CN107762441A - 一种扩张式封隔器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建钻井或完井技术领域，具体涉及一种扩张式封隔器，扩张管套设在中心管上，套管套设在中心管外，启动件设置在中心管与套管之间，封堵件设置在中心管与套管之间，并通过封堵钉与中心管或者与套管固定连接，中心管、扩张管、套管和启动件之间形成封闭的扩张腔，中心管上设置有启动孔和封堵孔，启动孔连通中心管的内腔和启动腔，封堵孔连通中心管的内腔和封堵腔，封堵钉的截面面积大启动钉的截面面积，在中心管轴线方向上，封堵件具有合适尺寸，合适尺寸使得封堵件能够移动时，封堵件能够阻断启动孔,不存在机械挤压式胶筒存在发卡、无法解封或者坐封不稳定，能够方便解封，且坐封更加稳定可靠。

Description

一种扩张式封隔器

技术领域

本发明涉及建钻井或完井技术领域，具体涉及一种扩张式封隔器。

背景技术

在油气田开发井下作业中，及钻井、固井、测试、完井等作业中，现有的封隔器容易出现因变形扭曲引起发卡，或无法解封，坐封不稳定，胶筒易被破坏等状况，目前的封隔器多采用机械挤压胶筒使胶筒膨胀来实现分割，存在上述问题。

发明内容

本发明的目的在于：针对目前机械挤压式胶筒存在发卡、无法解封或者坐封不稳定的问题，提供一种柱塞式扩张封隔器，利用工作过程中压力的变化使金属管扩张来进行坐封，能够有效缓解上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种扩张式封隔器，包括中心管、扩张管、套管和封堵部件，所述扩张管套设在所述中心管上，并且所述扩张管的一端与所述中心管固定连接，所述套管套设在所述中心管外，

所述封堵部件包括启动件、启动钉、封堵件和封堵钉，所述启动件设置在所述中心管与所述套管之间，并通过启动钉与所述中心管或者与所述套管固定连接，所述封堵件设置在所述中心管与所述套管之间，并通过封堵钉与所述中心管或者与所述套管固定连接，

所述中心管、扩张管、所述套管和所述启动件之间形成封闭的扩张腔，所述启动件与所述封堵件之间设置有启动腔，所述封堵件远离所述启动件的一侧设置有封堵腔，

所述中心管上设置有启动孔和封堵孔，所述启动孔连通所述中心管的内腔和所述启动腔，所述封堵孔连通所述中心管的内腔和所述封堵腔，所述封堵钉的截面面积大所述启动钉的截面面积，

在所述中心管轴线方向上，所述封堵件具有合适尺寸，所述合适尺寸使得所述封堵件能够移动时，所述封堵件能够阻断所述启动孔,

作为优选，所述封隔器还包括单向阀，所述单向阀设置在所述扩张腔进口，使得进入所述扩张腔的流体必须经过所述单向阀才能进入。

作为优选，所述单向阀包括一端封闭的阀芯管和弹性管，所述阀芯管直径方向设置有阀孔，所述阀芯管外套设有弹性管，所述弹性管覆盖所述阀孔。

作为优选，所述阀芯上设置有防滑结构，以防止所述弹性管脱落。

作为优选，所述封堵件上的与所述封堵腔接触的端面为下端面，与所述下端面相对的为上端面，所述下端面面积大于所述上端面面积。

作为优选，所述扩张管包括骨架、内层和外层，所述内层设置在所述骨架内侧，所述外层设置在所述骨架外侧，所述骨架由金属制成。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本申请的有益效果是：采用单向阀使得进入扩张腔中的不会倒流，能够实现永久坐封且坐封可靠；采用启动件和启动钉，使得中心管压力达到设置压力时封隔器才开始封隔，保证封隔效果，避免在不是预计位置进行封隔；采用封堵件和封堵钉，使得中心管压力达到设置值时封堵启动孔，也就是截断扩张腔的进流，避免因扩张腔压力过大而炸裂，同时，剪断封堵钉封堵启动孔的封堵件能够避免由单向阀漏出的液体流入中心管内腔，能够进一步保证扩张腔体积不变，进一步保证封隔效果。由于采用上述特征组合，本专利的封隔器不存在机械挤压式胶筒存在发卡、无法解封或者坐封不稳定的问题，能够方便的解封，且坐封更加稳定可靠。

