CN111119784B - 裸眼井用悬挂封堵装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了裸眼井用悬挂封堵装置及使用方法，裸眼井用悬挂封堵装置包括自上而下依次连接的丢手机构、密封机构、锚定机构、底部球座。本发明解决裸眼井上返测试过程中打水泥塞封隔技术存在的问题以及目前的机械封隔方式不适用于下部地层永久封隔的情况，实现裸眼井筒的高效封层隔离，满足上部地层压裂改造等测试需求。

Description

裸眼井用悬挂封堵装置及使用方法

技术领域

本发明涉及油田裸眼井上返测试领域，具体地说是裸眼井用悬挂封堵装置及使用方法。

背景技术

目前在裸眼井筒中钻遇多个地层后，如果下部地层无开采价值，则需要封隔下部地层，返向上部地层进行测试。目前常用的封隔下部地层的方法主要是打水泥塞，但是打水泥塞存在一些问题：(1)部分井存在井漏、井涌现象，打水泥塞困难；(2)上部地层需要进行压裂改造时，水泥塞可能被压裂，导致封隔失败；(3)上下部地层之间的夹层较薄时，水泥塞的有效厚度小，封隔效果差。

目前还没有对下部地层进行永久封隔的机械工具。

在相近领域，有人研制了一种可对下部地层进行暂时封隔的裸眼可钻桥塞，但是该桥塞需要卡瓦锚定，仅适用于中高硬度地层，而且该桥塞使用压缩式胶筒，对井径要求较高，不适用于井径变化较大的井筒。还有一种地层测试技术由钻杆携带单个或两个封隔器进行裸眼井分层测试，该技术由于管柱结构复杂，一般难以对目的层实施压裂改造等措施，而且测试完成后需起出管柱，无法实现下部地层的永久封隔。

目前完井管柱中使用的裸眼封隔器，如果不依赖完井管柱而单独使用在裸眼井中，仅靠胶筒锚定，锚定力较小，无法满足上部地层压裂改造等测试需求。

发明内容

本发明的目的在于提供裸眼井用悬挂封堵装置及使用方法，解决裸眼井上返测试过程中打水泥塞封隔技术存在的问题以及目前的机械封隔方式不适用于下部地层永久封隔的情况，实现裸眼井筒的高效封层隔离，满足上部地层压裂改造等测试需求。

为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，裸眼井用悬挂封堵装置，包括自上而下依次连接的丢手机构、密封机构、锚定机构、底部球座。

所述丢手机构包括锁爪套、分瓣锁爪、内套、限位套、丢手套，所述锁爪套上端、内套上端同时连接上接头，所述丢手套空套在内套外部，丢手套和内套之间构成环空，所述分瓣锁爪被限位套限位在丢手套内，限位套由剪钉固定在内套上，所述分瓣锁爪上端丝扣式连接锁爪套，所述内套开设径向丢手传压孔，丢手传压孔连通至限位套内，所述限位套上端内壁设置内卡台，内套外壁设置外卡台，外卡台位于丢手传压孔上方，内卡台轴向限位在外卡台上。

所述丢手套下端与连接套连接，所述内套下端丝扣式连接挡套，挡套外壁与连接套内壁密封。

所述密封机构包括中心管、胶筒，所述中心管上端通过接箍连接丢手机构，所述胶筒套装在中心管外壁上，胶筒表面为微四棱锥阵列表面。

所述中心管上开设相互连通的中心管进液通道、阀系安装通道、胶筒进液通道、胶筒反液通道，所述中心管的阀系安装通道内安装阀系，所述阀系包括依次相连的开启阀、单流阀、限压阀，中心管内的液体依次通过中心管进液通道、开启阀、单流阀、限压阀、胶筒进液通道进入胶筒和中心管之间，将胶筒膨胀实现密封。

