CN107605423A - 一种实现无限级压裂的封隔器及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实现无限级压裂的封隔器及其工作方法。所述封隔器自内而外依次套接的中心管、衬管和密封机构；所述密封机构包括依次连接的活塞、密封套和下接头；所述密封机构在中心管、衬管的外侧壁上围成密封腔；所述密封腔内设置有锁紧环套和解封环套。本发明所述实现无限级压裂的封隔器，采用新型的机构实现液压控制坐封和解封；避免使用传统的坐封销钉和解封销钉，有利于封隔器重复坐封和解封，进而实现无限级压裂；大幅度提供高了封隔器的稳定性，提高整个压裂过程的生产效率。

Description

一种实现无限级压裂的封隔器及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种实现无限级压裂的封隔器及其工作方法，属于油田开发工具的技术领域。

背景技术

我国的大多数油田属非均质多油层，在开发过程中，各油层的产量、压力和吸水能力等存在很大差异，如何合理开发多层油田，提高采收率，又达到可持续发展的要求，一直是重要的研究课题。

从20世纪80年代起，我国经过多年实验研究，实现了利用水平井压裂增产，改变了引进国外技术的被动局面，将大量不可采储量转化为可采储量，利用水平井对低渗透油气藏进行压裂改造的技术有了很大进步，为更多低渗透油气、致密油气资源的开发提供了技术支持和保障。尽管目前在水平井产能预测、水平井裂缝理论研究、水平井分段压裂施工工艺与水平井分段封隔工具等方面的研究已经取了较大的进展，但是总体来说离现场施工配套还有较大的一段距离。特别是当前水平井分段压裂施工工艺与实际生产需求存在较大差距，井下分段分层间所需封隔器工具的配套情况，以及井下层间隔离密封性能、工具可靠性往往不能满足现场施工作业的需求。随着开发需要，水平井压裂的长度不断增加，压裂段数也随之增加，导致压裂参数难以确定，压裂管柱下入难度增大，钻井液和压裂液的替出和返排都会出现或多或少的问题。

目前国内主流的水平井分段压裂技术有：机械封堵逐层压裂的分段压裂技术、水力喷砂分段压裂技术、水平井裸眼封隔器分段压裂技术等。

封隔器是分段压裂最核心的工具之一，对油层实现分采分注极其重要。常规封隔器的工作原理是依靠油管打压，坐封时用解封销钉来锁住整个坐封机构，保持胶筒压缩，解封时通过剪断这个销钉实现胶筒的释放。但是此种封隔器不能实现在井下作业中重复利用。

中国专利公告号2282060公开了一种压缩式自封热采封隔器，该封隔器虽然具备重复使用的功能，但是该时热采封隔器实现的是油层的蒸汽注入。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种实现无限级压裂的封隔器。

本发明还提供一种上述封隔器的工作方法。

本发明的技术方案为：

一种实现无限级压裂的封隔器，用于多级压裂或者无限级压裂，包括，自内而外依次套接的中心管、衬管和密封机构；所述密封机构包括依次连接的活塞、密封套和下接头；所述密封机构在中心管、衬管的外侧壁上围成密封腔；所述密封腔内设置有锁紧环套和解封环套，所述锁紧环套与所述衬管固定套接，所述解封环套与所述中心管固定套接；所述活塞的一侧设置有使活塞复位的弹性机构；所述锁紧环套的外侧壁上设置有锁紧卡板；所述密封套的内壁上设置有与所述锁紧卡板相配合的内齿；所述中心管、活塞分别与衬管滑动连接，所述活塞与所述密封套固定连接，所述密封套与所述下接头滑动连接；所述中心管的侧壁上设置有使液压油通过的液压孔。

根据本发明优选的，所述弹性机构包括套接设置在所述衬管外侧壁上的挡环和胶筒；所述胶筒设置在所述挡环和活塞之间。

进一步优选的，所述弹性机构包括两个长胶筒和一个短胶筒，相邻的胶筒之间设置有隔环；所述隔环与所述衬管套接连接；胶筒和隔环滑动设置在所述衬管的外侧壁上。

进一步优选的，所述中心管的端部设置有与下接头相对应的上接头；所述挡环的一侧设置有调节环；调节环与上接头螺纹连接。调节环用于调节胶筒的受挤压程度，进而改变胶筒的外径，以适应不同直径的管道的密封需求。

