CN110424920B - 一种自扩张防垢注水封隔器 - Google Patents

Abstract

本发明属于油田井下工具技术领域，尤其涉及一种自扩张防垢注水封隔器，本申请中下护筒与中心管之间的留有环形空间B，环形空间B内设置有下平衡活塞，下平衡活塞将环形空间分隔成上下两个腔室，上腔室为非密封腔室，下腔室为密封的腔室，下腔室的下方为可溶的释放塞，本申请以油套环空内的液柱压力为坐封动力，取消打压车打压环节，大大降低作业成本，减少作业周期，顺应了当前节能、降耗、增收的行业和社会要求；本申请采用释放塞代替坐封销钉，释放塞以可溶金属材料制造，其材质强度、成分、加工制造等因素容易控制，坐封可靠性大大提高；本申请设有上、下防垢套，能够防止相关表面结垢，保证工具回位顺畅，避免了常规注水封隔器存在的弊端。

Description

一种自扩张防垢注水封隔器

技术领域

本发明属于油田井下工具技术领域，尤其涉及一种自扩张防垢注水封隔器。

背景技术

分层注水是指在注水井中下入封隔器，把差异较大的油层分隔开，再用配水器进行分层配水，使高渗层注水量得到控制，中低渗透率油层注水得到加强，使各类油层都能发挥作用的一种注水方式。

分层注水时需要用到的封隔器称为注水封隔器，当前常规注水封隔器存在以下不足：一、常规注水封隔器普遍采用打压车打压的液压坐封型式，这无疑大大增加作业的成本；二、常规注水封隔器坐封销钉的材质强度、成分、加工制造等因素的影响，坐封销钉可靠性较差；三、常规注水封隔器无防垢措施，易结垢，易出现解封时胶筒回位不好、起出管柱时损坏胶筒，影响正常生产和测试。

发明内容

为解决背景技术中的问题，本发明提供一种自扩张防垢注水封隔器，本发明坐封过程中不需要打压即可坐封，同时规避了以往坐封销钉的可靠性差的问题，并且解封时胶筒回弹顺畅，回位较好，管柱易于起出，胶筒损坏性小，重复利用率提高。

本发明提供的技术方案是：一种自扩张防垢注水封隔器，包括上接头、中心管、外中心管、下接头和胶筒组件，所述中心管的上下两端分别与上、下接头螺纹连接，所述的外中心管套装在中心管上，外中心管的上部与中心管之间滑动密封连接，外中心管的下部与中心管之间留有用于过洗井液的洗井通道A，所述的胶筒组件套装在外中心管上，胶筒组件包括胶筒上挡环、边胶筒、中胶筒、隔环和胶筒下挡环，本申请还包括上护筒、卡簧载体、上平衡活塞、下护筒和解封剪钉，所述的上护筒套装在外中心管外部并螺纹连接在上接头上，上护筒与外中心管之间留有环形空间A，所述的环形空间A为非密封空间，环形空间A内设置有载体、弹簧和洗井阀，所述的载体外侧与上护筒螺纹连接，载体内侧与外中心管螺纹连接，所述的弹簧位于载体与洗井阀之间，洗井阀在弹簧弹力作用力具有远离载体的趋势，洗井阀对应的外中心管处开有洗井孔B，洗井孔B与所述洗井通道A相连通，洗井阀对应的上护筒处开有洗井孔C，洗井孔C处的洗井阀上带有上推受力面，进而当洗井孔C进液对洗井阀的推力大于弹簧的弹力时，洗井阀上行，上护筒的下端与所述胶筒上挡环螺纹连接，所述胶筒下挡环与所述卡簧载体螺纹连接，卡簧载体上开有洗井孔D，洗井孔D与所述洗井通道A连通，卡簧载体与中心管之间设置有卡簧组件，卡簧载体上部对应的中心管外侧带有卡牙，卡簧载体下部通过所述解封剪钉与卡簧组件连接，卡簧载体下端与所述的上平衡活塞连接，上平衡活塞承托卡簧载体及卡簧组件并与中心管滑动密封连接，上平衡活塞的下端与所述下护筒螺纹连接，下护筒与中心管之间的留有环形空间B，环形空间B的下方塞装有释放塞，下护筒内带有用于对释放塞上行限位凸环，所述释放塞与下护筒和中心管之间分别通过密封圈组件密封连接，进而下护筒、上平衡活塞、中心管、释放塞四者围成一个环形腔室，所述环形腔室内设置有下平衡活塞，下平衡活塞螺纹连接在中心管上，下平衡活塞与下护筒之间滑动密封连接，下平衡活塞将所述环形腔室分隔成上、下两个腔室，上腔室称为平衡腔，下腔室称为压缩腔，其中平衡腔对应的中心管处开有进液孔B，进而使平衡腔为非密封腔室，压缩腔为密封的腔室，所述释放塞螺纹连接在下接头上，释放塞的螺纹沿周向均匀开有轴向进液槽。