附图说明

图1为本申请封隔器的结构示意图；

图2为图1中的AA的局部放大示意图；

图3为图1中的CC局部放大示意图；

图4为图3中的BB局部放大示意图；

图中标记：1-上接头，2-下接头，3-中心管，31-中心管内腔，32-启动孔，33-封堵孔，4-扩张管，41-骨架，42-内层，43-外层，5-套管，6-封堵部件，61-启动钉，62-启动件，63-封堵件，631-封堵件上端面，632-封堵件下端面，64-封堵钉，7-单向阀，71-弹性管，72-阀芯管，722-阀孔，723-自由段，724-根部段，7241-防滑结构，73-紧固圈，81-扩张腔，82-启动腔，83-封堵腔，9-保护管，91-上保护管分段，92-下保护管分段。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-4所示，一种扩张式封隔器，包括上接头1、下接头2、中心管3、扩张管4、套管5和封堵部件6，中心管3上端与上接头1连接，下端与下接头2连接，扩张管4套设在中心管3上，并且扩张管4的一端与中心管3固定连接，也就是说，扩张管4与中心管3可以是直接接触形成固定连接，或者通过中间件形成间接的固定连接，如图1所示，扩张管4上端与上保护管分段91的一端螺纹连接，同时，上保护管分段91的该一端与上接头1螺纹连接，上接头1与中心管3螺纹连接。扩张管4的另一端与下保护管分段92的一端固定连接，该下保护管分段92的该一端与套管5螺纹连接，套管5与下接头2螺纹连接，中心管3与下接头2连接，由此，扩张管4通过下保护管分段92、套管5和下接头2与中心管3螺纹连接。

套管5套设在中心管3外，封堵部件6包括启动件62、启动钉61、封堵件63和封堵钉64，启动件62设置在中心管3与套管5之间，并通过启动钉61与中心管3或者与套管5固定连接，封堵件63设置在中心管3与套管5之间，并通过封堵钉64与中心管3或者与套管5固定连接，

中心管3、扩张管4、套管5和启动件62之间形成封闭的扩张腔81，启动件62与封堵件63之间设置有启动腔82，封堵件63远离启动件62的一侧设置有封堵腔83，

中心管3上设置有启动孔32和封堵孔33，启动孔32连通中心管3的内腔31和启动腔82，封堵孔33连通中心管3的内腔31和封堵腔83，封堵钉64的截面面积大启动钉61的截面面积，

在中心管3轴线方向上，封堵件63具有合适尺寸，合适尺寸使得封堵件63能够移动时，封堵件63能够阻断启动孔32，从而能阻断启动孔32连通中心管3的内腔31和封堵腔83，也就是使得通中心管3的内腔31和封堵腔83不连通。

具体的，参见图3，中心管内腔31通过启动孔32与启动腔82连通，启动孔32未封闭前，中心管内腔31的压力与启动腔82压力相等，启动件62下端面632受到压力从而使得其具有向上移动的趋势，从而具有剪断启动钉61的趋势，当中心管内腔31压力升高达到第一预设值并小于第二预设值时，启动件62剪断启动钉61从而向上移动直至启动腔82与扩张腔81连通，如图3所示，启动件62上移脱离套管5后，启动腔82通过单向阀7与扩张腔81连通，从而中心管内腔31与扩张腔81连通，中心管内腔31的流体在压力的作用下流至扩张腔81，由于扩张管4强度小于中心管3，从而使得扩张腔81压力等于第一预设值时扩张管4开始向外扩张，直至扩张管4被其他物件遮挡，具体的，扩张管4被油套管5，至此，完成层间封隔。

由于封堵件下端面632面积大于封堵件上端面631面积，如图3所示，封堵腔83通过封堵孔33与中心管内腔31连通，中心管内腔31压力在第一预设值与第二预设值之间时，虽然启动钉61能够被剪断，但是，由于封堵钉64的截面面积大于启动钉61的截面面积，使得封堵钉64需要比启动钉61更大的力方能被剪断，因此，当启动钉61被启动件62剪断时，封堵钉64没有被封堵件63剪断，当扩张管4压力进一步升高，达到第二预设值时，封堵钉64被封堵件63剪断，封堵件63上移直至封堵启动孔32，使得中心管内腔31与扩张腔81的连通通道被阻断，从而能够实现隔断封隔。

