CN111411916A - 一种远程控制扩张式封隔器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种远程控制扩张式封隔器及其使用方法属于石油开采井下设备领域，具体涉及压裂用一种远程控制扩张式封隔器及其使用方法，包括上接头和下接头，所述上接头和下接头通过封隔器本体相连，所述旋转套筒上设置有第一进液孔，中心管上设置有第二进液孔，所述第一进液孔和第二进液孔的中心轴线位于旋转套筒同一横截面所在平面内；本发明利用远程控制装置实现对驱动装置的控制，并通过动力传输装置将驱动装置的动力传输至旋转套筒，实现旋转套筒的旋转，从而实现第一进液孔和第二进液孔导通或者封堵，实现第一进液孔和第二进液孔是否导通的远程控制，有效避免在下井过程中出现中途坐封的现象，影响了油田用封隔器坐封的速率及使用效果。

Description

一种远程控制扩张式封隔器及其使用方法

技术领域

本发明属于石油开采井下设备领域，具体涉及压裂用一种远程控制扩张式封隔器及其使用方法。

背景技术

封隔器是指具有弹性的密封元件，用于封隔管柱与井眼之间以及管柱与管柱之间的环形空间，并隔绝产层，以控制产（注）液，保护套管的井下工具；其是实现油气田开采的重要工具，能够为油气井的正常生产和各种井下工艺措施的顺利进行提供有效的机械手段，在油气田勘探开发过程中占据着非常重要的地位。

常用的K344钢骨架封隔器是一种水力扩张式封隔器，悬挂式固定，液压坐封，液压解封。靠胶筒向外扩张来封隔油、套管环形空间。当该工具下到预定位置时，从油管加液压，内、外压差达0.5-0.7Mpa时，液体压力通过中心筒上的进液孔将压力传递给胶筒，使胶筒胀大，密封油套环形空间，放掉油管内的压力，胶筒即收回解封。

现有的油田用扩张式封隔器在下井的过程，容易出现中途坐封的现象，影响了油田用封隔器坐封的速率及使用效果；且现有的油田用扩张式封隔器仅能通过液压来实现封隔器的坐封及解封，对于水平井滑套分段压裂施工过程中，不能对封隔器进行选择性的坐封及解封，一般入井多个扩张式封隔器，通过打压一次性全部坐封或解封，多次的坐封或者解封造成封隔器胶筒的使用寿命下降，同时多个封隔器一起使用会产生很大的坐封力或解封力，易导致封隔器无法完全坐封、解封，同时易出现卡钻等问题，存在有很大的风险。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供有效解决常规扩张式封隔器在施工中出现的下入时封隔器提前坐封、起出时胶筒扩张以及施工中无法验封问题的一种远程控制扩张式封隔器及其使用方法。

本发明一种远程控制扩张式封隔器，包括上接头和下接头，所述上接头和下接头通过封隔器本体相连，所述封隔器本体包括中心管及转动设置在中心管内的旋转套筒，所述旋转套筒的中心轴线与中心管的中心轴线位于同一直线上，所述旋转套筒上设置有第一进液孔，中心管上设置有第二进液孔，所述第一进液孔和第二进液孔的中心轴线位于旋转套筒同一横截面所在平面内；

所述中心管外设置有用于驱动旋转套筒转动而将第一进液孔和第二进液孔导通的转动装置，所述转动装置包括相连的驱动装置和动力传输装置，所述动力传输装置穿过中心管后与旋转套筒相连；

所述驱动装置上连接有远程控制装置。

优选地，远程控制装置包括接受数字电信号并对该数字电信号进行识别、判断、处理并生成相应控制信号的微处理器；所述微处理器上电连接有将模拟电信号转换为数字信号的A/D转换器；

所述A/D转换器上电连接有用于接收信号，并将该信号转换为模拟电信号的声电转换器，所述声电转换器上电连接有用于向声电转换器发送信号的地面控制系统，地面控制系统用于发出震动声波信号；

