CN111827919A - 防气窜金属密封裸眼封隔器 - Google Patents

Abstract

一种防气窜金属密封裸眼封隔器，涉及油井完井技术领域，包括上接头、中心管、下接头和胶筒，上接头和下接头分别通过螺纹连接在中心管的上下两端，胶筒套装在中心管的外侧，所述防气窜金属密封裸眼封隔器内设置有发泡剂A料和发泡剂B料，所述上接头和上箍套之间设置有活塞套，活塞套的上下两端分别通过螺纹与上接头和上箍套连接，活塞套与中心管之间的环形空间内设置有活塞，活塞通过剪钉固定在中心管上，所述上接头内设置有过液通道。本发明中，胶筒的内侧采用发泡剂A料和发泡剂B料混合后产生的固体硬质聚氨酯泡沫进行支撑，由于支撑物为固体，没有流动性，因此与通过液体支撑相比，封隔器的承压能力大幅提高。

Description

防气窜金属密封裸眼封隔器

技术领域

本发明属于油井完井技术领域，尤其涉及一种防气窜金属密封裸眼封隔器。

背景技术

在采油工程领域，裸眼封隔器是油井完井工艺中常用的一种封隔器，其结构包括中心管和扩张式胶筒，使用时，向中心管内打压，高压液体经过中心管侧壁上的过液孔进入中心管与胶筒之间的环形空间内，胶筒的直径在高压液体的作用下增大，从而实现封隔器的坐封。然而，基于上述结构的裸眼封隔器的承压能力不够突出，实际使用中容易出现封隔器上下两侧窜气的问题，因此有必要设计一种新型的裸眼封隔器来解决上述问题。

发明内容

为了解决背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种防气窜金属密封裸眼封隔器。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：本发明提供了一种防气窜金属密封裸眼封隔器，包括上接头、中心管、下接头和胶筒，上接头和下接头分别通过螺纹连接在中心管的上下两端，胶筒套装在中心管的外侧，所述防气窜金属密封裸眼封隔器内设置有发泡剂A料和发泡剂B料，

胶筒与中心管之间设置有衬管，衬管的上下两端分别通过螺纹连接有上箍套和下箍套，上箍套和下箍套分别箍在胶筒的上下两端，从而将胶筒固定在衬管上；

所述上接头和上箍套之间设置有活塞套，活塞套的上下两端分别通过螺纹与上接头和上箍套连接，活塞套与中心管之间的环形空间内设置有活塞，活塞通过剪钉固定在中心管上，所述上接头内设置有过液通道，过液通道的一端与上接头的内部空间连通，过液通道的另一端与所述活塞的上侧空间连通，过液通道上设置单向阀，单向阀允许液体从上接头的内部空间流向活塞上侧空间；

所述发泡剂A料填充于所述活塞下侧空间以及中心管与衬管之间的缝隙中，所述的发泡剂B料填充于胶筒与衬管之间的环形空间内；

所述衬管的管壁上均匀密布有用于连通衬管内外两侧空间的小孔，衬管的外侧设置有用于封堵所述小孔的覆膜层。

作为进一步的技术方案，所述胶筒的外侧套有起密封作用的密封环。

作为进一步的技术方案，所述密封环由纯铜制成。

作为进一步的技术方案，所述密封环由聚四氟乙烯材料制成，密封环21的上下两侧边缘设置为锯齿形，并且一个锯齿形轮廓单纯沿密封环21的轴线平移后可与另一个锯齿形轮廓完全重合。

作为进一步的技术方案，所述衬管管壁上的小孔内设置有用于封堵小孔的塞子，塞子上朝向覆膜层的一端为尖端。

作为进一步的技术方案，所述衬管管壁上的小孔为锥形孔，锥形孔的小直径端位于衬管的内侧。

本发明的有益效果为：

1、本发明中，胶筒的内侧采用发泡剂A料和发泡剂B料混合后产生的固体硬质聚氨酯泡沫进行支撑，由于支撑物为固体，没有流动性，因此与通过液体支撑相比，封隔器的承压能力大幅提高。

