其中，1中心腔道；2上接头；3上中管；4扶正体；5扶正块；5A凸起；6摩擦块；7弹簧二；8套管；9弹簧三， 10传力套；10A 径向通孔二；10B限位台阶； 11推杆；12塞杆；12A传力部；12B活塞部；13阀体；13A径向通孔一；13B径向通道；14阀球；15阀罩；16弹簧一；17导流套；18上护套；19下中管；20扩张胶筒；21下护套；22下接头。
具体实施方式
如图1所示为本发明的集成封隔器，包括依次连接的上接头2、上中管3、阀体13和下中管19，并且上接头2、上中管3、阀体13和下中管19的中心形成贯通的中心腔道1，上接头2下端内螺纹连接上中管3，上接头2下侧的上管中3外周设有定位扶正机构，阀体13上端和下端分别内螺纹密封连接上中管3和下中管19，下中管19外周环空设有扩张胶筒20，扩张胶筒20的上端和下端分别设有上护套18和下护套21，下中管19下端外螺纹密封连接下接头22，下接头22外周与下护套21密封连接，阀体13设有中心通道和偏心通道，中心通道与上中管3和下中管19连通，偏心通道内设有塞杆12，塞杆12下端的偏心通道内设有球座，球座下部依次设有阀球14、阀罩15和弹簧一16，弹簧一16上端和下端分别抵靠阀罩15和导流套17，导流套17与偏心通道的下端内口螺纹连接，并设有导流孔用于连通上侧偏心通道和下侧的扩张胶筒20与下中管19之间的座封环空；塞杆12的上部设有与偏心通道滑动密封连接的活塞部12B,活塞部12B下侧的偏心通道通过径向通道13B与中心通道连通,活塞部12B的上侧设有液压腔,液压腔与外部的井套连通,塞杆12的上端设有机械解封机构。
为便于实现管柱的扶正，定位扶正机构包括上中管3外周套设的扶正体4，扶正体4周部轴向均布若干开槽，相邻开槽内间隔嵌装有向外突出的扶正块5和摩擦块6，扶正块5和摩擦块6内侧与上中管3外管壁之间分别通过径向设置的若干弹簧二7支撑，扶正体4和扶正块5及摩擦块6的上部配合插装并抵靠在上接头2下端内侧，扶正体4的下端配合套接有套管8，套管8中部设有与上中管3外壁滑动配合的内台阶，套管8的上部和下部与上中管3之间设有环空，扶正块5和摩擦块6的下部抵靠在套管8上部的环空内，套管8下端与阀体13上部外周配合套接。本发明的定位扶正机构，管柱下行至工作井深后弹簧二7将扶正块和摩擦块周向弹性顶靠在井筒上，使管柱工具实现扶正功能。为便于定位工具下井下的位置，扶正块5的外壁沿井壁的周向设有凸起5A，工具下井过程中，扶正块的凸起5A在弹簧二7的作用下进入套管接箍的环形槽内即两根套管的连接缝中被临时卡住，需加载通过，地面记录仪录取了通过的套管接箍数量即获知下井油管长度和本发明集成封隔器的井下位置，从而可以时刻准确记录工具的井下位置
为便于封隔器的解封，机械解封机构包括与套管8下部配合套接的传力套10，传力套10上端外周和内周分别与套管8内周和上中管3外周滑动套装，传力套10下段与上中管3外周之间设有环空，传力套10上端部设有与下部的环空连通轴向孔，轴向孔内间隙套设有推杆10，推杆10上端伸入套管8下部的环空内并且外周套装有抵靠在套管8的内台阶与传力套10端部之间的弹簧三9，推杆10上端部轴向顶靠在套管8的内台阶上，推杆10下端顶靠塞杆12上端部，套管8下端对应的传力套8外周设有限位台阶10B，限位台阶10B用于限位套管8相对传力套10轴向滑动的距离。
为便于实现封隔器的液压座封和解封，阀体13上端内周与上中管3下端外周螺纹密封连接，阀体13上部外周环空套接入传力套10下部的环空内，推杆10下部伸入阀体13的偏心通道内并设有与偏心通道滑动密封配合的外凸部，塞杆的活塞部12B上侧一体设有与推杆11顶靠传力部12A，传力部12A周的偏心通道形成液压腔，液压腔对应的阀体13外壁设有径向通孔一13A，传力套10与阀体13套装的周向设有径向通孔二10A，径向通孔一13A和径向通孔二10A将液压腔与传力套10外周的套管连通，以便于与外部套管与液压腔连通。
通过本发明的集成封隔器结构，可以实现如下功能：工具下井位置的精确定位，本发明的集成封隔器连同其它工具在油井内下行时，扶正块5的凸起5A在弹簧二7的作用下进入套管接箍的环形槽内即两根套管的连接缝中被临时卡住，需加载通过，地面记录仪录取了通过的套管接箍数量即获知下井油管长度和本发明集成封隔器的井下位置，从而可以时刻准确记录工具的井下位置；需要座封时，通过油管加压，压力液经阀体13的径向通道13B、偏心通道作用到阀球14上，直到顶开阀球14与阀座的密封部位，压力液进入扩张胶筒20内的座封环空内，使扩张胶筒20向外径向扩张与套管壁座封；当停止加压时，阀球14在回流液、弹簧一16的作用下，迅速关闭，扩张胶筒20内的座封环空始终处于密封状态；当需要液压解封时，先卸油管内的压力，地层的压力经径向通孔一13A、径向通道二10A、进入液压腔中，并作用到塞杆的活塞部12B上部向下顶开阀球14，使座封环空内的压力液卸入偏心通道和油管内即实现液压解封；当需要实现机械解封时，上提管柱，扶正块5和摩擦块6在弹簧二7的作用下与套管产生摩擦力，使定位扶正机构下行，推动塞杆12下行并顶开阀球14，使座封环空内的压力液卸入油管内即解封。因此，本发明的集成封隔器，可以实现扩张式胶筒座封后自锁、液压和机械解封的功能；可以实现小夹层卡封点定位、居中扶正；并且液压座封机构座封后，其防返吐能力达到10MPa以上，有效防止地层砂质对管柱的侵蚀。
