CN110388191A - 大扩径裸眼井封隔器的胶筒支撑装置 - Google Patents

Abstract

大扩径裸眼井封隔器的胶筒支撑装置，锁轴和锥体的后端为单向运动连接，锥体的前端设第一斜面；所述支撑块的后端设第二斜面，支撑块的前端为用于顶住胶筒肩部的支撑面；锥体受压而沿轴朝向胶筒方向移动，进而使支撑块作径向扩张运动，直至贴住裸眼地层内壁；同时，支撑面顶住胶筒肩部并阻止其变形。能够有效保护封隔器胶筒，有效阻止大扩径裸眼井封隔器在单向压差作用下其胶筒因受载荷过大发生的肩突损坏，满足封隔器在大扩径裸眼井中的使用要求。

Description

大扩径裸眼井封隔器的胶筒支撑装置

技术领域

本发明涉及一种油气田开发井下工具，具体地说是大扩径裸眼井封隔器的胶筒支撑装置。

背景技术

在油气田开发井下作业过程中，封隔器封隔了各种尺寸管柱与井眼之间以及管柱之间环形空间，达到隔绝产层，保护套管的目的。封隔器主要由心轴、活塞、上锥体、下锥体、卡瓦、胶筒等构成，而其中胶筒是较为关键的元件——其直接影响封隔器的密封性能；而胶筒通常采用橡胶材质，属于超弹性材料。

在大扩径裸眼井内，封隔器在单向压差作用下，胶筒两端的胶筒肩部极易沿封隔器与套管之间的环空发生肩突的造型变形(即胶筒的肩部向环形空间内“突出”)，容易使胶筒损坏，导致封隔器失效无法正常工作并影响后期的压裂施工。进一步地，大扩径裸眼井的封隔器胶筒与井壁之间的间隙更大，在相同压差下产生的轴向载荷也就更大——普通胶筒护肩无法承受大的轴向载荷。因此，有必要研究能够满足大扩径裸眼井要求的封隔器胶筒保护装置，防止封隔器胶筒端部发生撕裂和损坏，确保在复杂地层条件下封隔器的正常使用。

上述被称为“肩突”的问题一直是业内研究的热点。

CN201310210362.9号专利涉及封隔器胶筒保护装置，内护碗、外护碗上分别设有至少六条轴向割缝，外护碗的一面和内护碗叠加；外护碗的另一面和锥体紧贴，锥体的外壁带有外锥面，锥体的外锥面和滑块一侧内壁设有的内锥面配合安装；滑块的另一侧沿圆周设有导向头，滑槽座带有对应数量的凹槽，导向头对应安装在凹槽中，能有效的防止封隔器胶筒的肩突现象，提高胶筒的承压能力，满足封隔器在高压环境下的使用要求。

CN 201720230303.1号专利公开了一种强密封防肩突式压缩式封隔器，中心管外侧设有胶筒，胶筒上设置有旋转防突装置，液压组件用于对胶筒施加压力并使其变形外凸后与油套管接触；旋转防突装置包括固定段、旋转段以及连接卷簧，固定段固定连接在胶筒上，旋转段通过连接卷簧与固定段活动连接；旋转段贴合在胶筒端面上，能有效解决耐压能力和肩突的技术问题，大幅提升其密封性能，保证工具在井下工作时的可靠性。

发明内容

本发明为解决现有的问题，旨在提供一种大扩径裸眼井封隔器的胶筒支撑装置。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案设于胶筒的端部，包括固定于中心管上的锁轴，以及锥体、若干支撑块；胶筒和裸眼地层之间为环形空间，其中：锁轴和锥体的后端为单向运动连接，锥体的前端设第一斜面；所述支撑块的后端设对应第一斜面的第二斜面，支撑块的前端为用于顶住胶筒肩部的支撑面；锥体受压而沿轴朝向胶筒方向移动，第一斜面推动第二斜面，进而使支撑块作径向扩张运动(即沿着径向朝外均匀扩散，也称扩径运动)，直至贴住裸眼地层内壁；同时，支撑面顶住胶筒肩部并阻止其变形。