2、本发明在胶筒的外侧设置了可延展的密封环，胶筒膨胀后，密封环延展后直径也相应扩大，最终，密封环会在胶筒施加的压力作用下紧密贴合在井壁上，与单纯采用胶筒本身的橡胶材质进行密封相比，这种密封方式的密封效果大幅提高，承压能力也得到了有效增强。

附图说明

图1是本发明的上半部分的结构示意图；

图2是本发明的下半部分的结构示意图；

图3是上接头的结构示意图；

图4是图2中A处的局部放大图；

图5是胶筒的结构示意图；

图6是下接头的结构示意图；

图7是采用聚四氟乙烯材质的密封环时，密封环在胶筒上的装配图；

图8是衬管管壁上的小孔用塞子封堵时的结构示意图；

图9是衬管管壁上的小孔采用锥形孔时的结构示意图。

图中：1-上接头，2-活塞套，3-活塞，4-发泡剂A料，5-上箍套，6-中心管，7-胶筒，8-衬管，9-下箍套，10-下接头，11-扶正套，12-扶正球，13-密封套，14-滑套，15-弹簧，16-剪钉，17-单向阀，18-过液通道，19-过滤套，20-切缝，21-密封环，22-发泡剂B料， 23-覆膜层，24-塞子，25-锥形孔。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步描述：

如图1和图2所示，本发明包括上接头1、中心管6、下接头10和胶筒7，上接头1和下接头10分别通过螺纹连接在中心管6的上下两端，胶筒7套装在中心管6的外侧。以上为现有技术中的常见结构，在此不再赘述。

如图所示，所述防气窜金属密封裸眼封隔器内设置有发泡剂A料4和发泡剂B料22，二者混合后，在胶筒7内侧发生化学反应生成聚氨酯硬质泡沫。其中，发泡剂A料4可选用MDI(多异氰酸酯的一种，也称“黑料”)，发泡剂B料22可选用组合聚醚(也称“白料”)。本发明中，胶筒7的内侧采用发泡剂A料4和发泡剂B料22混合后产生的固体硬质聚氨酯泡沫进行支撑，由于支撑物为固体，没有流动性，因此与通过液体支撑相比，封隔器的承压能力大幅提高。

如图所示，胶筒7与中心管6之间设置有衬管8，衬管8的上下两端分别通过螺纹连接有上箍套5和下箍套9，上箍套5和下箍套9分别箍在胶筒7的上下两端，从而将胶筒7固定在衬管8上。所述上接头1和上箍套5之间设置有活塞套2，活塞套2的上下两端分别通过螺纹与上接头1和上箍套5连接，活塞套2与中心管6之间的环形空间内设置有活塞3，活塞3通过剪钉16固定在中心管6上，所述上接头1内设置有过液通道18，过液通道18的一端与上接头1的内部空间连通，过液通道18的另一端与所述活塞3的上侧空间连通，过液通道18上设置单向阀17，单向阀17允许液体从上接头1的内部空间流向活塞3上侧空间。实施时，为了避免井下的砂砾进入封隔器内，可在上接头1的内侧增设过滤套19，过滤套19 上通过线切割工艺加工有切缝20，井液进入过液通道18前通过切缝20过滤，可有效滤除井液中的杂质，达到防砂目的。

所述发泡剂A料4填充于所述活塞3下侧空间以及中心管6与衬管8之间的缝隙中，所述的发泡剂B料22填充于胶筒7与衬管8之间的环形空间内；所述衬管8的管壁上均匀密布有用于连通衬管8内外两侧空间的小孔，衬管8的外侧设置有用于封堵所述小孔的覆膜层23。

