CN112983340B - 一种超深井用封隔器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超深井用封隔器，包括从上至下依次设置的上锚定组件、封隔组件及下锚定组件，还包括在坐封后传导封隔组件上下压力的传压通道，以及在解封时调节封隔组件上下压力的压力平衡组件，所述传压通道的一端连通所述封隔组件的下部储层，所述传压通道的另一端延伸至所述上锚定组件内，以提供上锚定组件的锚定作用力；所述压力平衡组件设于所述上锚定组件与所述封隔组件之间，并在解封时与所述传压通道连通。本发明具有防止封隔器解封时损坏，且结构紧凑、安全可靠性高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及石油勘探领域，尤其涉及一种超深井用封隔器。
背景技术
目前，在超深高温高压探井进行地层测试时，需要下测试工具串进行测试，测试流程包括下工具、座封、替浆、放喷、关井测试、压井、解封、起管柱等。其流程复杂，容易致使测试封隔器的承压变化大、易疲劳。而整套测试工具中，测试封隔器位于最下端，一旦测试封隔器性能出现问题，将会导致测试失败。因此，在超深井测试中，测试封隔器的指标和性能稳定性成为测试是否成功的关键。而现有的封隔器指标不够、性能不稳定，很难满足超深高温高压井的测试要求；同时，封隔器通常需连接液压循环阀等工具，才能平衡封压胶筒的上下压力，其需多趟下入工具，导致封隔器安全风险大、运行可靠性差，且操作繁琐、效率低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种防止封隔器解封时损坏，且结构紧凑、安全可靠性高的超深井用封隔器。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种超深井用封隔器，包括从上至下依次设置的上锚定组件、封隔组件及下锚定组件，还包括在坐封后传导封隔组件上下压力的传压通道，以及在解封时调节封隔组件上下压力的压力平衡组件，所述传压通道的一端连通所述封隔组件的下部储层，所述传压通道的另一端延伸至所述上锚定组件内，以提供上锚定组件的锚定作用力；所述压力平衡组件设于所述上锚定组件与所述封隔组件之间，并在解封时与所述传压通道连通。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述压力平衡组件包括密封套、可轴向移动地套设于密封套内的移动套、设于移动套与密封套外的外筒，以及连通传压通道与封隔组件上部环空的连通孔，所述连通孔设于所述移动套和外筒上；位于所述移动套上的连通孔在坐封时下移至所述密封套内，在解封时上移出所述密封套；所述传压通道穿设于所述密封套及移动套上。
所述压力平衡组件还包括调节传压通道内部压差的浮动活塞，所述浮动活塞设于所述移动套的远离所述密封套的一侧，并位于所述外筒内。
所述上锚定组件包括上接头、上芯轴及水力锚本体，所述上芯轴的一端与所述上接头连接，所述上芯轴的另一端通过短接套与所述移动套驱动连接；所述水力锚本体套设于所述上芯轴外，并与所述外筒连接；所述传压通道穿设于所述短接套，以及所述上芯轴与水力锚本体之间。
所述封隔组件包括封压胶筒、设于封压胶筒两端的挤压环，以及支撑于封压胶筒和挤压环下方的胶筒芯轴；所述封隔组件通过连接环与所述压力平衡组件的外筒连接；所述传压通道穿设于所述胶筒芯轴和连接环上。
所述封压胶筒包括胶筒主体及设于所述胶筒主体两端的保护筒体，所述保护筒体的硬度大于所述胶筒主体的硬度。
所述下锚定组件包括锚定锥体、卡瓦及抵紧套管内壁的摩擦部件，所述摩擦部件设于所述卡瓦的下方，所述卡瓦的内侧滑设于所述锚定锥体上，所述卡瓦在摩擦部件的反向作用力下移动至所述锚定锥体上；所述传压通道的连通封隔组件下部储层的一端设于所述锚定锥体上。
所述卡瓦通过导向部件滑设于所述锚定锥体上，所述导向部件包括导槽和导向螺钉，所述导向槽设于所述卡瓦上；所述导向螺钉滑设于所述导槽内，并设于所述锚定锥体上。