其中，锁轴为空心管柱，锁轴的朝向胶筒端设有用于止退的锁紧环，所述锁紧环的内壁和锁轴的外壁之间通过倒钝螺纹作单向滑动连接；所述锁紧环的外壁和锥体的后端固定连接。

其中，所述锁紧环的外壁和锥体的后端通过螺纹连接。

其中，所述锁轴通过螺钉和中心管固定连接。

其中，所述锁紧环为C形。

其中，所述锥体的前端和中心管外壁之间通过O型密封圈II而密封接触。

其中，还包括支撑套，支撑套通过剪钉和锥体之间可分离连接。

其中，所述剪钉置于支撑套的剪钉孔内。

其中，所述锥体的外壁和支撑套内壁之间通过O型密封圈I而实现密封接触。

其中，初始状态，所述若干支撑块沿中心管圆周紧密排列，即每个支撑块贴着相邻的左、右支撑块而形成一整个圆环的结构；受压后，若干支撑块分别自中心管外壁作扩径运动，若干支撑块朝向胶筒肩部的支撑面形成相互之间带间隙的支撑环面。

其中，所述支撑块的支撑面呈扇形。

其中，所述支撑块和支撑套通过第一滑块、滑槽结构作可分离连接。

其中，所述第一滑块、滑槽(即预留孔)为T字形。

其中，所述支撑块的径向内端设有防脱落的卡块。

其中，还包括若干辅助块，所述辅助块和所述支撑块交错设置，即相邻的支撑块之间设一个辅助块；辅助块的后端设辅助斜面，辅助块的前端为用于顶住胶筒肩部的辅助支撑面；扩径运动后，辅助支撑面分别位于每两个支撑面之间的间隙中，并与其共同形成支撑环面。

其中，所述辅助块的辅助支撑面呈扇形。

其中，所述辅助块和支撑套通过第二滑块、滑槽结构作可分离连接。

其中，所述辅助块的径向内端设有防脱落的卡块。

其中，所述支撑块和/或辅助块的外壁设环形凹槽，所述固定环焊接安装在所述环形凹槽内；受压后，支撑块和/或辅助块径向朝外、并破坏所述固定环而作扩径运动。

其中，支撑块和辅助块上的卡块，在锥体推动支撑块和辅助块发生扩径运动后，突出的卡块会卡在上支撑套、下支撑套的内壁面，避免支撑块和辅助块脱离上支撑套和下支撑套。

本发明还提供一种大扩径裸眼井封隔器的胶筒支撑装置，设于两个胶筒之间，包括锁轴、两个锥体以及对应的左、右两组支撑块，其中：锁轴的两端和锥体的后端分别为单向运动连接，锥体的前端设第一斜面；所述支撑块的后端设第二斜面，支撑块的前端为支撑面；锥体受压而沿轴朝向胶筒方向移动，第一斜面推动第二斜面，进而使支撑块作径向扩张运动，直至贴住裸眼地层内壁；支撑面顶住胶筒肩部并阻止其变形。

其中，锁轴为空心管柱，其管体中部设凸出部以分隔左右的对称结构；锁轴朝向胶筒的左右两端分别设有用于止退的锁紧环，所述锁紧环的内壁和锁轴的外壁之间通过倒钝螺纹作单向滑动连接；所述锁紧环的外壁和锥体的后端固定连接。

其中，所述支撑套依次由上支撑套、下支撑套连接而成，所述上支撑套、下支撑套和凸出部固定装配；上支撑套、下支撑套通过剪钉分别和左、右两个锥体实现可分离连接。受压后剪钉被剪断，两者即分离。

在封隔器坐封之前(即初始状态)，上支撑套、下支撑套的端面的预留空隙与支撑块、辅助块的结构相互配合，组装完成后为完整的上支撑套圆周端面结构和下支撑套圆周端面结构。

其中，支撑块和辅助块的凹槽结构相互配合，组成360°的圆周凹槽结构，并与固定环配合使用；固定环产生护箍作用，将支撑块与辅助块固定。

其中，上支撑套、下支撑套之间通过O型密封圈III实现密封。

其中，支撑块和辅助块依次安装在上支撑套和下支撑套上的预留孔中；安装时，从上支撑套的内部和下支撑套的内部向外装配。

本发明还提供一种封隔器，包含上述的胶筒支撑装置。

和现有技术相比，本发明能够有效保护封隔器胶筒，封隔器下到指定位置之后在液压推动作用下，锥体朝向胶筒运动，推动支撑块和辅助块向外扩张、并冲破固定环的束缚；支撑块、辅助块发生扩径运动。封隔器胶筒受压后，直接作用在支撑套、支撑块和辅助块形成的支撑环面上，有效阻止大扩径裸眼井封隔器在单向压差作用下其胶筒因受载荷过大发生的肩突损坏，保证了封隔器的密封性，提高了胶筒的承压能力，满足封隔器在大扩径裸眼井中的使用要求。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是装配后初始状态下，本发明实施例的结构示意图；