本发明的使用过程如下：

步骤1，将本发明的上端连接在油管管柱上，并下入井下预定位置；

步骤2、向中心管6内注入高压水，高压水经过过液通道18后进入活塞3上方的空间，继而向活塞3的上侧施加压力，当压力达到预定值后，剪钉16被剪断，剪钉16剪断的瞬间，活塞3高速向下运动使发泡剂A料4内产生很高的液压，所述的覆膜层23在瞬时高压的作用下被冲破，进而使发泡剂A料4从衬管8上的各小孔处同时高速射出，具体实施时，覆膜层23可采用聚乙烯薄膜缠绕而成，也可选用常用的防水胶布、橡胶等，具体材质的选择范围很广，只要能满足密封和易破两种使用要求即可。

步骤3，发泡剂A料4的高速射流与发泡剂B料22混合后发生化学反应，快速形成硬质的聚氨酯泡沫，并从内部将胶筒7撑起，完成封隔器的坐封。

如图5所示，作为进一步的技术方案，本发明在胶筒7的外侧设置了可延展的密封环21，胶筒7膨胀后，密封环21延展后直径也相应扩大，最终，密封环21会在胶筒7施加的压力作用下紧密贴合在井壁上，与单纯采用胶筒7本身的橡胶材质进行密封相比，密封环21可有效抑制胶筒7在压力作用下“流动”，从而使密封效果大幅提高，承压能力也得到了有效增强。

作为进一步的技术方案，所述密封环21为铜环，从而保证密封环21具有足够的延展性，并具有良好的密封性。

如图7所示，作为进一步的技术方案，所述密封环21由聚四氟乙烯材料制成，与纯铜材质相比，聚四氟乙烯的抗腐蚀性能更强，因此可更持久地保证密封效果。然而，单纯聚四氟乙烯制成的密封环21在直径增大过程中存在两个技术难题：一是密封环21的直径增大过程中容易发生断裂，二是密封环21的形变不均匀。这两个技术难题都会使密封环21上产生密封性能短板，从而影响密封环21的整体密封性能。

为了解决上述问题，本发明创造性地将密封环21的两侧边缘设置为锯齿形，并且一个锯齿形轮廓单纯沿密封环21的轴线平移后可与另一个锯齿形轮廓完全重合(即密封环21的外表面是由圆柱面上的一根母线在沿圆柱面周向运动的同时沿所述锯齿形轮廓轴向运动后形成的轨迹)。由于采用了这种结构，密封环21直径增大过程中，所述锯齿形轮廓的齿根处的夹角α逐渐变大，使密封环21直径增大的极限变大，从而可有效避免密封环21断裂，并能防止延展。

另外，设置锯齿形轮廓后，密封环21母线长度可以长至5厘米以上，可进一步改善封隔器的密封性能。

如图6所示，作为进一步的技术方案，所述下接头10上还可安装扶正机构，扶正机构的结构包括扶正套11、扶正球12、密封套13、滑套14和弹簧15，其中，扶正套11的上端通过花键与上接头10滑动配合，扶正球12安装在扶正套11的内侧，扶正套11的侧面设置有供扶正球12伸出的圆孔(需要注意的是，该圆孔的最小直径应小于扶正球12的直径，以保证扶正球12不会脱落)，密封套13通过螺纹连接在下接头10的外侧，所述滑套14的上端通过螺纹连接在扶正套11的下端并将密封套13和弹簧15包含在内，下接头10的内壁上设置有用于连通下接头10内侧空间与密封套13上侧空间的过液孔，中心管6内打压后，扶正套 11和滑套14在压力作用下沿下接头10的外壁向上移动，与此同时，扶正球12在下接头10 外侧的锥面作用下沿下接头10的径向滑动，继而起到扶正作用，中心管6内的压力撤除后，扶正套11和滑套14在弹簧15的弹力作用下沿下接头10的外壁向下移动，从而使扶正球12 内侧的支撑力解除。

