CN111911108B - 一种水力扩张式封隔器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及油田固井设备技术领域，且公开了一种水力扩张式封隔器，包括第一接头套管，第一接头套管一端的外侧螺纹连接有第一胶筒套座，第一胶筒套座一端的内侧固定套接有胶筒，胶筒另一端的外侧固定安装有第二胶筒套座，第二胶筒套座一端的外侧螺纹连接有第二接头套管。本发明通过应力槽的开设将胶筒由传统胶筒改变为异型胶筒，在采用非线性有限元方法，利用ANSYS分析软件建立封隔器胶筒有限元模型，对比分析后，获得胶筒的最大接触应力明显高于常规胶筒，且接触应力分布均匀，胶筒密封性会得到提高，并且再配合消能提稳机构内部压缩弹簧和活动杆的弹性形变形成的消能效果，可提升胶筒与第一胶筒套座与第二胶筒套座的连接强度。
Description
技术领域
本发明涉及油田固井设备技术领域，具体为一种水力扩张式封隔器。
背景技术
封隔器是采油工程中用来分层的井下工具，具体是指有弹性密封元件，并借此封隔各种尺寸管柱与井眼之间以及管柱之间环形空间，并隔绝产层，以控制产液，保护套管的井下工具，例如现有的水力扩张式封隔器就是采用水力膨胀式结构，主要用于较复杂油、汽、水井完井工程中，以实现各种目的的井下封隔与桥堵，对改善和提高油、气、水井的固井完井质量有显著作用，经实践应用证明该工具操作简便、适应性广，是一种重要的完井工具。
但是现有的水力扩张式封隔器在实际油田生产中还存在一些问题需要进一步的改善，主要是装置中胶筒的外径大于装置的套管内径，并且是靠与套管的过盈配合来实现封隔器的密封，这就导致了下井时阻力大的话，胶筒很容易磨损和刮坏，从而失去密封性，并且现有的常规胶筒，接触应力分布集中不均匀，长时间的使用过程容易出现肩凸现象，进而影响胶筒对油井管道的密封性，针对上述问题，本申请提供一种水力扩张式封隔器。
发明内容
本发明提供了一种水力扩张式封隔器，解决了上述背景技术中所提到的问题。
本发明提供如下技术方案：一种水力扩张式封隔器，包括第一接头套管，所述第一接头套管一端的外侧螺纹连接有第一胶筒套座，所述第一胶筒套座一端的内侧固定套接有胶筒，所述胶筒另一端的外侧固定安装有第二胶筒套座，所述第二胶筒套座一端的外侧螺纹连接有第二接头套管，所述胶筒的内部设置有中心管，所述中心管的两端分别固定套接在第一接头套管一端的内部和第二接头套管一端的内部，所述中心管一端的内壁上开设哟普释压孔，所述胶筒两端的表面开设有应力槽，所述应力槽的内部活动套接有消能提稳机构，所述消能提稳机构顶部的外侧设置有让位槽，所述让位槽分别开设在第一胶筒套座和第二胶筒套座一端的内部，所述胶筒的表面固定套接有耐磨套组，所述耐磨套组一侧的底面与胶筒一端的顶面之间设置有监测机构，所述胶筒的内部和第一胶筒套座的内部分别开设有第二安装槽和第一安装槽。
精选的，所述监测机构的内部包括有光纤压力传感器，且光纤压力传感器固定安装在胶筒一端的表面，所述光纤压力传感器的底部固定安装有光纤。
精选的，所述光纤分别的一端分别贯穿第一安装槽和第二安装槽，且密封圈一端的外侧活动套接有保护套管，所述保护套管固定连接在第一接头套管顶部的表面。
精选的，所述耐磨套组的内部包括有四组耐磨套，且耐磨套组内部四组耐磨套的端面均为圆弧面。
精选的，所述消能提稳机构的内部包括有压缩弹簧，且压缩弹簧的一端固定连接在让位槽的内壁上，所述压缩弹簧的另一端固定连接有活动杆，所述活动杆的一端固定连接有半球状凸块，所述半球状凸块的表面活动连接在应力槽的内壁上。
精选的，所述第二接头套管与第二胶筒套座之间和第一胶筒套座与第一接头套管之间均设置有一个密封圈。
本发明具备以下有益效果：