所述摩擦部件包括摩擦块及提供摩擦块抵紧作用力的弹性件，所述弹性件呈压缩状设于所述摩擦块内。
超深井用封隔器还包括中心管，所述封隔组件和所述压力平衡组件套设于所述中心管上，所述上锚定组件和下锚定组件连接于所述中心管的两端。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明设置有传压通道，传压通道的一端连通封隔组件的下部储层，另一端延伸至上锚定组件内，以提供上锚定组件的锚定作用力，使得封隔器在坐封后可将封隔组件下部储层的压力传导至上锚定组件，以使上锚定组件张开、并锚定于套管内壁，其有效防止了封隔器上窜失封现象的发生。本发明首次采用传压通道设置于封隔器内部、将封隔组件下部压力传导至上锚定组件的结构形式，改变了现有上锚定组件通过油管传压锚定的方式，其传压结构无需占用多余空间、结构紧凑，且传压可靠性高。
同时，本发明还设置有压力平衡组件，压力平衡组件设于上锚定组件与封隔组件之间，压力平衡组件在解封时与传压通道连通，即通过传压通道可将封隔组件下部储层的压力传递至封隔组件上部，使得封隔组件在解封时上下压差平衡，有效避免了封隔器在解封时压差导致的损坏现象的发生。
本发明巧妙地将压力平衡组件布置在上锚定组件与封隔组件之间，且通过结合传压通道实现了解封时封隔组件的压差平衡，使得封隔器集成有坐封后锚定、解封时平衡压力的功能，其避免了采用液压循环阀等工具需多趟下入的问题，其安全性及可靠性大大提高，且操作简单、效率高，有效满足了超深高温高压井的需求。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1是本发明超深井用封隔器的结构示意图。
图2是本发明超深井用封隔器的上部放大示意图。
图3是本发明超深井用封隔器的下部放大示意图。
图中各标号表示：
1、上锚定组件；11、上接头；12、上芯轴；13、水力锚本体；14、短接套；2、封隔组件；21、封压胶筒；22、挤压环；23、胶筒芯轴；24、连接环；3、下锚定组件；31、锚定锥体；32、卡瓦；33、导向部件；34、摩擦块；35、弹性件；4、传压通道；5、压力平衡组件；51、密封套；52、移动套；53、外筒；54、连通孔；55、浮动活塞；6、中心管。
具体实施方式
下面将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。
如图1至图3示出了本发明超深井用封隔器的实施例，该超深井用封隔器与测试工具配套连接使用，可应用于石油勘探领域中超深井地层测试，亦可应用于生产及储层改造等工序，其主要作用是封隔目的储层。深井用封隔器包括上锚定组件1、封隔组件2、下锚定组件3、传压通道4和压力平衡组件5。其中，上锚定组件1及下锚定组件3实现了封隔器的双向锚定，防止封隔器上下窜动失封；封隔组件2设于上锚定组件1与下锚定组件3之间，以封堵油管与套管之间的环空，达到封闭层段的目的。
本实施例中，传压通道4的一端连通封隔组件2下部储层，传压通道4的另一端延伸至上锚定组件1内，以提供上锚定组件1的锚定作用力，使得封隔器在坐封后可将封隔组件2下部储层的压力传导至上锚定组件1，以使上锚定组件1张开、并锚定于套管内壁，其有效防止了封隔器上窜失封现象的发生。本发明首次采用传压通道4设置于封隔器内部、将封隔组件2下部压力传导至上锚定组件1的结构形式，改变了现有上锚定组件1通过油管传压锚定的方式，其传压结构无需占用多余空间、结构紧凑，且传压可靠性高。
同时，压力平衡组件5设于上锚定组件1与封隔组件2之间，压力平衡组件5在解封时与传压通道4连通，即通过传压通道4可将封隔组件2下部储层的压力传递至封隔组件2上部，使得封隔组件2在解封时上下压差平衡，有效避免了封隔器在解封时压差导致的损坏现象的发生。
本发明巧妙地将压力平衡组件5布置在上锚定组件1与封隔组件2之间，且通过结合传压通道4实现了解封时封隔组件2的压差平衡，使得封隔器集成有坐封后锚定、解封时平衡压力的功能，其避免了采用液压循环阀等工具需多趟下入的问题，其安全性及可靠性大大提高，且操作简单、效率高，有效满足了超深高温高压井的需求。