图3a、3b分别是上支撑套的剖面图和立体图；

图4a、4b分别是下支撑套的剖面图和立体图；

图5a、5b和5c分别是支撑块的立体图、侧视图和俯视图；

图6a、6b和6c分别是辅助块的立体图、侧视图和俯视图；

图7是锥体的结构示意图；

图8是锁紧环的结构示意图；

图8a是图8中画圈处的局部放大图；

图9是扩张后支撑装置端面的结构示意图；

图10是封隔器坐封后，本发明实施例的结构示意图；

图11是支撑装置扩张后的结构示意图；

参见附图，1-上支撑套，2-下支撑套，3-锁轴，4-锥体，5-锁紧环，6-支撑块，7-辅助块，8-固定环，9-剪钉，10-螺钉，11-O型密封圈I，12-O型密封圈II，13-O型密封圈III，14-上支撑套凹槽I，15-上支撑套凹槽II，16-胶筒，17-裸眼地层；18-环形空间，即位于地层和封隔器之间；19-剪钉孔，20-支撑块卡块，21-辅助块卡块。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步地说明。

参见图1，图1展示的是本发明的一个实施例，是在两个胶筒16之间设有胶筒支撑装置的封隔器，胶筒16和裸眼地层17之间为环形空间18；具体包括锁轴3、两个背向的锥体4以及对应的左、右两组支撑块6，每组包括八具支撑块6(数量可灵活选用，不作为对本发明的限制)。锁轴3的两端和锥体4的后端分别为单向运动连接(即锥体4只能作远离锁轴3的运动)，锥体3的前端设第一斜面；支撑块6的后端设第二斜面，支撑块6的前端为支撑面。

同时，还包括八具辅助块7，辅助块7和支撑块6之间为交错设置。参见图9和图11，所谓交错设置，即相邻的支撑块6之间设一个辅助块7。

而辅助块7的后端设辅助斜面，辅助块7的前端为用于顶住胶筒16肩部的辅助支撑面；扩径运动后，辅助支撑面分别位于每两个支撑面之间的间隙中，并与其共同形成支撑环面。

参见图7、图8和图8a，锁轴3为空心管柱，其管体的中部设凸出部以分隔左、右的对称结构；锁轴3朝向胶筒16的左、右两端分别设有用于止退的锁紧环5，锁紧环5的内壁和锁轴3的外壁之间通过倒钝螺纹作单向滑动连接；锁紧环5的外壁和锥体4的后端固定连接。

参见图1和图8、图8a，锁紧环5的外壁和锥体3的后端通过螺纹连接，此处连接为固定连接；参见图1，锥体4的后端内壁和锁轴3的外壁接触的部分亦通过倒钝螺纹连接，共同构成单向运动连接结构。

参见图1，锁轴3通过螺钉10和中心管固定连接。作为优选，本实施例中的锁紧环5为C形。

参见图1，此外，锥体3的前端和中心管外壁之间通过O型密封圈I,12密封接触，保证了密闭性。

参见图1至图4b，支撑套依次由上支撑套1、下支撑套2连接而成，上支撑套1、下支撑套2和锁轴3的凸出部固定装配。上支撑套1、下支撑套2通过剪钉9分别和左、右两个锥体4实现可分离连接。所谓可分离连接，即受压后剪钉9被剪断，两者分离并产生相对运动，锥体4朝向胶筒16继续运动而上支撑套1或下支撑套2维持静止状态。

参见图3和图4，剪钉9分别置于上支撑套1、下支撑套2的剪钉孔19内，剪钉孔19贯穿上支撑套1、下支撑套2的侧壁；剪钉9、剪钉孔19的数量和支撑块6、辅助块7对应。