所述的平衡腔内的中心管外壁滑动套装有上防垢套，上防垢套连接在上平衡活塞下端，平衡腔内的下护筒内壁滑动插装有下防垢套，下防垢套连接在下平衡活塞上端；所述的卡簧组件包括卡簧和卡簧滑套，所述的卡簧载装在卡簧滑套内，卡簧的缺口所对应的卡簧滑套和卡簧载体处分别开有用于伸入专用胀开工具的径向的快速解封孔；所述的释放塞由可溶金属材料制成；所述释放塞螺纹深度为h1，螺纹小径到释放塞内径的距离为h2，h2与h1的差值为正数；所述的密封圈组件包括上下设置的O型密封圈和唇形密封圈。

本发明的有益效果为：

1、本发明利用释放塞的可溶性以及密封气体腔室的可压性，得以自动启动坐封过程，坐封压力来自于管柱内、外液柱的自然压力和注水作业压力，无需额外施加坐封压力，取消打压车打压环节，如此大大降低作业成本，减少作业周期，顺应了当前节能、降耗、增收的行业和社会要求。

2、本发明采用释放塞代替坐封剪钉，释放塞以可溶金属材料制造，其材质强度、成分、加工制造等因素容易控制，坐封可靠性大大提高。

3、本发明设有上、下防垢套结构，能够防止相关表面结垢，同时上、下防垢套遇阻可破，保证工具回位顺畅，规避了常规注水封隔器存在的弊端。

附图说明

图1是本发明初始状态的结构示意图。

图2是本发明坐封状态的结构示意图。

图3是本发明反洗井状态的结构示意图。

图4是本发明解封起始状态的结构示意图。

图5是本发明解封结束状态的结构示意图。

图6是本发明的部分结构示意图。

图7是图6中A-A处的截面视图。

图8是本发明中释放塞的结构示意图。

图中：1-上接头，2-上护筒，3-载体，4-弹簧，5-外中心管，6-洗井阀，7-胶筒上挡环，8-边胶筒，9-中胶筒，10-隔环，11-胶筒下挡环，12-卡簧载体，13-中心管，14-卡簧滑套，15-卡簧，16-解封剪钉，17-上平衡活塞，18-上防垢套，19-下防垢套，20-下平衡活塞，21-下护筒，22-释放塞，23-O型密封圈，24-唇形密封圈，25-下接头，26-进液孔A，27-洗井孔B，28-洗井孔C，29-洗井通道A，30-洗井孔D，31-平衡腔，32-进液孔B，33-压缩腔，34-进液槽，35-套管，36-油套环腔，37-套管接箍，38-缺口，39-快速解封孔。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

结合附图1，本实施例包括上接头1、中心管13、外中心管5、下接头25和胶筒组件，所述中心管13的上下两端分别与上、下接头1、25螺纹连接，所述的外中心管5套装在中心管13上，外中心管5的上部与中心管13之间滑动密封连接，外中心管5的下部与中心管13之间留有用于过洗井液的洗井通道A29，所述的胶筒组件套装在外中心管5上，胶筒组件包括胶筒上挡环7、边胶筒8、中胶筒9、隔环10和胶筒下挡环11。以上为现有技术中已经存在的结构，在此不再赘述。