所述驱动装置用于接收微处理器发出的控制信号并与微处理器电连接；

所述微处理器上连接有供电电源。

优选地，供电电源为锂电池。

优选地，锂电池上设置有充电口，所述充电口伸出封隔器本体。

优选地，中心管周面上固定设置有容置腔室，所述远程控制装置均固定设置在容置腔室内。

优选地，容置腔室设置为四个，分别为通讯腔室、控制腔室、传动腔室及执行腔室，所述通讯腔室、控制腔室、传动腔室及执行腔室相互连通，所述声电转换器和A/D转换器固定设置在通讯腔室内，所述微处理器和供电电源固定设置在控制腔室内，所述驱动装置固定设置在传动腔室内，所述动力传输装置固定设置在执行腔室内。

或者优选地，驱动装置为微型减速电机，微型减速电机上转动设置有输出轴，微型减速电机上设置有控制微型减速电机启停的自动开关，所述自动开关与微处理器电连接。

优选地，动力传输装置包括传动齿轮，所述传动齿轮套接在微型减速电机的输出轴上并与微型减速电机的输出轴固定相连，所述传动齿轮的旋转轴线与中心管的中心轴线平行；

所述旋转套筒上设置有齿条，所述齿条固定设置在旋转套筒的外周面上，并沿旋转套筒周向铺设，所述中心管对应齿条的位置设置有一穿过孔，所述齿轮伸如穿过孔后与齿条相啮合。

一种远程控制扩张式封隔器的使用方法，在地面将一种远程控制扩张式封隔器与滑套及管柱装配完成，具体为：一级封隔器与一级滑套相连接，一级封隔器位于一级滑套的上部；二级滑套与一级封隔器及二级封隔器相连接；二级滑套位于一级封隔器的上部，二级封隔器位于二级滑套的上部···以此类推，完成整个压裂管柱的连接；

此时封隔器的第一进液孔和第二进液孔错位，即第一进液孔和第二进液孔处于关闭状态，将地面管柱按照施工要求下入井筒中，进行第一段压裂，首先打开一级封隔器，具体操作是：通过地面控制系统发送震动声波信号，声电转换器收到震动声波信号后，将该震动声波信号转化为模拟电信号，该模拟电信号经过A/D转换器转换为数字信号，并经A/D转换器传输至微处理器，由微处理器对该数字电信号进行识别、判断、处理并生成相应控制信号；

自动开关在收到该控制信号后控制微型减速电机开启，由微型减速电机带动传动齿轮转动，传动齿轮与旋转套筒上的齿条相啮合，从而使得第一进液孔和第二进液孔发生重合进而实现一级封隔器上第一进液孔和第二进液孔的打开，然后通过地面打压，实现一级封隔器的坐封，此时仅一级封隔器处于坐封状态，其余上部的多级封隔器处于未坐封状态，因此，一级封隔器顶部与井口是连通状态，继续打压可以验证一级封隔器的坐封效果，坐封良好则继续打压打开一级定压滑套，进行第一段压裂；

第一段压裂完成后，通过地面控制系统发送震动信号打开二级封隔器，完成二级封隔器坐封，投球打开二级滑套，同时验证二级封隔器坐封效果，坐封良好则进行第二段压裂···以此类推，完成水平井第三段、第四段直至所有段的压裂施工，施工完成后油管泄压，完成封隔器的解封，通过地面控制系统发送震动信号关闭所有隔器的第一进液孔和第二进液孔，放喷后起出施工管柱，整个压裂施工结束。

本发明结构简单，使用方便，利用远程控制装置实现对驱动装置的控制，并通过动力传输装置将驱动装置的动力传输至旋转套筒，实现旋转套筒的旋转，从而实现第一进液孔和第二进液孔导通或者封堵，实现第一进液孔和第二进液孔是否导通的远程控制，有效避免在下井过程中出现中途坐封的现象，影响了油田用封隔器坐封的速率及使用效果。

本发明一种远程控制扩张式封隔器，通过在旋转套筒上设计有第一进液孔，中心管设置第二进液孔，通过转动旋转套筒来控制封隔器进液孔的打开和关闭，即第一进液孔和第二进液孔的连通和封堵，并且在封隔器下入时，封隔器的进液孔处于关闭状态，能够有效解决封隔器下井过程中出现中途坐封的现象，施工时通过信号控制封隔器进液空的打开，封隔器上部与井口通过套管连通，通过套压可以验证封隔器的坐封情况，解决了水平井分段压裂过程中封隔器无法验封的问题。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为图1中远程控制装置的放大图。

