CN109538155A - 一种插管式隔水采油封隔器及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种插管式隔水采油封隔器及其工作方法，插管上端与插管接头连接，中心管和插管之间设置有空隙，且均设置有过流孔，插管密封机构设置在插管上端和中心管下端，解封机构设置在上坐封机构内，上坐封机构和下坐封机构之间通过锚定机构连接，上坐封机构、解封机构、上胶筒、锚定机构、下胶筒、下坐封机构和丢手机构从上至下依次套装在中心管上。本发明在隔采完成后上部管柱可以通过插拔插管自由起下，避免了常规隔采后检泵或措施作业时需解封起出封隔器的问题，使封隔器坐封密封效果显著提升，有效提升卡瓦防腐性能，减少隔采治理的次数，延长隔采有效期。

Description

一种插管式隔水采油封隔器及其工作方法

技术领域

本发明属于油田套损井治理技术领域，具体涉及一种插管式隔水采油封隔器及其工作方法，适用于油田套管腐蚀破漏、油水层联通油井的复产治理。

背景技术

目前油井套损后隔采所采用的生产管柱，大多采用Y111、Y211、Y221等常规封隔器，这种封隔器可以实现生产管柱一趟钻完井，具有操作简单，可重复坐封特点，能够满足部分井的隔采需求。但这种隔采管柱无法更换封隔器上部的管柱，在检泵或措施作业时需要先将封隔器解封起出，操作起来较为麻烦，而且也致使隔采无法重复利用；此外，由于密封件老化、胶筒变形和卡瓦锈蚀等原因使封隔器有效期变短，造成频繁隔采，使治理成本上升。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种插管式隔水采油封隔器及其工作方法，解决现有隔水采油封隔器坐封的成功率低，有效期短，检泵时需要解封并起出封隔器，造成隔采有效期短、频繁隔采治理、作业和工具成本较高的问题。

本发明采用以下技术方案：

一种插管式隔水采油封隔器，包括插管、中心管、插管密封机构、上坐封机构、锚定机构、下坐封机构、丢手机构和解封机构，中心管套装在插管上，插管上端与插管接头连接，中心管和插管之间设置有空隙，且均设置有过流孔，插管密封机构设置在插管上端和中心管下端，上坐封机构、锚定机构、下坐封机构和丢手机构从上至下依次套装在中心管上，解封机构设置在上坐封机构内，锚定机构与解封机构之间设置上胶筒，锚定机构与下坐封机构之间设置下胶筒。

具体的，上坐封机构为一级液压缸，包括依次连接的上坐封启动机构、上坐封锯齿滑配锁止机构和上液压缸系统，上液压缸系统与上胶筒连接，解封机构包括解封座、解封剪钉，设置在上坐封启动机构和上坐封锯齿滑配锁止机构之间。

进一步的，上坐封启动机构包括依次连接的上限位套、上坐封剪钉和上锁套，上坐封锯齿滑配锁止机构包括上锁块、上锁环和上锁环座，上锁套通过解封座、解封剪钉与上锁块连接，上液压缸系统包括支撑套、上挡套和上胶筒衬套，支撑套套装在中心管上，上挡套和上胶筒套装在上胶筒衬套上。

具体的，下坐封机构为两级液压缸，包括依次连接的下胶筒衬套、下挡套、坐封套、密封接头、下锁套、下接头、下锁块、下坐封剪钉和下限位套，坐封套与中心管之间分别设置有锁块头、锁块和锁块护套，下接头与插管之间设置有插管下密封圈。

具体的，锚定机构包括上椎体、筒形卡瓦、下椎体，筒形卡瓦的上下端分别套装在上椎体和下椎体上，且分别与上椎体和下椎体互卡，上椎体与上坐封机构的上胶筒连接，下椎体与下坐封机构的下胶筒连接，上椎体和下椎体分别受上胶筒和下胶筒坐封时的挤压力撑开筒型卡瓦锚定在套管壁上。

进一步的，筒形卡瓦为整体式细牙卡瓦，上端和下端卡瓦牙方向相反且朝外向，卡瓦上下两端间隔开有应力槽，筒形卡瓦由35CrMoTi材料组成，表面渗碳发黑处理。

具体的，丢手机构包括坐封钢球、设置在插管上的球座、用于限位的丢手锁块、定位块、座套、丢手剪钉和剪钉锁套，球座通过定位块安装固定在插管上，插管通过丢手锁块固定在中心管上，丢手锁块设置在座套上，丢手剪钉贯穿中心管与剪钉锁套连接，在丢手剪钉剪断之前丢手锁块由于受到剪钉锁套的限位无法回缩，使插管与封隔器本体保持连接状态。