本发明的创新点在于：

还包括上护筒2、卡簧载体12、上平衡活塞17、下护筒21和解封剪钉16，所述的上护筒2套装在外中心管5外部并螺纹连接在上接头1上，上护筒2与外中心管5之间留有环形空间A，所述的环形空间A为非密封空间，环形空间A上部对应的中心管13上开有进液孔A26，在下入井下时，中心管13内部的注入的水会通过进液孔A26进入到环形空间A内并充满整个环形空间A，目的是避免有空气腔，因为井下液柱会对空气腔进行压缩，导致洗井阀6位置不受控制。环形空间A内设置有载体3、弹簧4和洗井阀6，所述的载体3开有轴向的通孔，载体3外侧与上护筒2螺纹连接，载体3内侧与外中心管5螺纹连接，载体3的作用是用来对外中心管5上端固定。所述的弹簧4位于载体3与洗井阀6之间，洗井阀6在弹簧4弹力作用力具有远离载体3的趋势，在初始的状态下，洗井阀6处于远离载体3状态，洗井阀6对应的外中心管5处开有洗井孔B27，洗井孔B27与所述洗井通道A29相连通，洗井阀6对应的上护筒2处开有洗井孔C28，洗井孔C28处的洗井阀6上带有上推受力面，进而当洗井孔C进液对洗井阀的推力大于弹簧的弹力时，洗井阀上行，初始状态时，由于洗井阀6的封堵，使反洗井通道关闭，上护筒2的下端与所述胶筒上挡环7螺纹连接，所述胶筒下挡环11与所述卡簧载体12螺纹连接，卡簧载体12上开有洗井孔D30，洗井孔D30与所述洗井通道A29连通，如图3所述，反洗井作业时，液体从胶筒组件上方的油套环腔36进入洗井孔C28，推动洗井阀6上行，露出洗井孔B27,使洗井孔B27与洗井孔C28得以连通，洗井孔C28、洗井孔B27、洗井通道A29、洗井孔D30共同组成反洗井过液通道，洗井液从该通道通过，向下通过井底进行洗井作业。

卡簧载体12与中心管13之间设置有卡簧组件，卡簧载体12上部对应的中心管13外侧带有卡牙，卡簧载体12下部通过所述解封剪钉16与卡簧组件连接，卡簧载体12下端与所述的上平衡活塞17连接，上平衡活塞17承托卡簧载体12及卡簧组件并与中心管13滑动密封连接，上平衡活塞17的上行会推动卡簧载体12及卡簧组件上行，上平衡活塞17的下端与所述下护筒21螺纹连接，下护筒21与中心管13之间的留有环形空间B，环形空间B的下方塞装有释放塞22，下护筒21内带有用于对释放塞22上行限位凸环，即释放塞22的上行会推动下护筒21一同上行，所述释放塞22与下护筒21和中心管13之间分别通过密封圈组件密封连接，所述的密封圈组件包括上下设置的O型密封圈23和唇形密封圈24；下护筒21、上平衡活塞17、中心管13、释放塞22四者围成一个环形腔室，所述环形腔室内设置有下平衡活塞20，下平衡活塞20螺纹连接在中心管13上，下平衡活塞20与下护筒21之间滑动密封连接，下平衡活塞20将所述环形腔室分隔成上、下两个腔室，上腔室称为平衡腔31，下腔室称为压缩腔33，其中平衡腔31对应的中心管13处开有进液孔B32，进而使平衡腔31为非密封腔室，正常注水时，注水液体通过进液孔B32进入平衡腔31内，向上压缩上平衡活塞17来平衡上层的压力对胶筒向下的力，确保解封剪钉16在正常注水时不被剪断。所述压缩腔33为密封的腔室，下入井下以后，油套环腔36内的液柱压力会压缩压缩腔33，进而为释放塞22提供上行动力，所述释放塞22螺纹连接在下接头25上，释放塞22的螺纹沿周向均匀开有轴向进液槽34，油套环腔36内的液体会顺着进液槽34进入到释放塞22与下接头25的螺纹连接处，如图8所示，所述释放塞22螺纹深度为h1，螺纹小径到释放塞22内径的距离为h2，h2与h1的差值为正数，保证释放塞22螺纹部分要先于主体部分溶解一段时间，使释放塞22脱离了下接头25的连接束缚，保证释放塞22上行压缩压缩腔33。

所述的平衡腔31内的中心管13外壁滑动套装有上防垢套18，上防垢套18连接在上平衡活塞17下端，上防垢套18的内圆周面紧贴中心管13的外圆周面，使水垢只能在上防垢套18上生成，阻止中心管13外圆周面结垢，保证解封时上平衡活塞17及下护筒21回位顺利，防止封隔器胶筒回不到位，造成胶筒磨坏掉入井筒里影响正常注水和测试；平衡腔31内的下护筒21内壁滑动插装有下防垢套19，下防垢套19连接在下平衡活塞20上端，下防垢套19的外圆周面紧贴下护筒21的内圆周面，使水垢只能在下防垢套19上生成，阻止下护筒21内表面结垢，保证解封时，下护筒21回位顺利，防止封隔器胶筒回不到位，造成胶筒磨坏掉入井筒里影响正常注水和测试。