图3为旋转套筒示意图。

图4为图1中A的放大图。

图5为封隔器与滑套及管柱装配示意图。

附图标记：1-上接头，2-封隔器本体，3-下接头，4-远程控制装置，5-中心管，6-旋转套筒，7-执行腔室，8-传动腔室，9-控制腔室，10-通讯腔室，11-声电转换器，12-A/D转换器，13-微处理器，14-微型减速电机，15-传动齿轮，16-供电电源，17-齿条，18-第一进液孔，19-第二进液孔。

具体实施方式

本发明一种远程控制扩张式封隔器，包括上接头1和下接头3，所述上接头1和下接头3通过封隔器本体2相连，所述封隔器本体2包括中心管5及转动设置在中心管5内的旋转套筒6，所述旋转套筒6的中心轴线与中心管5的中心轴线位于同一直线上，所述旋转套筒6上设置有第一进液孔18，中心管5上设置有第二进液孔19，所述第一进液孔18和第二进液孔19的中心轴线位于旋转套筒6同一横截面所在平面内；

所述中心管5外设置有用于驱动旋转套筒6转动而将第一进液孔18和第二进液孔19导通的转动装置，所述转动装置包括相连的驱动装置和动力传输装置，所述动力传输装置穿过中心管5后与旋转套筒6相连；

所述驱动装置上连接有远程控制装置4。

一个实施例中，远程控制装置4包括接受数字电信号并对该数字电信号进行识别、判断、处理并生成相应控制信号的微处理器13；所述微处理器13上电连接有将模拟电信号转换为数字信号的A/D转换器12；

所述A/D转换器12上电连接有用于接收信号，并将该信号转换为模拟电信号的声电转换器11，所述声电转换器11上电连接有用于向声电转换器11发送信号的地面控制系统；

所述驱动装置用于接收微处理器13发出的控制信号并与微处理器13电连接；

所述微处理器13上连接有供电电源16。

供电电源16为锂电池。

一个实施例中，锂电池上设置有充电口，所述充电口伸出封隔器本体2。

一个实施例中，中心管5周面上固定设置有容置腔室，所述远程控制装置4均固定设置在容置腔室内。

容置腔室设置为四个，分别为通讯腔室10、控制腔室9、传动腔室8及执行腔室7，所述通讯腔室10、控制腔室9、传动腔室8及执行腔室7相互连通，所述声电转换器11和A/D转换器12固定设置在通讯腔室10内，所述微处理器13和供电电源16固定设置在控制腔室9内，所述驱动装置固定设置在传动腔室8内，所述动力传输装置固定设置在执行腔室7内。

一个实施例中，驱动装置为微型减速电机14，微型减速电机14上转动设置有输出轴，微型减速电机14上设置有控制微型减速电机14启停的自动开关，所述自动开关与微处理器13电连接。

动力传输装置包括传动齿轮15，所述传动齿轮15套接在微型减速电机14的输出轴上并与微型减速电机14的输出轴固定相连，所述传动齿轮15的旋转轴线与中心管5的中心轴线平行；

所述旋转套筒6上设置有齿条17，所述齿条17固定设置在旋转套筒6的外周面上，并沿旋转套筒6周向铺设，所述中心管5对应齿条17的位置设置有一穿过孔，所述齿轮伸如穿过孔后与齿条17相啮合。

一种远程控制扩张式封隔器的使用方法，在地面将一种远程控制扩张式封隔器与滑套及管柱装配完成，具体为：一级封隔器与一级滑套相连接，一级封隔器位于一级滑套的上部；二级滑套与一级封隔器及二级封隔器相连接；二级滑套位于一级封隔器的上部，二级封隔器位于二级滑套的上部···以此类推，完成整个压裂管柱的连接；