1、本发明通过应力槽的开设将胶筒由传统胶筒改变为异型胶筒，在采用非线性有限元方法，利用ANSYS分析软件建立封隔器胶筒有限元模型，对比分析后，获得胶筒的最大接触应力明显高于常规胶筒，且接触应力分布均匀，由此胶筒密封性得加以提高，并且再配合消能提稳机构内部压缩弹簧和活动杆的弹性形变所形成的消能效果，可进一步提升胶筒与第一胶筒套座与第二胶筒套座的连接强度。
2、本发明通过耐磨套组作为替代耐磨架构，在胶筒膨胀时间隐于胶筒的内部，保证胶筒膨胀密封功能顺利实施，而胶筒解封拖行时，耐磨套组将胶筒与井壁进行缓冲隔离，降低胶筒的磨损速度，进而延长整体装置的使用寿命。
3、本发明通过监测机构内部的光纤压力传感器可实时监测胶筒膨胀后的压力值，并利用光纤将信号传输到地面的控制设备中，便于工作人员进一步掌控胶筒的工作状态，及时发现和解决故障。
附图说明
图1为本发明结构剖视示意图；
图2为本发明结构图1中A处放大示意图；
图3为本发明结构图1中B处放大示意图。
图中：1、第一接头套管；2、第一胶筒套座；3、第二胶筒套座；4、中心管；5、第二接头套管；6、释压孔；7、应力槽；8、消能提稳机构；81、压缩弹簧；82、活动杆；83、半球状凸块；9、让位槽；10、耐磨套组；11、监测机构；111、光纤压力传感器；112、光纤；12、密封圈；13、胶筒；14、第一安装槽；15、第二安装槽；16、保护套管。
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1-3，一种水力扩张式封隔器，包括第一接头套管1，第一接头套管1一端的外侧螺纹连接有第一胶筒套座2，第一胶筒套座2一端的内侧固定套接有胶筒13，胶筒13另一端的外侧固定安装有第二胶筒套座3，第二胶筒套座3一端的外侧螺纹连接有第二接头套管5，第二接头套管5与第二胶筒套座3之间和第一胶筒套座2与第一接头套管1之间均设置有一个密封圈12，密封圈12为装置内部结构本身的密封性进行提升和保护，避免因为装置自身密封性差而导致的装置故障的几率，进而维持装置井下作业的连续性，胶筒 13的内部设置有中心管4，中心管4的两端分别固定套接在第一接头套管1 一端的内部和第二接头套管5一端的内部，中心管4一端的内壁上开设哟普释压孔6，胶筒13两端的表面开设有应力槽7，应力槽7的内部活动套接有消能提稳机构8，消能提稳机构8的内部包括有压缩弹簧81，且压缩弹簧81 的一端固定连接在让位槽9的内壁上，压缩弹簧81的另一端固定连接有活动杆82，活动杆82的一端固定连接有半球状凸块83，半球状凸块83的表面活动连接在应力槽7的内壁上，通过消能提稳机构8内部压缩弹簧81和活动杆 82的弹性形变所形成的消能减震效果，可进一步提升胶筒13与第一胶筒套座 2与第二胶筒套座3的连接强度，保证装置连接结构间的稳定性，消能提稳机构8顶部的外侧设置有让位槽9，让位槽9分别开设在第一胶筒套座2和第二胶筒套座3一端的内部，胶筒13的表面固定套接有耐磨套组10，耐磨套组 10的内部包括有四组耐磨套，且耐磨套组10内部四组耐磨套的端面均为圆弧面，通过耐磨套组10作为替代耐磨架构，在胶筒13膨胀时间隐与胶筒13的内部，保证胶筒13膨胀密封功能顺利实施，而胶筒13解封拖行时，耐磨套组10将胶筒13与井壁进行缓冲隔离，降低胶筒13的磨损速度，进而延长整体装置的使用寿命，延长装置需要对胶筒13进行检修更换的使用周期，降低装置的使用成本，耐磨套组10一侧的底面与胶筒13一端的顶面之间设置有监测机构11，监测机构11的内部包括有光纤压力传感器111，且光纤压力传感器111固定安装在胶筒13一端的表面，光纤压力传感器111的底部固定安装有光纤112，通过监测机构11内部的光纤压力传感器111可实时监测胶筒 13膨胀后的压力值，并利用光纤112将信号传输到地面的控制设备中，便于工作人员进一步掌控胶筒13的工作状态，及时发现和解决故障，光纤112分别的一端分别贯穿第一安装槽14和第二安装槽15，且密封圈12一端的外侧活动套接有保护套管16，保护套管16固定连接在第一接头套管1顶部的表面，第一安装槽14和第二安装槽15为光纤112在装置内部的穿行安装提供让位空间，而保护套管16则是为光纤112外设安装提供保护结构，胶筒13的内部和第一胶筒套座2的内部分别开设有第二安装槽15和第一安装槽14。