具体的，上坐封机构和下坐封机构均设置有锁止防退机构，用于防止泄压后液压缸的上挡套、下挡套在上胶筒、下胶筒回弹力作用下回退。

具体的，插管接头和插管采用反螺纹连接；中心管内壁镀铬处理。

本发明的另一个技术方案是，一种插管式隔水采油封隔器的工作方法，包括坐封丢手和解封，其中，坐封丢手为：油管内投入坐封钢球，待其到达插管上的球座后，地面泵车加压给油管注入液体，当注入压力达到6～8MPa时，剪断上坐封机构内设置的上坐封剪钉，继续加压，推动上坐封机构动作，压缩上胶筒，撑开锚定机构的筒型卡瓦上端，当压力达到10～12MPa时，剪断下坐封剪钉，再推动下坐封机构动作，压缩下胶筒，撑开锚定机构的筒型卡瓦下端，先后依次完成上胶筒、下胶筒充分坐封和筒型卡瓦上下两端的完全锚定；当继续加压至18～20MPa时，剪断丢手机构内设置的丢手剪钉，坐封钢球和球座掉落尾管，丢手机构内的丢手锁块失去支撑，使插管和中心管失去连接，上提即可拔出插管，完成丢手；

解封操作为：下专用解封工具到上坐封机构的上锁套中，抓住解封机构的解封座，上提拉力剪断解封剪钉，然后继续上提解封座使解封机构的上锁块弹出，上坐封机构的锯齿滑配锁紧机构失去支撑，在上胶筒回弹力的作用下上锁环和上锁环座上行直至失去支撑与上锁套分离，锁紧机构失效，继续上提活动管柱使上胶筒和筒型卡瓦完全回弹，完成解封。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种插管式隔水采油封隔器，隔采完成后上部管柱可以通过插拔插管自由起下，避免了常规隔采后检泵或措施作业时需解封起出封隔器的问题，同时设计了双胶筒和锚定机构，使封隔器坐封密封效果显著提升，有效提升了卡瓦防腐性能，减少了隔采治理的次数，延长了隔采有效期。

进一步的，设置的上、下两级坐封机构，是为了两个密封胶筒实现先后分级进行坐封，避免同时坐封过程中两个胶筒出现内部拉力，影响胶筒的进一步充分坐封和密封性能。此外，设置双胶筒两级坐封机构，便于把卡瓦置于两个胶筒之间，坐封后可以把筒形卡瓦封闭在一个密闭空间，避免了地层流体腐蚀破坏。

进一步的，锚定卡瓦设置为筒形双向为整体式细牙卡瓦，主要是为了便于卡瓦的充分扩张且降低锚定过程中对套管壁损伤，增加卡瓦的双向锚定能力和防腐防锈的能力，避免长期锚定过程中卡瓦锈蚀破坏。

进一步的，丢手机构能够确保丢手前插管与封隔器本体处于连接状态，且当完成坐封后内置打压球座掉落，上提插管即可顺利完成丢手。

进一步的，锁止防退机构能够防止封隔器坐封完成泄压后在压力的作用下防止液压缸上挡套在胶筒和筒型卡瓦回弹力作用下回退，造成坐封失效。

进一步的，反螺纹连接能够防止插管卡死无法起出时倒扣处理，为管柱安全设计，中心管内壁镀铬处理能够防锈且使插管能够顺利插拔，便于插管顺利起下。

本发明还公开了一种插管式隔水采油封隔器的工作方法，采用分级坐封机构，避免了双胶筒同时坐封时的内力，便于胶筒坐封的更充分，密封承压能力更好；丢手式插管结构避免了检泵等维护性作业时需解封封隔器的问题；解封结构设计为逐级解封，减小解封力，便于封隔器顺利解封。

综上所述，本发明在隔采完成后上部管柱可以通过插拔插管自由起下，避免了常规隔采后检泵或措施作业时需解封起出封隔器的问题，同时设计了一种双胶筒和筒型卡瓦结构，使封隔器坐封密封效果显著提升，有效提升卡瓦防腐性能，减少隔采治理的次数，延长隔采有效期。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明封隔器上部结构示意图；