释放塞22整体由可溶金属材料制造，其材质强度、成分、加工制造等因素容易控制，坐封可靠性大大提高。当封隔器完成坐封后，释放塞22完全溶解，下护筒21下端完全中空，无其它构件与其下端内壁接触，即使下护筒21下端内壁结垢，也无法对下护筒21解封下行动作产生垢卡影响；同时井液所含的泥砂在下护筒21下端无沉积载体，不能积砂沉淀，无法对下护筒21产生砂卡影响，最后可完整起井下管柱。

如图6和7所示，所述的卡簧组件包括卡簧15和卡簧滑套14，所述的卡簧15载装在卡簧滑套14内，卡簧15的缺口38所对应的卡簧滑套14和卡簧载体12处分别开有用于伸入专用胀开工具的径向的快速解封孔39，封隔器进行坐封检验时，卡簧15与中心管13上的卡牙啮合，在需要解封时，使用专用卡钳通过快速解封孔39伸进卡簧15上的缺口38，然后撑开卡簧15,解除卡簧15在卡牙上啮合，实现快速解封。该结构能够在不拆解封隔器的前提下快速解封，避免了常规封隔器需要拆解才能解封的难题，解决了由于拆解、二次装配带来的质量隐患，提高了封隔器的质量和可靠性，大大缩短装配时间。

本发明的坐封过程是：如图2所示，封隔器按工艺要求随同注水管柱下到井下设计深度。油套环腔36内的液体进入进液槽34；同时油管内的液体通过中心管13上的进液孔B32进入平衡腔31。经过一定时间释放塞22上的螺纹溶解，脱离下接头25的螺纹连接，油套环腔36内的液柱对其产生向上推力，并推动下护筒21、上防垢套18、上平衡活塞17、解封剪钉16、卡簧15、卡簧滑套14、卡簧载体12、胶筒下挡环11上行，压缩中胶筒9、边胶筒8，中胶筒9、边胶筒8受压径向扩张，密封在套管35内壁上，同时卡簧15与中心管13上的卡牙啮合，锁定胀封，封隔器完成坐封过程。

正常注水时，注水液体通过中心管13上的进液孔B32进入平衡腔31，向上压缩上平衡活塞17来平衡上层的压力对胶筒向下的力，确保解封剪钉16在正常注水时不被剪断。释放塞22从上至下依次设置O型密封圈23和唇形密封圈24，释放塞22螺纹部分先行溶解后，接着依次溶解唇形密封圈24部分和O型密封圈23部分，直至完全溶解，使下次作业上提管柱时不受液柱压力冲击影响封隔器的解封。

本发明的反洗井过程是：如图3所示，反洗井作业时，胶筒组件上方油套环腔36的洗井液进入洗井孔C28，推动洗井阀6上行，露出洗井孔B27,洗井液由洗井孔B27，使洗井孔B27与洗井孔C28得以连通，洗井孔C28、洗井孔B27、洗井通道A29、洗井孔D30共同组成反洗井过液通道，洗井液从该通道通过，向下通过井底进行洗井作业。

本发明的解封过程是：如图4和5所示，上提管柱，封隔器边胶筒8和中9紧紧卡在套管接箍37处，对胶筒组件产生向下阻力，进而对卡簧载体12产生向下阻力；持续上提管柱，当套管接箍37处的阻力大于解封销钉16强度时，解封销钉16被剪断，推动胶筒组件、卡簧载体12、上平衡活塞17、上防垢套18、下护筒21下行；上防垢套18下行遇中心管13结垢可破裂，下防垢套19遇到下护筒21下行的阻力可破，不影响下行，规避了常规注水封隔器存在的弊端。胶筒组件的受压状态解除顺利，径向收缩，轴向伸展，解除坐封，恢复到坐封前状态，封隔器顺利通过套管接箍37处，随同管柱起出，完成解封过程。

Claims (4)