此时封隔器的第一进液孔18和第二进液孔19错位，即第一进液孔18和第二进液孔19处于关闭状态，将地面管柱按照施工要求下入井筒中，进行第一段压裂，首先打开一级封隔器，具体操作是：通过地面控制系统发送震动声波信号，声电转换器11收到震动声波信号后，将该震动声波信号转化为模拟电信号，该模拟电信号经过A/D转换器12转换为数字信号，并经A/D转换器12传输至微处理器13，由微处理器13对该数字电信号进行识别、判断、处理并生成相应控制信号；

自动开关在收到该控制信号后控制微型减速电机14开启，由微型减速电机14带动传动齿轮15转动，传动齿轮15与旋转套筒6上的齿条17相啮合，从而使得第一进液孔18和第二进液孔19发生重合进而实现一级封隔器上第一进液孔18和第二进液孔19的打开，然后通过地面打压，实现一级封隔器的坐封，此时仅一级封隔器处于坐封状态，其余上部的多级封隔器处于未坐封状态，因此，一级封隔器顶部与井口是连通状态，继续打压可以验证一级封隔器的坐封效果，坐封良好则继续打压打开一级定压滑套，进行第一段压裂；

第一段压裂完成后，通过地面控制系统发送震动信号打开二级封隔器，完成二级封隔器坐封，投球打开二级滑套，同时验证二级封隔器坐封效果，坐封良好则进行第二段压裂···以此类推，完成水平井第三段、第四段直至所有段的压裂施工，施工完成后油管泄压，完成封隔器的解封，通过地面控制系统发送震动信号关闭所有隔器的第一进液孔18和第二进液孔19，放喷后起出施工管柱，整个压裂施工结束。

本发明一种远程控制扩张式封隔器，通过在旋转套筒6上设计有第一进液孔18，中心管5设置第二进液孔19，通过转动旋转套筒6来控制封隔器进液孔的打开和关闭，即第一进液孔18和第二进液孔19的连通和封堵，并且在封隔器下入时，封隔器的进液孔处于关闭状态，能够有效解决封隔器下井过程中出现中途坐封的现象，施工时通过信号控制封隔器进液空的打开，封隔器上部与井口通过套管连通，通过套压可以验证封隔器的坐封情况，解决了水平井分段压裂过程中封隔器无法验封的问题。

本方案中的设备均为现有技术。例如声电转换器11、A/D转换器12及微处理器13均与申请号 201410121668.1，专利名称为《基于光声效应的农田火灾远程报警系统》中的一致。

Claims (9)

1.一种远程控制扩张式封隔器，包括上接头（1）和下接头（3），所述上接头（1）和下接头（3）通过封隔器本体（2）相连，所述封隔器本体（2）包括中心管（5）及转动设置在中心管（5）内的旋转套筒（6），所述旋转套筒（6）的中心轴线与中心管（5）的中心轴线位于同一直线上，所述旋转套筒（6）上设置有第一进液孔（18），中心管（5）上设置有第二进液孔（19），其特征在于，所述第一进液孔（18）和第二进液孔（19）的中心轴线位于旋转套筒（6）同一横截面所在平面内；

所述中心管（5）外设置有用于驱动旋转套筒（6）转动而将第一进液孔（18）和第二进液孔（19）导通的转动装置，所述转动装置包括相连的驱动装置和动力传输装置，所述动力传输装置穿过中心管（5）后与旋转套筒（6）相连；

所述驱动装置上连接有远程控制装置（4）。

2.如权利要求1所述一种远程控制扩张式封隔器，其特征在于，所述远程控制装置（4）包括接受数字电信号并对该数字电信号进行识别、判断、处理并生成相应控制信号的微处理器（13）；所述微处理器（13）上电连接有将模拟电信号转换为数字信号的A/D转换器（12）；

所述A/D转换器（12）上电连接有用于接收信号，并将该信号转换为模拟电信号的声电转换器（11），所述声电转换器（11）上电连接有用于向声电转换器（11）发送信号的地面控制系统；