更进一步的，封隔器还包括单向阀7，如图3和4所示，单向阀7设置在扩张腔81进口，使得进入扩张腔81的流体必须经过单向阀7才能进入，从而通过单向阀7进入扩张腔81的流体会一直留在扩张腔81内，不会倒流回来，当井下出现压力波动时，扩张腔81整体体积不会变小，从而封隔可靠性更高。

因此，采用单向阀7使得进入扩张腔81中的不会倒流，能够实现永久坐封且坐封可靠；采用启动件62和启动钉61，使得中心管3压力达到设置压力时封隔器才开始封隔，保证封隔效果，避免在不是预计位置进行封隔；采用封堵件63和封堵钉64，使得中心管3压力达到设置值时封堵启动孔32，也就是截断扩张腔81的进流，避免因扩张腔81压力过大而炸裂，同时，剪断封堵钉64封堵启动孔32的封堵件63能够避免由单向阀7漏出的液体流入中心管内腔31，能够进一步保证扩张腔81体积不变，进一步保证封隔效果。

具体的，单向阀7可以采用常规的单向阀7门，当然，也可以采用其他新型的单向阀7，例如，优选的，如图4所示，单向阀7包括一端封闭的阀芯管72和弹性管71，阀芯管72直径方向上设置有阀孔722，阀芯管72外套设有弹性管71，弹性管71覆盖阀孔722，由此，当阀芯管72内腔的流体压力达到一定程度后，流体通过阀孔722使得弹性管71扩张，使得弹性管71与阀芯管72之间存在间隙，弹性管71无法覆盖阀孔722，从而阀芯管72内的流体通过阀孔722、扩张后的弹性管71和阀芯管72之间的间隙流至阀芯管72外，也就是流至扩张腔81中；当阀芯管72外的压力，也就是弹性管71外的压力与阀芯管72内腔的压力相等时，弹性管71在自身弹性恢复力的作用下再次覆盖阀孔722，紧紧地包裹住阀芯管72，截断阀芯管72内腔与扩张腔81的流通通道被截断，由于弹性管71紧紧地包裹住阀芯管72，并覆盖住阀孔722，从而使得扩张腔81内的流体不会由阀孔722流至阀芯管72内，实现仅能由阀芯管72内流至扩张腔81的单向阀7功能，另外，当阀芯管72内腔的压力小于扩张腔81内的压力时，扩张腔81流体压力压持弹性管71，使弹性管71紧紧的压持在阀芯管72上，也就是紧紧的包裹住阀芯管72，相比于其他单向阀7，本方案反向节流更加可靠，难以回流，从而使得封隔更加可靠。

更具体的，弹性管71内径小于阀芯管72外径，使得弹性管71套在阀芯管72上时弹性管71处于径向张拉状态。优选的，弹性管71选用橡胶材料。

阀芯上设置有防滑结构7241，以防止弹性管71脱落，具体的，如图4所示结构，阀芯管72外表面沿圆周方向设置有一圈凸起，该凸起截面呈三角形，从而弹性管71套设在该凸起上，难以脱落，从而单向阀7可靠性更好；当然，防滑结构7241也可以采用其他形式，具体的，在阀芯管72外沿圆周方向设置有一圈凹槽，弹性管71覆盖该凹槽，在弹性管71外使用绳类物件或金属丝类物件缠绕弹性管71并使得弹性管71嵌入凹槽内，也就是绳类物件或金属丝物件缠绕的位置在凹槽区域。

阀孔722在阀芯管72轴线方向上将阀芯管72区分为两段，分别为自由段723和根部段724，阀芯管72通过根部段724进行固定，单向阀7还包括紧固圈73，紧固圈73套设在弹性管71上，使弹性管71紧固在根部段724上，从而弹性管71不容易脱落，使得单向阀7回流截止可靠性更好；并且，只有弹性管71紧固在根部段724上，但是弹性管71与自由段723是不紧固的，此时阀芯管72内腔的流体撑开弹性管71时，只有与自由段723贴合的部分产生通向扩张腔81的通道，而通过紧固圈73与根部段724固定的部分没有通道，与没有紧固圈73固定相比，有紧固圈73固定的弹性管71被流体压力撑开时只有一端会允许流体通过，而并不是如没有紧固圈73一样允许弹性管71两端均可以使得流体通过，如此，能够避免流体从弹性管71两端通过而造成的弹性管71松动，具体的，如图4所示，阀芯管72的根部段724设置有一圈凸起，也就是防滑结构7241，但是，如果没有在阀芯管72外用紧固圈73固定弹性管71，那么，来自阀芯管72内的流体有可能撑开弹性管71，并且可能撑开凸起处的弹性管71，从而使得弹性管71的防滑结构7241失去作用，因此，设置有紧固圈73，能够防止流体从弹性管71两端流出。优选的，防滑结构7241采用凸起，并且紧固圈73与凸起紧挨着，进一步提高弹性管71的防滑性能。