1.一种自扩张防垢注水封隔器，包括上接头（1）、中心管（13）、外中心管（5）、下接头（25）和胶筒组件，所述中心管（13）的上下两端分别与上、下接头（1、25）螺纹连接，所述的外中心管（5）套装在中心管（13）上，外中心管（5）的上部与中心管（13）之间滑动密封连接，外中心管（5）的下部与中心管（13）之间留有用于过洗井液的洗井通道A（29），所述的胶筒组件套装在外中心管（5）上，胶筒组件包括胶筒上挡环（7）、边胶筒（8）、中胶筒（9）、隔环（10）和胶筒下挡环（11），其特征在于：所述的自扩张防垢注水封隔器还包括上护筒（2）、卡簧载体（12）、上平衡活塞（17）、下护筒（21）和解封剪钉（16），所述的上护筒（2）套装在外中心管（5）外部并螺纹连接在上接头（1）上，上护筒（2）与外中心管（5）之间留有环形空间A，所述的环形空间A为非密封空间，环形空间A内设置有载体（3）、弹簧（4）和洗井阀（6），所述的载体（3）外侧与上护筒（2）螺纹连接，载体（3）内侧与外中心管（5）螺纹连接，所述的弹簧（4）位于载体（3）与洗井阀（6）之间，洗井阀（6）在弹簧（4）弹力作用力具有远离载体（3）的趋势，洗井阀（6）对应的外中心管（5）处开有洗井孔B（27），洗井孔B（27）与所述洗井通道A（29）相连通，洗井阀（6）对应的上护筒（2）处开有洗井孔C（28），洗井孔C（28）处的洗井阀（6）上带有上推受力面，进而当洗井孔C（28）进液对洗井阀（6）的推力大于弹簧（4）的弹力时，洗井阀（6）上行，上护筒（2）的下端与所述胶筒上挡环（7）螺纹连接，所述胶筒下挡环（11）与所述卡簧载体（12）螺纹连接，卡簧载体（12）上开有洗井孔D（30），洗井孔D（30）与所述洗井通道A（29）连通，卡簧载体（12）与中心管（13）之间设置有卡簧组件，卡簧载体（12）上部对应的中心管（13）外侧带有卡牙，卡簧载体（12）下部通过所述解封剪钉（16）与卡簧组件连接，卡簧载体（12）下端与所述的上平衡活塞（17）连接，上平衡活塞（17）承托卡簧载体（12）及卡簧组件并与中心管（13）滑动密封连接，上平衡活塞（17）的下端与所述下护筒（21）螺纹连接，下护筒（21）与中心管（13）之间的留有环形空间B，环形空间B的下方塞装有释放塞（22），下护筒（21）内带有用于对释放塞（22）上行限位的凸环，所述释放塞（22）与下护筒（21）和中心管（13）之间分别通过密封圈组件密封连接，进而下护筒（21）、上平衡活塞（17）、中心管（13）、释放塞（22）四者围成一个环形腔室，所述环形腔室内设置有下平衡活塞（20），下平衡活塞（20）螺纹连接在中心管（13）上，下平衡活塞（20）与下护筒（21）之间滑动密封连接，下平衡活塞（20）将所述环形腔室分隔成上、下两个腔室，上腔室称为平衡腔（31），下腔室称为压缩腔（33），其中平衡腔（31）对应的中心管（13）处开有进液孔B（32），进而使平衡腔（31）为非密封腔室，压缩腔（33）为密封的腔室，所述释放塞（22）螺纹连接在下接头（25）上，释放塞（22）的螺纹沿周向均匀开有轴向进液槽（34）；

所述的平衡腔（31）内的中心管（13）外壁滑动套装有上防垢套（18），上防垢套（18）连接在上平衡活塞（17）下端，平衡腔（31）内的下护筒（21）内壁滑动插装有下防垢套（19），下防垢套（19）连接在下平衡活塞（20）上端；

所述的卡簧组件包括卡簧（15）和卡簧滑套（14），所述的卡簧（15）载装在卡簧滑套（14）内，卡簧（15）的缺口（38）所对应的卡簧滑套（14）和卡簧载体（12）处分别开有用于伸入专用胀开工具的径向的快速解封孔（39）。

2.根据权利要求1所述的一种自扩张防垢注水封隔器，其特征在于：所述的释放塞（22）由可溶金属材料制成。

3.根据权利要求1所述的一种自扩张防垢注水封隔器，其特征在于：所述释放塞（22）螺纹深度为h1，螺纹小径到释放塞（22）内径的距离为h2，h2与h1的差值为正数。

4.根据权利要求1所述的一种自扩张防垢注水封隔器，其特征在于：所述的密封圈组件包括上下设置的O型密封圈（23）和唇形密封圈（24）。