根据本发明优选的，所述衬管的内径为Φ50mm、外径为Φ66mm。

根据本发明优选的，所述解封环套为内侧壁设置有凸台的圆筒结构。

根据本发明优选的，所述中心管与下接头固定连接。

一种上述封隔器的工作方法，包括步骤如下：

坐封过程：

A1)将封隔器与压裂管柱连接，下入目的岩层；

A2)向所述中心管内施加液压，液体通过所述液压孔进入所述密封腔推动活塞上行；活塞压缩胶筒，所述胶筒直径增大与管壁接触，实现与管壁的密封；

A3)所述活塞上行带动所述密封套上行，所述密封套上的内齿与锁紧环套上的锁紧卡板逐步锁紧；

A4)坐封完成后撤去液压，所述锁紧卡板对内齿单向锁紧，封隔器保持坐封状态；由于所述紧卡板对所述内齿具有单向锁紧作用，所以撤去液压后，即便受压缩的胶筒具有恢复自身原态的回复力作用于活塞上，活塞也无法下行，从而使密封元件保持密封工作状态，而不会解封。

解封过程：

B1)上提压裂管柱，带动中心管和下接头上行，进一步带动解封环套上行；

B2)解封环套使所述锁紧卡板内收，释放被锁住的内齿，活塞与密封套在胶筒回复力的作用下下行，封隔器解封。

根据本发明优选的，当再次使用封隔器，先下放压裂管柱，使解封环套脱离所述锁紧卡板，锁紧卡板在自身弹力作用下恢复至自然状态，准备进行下一次压裂任务。

本发明的有益效果为：

1.本发明所述实现无限级压裂的封隔器，采用新型的机构实现液压控制坐封和解封；避免使用传统的坐封销钉和解封销钉，有利于封隔器重复坐封和解封，进而实现无限级压裂；大幅度提供高了封隔器的稳定性，提高整个压裂过程的生产效率。

附图说明

图1为本发明所述封隔器的使用状态图；

图2为本发明所述封隔器的结构示意图；

图3为本发明所述封隔器坐封过程中的原始状态；

图4为本发明所述封隔器坐封过程中的锁紧状态；

图5为本发明所述封隔器解封过程中的原始状态；

图6为本发明所述封隔器解封过程中的解封状态；

图7为本发明所述内齿的结构示意图；

图8为本发明所述锁紧环套的结构示意图；

图9为本发明所述解封环套的结构示意图；

其中，1、安全接头；2、扶正器；3、水力锚；4、封隔器；5、导压喷砂器；4-1、上接头；4-2、调节环；4-3、挡环；4-4、长胶筒；4-5、隔环；4-6、短胶筒；4-7、活塞；4-8、衬管；4-9、中心管；4-10、锁紧环套；4-11、锁紧卡板；4-12、内齿；4-13、解封环套；4-14、密封套；4-15、下接头。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1

如图2、图7-图9所示。

一种实现无限级压裂的封隔器，用于多级压裂或者无限级压裂，包括，自内而外依次套接的中心管4-9、衬管4-8和密封机构；所述密封机构包括依次连接的活塞4-7、密封套4-14和下接头4-15；所述密封机构在中心管4-9、衬管4-8的外侧壁上围成密封腔；所述密封腔内设置有锁紧环套4-10和解封环套4-13，所述锁紧环套4-10与所述衬管4-8固定套接，所述解封环套4-13与所述中心管4-9固定套接；所述活塞4-7的一侧设置有使活塞4-7复位的弹性机构；所述锁紧环套4-10的外侧壁上设置有锁紧卡板4-11；所述密封套4-14的内壁上设置有与所述锁紧卡板4-11相配合的内齿；所述中心管4-9、活塞4-7分别与衬管4-8滑动连接，所述活塞4-7与所述密封套4-14固定连接，所述密封套4-14与所述下接头4-15滑动连接；所述中心管4-9的侧壁上设置有使液压油通过的液压孔。所述中心管4-9与下接头4-15固定连接。

所述弹性机构包括套接设置在所述衬管4-8外侧壁上的挡环4-3和胶筒；所述胶筒设置在所述挡环4-3和活塞4-7之间。

所述衬管4-8的内径为Φ50mm、外径为Φ66mm。所述解封环套4-13为内侧壁设置有凸台的圆筒结构。如图9所示。

实施例2

如实施例1所述的实现无限级压裂的封隔器，进一步的，所述弹性机构包括两个长胶筒4-4和一个短胶筒4-6，相邻的胶筒之间设置有隔环4-5；所述隔环4-5与所述衬管4-8套接连接；胶筒和隔环4-5滑动设置在所述衬管4-8的外侧壁上。

实施例3

如实施例1所述的实现无限级压裂的封隔器，进一步的，所述中心管的端部设置有与下接头4-15相对应的上接头4-1；所述挡环4-3的一侧设置有调节环4-2；调节环4-2与上接头螺纹4-1连接。调节环4-2用于调节胶筒的受挤压程度，进而改变胶筒的外径，以适应不同直径的管道的密封需求。