如图2所示，压力平衡组件5包括密封套51、移动套52、外筒53及连通孔54。其中，移动套52可轴向移动地套设于密封套51内；外筒53设于移动套52与密封套51外；连通孔54设于移动套52和外筒53上，传压通道4穿设于密封套51及移动套52上。其整体结构紧凑、占用空间小，使得压力平衡组件5与两端的上锚定组件1与封隔组件2直径相同，整体美观性好。
在初始状态时，传压通道4通过连通孔54与封隔组件2上部环空连通。在坐封时，上锚定组件1上端加一定负荷，此时上锚定组件1推动移动套52下移，位于移动套52上的连通孔54移至密封套51内关闭，以保证封隔组件2的可靠坐封。在解封时，上提管柱，上锚定组件1带动移动套52上移，位于移动套52上的连通孔54移出密封套51，此时，传压通道4通过连通孔54与封隔组件2上部环空连通，以达到解封时平衡封隔组件2上下压力、避免了封隔组件2损坏的目的。
进一步地，压力平衡组件5还包括浮动活塞55。浮动活塞55设于移动套52的远离密封套51的一侧，且浮动活塞55位于外筒53内，其结构紧凑。浮动活塞55的设置使得在封隔器压力变化时可动态调节传压通道4的内部压差，保证液体从封隔组件2下部储层向上锚定组件1流动，实现上锚定组件1的可靠锚定。
更进一步地，上锚定组件1包括上接头11、上芯轴12及水力锚本体13。其中，上芯轴12的一端与上接头11连接，上芯轴12的另一端通过短接套14与移动套52连接；此时，移动套52依次通过上接头11、上芯轴12及短接套14的带动上下移动。同时，水力锚本体13套设于上芯轴12外，且水力锚本体13的一端与外筒53连接；在坐封时，当封隔组件2的下部储层压力大于封隔组件2的上部压力时，下部储层压力通过传压通道4传递至水力锚本体13的下部，水力锚本体13的锚爪张开实现锚定。本实施例中，传压通道4穿设于短接套14，以及上芯轴12与水力锚本体13之间。
如图3所示，封隔组件2包括封压胶筒21、两个挤压环22及胶筒芯轴23。其中，两个挤压环22设于的两端，胶筒芯轴23支撑于封压胶筒21和挤压环22的下方。封压胶筒21在挤压环22的作用力下径向凸起挤压井壁，以达到封隔油管与套管的环空、封闭层段的目的。本实施例中，封隔组件2的上部通过连接环24与压力平衡组件5的外筒53连接，以提供封压胶筒21径向凸起的作用力。同时，传压通道4穿设于胶筒芯轴23和连接环24上。
进一步地，封压胶筒21包括胶筒主体及两个保护筒体，两个保护筒体分设于胶筒主体的两端。同时，保护筒体的硬度大于胶筒主体的硬度，其避免了胶筒主体在压缩过程中的挤压破坏，保证了封压可靠性。
本实施例中，下锚定组件3包括锚定锥体31、卡瓦32及抵紧套管内壁的摩擦部件。其中，摩擦部件设于卡瓦32的下方，卡瓦32的内侧滑设于锚定锥体31上，卡瓦32在摩擦部件的反向作用力下移动至锚定锥体31上，以实现封隔器下部锚定、防止封隔器下窜失封的发生。同时，下锚定组件3锚定后形成固定作用点，此时，封压胶筒21在封隔组件2上方的挤压环22的作用力下径向凸起。本实施例中，传压通道4的连通封隔组件2下部储层的一端设于锚定锥体31上。
进一步地，卡瓦32通过导向部件33滑设于锚定锥体31上，导向部件33包括导槽和导向螺钉。其中，导向槽设于卡瓦32上；导向螺钉滑设于导槽内，并设于锚定锥体31上。导向部件33的设置保证了卡瓦32可靠有效锚定。
同时，摩擦部件包括摩擦块34和弹性件35。其中，弹性件35呈压缩状设于摩擦块34内，以提供摩擦块34的抵紧作用力。本实施例中，弹性件35可为板簧或压簧。
本实施例中，超深井用封隔器还包括中心管6，封隔组件2和压力平衡组件5套设于中心管6上，上锚定组件1和下锚定组件3连接于中心管6的两端，其布局紧凑。同时，位于中心管6位置的传压通道4包裹于中心管6外，且依次穿过下锚定组件3、封隔组件2、压力平衡组件5及上锚定组件1的内部，使得传压通道4有效利用了封隔器的内部空间，占用空间小。