所述开启阀设置剪钉；限压阀设置剪钉。

所述锚定机构包括外套、平衡活塞、支撑套、锚爪、连杆、内活塞、活塞套，所述支撑套上端连接外套，外套上端连接密封机构，支撑套下端连接活塞套，活塞套内部安装主活塞，主活塞通过剪钉固定在支撑套内壁，主活塞开设径向活塞传压孔，传压孔连通至活塞套内，内活塞和活塞套之间构成活塞腔，所述内活塞下端外壁和活塞套内壁为滑动密封，内活塞中部外壁和支撑套内壁也为滑动密封，所述支撑套开设锚爪窗口，锚爪通过销子铰接在锚爪窗口中，锚爪下部铰接连杆，连杆下端铰接在内活塞上，所述内活塞上端外壁与外套内壁之间设置平衡活塞。

所述底部球座包括球座套、球座、钢球，所述球座安装在球座套内，钢球封堵在球座中心通道的上端口，所述球座套上端通过接箍连接锚定机构，球座套下端连接引鞋。

为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，裸眼井用悬挂封堵装置使用方法，包括以下步骤：

(1)用钻杆将裸眼悬挂封堵装置送至设计位置；

(2)向钻杆内投球，到位后，井口打压，剪断支撑部分剪钉，支撑爪释放，缓慢下放钻柱，至支撑爪插入地层锚定，下压，使支撑爪充分坐挂；

(3)升高压力，胶筒开始坐封，稳压，使胶筒充分膨胀；

(4)继续升高压力，剪断丢手部分剪钉，缓慢上提管柱，若悬重不增加，说明可靠丢手，起出送入管柱。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

(1)目前裸眼井尚无机械封层隔离工具，通过本装置可以替代传统的打水泥塞封堵工艺，具有工艺简单、封堵可靠等优势，可用于探井中途测试、废弃井筒封堵等方面；

(2)设计的铰链式锚爪，强度高、支撑外径大，可满足不同硬度地层的锚定要求；

(3)设计采用扩张式封隔件，扩张范围大，可满足直径变化较大的井眼密封，胶筒表面设计成微四棱锥阵列表面，可实现粗糙裸眼井壁的有效密封。

附图说明

图1为本发明的裸眼井用悬挂封堵装置结构示意图；

图2为本发明的裸眼井用悬挂封堵装置工作后留井部分的示意图；

图3为胶筒的微四棱锥阵列表面局部放大图；

图4为密封机构阀系的原始状态；

图5为密封机构阀系的工作状态；

图6为密封机构阀系的关闭状态。

图中：1-丢手机构；11-上接头；12-锁爪套；13-分瓣锁爪；14-内套；15-限位套；16-丢手套；17-连接套；18-剪钉；19-挡套；

2-密封机构；21-接箍；22-阀系；221-开启阀；222-单流阀；223-限压阀；224-中心管进液通道；225-胶筒进液通道；226-胶筒返液通道；23-胶筒；24-中心管；

3-锚定机构；31-外套；32-平衡活塞；33-支撑套；34-销子；35-锚爪；36-连杆；37-剪钉；38-活塞；39-活塞套；

4-底部球座；41-球座套；42-钢球；43-球座；44-引鞋。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

请参阅图1至图6，本发明提供一种技术方案：裸眼井用悬挂封堵装置由丢手机构1、密封机构2、锚定机构3、底部球座4组成。

其中，丢手机构1包括上接头11、锁爪套12、分瓣锁爪13、内套14、限位套15、丢手套16、连接套17、剪钉18、挡套19，分瓣锁爪13被限位套15限位在丢手套16内，限位套15由剪钉18固定在内套14上。所述锁爪套上端、内套上端同时连接上接头，所述丢手套空套在内套外部，丢手套和内套之间构成环空，所述分瓣锁爪被限位套限位在丢手套内，限位套由剪钉固定在内套上，所述分瓣锁爪上端丝扣式连接锁爪套，所述内套开设径向丢手传压孔，丢手传压孔连通至限位套内，所述限位套上端内壁设置内卡台，内套外壁设置外卡台，外卡台位于丢手传压孔上方，内卡台轴向限位在外卡台上。所述丢手套下端与连接套连接，所述内套下端丝扣式连接挡套，挡套外壁与连接套内壁密封。