实施例4

一种如实施例1-3所述封隔器的工作方法，包括步骤如下：

封隔器在使用时将管柱连接水力锚3进行锚定和扶正器2进行扶正，将油管管柱通过上接头4-1和下接头4-15与封隔器连接。封隔器使用状态如图1所示。

坐封过程：如图3图4所示。

A1)将封隔器与压裂管柱连接，下入目的岩层；

A2)向所述中心管4-9内施加液压，液体通过所述液压孔进入所述密封腔推动活塞4-7上行；活塞4-7压缩胶筒，所述胶筒直径增大并与管壁接触，实现与管壁的密封；

A3)所述活塞4-7上行带动所述密封套4-14上行，所述密封套4-14上的内齿4-12与锁紧环套4-10上的锁紧卡板4-11逐步锁紧；

A4)坐封完成后撤去液压，所述锁紧卡板4-11对内齿4-12单向锁紧，封隔器4保持坐封状态；由于所述紧卡板4-11对所述内齿4-12具有单向锁紧作用，所以撤去液压后，即便受压缩的胶筒具有恢复自身原态的回复力作用于活塞4-7上，活塞4-7也无法下行，从而使密封元件保持密封工作状态，而不会解封。

解封过程：图5和图6为解封过程中的锁紧状态和解封状态：

B1)上提压裂管柱，带动中心管4-9和下接头4-15上行，进一步带动解封环套4-13上行；

B2)解封环套4-13使所述锁紧卡板4-11内收，释放被锁住的内齿4-12，活塞4-7与密封套4-14在胶筒回复力的作用下下行，封隔器解封。

实施例5

如实施例4所述封隔器的工作方法，所不同的是，当再次使用封隔器，先下放压裂管柱，使解封环套4-13脱离所述锁紧卡板4-11，锁紧卡板4-11在自身弹力作用下恢复至自然状态，准备进行下一次压裂任务。

Claims (9)

1.一种实现无限级压裂的封隔器，用于多级压裂或者无限级压裂，其特征在于，包括，自内而外依次套接的中心管、衬管和密封机构；所述密封机构包括依次连接的活塞、密封套和下接头；所述密封机构在中心管、衬管的外侧壁上围成密封腔；所述密封腔内设置有锁紧环套和解封环套，所述锁紧环套与所述衬管固定套接，所述解封环套与所述中心管固定套接；所述活塞的一侧设置有使活塞复位的弹性机构；所述锁紧环套的外侧壁上设置有锁紧卡板；所述密封套的内壁上设置有与所述锁紧卡板相配合的内齿；所述中心管、活塞分别与衬管滑动连接，所述活塞与所述密封套固定连接，所述密封套与所述下接头滑动连接；所述中心管的侧壁上设置有使液压油通过的液压孔。

2.根据权利要求1所述的实现无限级压裂的封隔器，其特征在于，用于多级压裂或者无限级压裂，其特征在于，所述弹性机构包括套接设置在所述衬管外侧壁上的挡环和胶筒；所述胶筒设置在所述挡环和活塞之间。

3.根据权利要求2所述的实现无限级压裂的封隔器，其特征在于，所述弹性机构包括两个长胶筒和一个短胶筒，相邻的胶筒之间设置有隔环；所述隔环与所述衬管套接连接；胶筒和隔环滑动设置在所述衬管的外侧壁上。

4.根据权利要求2所述的实现无限级压裂的封隔器，其特征在于，所述中心管的端部设置有与下接头相对应的上接头；所述挡环的一侧设置有调节环；调节环与上接头螺纹连接。

5.根据权利要求1所述的实现无限级压裂的封隔器，其特征在于，所述衬管的内径为Φ50mm、外径为Φ66mm。

6.根据权利要求1所述的实现无限级压裂的封隔器，其特征在于，所述解封环套为内侧壁设置有凸台的圆筒结构。

7.根据权利要求1所述的实现无限级压裂的封隔器，其特征在于，所述中心管与下接头固定连接。

8.一种如权利要求1-7任意一项所述封隔器的工作方法，其特征在于，包括步骤如下：

坐封过程：

A1)将封隔器与压裂管柱连接，下入目的岩层；

A2)向所述中心管内施加液压，液体通过所述液压孔进入所述密封腔推动活塞上行；活塞压缩胶筒，所述胶筒直径增大与管壁接触，实现与管壁的密封；

A3)所述活塞上行带动所述密封套上行，所述密封套上的内齿与锁紧环套上的锁紧卡板逐步锁紧；

A4)坐封完成后撤去液压，所述锁紧卡板对内齿单向锁紧，封隔器保持坐封状态；

解封过程：

B1)上提压裂管柱，带动中心管和下接头上行，进一步带动解封环套上行；

B2)解封环套使所述锁紧卡板内收，释放被锁住的内齿，活塞与密封套在胶筒回复力的作用下下行，封隔器解封。

9.根据权利要求8所述封隔器的工作方法，其特征在于，当再次使用封隔器，先下放压裂管柱，使解封环套脱离所述锁紧卡板，锁紧卡板在自身弹力作用下恢复至自然状态，准备进行下一次压裂任务。