具体的，如图3所示，封堵件63上的与封堵腔83接触的端面为下端面632，与下端面632相对的为上端面631，下端面632面积大于上端面631面积。启动孔32打开使得中心管内腔31的流体进入启动腔82后，由于封堵件63的上端面631是封堵腔83的组成部分，封堵件63的上端面631承受的流体压力与中心管内腔31压力相同，此时由于封堵孔33使得封堵腔83压力与中心管3压力相同，因此，封堵件下端面632面积压力大于上端面631面积，使得封堵件下端面632受力大于上端面631受力，从而使得封堵件63受流体压力的合成力方向向上，使得封堵件63有向启动孔32运动的趋势，从而使得封堵件63剪断封堵钉64成为可能。

由于封隔器都在井下运行，多于腐蚀性流体接触，目前的金属制成的扩张管4容易受到腐蚀性流体腐蚀，从而使得封隔失效，因此，为了进一步提高封隔器的封隔可靠性，更进一步的，扩张管4包括骨架41、内层42和外层43，内层42设置在骨架41内侧，外层43设置在骨架41外侧，骨架41由金属制成，相比于直接采用金属管作为扩张管4，本方案使得金属骨架41不会与流体接触，从而避免金属骨架41被腐蚀性腐蚀，进一步提高座封可靠性。具体的，骨架41整体为筒状，也就是骨架41为金属筒或者金属管，当然，金属骨架41是为了提供力的支撑，因此，金属骨架41也可以是整体呈筒状的网状结构，节省材料。具体的，外层43采用硫化的制造方法附着在骨架41上，保护效果更好。

在实际使用过程中，存在封隔器因扩张管4被腐蚀径向贯穿而失效的情况，扩张管4由于在金属骨架41内外都附着了不易被腐蚀的附着层，分别是内层42和外层43，理应不会被腐蚀，但是在实际使用过程中，仍然存在金属骨架41被腐蚀的情况。发明人经过研究和分析，发现，外层43存在被破坏的情况：在封隔器下井过程中，由于扩张管4裸露在外，扩张管4会与井壁发生擦刮，从而破坏扩张管4的外表面，影响封隔效果，具体的，会破坏封隔器的外层43，使得金属骨架41裸露在外，腐蚀性流体会对裸露的部分进行腐蚀，随着时间的推移，腐蚀性流体会进一步腐蚀未裸露的部分，使得扩张管4失去效用。若腐蚀严重，可能存在扩张管4被径向贯穿，从而使得扩张腔81无法再密封，扩张管4不能扩张，使得封隔器失效。为了解决扩张管4被径向腐蚀贯穿使得封隔器失效的问题，存在在金属骨架41内外设置内层42和外层43外，还需要设置一层保护装置，避免封隔器在下井过程中损坏扩张管4的外层43。具体的，扩张管4外套设有橡胶材料制成的保护管9，保护管9壁厚0.2mm-5mm，由此，在金属骨架41内外设置内层42和外层43以隔离腐蚀性液体，采用保护管9避免下井过程中刮擦破坏外层43，以保护扩张管4不至于被腐蚀洞穿，从而保证封隔器的有效运行。