参见图1，锥,3的外壁和上支撑套1、下支撑套2的内壁之间通过O型密封圈I11实现密封接触，保证了密闭性。

参见图2至图4b，在封隔器坐封之前(即初始状态)，上支撑套1、下支撑套2的端面的预留孔与支撑块6、辅助块7的对应结构相互配合，分别组成第一滑块、滑槽结构和第二滑块、滑槽结构；第一滑块、滑槽结构和第二滑块、滑槽结构均为可分离连接，即支撑块6、辅助块7通过后端的滑块，沿着滑槽(预留孔)而作径向滑出(扩径运动)。而上述组装完成后为完整的上支撑套1的圆周端面结构和下支撑套2的圆周端面结构。

此时，支撑块6、辅助块7分别紧贴并围绕中心管的外壁圆周紧密排列，即每个支撑块6贴着相邻的支撑块6而形成一整个圆环的结构；受压后，支撑块6分别自中心管外壁作扩径运动，支撑块6朝向胶筒16肩部的支撑面形成带间隙的支撑环面。

参见图5a至图6c，作为优选，支撑块6的支撑面呈扇形；第一滑块、滑槽为T字形。支撑块6的径向内端设有防脱落的支撑块卡块20。

作为优选，辅助块7的辅助支撑面呈扇形。辅助块7和支撑套通过第二滑块、滑槽结构作可分离连接。辅助块7的径向内端设有防脱落的辅助块卡块21。参见图1，支撑块6、辅助块7的外壁设环形凹槽，固定环8安装在环形凹槽内；进一步地，支撑块6和辅助块7的凹槽结构相互配合，组成360°的圆周凹槽结构，并与固定环8配合使用；固定环8产生护箍作用，将支撑块与辅助块固定；在受压后，支撑块6、辅助块7径向朝外、并破坏固定环8而作扩径运动。

进一步地，支撑块6和辅助块7依次安装在上支撑套1和下支撑套2上的预留孔中；安装时，从上支撑套的内部和下支撑套的内部向外装配。

参见图1，上支撑套1、下支撑套2之间通过O型密封圈III13实现密封，保证密封性。

本实施例在封隔器坐封过程中，受液压作用，在锥体4外部的O型密封圈I11和锥体4内部的O型密封圈II12的推动下，锥体4向远离锁轴3的中心轴的方向做活塞运动。与此同时，锥体3内部的锁紧环5的牙块沿锁轴3外螺旋壁面向远离锁轴中心的方向运动。

参见图8和图8a，由于锁轴3外壁面设有倒钝螺纹，因此锁紧环5的牙块只能向远离锁轴中心轴的方向单向运动；一旦倒退，锁紧环5的牙块便会卡死在锁轴3的外壁，使得锥体4无法倒退。

锥体4一旦被液压推动向远离锁轴3方向运动，束缚锥体4的铜质的剪钉9便会受到相应的剪切力；液压不断增大，超过剪钉9的剪切强度时剪钉9被剪断，并掉落在上支撑套1的剪钉孔19和下支撑套2的剪钉孔19中。剪钉9被剪断之后，锥体4则挣脱了剪钉9的束缚，向远离锁轴3的方向运动。

锥体4向远离锁轴3的方向运动，锥体4的前端的第一斜面则推动、挤压支撑块6和辅助块7的第二斜面、辅助块斜面，支撑块6和辅助块7受力向扩径方向运动，箍在支撑块6和辅助块7的凹槽中的固定环8受到扩张力。锥体4所受液压增大，对锥体4的作用力增大，锥体4推动支撑块6和辅助块7的作用力增大，支撑块6和辅助块7受到的扩张力增大。当扩张力大于固定环8的张力时，固定环8被破坏并失去护箍作用，支撑块6和辅助块7在锥体4的推动下向外扩张，直至支撑块6和辅助块7的外壁面贴到裸眼地层17上。

参见图9、图10，支撑块6和辅助块7发生扩径运动，支撑装置扩张，支撑块6和辅助块7被推到裸眼地层17壁上。封隔器的胶筒16受力压缩，胶筒16的肩部抵在支撑装置扩张后的支撑块6上，本实施例阻止胶筒16向封隔器和裸眼地层17之间的环形空间18挤压。