采用本发明的集成封隔器连接封上采下管柱：按底部球座+油管+集成封隔器+机械式开关球阀+抽油泵+油管，依次下入井中，卡点定位同上段所述；机械式开关球阀设在开位，使泵上、下为连通状态，从油管内加压使泵下的集成封隔器座封；卸压后，下入抽油杆、泵柱塞，柱塞进入泵筒后，在管柱自重的作用下，使机械式开关球阀恢复关位，柱塞在泵筒内往返运动进行采油。洗井时，从套管环空注入洗井液，当压力达到一定时，阀体13内的塞杆12下行顶开阀球14，使扩张胶筒20内腔的压力液卸入管柱内即解封，洗井液从油套环空，井底部球座进入油管，最终返出井口；再次座封，下放杆柱柱塞，使机械式开关球阀设在开位，其他同上次操作。
因此，本发明的集成封隔器与其他工具配套使用，一趟管柱解决了卡封点定位问题，简化了工序，节约生产成本。并且将防返吐压力提高到10MPa以上，解决了采油井内的层间干扰，有效的遏制了地层的出砂量，减缓了地层坍塌、套管变形和管柱砂埋等问题的发生，降低了井下事故的发生。
Claims (5)
1.一种集成封隔器，包括依次连接的上接头、上中管、阀体和下中管，所述上接头下端内螺纹连接上中管，所述上接头下侧的上管中外周设有定位扶正机构，所述阀体上端和下端分别内螺纹密封连接上中管和下中管，所述下中管外周环空设有扩张胶筒，扩张胶筒的上端和下端分别设有上护套和下护套，所述下中管下端外螺纹密封连接下接头，下接头外周与下护套密封连接，其特征在于，所述阀体设有中心通道和偏心通道，所述中心通道与上中管和下中管连通，所述偏心通道内设有塞杆，塞杆下端的偏心通道内设有球座，球座下部依次设有阀球、阀罩和弹簧一，所述弹簧一上端和下端分别抵靠阀罩和导流套，所述导流套与偏心通道的下端内口螺纹连接，并设有导流孔用于连通上侧偏心通道和下侧的扩张胶筒与下中管之间的座封环空；所述塞杆的上部设有与偏心通道滑动密封连接的活塞部,所述活塞部下侧的偏心通道通过径向通道与中心通道连通,所述活塞部的上侧设有液压腔,所述液压腔与外部的井套连通,所述塞杆的上端设有机械解封机构。
2.根据权利要求1所述的集成封隔器，其特征在于，所述定位扶正机构包括上中管外周套设的扶正体，所述扶正体周部轴向均布若干开槽，相邻开槽内间隔嵌装有向外突出的扶正块和摩擦块，所述扶正块和摩擦块内侧与上中管外管壁之间分别通过径向设置的若干弹簧二支撑，所述扶正体和扶正块及摩擦块的上部配合插装并抵靠上接头下端内侧，所述扶正体的下端配合套接有套管，所述套管中部设有与上中管外壁滑动配合的内台阶，套管的上部和下部与上中管之间设有环空，所述扶正块和摩擦块的下部抵靠在套管上部的环空内，所述套管下端与阀体上部外周配合套接。
3.根据权利要求2所述的集成封隔器，其特征在于，所述机械解封机构包括与套管下部配合套接的传力套，所述传力套上端外周和内周分别与套管内周和上中管外周滑动套装，所述传力套下段与上中管外周之间设有环空，所述传力套上端部设有与下部的环空连通的轴向孔，所述轴向孔内间隙套设有推杆，所述推杆上端伸入套管下部的环空内并且外周套装有抵靠在套管的内台阶与传力套端部之间的弹簧三，所述推杆上端部轴向顶靠在套管的内台阶上，所述推杆下端顶靠塞杆上端部，所述套管下端对应的传力套外周设有限位台阶，所述限位台阶用于限位套管相对传力套轴向滑动的距离。
4.根据权利要求3所述的集成封隔器，其特征在于，所述阀体上端内周与上中管下端外周螺纹密封连接，所述阀体上部外周环空套接入传力套下部的环空内，所述推杆下部伸入阀体的偏心通道内并设有与偏心通道滑动密封配合的外凸部，所述塞杆的活塞部上侧一体设有与推杆顶靠的传力部，所述传力部外周的偏心通道形成液压腔，所述液压腔对应的阀体外壁设有径向通孔一，所述传力套与阀体套装的周向设有径向通孔二，所述径向通孔一和径向通孔二将液压腔与传力套外周的套管连通。
5.根据权利要求2所述的集成封隔器，其特征在于，所述扶正块的外壁沿井壁的周向设有凸起。
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