如图8所示，作为进一步的技术方案，所述衬管8管壁上的小孔内设置有用于封堵小孔的塞子24，塞子24上朝向覆膜层23的一端为尖端。塞子24的作用有两个：

一方面，瞬间的高压作用于覆膜层上时，压力不仅作用于衬管8上的小孔对应的位置，而且还作用于覆膜层23的其他位置，由于覆膜层23的承压面积很大，导致覆膜层23被撕破，而且被撕破的覆膜层23碎片较大，这种情况下，覆膜层23的碎片会影响发泡剂A料4和发泡剂B料22的混合，从而使发泡效果大打折扣，而设置塞子24后，瞬间的高压会推动塞子 24将覆膜层23刺破，覆膜层23被刺破后，根据覆膜层23材质的韧性不同，覆膜层23或者被撕成较小的碎片，或者在刺破后保持完整并继续贴合在衬管8外，从而避免了覆膜层23的碎片过大对发泡效果的不利影响。

另一方面，塞子24进入发泡剂B料22后，会对两种发泡剂的流场产生稳定作用，从而使发泡剂的流动更加均匀，有利于保证发泡效果。

如图9所示，作为进一步的技术方案，所述衬管8管壁上的小孔为锥形孔25，锥形孔25 的小直径端位于衬管8的内侧。锥形孔25可使发泡剂A料4在流出锥形孔25的瞬间产生涡流，而涡流可极大地促进发泡剂A料4和发泡剂B料22的混合，从而进一步改善发泡效果。

Claims (6)

1.一种防气窜金属密封裸眼封隔器，包括上接头(1)、中心管(6)、下接头(10)和胶筒(7)，上接头(1)和下接头(10)分别通过螺纹连接在中心管(6)的上下两端，胶筒(7)套装在中心管(6)的外侧，其特征在于：所述防气窜金属密封裸眼封隔器内设置有发泡剂A料(4)和发泡剂B料(22)；

胶筒(7)与中心管(6)之间设置有衬管(8)，衬管(8)的上下两端分别通过螺纹连接有上箍套(5)和下箍套(9)，上箍套(5)和下箍套(9)分别箍在胶筒(7)的上下两端，从而将胶筒(7)固定在衬管(8)上；

所述上接头(1)和上箍套(5)之间设置有活塞套(2)，活塞套(2)的上下两端分别通过螺纹与上接头(1)和上箍套(5)连接，活塞套(2)与中心管(6)之间的环形空间内设置有活塞(3)，活塞(3)通过剪钉(16)固定在中心管(6)上，所述上接头(1)内设置有过液通道(18)，过液通道(18)的一端与上接头(1)的内部空间连通，过液通道(18)的另一端与所述活塞(3)的上侧空间连通，过液通道(18)上设置单向阀(17)，单向阀(17)允许液体从上接头(1)的内部空间流向活塞(3)上侧空间；

所述发泡剂A料(4)填充于所述活塞(3)下侧空间以及中心管(6)与衬管(8)之间的缝隙中，所述的发泡剂B料(22)填充于胶筒(7)与衬管(8)之间的环形空间内；

所述衬管(8)的管壁上均匀密布有用于连通衬管(8)内外两侧空间的小孔，衬管(8)的外侧设置有用于封堵所述小孔的覆膜层(23)。

2.根据权利要求1所述的一种防气窜金属密封裸眼封隔器，其特征在于：所述胶筒(7)的外侧套有起密封作用的密封环(21)。

3.根据权利要求2所述的一种防气窜金属密封裸眼封隔器，其特征在于：所述密封环(21)由纯铜制成。

4.根据权利要求2所述的一种防气窜金属密封裸眼封隔器，其特征在于：所述密封环由聚四氟乙烯材料制成，密封环21的上下两侧边缘设置为锯齿形，并且一个锯齿形轮廓单纯沿密封环21的轴线平移后可与另一个锯齿形轮廓完全重合。

5.根据权利要求1所述的一种防气窜金属密封裸眼封隔器，其特征在于：所述衬管(8)管壁上的小孔内设置有用于封堵小孔的塞子(24)，塞子(24)上朝向覆膜层(23)的一端为尖端。

6.根据权利要求1所述的一种防气窜金属密封裸眼封隔器，其特征在于：所述衬管(8)管壁上的小孔为锥形孔(25)，锥形孔(25)的小直径端位于衬管(8)的内侧。

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