密封机构2包括接箍21、阀系22、胶筒23、中心管24，胶筒23表面为微四棱锥阵列表面(见图3局部放大图)，可与粗糙裸眼井壁更好贴合，实现有效密封。所述中心管上端通过接箍连接丢手机构，所述胶筒套装在中心管外壁上，胶筒表面为微四棱锥阵列表面。

所述中心管上还安装阀系，所述阀系包括开启阀221、单流阀222、限压阀223，中心管内的液体依次通过中心管进液通道224、开启阀221、单流阀222、限压阀223、胶筒进液通道225进入胶筒23和24中心管之间，将胶筒23膨胀实现密封。其中，开启阀221设置剪钉，可按照设计压力剪断，启动进液通道；单流阀222可防止泄压后胶筒回收；限压阀223设置剪钉，当胶筒返液通道226中压力达到设计压力时，剪钉剪断，限压阀关闭，封闭进液通道，实现永久关闭。阀在通道中设置剪钉暂时使阀打开或者关闭的技术属于本技术领域常规技术。

锚定机构3包括外套31、平衡活塞32、支撑套33、销子34、锚爪35、连杆36、剪钉37、活塞38、活塞套39，锚爪35一端由销子34固定在外套31上，另一端固定在连杆36上，连杆36由销子34固定在内套38上，内套38由剪钉18固定在外套31上。所述支撑套上端连接外套，外套上端连接密封机构，支撑套下端连接活塞套，活塞套内部安装主活塞，主活塞通过剪钉固定在支撑套内壁，主活塞开设径向活塞传压孔，传压孔连通至活塞套内，内活塞和活塞套之间构成活塞腔，所述内活塞下端外壁和活塞套内壁为滑动密封，内活塞中部外壁和支撑套内壁也为滑动密封，所述支撑套开设锚爪窗口，锚爪通过销子铰接在锚爪窗口中，锚爪下部铰接连杆，连杆下端铰接在内活塞上，所述内活塞上端外壁与外套内壁之间设置平衡活塞。

底部球座4包括球座套41、钢球42、球座43、引鞋44。该装置原始状态如图1所示。所述球座安装在球座套内，钢球封堵在球座中心通道的上端口，所述球座套上端通过接箍连接锚定机构，球座套下端连接引鞋。

各部分工作压力设计为，锚定机构＜密封机构＜丢手机构。

具体实施时，将该装置用钻杆送至设计位置，正循环无异常，向钻杆内投球，到位后，井口打压8MPa，锚定机构3启动，剪钉37剪断，活塞38上行，推动连杆36连带锚爪35向外张开，小幅吃入井壁，此时，缓慢下放钻柱，加压5t，锚爪35借力大幅吃入地层，当锚爪35撑开至最大后，支撑套33支撑在锚爪35根部，防止锚爪35掀翻。继续升高压力至15MPa，密封机构2启动，开启阀221剪钉剪断，开启阀221打开，同时单流阀222也打开，液体从中心管进液通道224经开启阀221、单流阀222、限压阀223、胶筒进液通道225进入23胶筒与24中心管之间，胶筒23的微四棱锥阵列表面与粗糙裸眼井壁紧密贴合，实现有效密封。当胶筒23内的压力达到限压阀223的设定值时，液体压力通过胶筒返液通道226将剪钉剪断，限压阀223关闭将胶筒进液通道225封闭，此时套管内压力大小对胶筒内的压力无影响，井口放压后，单流阀222自动锁紧，实现永久关闭，胶筒保持坐封状态。继续升高压力至20MPa，丢手机构1启动，剪钉18剪断，限位套15上行，让出分瓣锁爪13的收缩范围，上提钻杆，分瓣锁爪13从丢手套16脱出，完成丢手。该装置工作后留井部分示意图见图2。