图2为本发明封隔器下部结构示意图。

其中：1.插管接头；2.上限位套；3.上坐封剪钉；4.上锁套；5.解封座；6.解封剪钉；7.上锁块；8.上锁环；9.上锁环座；10.插管上密封圈；11.支撑套；12.插管；13.中心管；14.上挡套；15.上胶筒衬套；16.上胶筒；17.上椎体；18.筒形卡瓦；19.下椎体；20.下胶筒；21.下胶筒衬套；22.下挡套；23.坐封套；24.锁块头；25.锁块；26.锁块护套；27.密封接头；28.下锁套；29.下接头；30.插管下密封圈；31.下锁块；32.下坐封剪钉；33.下限位套；34.坐封钢球；35.球座；36.丢手锁块；37.定位块；38.座套；39.丢手剪钉；40.剪钉锁套。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1和图2，本发明一种插管式隔水采油封隔器，包括插管密封机构、上坐封机构、下坐封机构、锚定机构、丢手机构和解封机构，插管12上端与插管接头1连接，插管密封机构设置在插管12上端和中心管13下端，上坐封机构、解封机构、上胶筒16、锚定机构、下胶筒20、下坐封机构和丢手机构从上至下依次套装在中心管13上。

上坐封机构和下坐封机构均为液压缸设计，坐封加压时根据设置坐封启动压力，依次剪断上、下坐封启动剪钉，依次推动液压缸压缩上胶筒和下胶筒，达到坐封的目的，上、下坐封机构均设置有锁止防退机构，防止泄压后液压缸上挡套14在胶筒回弹力作用下回退，造成坐封失效。上坐封机构为一级液压缸设计；下坐封机构为两级液压缸设计，加压时同时作用；包括上限位套2、上坐封剪钉3、上锁套4、上锁块7、上锁环8、上锁环座9、支撑套11、中心管13、上挡套14、上胶筒衬套15、上胶筒16、下胶筒20、下胶筒衬套21、下挡套22、坐封套23、锁块头24、锁块25、锁块护套26、密封接头27、下锁套28、下接头29、插管下密封圈30、下锁块31、下坐封剪钉32、下限位套33。

其中，上限位套2、上坐封剪钉3、上锁套4组成上坐封启动机构；

上锁套4、上锁块7、上锁环8、上锁环座9组成上坐封锯齿滑配锁止机构(只能向下走不能向上走)；

支撑套11、中心管13、上挡套14、上胶筒衬套15组成上液压缸系统，打压推动上挡套14压缩上胶筒衬套15，胶筒受挤直径增大，密封环形空间；上坐封机构各部件的连接关系为：上限位套2上端通过上坐封剪钉3与插管接头1连接，下端通过螺纹与上锁套4连接，上锁套4与支撑套11上安装的上锁块7、上锁环8、上锁环座9组成上坐封锯齿滑配锁止机构配合，确保坐封后锁止。而支撑套11通过螺纹与中心管13连接，上档套14通过紧定螺钉与上锁套2连接，且下端顶于上胶筒16上端面，上胶筒衬套15套在上档套14和上胶筒16内，且与上椎体17螺纹连接。

下坐封机构组成和上密封机构组成类似，下坐封机构各部件的连接关系为：下限位套33通过内螺纹连接于下接头29上，且与下锁套28通过下坐封剪钉32与下锁套28连接，下锁套31与下接头29(与中心管13螺纹连接)共同组成锯齿滑配锁止机构，密封接头27套于中心管之上，且上、下两端分别与下锁套28和坐封套23连接，坐封套23与下档套22螺纹连接，且下档套22上端面顶于下胶筒21下端面。

中心管13和插管12之间留有空隙，且均设置有过流孔，加压时，液流从插管12内部依次流过插管过流孔、中心管13和插管环空空隙，最后通过中心管13上、下两端的过流孔到达上、下坐封机构的活塞腔。

优选的，插管接头1和插管12采用反螺纹连接；中心管13内壁镀铬处理。

锚定机构卡瓦锚定主要靠坐封时上、下胶筒分别对上椎体17和下椎体19端面进行挤压推动卡瓦扩张锚定，上、下胶筒分别设置在筒形卡瓦18上下两端，坐封后可以把筒形卡瓦18封闭在一个密闭空间，避免了地层流体腐蚀破坏；锚定机构包括上椎体17、筒形卡瓦18、下椎体19，筒形卡瓦18的上下端分别套装在上椎体17、下椎体19，且与上椎体17、下椎体19分别互卡，筒形卡瓦18由35CrMoTi材料组成，表面渗碳发黑处理；上椎体17和下椎体19分别受上胶筒16和下胶筒20坐封时的挤压力撑开筒型卡瓦18锚定在套管壁上。