进一步地，参见图11，本实施例的支撑块在发生扩径运动之后，支撑块6所组成的支撑环面上存在缝隙。当胶筒16受力较大时，胶筒16肩部依旧会向缝隙中延伸。此时，支撑块6下方的辅助块7起到辅助二次支撑的作用，使得胶筒16不会继续向胶筒16与裸眼地层17之间的环形空间18延伸，完成其保护胶筒的功能。

本实施例能够有效保护封隔器胶筒，使得封隔器的胶筒16受压后，直接作用在支撑套、支撑块6和辅助块7形成的支撑环面上，阻止胶筒16沿封隔器和套管的环空发生挤压变形损坏，保证封隔器的密封性。

本发明还可以设于胶筒16的单侧，其结构和上述雷同，不予赘述。

上面结合附图及实施例描述了本发明的实施方式，实施例给出的结构并不构成对本发明的限制，本领域内熟练的技术人员可依据需要做出调整，在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改均在保护范围内。

Claims (10)

1.一种大扩径裸眼井封隔器的胶筒支撑装置，设于胶筒的端部，其特征在于：包括锁轴，以及锥体、若干支撑块，其中：

锁轴和锥体的后端为单向运动连接，锥体的前端设第一斜面；

所述支撑块的后端设第二斜面，支撑块的前端为支撑面；

锥体受压而沿轴朝向胶筒方向移动，第一斜面推动第二斜面，进而使支撑块作径向扩张运动，直至贴住裸眼地层内壁；支撑面顶住胶筒肩部并阻止其变形。

2.根据权利要求1所述的大扩径裸眼井封隔器的胶筒支撑装置，其特征在于：锁轴为空心管柱，锁轴的朝向胶筒端设有用于止退的锁紧环，所述锁紧环的内壁和锁轴的外壁之间通过倒钝螺纹作单向滑动连接；所述锁紧环的外壁和锥体的后端固定连接。

3.根据权利要求1所述的大扩径裸眼井封隔器的胶筒支撑装置，其特征在于：还包括支撑套，支撑套通过剪钉和锥体之间可分离连接。

4.根据权利要求1、2或3所述的大扩径裸眼井封隔器的胶筒支撑装置，其特征在于：初始状态，所述若干支撑块沿中心管圆周紧密排列；受压后，若干支撑块分别自中心管外壁作扩径运动，支撑块朝向胶筒肩部的支撑面形成支撑环面。

5.根据权利要求1、2、3、4或5所述的大扩径裸眼井封隔器的胶筒支撑装置，其特征在于：还包括若干辅助块，所述辅助块和所述支撑块交错设置；辅助块的后端设辅助斜面，辅助块的前端为辅助支撑面；扩径运动后，辅助支撑面分别位于每两个支撑面之间的间隙中，并与其共同形成支撑环面。

6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的大扩径裸眼井封隔器的胶筒支撑装置，其特征在于：所述支撑块和/或辅助块的外壁设环形凹槽，所述固定环安装在所述环形凹槽内；受压后，支撑块和/或辅助块径向朝外、并破坏所述固定环而作扩径运动。

7.一种大扩径裸眼井封隔器的胶筒支撑装置，设于两个胶筒之间，其特征在于：包括锁轴、两个锥体，以及对应的两组支撑块，其中：

锁轴的两端和锥体的后端分别为单向运动连接，锥体的前端设第一斜面；

所述支撑块的后端设第二斜面，支撑块的前端为支撑面；

锥体受压而沿轴朝向胶筒方向移动，第一斜面推动第二斜面，进而使支撑块作径向扩张运动，直至贴住裸眼地层内壁；支撑面顶住胶筒肩部并阻止其变形。

8.根据权利要求7所述的大扩径裸眼井封隔器的胶筒支撑装置，其特征在于：锁轴为空心管柱，其管体中部设凸出部以分割左右的对称结构；锁轴朝向胶筒的左右两端分别设有用于止退的锁紧环，所述锁紧环的内壁和锁轴的外壁之间通过倒钝螺纹作单向滑动连接；所述锁紧环的外壁和锥体的后端固定连接。

9.根据权利要求7所述的大扩径裸眼井封隔器的胶筒支撑装置，其特征在于：带有权3-权6任一所述特征。

10.一种封隔器，其特征在于：包含权1-权9任一所述的胶筒支撑装置。