综上所述，本发明实施例的裸眼井用悬挂封堵装置及使用方法，通过微四棱锥表面扩张式胶筒，实现胶筒表面与粗糙裸眼井壁的有效密封；通过高强度铰链式锚爪，实现本装置与地层的牢固锚定。与常规打水泥塞封堵地层的工艺相比，本发明实施例可实现薄夹层及其他复杂地层的有效封堵，能够满足上部地层压裂改造等测试需求，适用范围广，封堵效率高，具有广阔的应用前景。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位指示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，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。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.裸眼井用悬挂封堵装置，其特征在于，包括自上而下依次连接的丢手机构、密封机构、锚定机构、底部球座；

所述丢手机构包括锁爪套、分瓣锁爪、内套、限位套、丢手套，所述锁爪套上端、内套上端同时连接上接头，所述丢手套空套在内套外部，丢手套和内套之间构成环空，所述分瓣锁爪被限位套限位在丢手套内，限位套由剪钉固定在内套上，所述分瓣锁爪上端丝扣式连接锁爪套，所述内套开设径向丢手传压孔，丢手传压孔连通至限位套内，所述限位套上端内壁设置内卡台，内套外壁设置外卡台，外卡台位于丢手传压孔上方，内卡台轴向限位在外卡台上；

所述密封机构包括中心管、胶筒，所述中心管上端通过接箍连接丢手机构，所述胶筒套装在中心管外壁上，胶筒表面为微四棱锥阵列表面；

所述锚定机构包括外套、平衡活塞、支撑套、锚爪、连杆、内活塞、活塞套，所述支撑套上端连接外套，外套上端连接密封机构，支撑套下端连接活塞套，活塞套内部安装主活塞，主活塞通过剪钉固定在支撑套内壁，主活塞开设径向活塞传压孔，传压孔连通至活塞套内，内活塞和活塞套之间构成活塞腔，所述内活塞下端外壁和活塞套内壁为滑动密封，内活塞中部外壁和支撑套内壁也为滑动密封，所述支撑套开设锚爪窗口，锚爪通过销子铰接在锚爪窗口中，锚爪下部铰接连杆，连杆下端铰接在内活塞上，所述内活塞上端外壁与外套内壁之间设置平衡活塞；

该裸眼井用悬挂封堵装置的使用方法包括以下步骤：

(1)用钻杆将裸眼悬挂封堵装置送至设计位置；

(2)向钻杆内投球，到位后，井口打压，剪断支撑部分剪钉，支撑爪释放，缓慢下放钻柱，至支撑爪插入地层锚定，下压，使支撑爪充分坐挂；

(3)升高压力，胶筒开始坐封，稳压，使胶筒充分膨胀；

(4)继续升高压力，剪断丢手部分剪钉，缓慢上提管柱，若悬重不增加，说明可靠丢手，起出送入管柱。

2.根据权利要求1所述的裸眼井用悬挂封堵装置，其特征在于，所述丢手套下端与连接套连接，所述内套下端丝扣式连接挡套，挡套外壁与连接套内壁密封。

3.根据权利要求1所述的裸眼井用悬挂封堵装置，其特征在于，所述中心管上开设相互连通的中心管进液通道、阀系安装通道、胶筒进液通道、胶筒反液通道，所述中心管的阀系安装通道内安装阀系，所述阀系包括依次相连的开启阀、单流阀、限压阀，中心管内的液体依次通过中心管进液通道、开启阀、单流阀、限压阀、胶筒进液通道进入胶筒和中心管之间，将胶筒膨胀实现密封。

4.根据权利要求3所述的裸眼井用悬挂封堵装置，其特征在于，所述开启阀设置剪钉；

限压阀设置剪钉。

5.根据权利要求1所述的裸眼井用悬挂封堵装置，其特征在于，所述底部球座包括球座套、球座、钢球，所述球座安装在球座套内，钢球封堵在球座中心通道的上端口，所述球座套上端通过接箍连接锚定机构，球座套下端连接引鞋。