筒形卡瓦18为整体式细牙卡瓦，上端和下端卡瓦牙方向相反且朝外向，卡瓦上下两端间隔开有应力槽，便于卡瓦充分扩张。

丢手机构包括插管12、中心管13、坐封钢球34、设置在插管12上的球座35、起限位的丢手锁块36、定位块37、座套38、丢手剪钉39、剪钉锁套40。球座35通过定位块37安装固定在插管12上，而插管12又通过丢手锁块36固定在中心管13上，在丢手剪钉39剪断之前丢手锁块36由于受到剪钉锁套40的限位无法回缩，使插管与封隔器本体保持连接状态。

解封机构包括解封座5、解封剪钉6、上锁块7、支撑套11；设置下油管捞锚抓住解封座上提即可解封，解封过程中，首先拉断解封剪钉6，上锁块7弹出，上锁环8失去支撑在胶筒回弹力的作用下推动上锁环8和上锁环座9一起滑动直至胶筒、卡瓦回弹至解封解卡。

解封时下入专用解封工具上提解封座5至设定解封拉力即可剪断解封剪钉6，拉动解封座5上行，上锁块7弹出，使锯齿滑配锁紧机构失去支撑，在胶筒回弹力的作用下上锁环8和上锁环座9上行直至失去支撑与上锁套4分离，锁紧机构失效，上提管柱完成解封。

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。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

坐封丢手：油管内投入坐封钢球34，待其到达球座后，地面泵车加压给油管注入液体，当注入压力达到8MPa时，剪断上坐封剪钉3，继续加压，推动上坐封机构动作，压缩上胶筒16，撑开筒型卡瓦18上端，当压力达到12MPa时，剪断下坐封剪钉3，再推动下坐封机构动作，压缩下胶筒20，撑开筒型卡瓦18下端，先后依次完成上、下胶筒充分坐封和筒型卡瓦18上下两端的完全锚定；当继续加压至18MPa时，丢手剪钉39剪断，坐封钢球34和球座35掉落尾管，丢手锁块36失去支撑，使插管12和中心管13失去连接，上提即可拔出插管，完成丢手。

解封：下专用解封工具到上锁套4中，抓住解封座5，上提60KN左右拉力即可剪断解封剪钉6，然后继续上提解封座5使上锁块7弹出，锯齿滑配锁紧机构失去支撑，在胶筒回弹力的作用下上锁环8和上锁环座9上行直至失去支撑与上锁套4分离，锁紧机构失效，继续上提活动管柱使胶筒和卡瓦完全回弹，完成解封。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种插管式隔水采油封隔器，其特征在于，包括插管(12)、中心管(13)、插管密封机构、上坐封机构、锚定机构、下坐封机构、丢手机构和解封机构，中心管(13)套装在插管(12)上，插管(12)上端与插管接头(1)连接，中心管(13)和插管(12)之间设置有空隙，且均设置有过流孔，插管密封机构设置在插管(12)上端和中心管(13)下端，上坐封机构、锚定机构、下坐封机构和丢手机构从上至下依次套装在中心管(13)上，解封机构设置在上坐封机构内，锚定机构与解封机构之间设置上胶筒(16)，锚定机构与下坐封机构之间设置下胶筒(20)。

2.根据权利要求1所述的插管式隔水采油封隔器，其特征在于，上坐封机构为一级液压缸，包括依次连接的上坐封启动机构、上坐封锯齿滑配锁止机构和上液压缸系统，上液压缸系统与上胶筒(16)连接，解封机构包括解封座(5)、解封剪钉(6)，设置在上坐封启动机构和上坐封锯齿滑配锁止机构之间。

3.根据权利要求2所述的插管式隔水采油封隔器，其特征在于，上坐封启动机构包括依次连接的上限位套(2)、上坐封剪钉(3)和上锁套(4)，上坐封锯齿滑配锁止机构包括上锁块(7)、上锁环(8)和上锁环座(9)，上锁套(4)通过解封座(5)、解封剪钉(6)与上锁块(7)连接，上液压缸系统包括支撑套(11)、上挡套(14)和上胶筒衬套(15)，支撑套(11)套装在中心管(13)上，上挡套(14)和上胶筒(16)套装在上胶筒衬套(15)上。