本实施例中，在入井过程中，上锚定组件1和下锚定组件3处于收缩状态，摩擦块34被压缩蹭着套管内壁下移；下放封隔器到达坐封位置后，上提、旋转并下压一定载荷，实现封隔器坐封；当作业完成后，上提即可实现解封。本发明的超深井用封隔器可双向锚定、可回收、可重复座封，且可有效平衡胶筒压力。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (9)
1.一种超深井用封隔器，包括从上至下依次设置的上锚定组件、封隔组件及下锚定组件，其特征在于，还包括在坐封后传导封隔组件上下压力的传压通道，以及在解封时调节封隔组件上下压力的压力平衡组件，所述传压通道的一端连通所述封隔组件的下部储层，所述传压通道的另一端延伸至所述上锚定组件内，以提供上锚定组件的锚定作用力；所述压力平衡组件设于所述上锚定组件与所述封隔组件之间，并在解封时与所述传压通道连通，
其中，所述压力平衡组件包括密封套、可轴向移动地套设于密封套内的移动套、设于移动套与密封套外的外筒，以及连通传压通道与封隔组件上部环空的连通孔，所述连通孔设于所述移动套和外筒上；位于所述移动套上的连通孔在坐封时下移至所述密封套内，在解封时上移出所述密封套；所述传压通道穿设于所述密封套及移动套上，
在初始状态时，所述传压通道通过所述连通孔与所述封隔组件的上部环空连通，
在坐封时，在所述上锚定组件的上端施加一定负荷，使得所述上锚定组件推动所述移动套下移，从而位于所述移动套上的连通孔移至所述密封套内关闭，以保证所述封隔组件的坐封；
在解封时，通过上提管柱来使所述上锚定组件带动所述移动套上移，导致位于所述移动套上的连通孔移出所述密封套，由此，所述传压通道通过所述连通孔与所述封隔组件上部环空连通，从而能够在解封时平衡所述封隔组件的上、下压力并避免所述封隔组件损坏。
2.根据权利要求1所述的超深井用封隔器，其特征在于，所述压力平衡组件还包括调节传压通道内部压差的浮动活塞，所述浮动活塞设于所述移动套的远离所述密封套的一侧，并位于所述外筒内。
3.根据权利要求1或2所述的超深井用封隔器，其特征在于，所述上锚定组件包括上接头、上芯轴及水力锚本体，所述上芯轴的一端与所述上接头连接，所述上芯轴的另一端通过短接套与所述移动套驱动连接；所述水力锚本体套设于所述上芯轴外，并与所述外筒连接；所述传压通道穿设于所述短接套，以及所述上芯轴与水力锚本体之间。
4.根据权利要求1或2所述的超深井用封隔器，其特征在于，所述封隔组件包括封压胶筒、设于封压胶筒两端的挤压环，以及支撑于封压胶筒和挤压环下方的胶筒芯轴；所述封隔组件通过连接环与所述压力平衡组件的外筒连接；所述传压通道穿设于所述胶筒芯轴和连接环上。
5.根据权利要求4所述的超深井用封隔器，其特征在于，所述封压胶筒包括胶筒主体及设于所述胶筒主体两端的保护筒体，所述保护筒体的硬度大于所述胶筒主体的硬度。
6.根据权利要求1或2所述的超深井用封隔器，其特征在于，所述下锚定组件包括锚定锥体、卡瓦及抵紧套管内壁的摩擦部件，所述摩擦部件设于所述卡瓦的下方，所述卡瓦的内侧滑设于所述锚定锥体上，所述卡瓦在摩擦部件的反向作用力下移动至所述锚定锥体上；所述传压通道的连通封隔组件下部储层的一端设于所述锚定锥体上。
7.根据权利要求6所述的超深井用封隔器，其特征在于，所述卡瓦通过导向部件滑设于所述锚定锥体上，所述导向部件包括导槽和导向螺钉，所述导向槽设于所述卡瓦上；所述导向螺钉滑设于所述导槽内，并设于所述锚定锥体上。
8.根据权利要求6所述的超深井用封隔器，其特征在于，所述摩擦部件包括摩擦块及提供摩擦块抵紧作用力的弹性件，所述弹性件呈压缩状设于所述摩擦块内。
9.根据权利要求1或2所述的超深井用封隔器，其特征在于，还包括中心管，所述封隔组件和所述压力平衡组件套设于所述中心管上，所述上锚定组件和下锚定组件连接于所述中心管的两端。
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