所述驱动装置用于接收微处理器（13）发出的控制信号并与微处理器（13）电连接；

所述微处理器（13）上连接有供电电源（16）。

3.如权利要求2所述一种远程控制扩张式封隔器，其特征在于，所述供电电源（16）为锂电池。

4.如权利要求3所述一种远程控制扩张式封隔器，其特征在于，所述锂电池上设置有充电口，所述充电口伸出封隔器本体（2）。

5.如权利要求4所述一种远程控制扩张式封隔器，其特征在于，所述中心管（5）周面上固定设置有容置腔室，所述远程控制装置（4）均固定设置在容置腔室内。

6.如权利要求5所述一种远程控制扩张式封隔器，其特征在于，所述容置腔室设置为四个，分别为通讯腔室（10）、控制腔室（9）、传动腔室（8）及执行腔室（7），所述通讯腔室（10）、控制腔室（9）、传动腔室（8）及执行腔室（7）相互连通，所述声电转换器（11）和A/D转换器（12）固定设置在通讯腔室（10）内，所述微处理器（13）和供电电源（16）固定设置在控制腔室（9）内，所述驱动装置固定设置在传动腔室（8）内，所述动力传输装置固定设置在执行腔室（7）内。

7.如权利要求2-6任意一项所述一种远程控制扩张式封隔器，其特征在于，所述驱动装置为微型减速电机（14），微型减速电机（14）上转动设置有输出轴，微型减速电机（14）上设置有控制微型减速电机（14）启停的自动开关，所述自动开关与微处理器（13）电连接。

8.如权利要求7所述一种远程控制扩张式封隔器，其特征在于，所述动力传输装置包括传动齿轮（15），所述传动齿轮（15）套接在微型减速电机（14）的输出轴上并与微型减速电机（14）的输出轴固定相连，所述传动齿轮（15）的旋转轴线与中心管（5）的中心轴线平行；

所述旋转套筒（6）上设置有齿条（17），所述齿条（17）固定设置在旋转套筒（6）的外周面上，并沿旋转套筒（6）周向铺设，所述中心管（5）对应齿条（17）的位置设置有一穿过孔，所述齿轮伸如穿过孔后与齿条（17）相啮合。

9.一种远程控制扩张式封隔器的使用方法，其特征在于，在地面将如权利要求8所述一种远程控制扩张式封隔器与滑套及管柱装配完成，具体为：一级封隔器与一级滑套相连接，一级封隔器位于一级滑套的上部；二级滑套与一级封隔器及二级封隔器相连接；二级滑套位于一级封隔器的上部，二级封隔器位于二级滑套的上部···以此类推，完成整个压裂管柱的连接；

此时封隔器的第一进液孔（18）和第二进液孔（19）错位，即第一进液孔（18）和第二进液孔（19）处于关闭状态，将地面管柱按照施工要求下入井筒中，进行第一段压裂，首先打开一级封隔器，具体操作是：通过地面控制系统发送震动声波信号，声电转换器（11）收到震动声波信号后，将该震动声波信号转化为模拟电信号，该模拟电信号经过A/D转换器（12）转换为数字信号，并经A/D转换器（12）传输至微处理器（13），由微处理器（13）对该数字电信号进行识别、判断、处理并生成相应控制信号；

自动开关在收到该控制信号后控制微型减速电机（14）开启，由微型减速电机（14）带动传动齿轮（15）转动，传动齿轮（15）与旋转套筒（6）上的齿条（17）相啮合，从而使得第一进液孔（18）和第二进液孔（19）发生重合进而实现一级封隔器上第一进液孔（18）和第二进液孔（19）的打开，然后通过地面打压，实现一级封隔器的坐封，此时仅一级封隔器处于坐封状态，其余上部的多级封隔器处于未坐封状态，因此，一级封隔器顶部与井口是连通状态，继续打压可以验证一级封隔器的坐封效果，坐封良好则继续打压打开一级定压滑套，进行第一段压裂；

第一段压裂完成后，通过地面控制系统发送震动信号打开二级封隔器，完成二级封隔器坐封，投球打开二级滑套，同时验证二级封隔器坐封效果，坐封良好则进行第二段压裂···以此类推，完成水平井第三段、第四段直至所有段的压裂施工，施工完成后油管泄压，完成封隔器的解封，通过地面控制系统发送震动信号关闭所有隔器的第一进液孔（18）和第二进液孔（19），放喷后起出施工管柱，整个压裂施工结束。

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