4.根据权利要求1所述的插管式隔水采油封隔器，其特征在于，下坐封机构为两级液压缸，包括依次连接的下胶筒衬套(21)、下挡套(22)、坐封套(23)、密封接头(27)、下锁套(28)、下接头(29)、下锁块(31)、下坐封剪钉(32)和下限位套(33)，坐封套(23)与中心管(13)之间分别设置有锁块头(24)、锁块(25)和锁块护套(26)，下接头(29)与插管(12)之间设置有插管下密封圈(30)。

5.根据权利要求1所述的插管式隔水采油封隔器，其特征在于，锚定机构包括上椎体(17)、筒形卡瓦(18)、下椎体(19)，筒形卡瓦(18)的上下端分别套装在上椎体(17)和下椎体(19)上，且分别与上椎体(17)和下椎体(19)互卡，上椎体(17)与上坐封机构的上胶筒(16)连接，下椎体(19)与下坐封机构的下胶筒(20)连接，上椎体(17)和下椎体(19)分别受上胶筒(16)和下胶筒(20)坐封时的挤压力撑开筒型卡瓦(18)锚定在套管壁上。

6.根据权利要求5所述的插管式隔水采油封隔器，其特征在于，筒形卡瓦(18)为整体式细牙卡瓦，上端和下端卡瓦牙方向相反且朝外向，卡瓦上下两端间隔开有应力槽，筒形卡瓦(18)由35CrMoTi材料组成，表面渗碳发黑处理。

7.根据权利要求1所述的插管式隔水采油封隔器，其特征在于，丢手机构包括坐封钢球(34)、设置在插管(12)上的球座(35)、用于限位的丢手锁块(36)、定位块(37)、座套(38)、丢手剪钉(39)和剪钉锁套(40)，球座(35)通过定位块(37)安装固定在插管(12)上，插管(12)通过丢手锁块(36)固定在中心管(13)上，丢手锁块(36)设置在座套(38)上，丢手剪钉(39)贯穿中心管(13)与剪钉锁套(40)连接，在丢手剪钉(39)剪断之前丢手锁块(36)由于受到剪钉锁套(40)的限位无法回缩，使插管(12)与封隔器本体保持连接状态。

8.根据权利要求1所述的插管式隔水采油封隔器，其特征在于，上坐封机构和下坐封机构均设置有锁止防退机构，用于防止泄压后液压缸的上挡套(14)、下挡套(22)在上胶筒(16)、下胶筒(20)回弹力作用下回退。

9.根据权利要求1所述的插管式隔水采油封隔器，其特征在于，插管接头(1)和插管(12)采用反螺纹连接；中心管(13)内壁镀铬处理。

10.一种如权利要求1所述插管式隔水采油封隔器的工作方法，其特征在于，包括坐封丢手和解封，其中，坐封丢手为：油管内投入坐封钢球(34)，待其到达插管(12)上的球座(35)后，地面泵车加压给油管注入液体，当注入压力达到6～8MPa时，剪断上坐封机构内设置的上坐封剪钉(3)，继续加压，推动上坐封机构动作，压缩上胶筒(16)，撑开锚定机构的筒型卡瓦(18)上端，当压力达到10～12MPa时，剪断下坐封剪钉(3)，再推动下坐封机构动作，压缩下胶筒(20)，撑开锚定机构的筒型卡瓦(18)下端，先后依次完成上胶筒(16)、下胶筒(20)充分坐封和筒型卡瓦(18)上下两端的完全锚定；当继续加压至18～20MPa时，剪断丢手机构内设置的丢手剪钉(39)，坐封钢球(34)和球座(35)掉落尾管，丢手机构内的丢手锁块(36)失去支撑，使插管(12)和中心管(13)失去连接，上提即可拔出插管，完成丢手；

解封操作为：下专用解封工具到上坐封机构的上锁套(4)中，抓住解封机构的解封座(5)，上提拉力剪断解封剪钉(6)，然后继续上提解封座(5)使解封机构的上锁块(7)弹出，上坐封机构的锯齿滑配锁紧机构失去支撑，在上胶筒(16)回弹力的作用下上锁环(8)和上锁环座(9)上行直至失去支撑与上锁套(4)分离，锁紧机构失效，继续上提活动管柱使上胶筒(16)和筒型卡瓦(18)完全回弹，完成解封。