工作原理：使用时，注入水经径向释压孔6进入胶筒13与中心管4之间的空间，当油管内压力高于套管压力一定值后，胶筒13进行扩张，进而对井道进行密封，而耐磨套组10作为替代耐磨架构，会在胶筒13膨胀时间隐与胶筒13的内部，保证胶筒13的表面紧贴于井道壁上，使膨胀密封功能顺利实施，与此同时，应力槽7的开设将胶筒13由传统胶筒改变为异型胶筒，在胶筒13进行膨胀拉伸时，其的最大接触应力会明显提高，且接触应力分布均匀，进而可提高整体装置密封性能，并且消能提稳机构8内部压缩弹簧81和活动杆82的弹性形变会形成一定的震动消能效果，解封后，耐磨套组10将胶筒13与井壁进行缓冲隔离，装置拖行过程中，由耐磨套组10主要接触井壁，降低胶筒13的磨损速度，而监测机构11内部的光纤压力传感器111在胶筒13膨胀和收缩过程中进行，将实时监测胶筒13的压力值，并利用光纤112将信号传输到地面的控制设备中，供工作人员查阅。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。同时在本发明的附图中，填充图案只是为了区别图层，不做其他任何限定。
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 (1)
1.一种水力扩张式封隔器，包括第一接头套管（1），其特征在于：所述第一接头套管（1）一端的外侧螺纹连接有第一胶筒套座（2），所述第一胶筒套座（2）一端的内侧固定套接有胶筒（13），所述胶筒（13）另一端的外侧固定安装有第二胶筒套座（3），所述第二胶筒套座（3）一端的外侧螺纹连接有第二接头套管（5），所述胶筒（13）的内部设置有中心管（4），所述中心管（4）的两端分别固定套接在第一接头套管（1）一端的内部和第二接头套管（5）一端的内部，所述中心管（4）一端的内壁上开设释压孔（6），所述胶筒（13）两端的表面开设有应力槽（7），所述应力槽（7）的内部活动套接有消能提稳机构（8），所述消能提稳机构（8）顶部的外侧设置有让位槽（9），所述让位槽（9）分别开设在第一胶筒套座（2）和第二胶筒套座（3）一端的内部，所述胶筒（13）的表面固定套接有耐磨套组（10），所述耐磨套组（10）一侧的底面与胶筒（13）一端的顶面之间设置有监测机构（11），所述胶筒（13）的内部和第一胶筒套座（2）的内部分别开设有第二安装槽（15）和第一安装槽（14）；
所述监测机构（11）的内部包括有光纤压力传感器（111），且光纤压力传感器（111）固定安装在胶筒（13）一端的表面，所述光纤压力传感器（111）的底部固定安装有光纤（112）；
所述光纤（112）分别的一端分别贯穿第一安装槽（14）和第二安装槽（15），且密封圈（12）一端的外侧活动套接有保护套管（16），所述保护套管（16）固定连接在第一接头套管（1）顶部的表面；
所述耐磨套组（10）的内部包括有四组耐磨套，且耐磨套组（10）内部四组耐磨套的端面均为圆弧面；
所述消能提稳机构（8）的内部包括有压缩弹簧（81），且压缩弹簧（81）的一端固定连接在让位槽（9）的内壁上，所述压缩弹簧（81）的另一端固定连接有活动杆（82），所述活动杆（82）的一端固定连接有半球状凸块（83），所述半球状凸块（83）的表面活动连接在应力槽（7）的内壁上；
所述第二接头套管（5）与第二胶筒套座（3）之间和第一胶筒套座（2）与第一接头套管（1）之间均设置有一个密封圈（12）。
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