扩张管4外设置橡胶保护管9，在扩张管4径向向外扩张时，虽然橡胶制成的保护管9具有弹性，但是外面的保护管9对扩张管4的扩张具有较大阻力，扩张管4不容易扩张，由此需要的压力较大，浪费资源，并且压力越大，风险也就越大。因此，为了降低张开扩张管4所需要的中心管内腔31压力，将保护管9两端固定，同时，将保护管9由中央区域截分为两端，具体的，如图2所示，保护管9包括两段紧挨着布置的保护管分段，如图1和图2，分别为上保护管分段91和下保护管分段92，两个保护管分段相互紧挨着的端部为不固定的自由端，如图2所示，图中上保护管分段91和下保护管分段92对接紧挨着，该紧挨着的端部为自由端，上保护管分段91和下保护管分段92的另一端均固定，更具体的，上保护管分段91的一端固定在上接头1上，下保护管分段92的一端固定在下接头2上，两个保护管分段在保护管9中央或中央附近紧挨着，由此，扩张管4扩张时，两个保护管分段由紧挨着的端部被分开，扩张管4从该被分开的区域扩张直至接触设置在井底的套管5或者井壁，由此，能够极大的降低扩张管4扩张时保护管9形成的阻力，能够降低张开扩张管4所需的中心管内腔31压力，也就是能够降低第一预设值，从而降低施工风险，降低施工成本。为了更一步的降低第一预设值，降低施工风险，降低施工成本，扩张管4两端设置有橡胶接头，扩张管4通过橡胶接头实现固定，也就是说扩张管4通过橡胶接头与其他零部件固定，具体的参见图1，扩张管4上端与保护管9螺纹连接，保护管9与上接头1螺纹连接，保护管9为橡胶制成，这里保护管9就相当于本方案中的橡胶接头。相比于扩张管4直接与其他金属性零部件固定连接，采用橡胶接头与其他金属性零部件固定，扩张管4与其他金属性零部件不在是刚性连接，而是具有一定柔性或弹性的连接方式，扩张管4更容易扩张，所需要扩张力更小，由此，也就是能够进一步降低第一预设值，从而降低施工风险，降低施工成本。

凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种扩张式封隔器，其特征在于，包括中心管(3)、扩张管(4)、套管(5)和封堵部件(6)，所述扩张管(4)套设在所述中心管(3)上，并且所述扩张管(4)的一端与所述中心管(3)固定连接，所述套管(5)套设在所述中心管(3)外，

所述封堵部件(6)包括启动件(62)、启动钉(61)、封堵件(63)和封堵钉(64)，所述启动件(62)设置在所述中心管(3)与所述套管(5)之间，并通过启动钉(61)与所述中心管(3)或者与所述套管(5)固定连接，所述封堵件(63)设置在所述中心管(3)与所述套管(5)之间，并通过封堵钉(64)与所述中心管(3)或者与所述套管(5)固定连接，

所述中心管(3)、扩张管(4)、所述套管(5)和所述启动件(62)之间形成封闭的扩张腔(81)，所述启动件(62)与所述封堵件(63)之间设置有启动腔(82)，所述封堵件(63)远离所述启动件(62)的一侧设置有封堵腔(83)，

所述中心管(3)上设置有启动孔(32)和封堵孔(33)，所述启动孔(32)连通所述中心管(3)的内腔(31)和所述启动腔(82)，所述封堵孔(33)连通所述中心管(3)的内腔(31)和所述封堵腔(83)，所述封堵钉(64)的截面面积大所述启动钉(61)的截面面积，

在所述中心管(3)轴线方向上，所述封堵件(63)具有合适尺寸，所述合适尺寸使得所述封堵件(63)能够移动时，所述封堵件(63)能够阻断所述启动孔(32)。

2.根据权利要求1所述的扩张式封隔器，其特征在于，还包括单向阀(7)，所述单向阀(7)设置在所述扩张腔(81)进口，使得进入所述扩张腔(81)的流体必须经过所述单向阀(7)才能进入。

3.根据权利要求2所述的扩张式封隔器，其特征在于，所述单向阀(7)包括一端封闭的阀芯管(72)和弹性管(71)，所述阀芯管(72)直径方向设置有阀孔(722)，所述阀芯管(72)外套设有弹性管(71)，所述弹性管(71)覆盖所述阀孔(722)。

4.根据权利要求3所述的扩张式封隔器，其特征在于，所述阀芯上设置有防滑结构(7241)，以防止所述弹性管(71)脱落。

5.根据权利要求1所述的扩张式封隔器，其特征在于，所述封堵件(63)上的与所述封堵腔(83)接触的端面为下端面(632)，与所述下端面(632)相对的为上端面(631)，所述下端面(632)面积大于所述上端面(631)面积。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的扩张式封隔器，其特征在于，所述扩张管(4)包括骨架(41)、内层(42)和外层(43)，所述内层(42)设置在所述骨架(41)内侧，所述外层(43)设置在所述骨架(41)外侧，所述骨架(41)由金属制成。