CN113417595A - 一种锚定封隔器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锚定封隔器，一种锚定封隔器包括上接头、上挡帽、洗井套、解封剪钉、平衡活塞、控制活塞、洗井活塞、上外中心管、内中心管、下外中心管、Ⅰ级坐封活塞、连接套、锁环座、缸套、Ⅱ级坐封活塞、中心管锁块、坐封剪钉、锥体锁块、上锥体、卡瓦套、下锥体、防扭键套、下接头。所述的上接头、内中心管通过螺纹连接；上挡帽与洗井套螺纹连接，安装于上接头外，可滑动；洗井套和上接头通过解封剪钉相连接；洗井套与内中心管的环形空间内安装有平衡活塞和控制活塞；洗井套与控制活塞的环形空间内安装有洗井活塞；洗井套与上外中心管螺纹连接。该发明具有功能全面，实现可洗井、双活塞坐封及安全控制、锚定及锚定助解等功能的同时，保证足够内通径。

Description

一种锚定封隔器及其使用方法

技术领域

本发明涉及油田采油领域中注水用封隔器，尤其是锚定封隔器，具体涉及一种锚定封隔器及其使用方法。

背景技术

注水管柱受压力效应、温度效应及工况变化等因素影响会产生蠕动，造成封隔器密封性能下降甚至失效，在高压深井中尤其明显。锚定式封隔器具备锚定和密封功能，可以承受较高的压力，性能优越，应用于高压深井分层注水中可以防止管柱蠕动，延长寿命。

CN202010018549.9，公开了一种油田用双向锚定封隔器，包括上接头，所述上接头的内部固定连接有上中间管，所述上接头的中部活动套接有环形活塞，所述环形活塞的内环与上中间管活动套接，所述环形活塞的底端活动连接有滑套，所述滑套的底端螺纹连接有封隔套，所述封隔套的螺纹连接端与滑套之间卡接有锁紧环，所述锁紧环的内部活动套接有锁紧器。通过环形活塞、坐封剪钉、上下中间管、下锥体、卡瓦、卡瓦套的设置，使得封隔器在下井过程中受到的力都通过剪钉及下锥体作用到下中间管以及管柱上，无论怎样碰撞，或者在负压下掉落，都不会将力作用到卡瓦上而使卡瓦张开造成中途坐封，解决了封隔器提前坐封的问题。

CN202010198662.X，公开了一种支撑式无锚定管柱的安装结构及所采用的油管支撑封隔器，安装结构为依次安装在套管内的调距器、油管、油管支撑封隔器、配水器、洗井单向凡尔、筛管和密封接头；采用的油管支撑封隔器包括接箍、上中心管、上刚性扶正机构、上弹性扶正机构、洗井凡尔组件、坐封环组件、坐封驱动组件、下弹性扶正机构和下刚性扶正机构。本发明的优点是：管柱在下井后下端直接支撑在井底，上端固定在井口，管柱的受力状态是受压状态，不会因井深过深产生的因力变力变化而使管柱伸缩，所以封隔器胶筒不会磨损；取消了锚定封隔器和支撑卡瓦等直接支撑在套管内壁的设施，不会发生无法提出的问题；取消了解封剪钉，不会发生无法解封或解封困难的问题。

CN201911282773.2，公开了一种双液压双向锚定封隔器。其技术方案是：上接头与中心管上端通过解封剪钉连接，中心管的下端连接下接头，中心管内的第一液压出口的外侧套有密封活塞，密封活塞的上侧与锁簧压帽连接，锁簧压帽通过座封剪钉与上接头连接，锁簧压帽内设有锁簧；所述第二液压出口的外侧套有密封套和补偿式胶筒补管，密封套的上端与密封活塞接触，下端与胶筒上压套连接，胶筒上压套的下侧设有胶筒，胶筒的下侧与胶筒下压套配合，所述胶筒下压套的下部通过上锥体与卡瓦套内的板簧配合，使卡瓦伸出与变形套管接触固定。其有益效果是：其外径减小，内通径增大，使封隔器在变形套管的使用得以实现，节省了变形套管的修复作业和费用，延长了油井的使用寿命。

CN201821692958.1，公开了一种自锚定封隔器，包括上接头、下接头以及两端分别与上、下接头螺纹连接的中心管，所述中心管上设置有上锁紧机构和下锚定机构，上锁紧机构包括连接在上接头外侧的外缸套，中心管设有台阶，所述台阶上设有上下延伸的传压槽，台阶上侧挡止装配有锥体帽，锥体帽上固定连接有锥体，锥体与中心管间隙配合以形成锥体传压通道，中心管于台阶上侧、锥体帽内侧套装有胶筒套，胶筒套与中心管间隙配合，胶筒套上套装有胶筒，中心管与外缸套之间装配有活塞组件，活塞组件具有上承压面，锥体传压通道、传压槽、胶筒套传压通道依次贯通以将胶筒下侧地层压力传导至上承压面上而推动活塞组件的活塞下行压缩胶筒。本发明防止了封隔器锚定松动。

但是上述锚定封隔器用于高压分层注水中还存在以下问题：

(1)用于高压分层注水中功能不够全面，无法在封隔器内径尺寸不变的条件下同时满足洗井、单向高承压、双向锚定、锚定助解的要求。

(2)没有锚定助解功能，长期注水过程中工具结垢造成卡瓦无法收回，遇卡几率高，增加了作业费用。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术不足而提供一种锚定封隔器，该封隔器用于高压分层注水，保证分层注水管柱可靠锚定和分层密封，实现洗井、锚定密封的同时，还能够提高封隔器的解锚性能。

技术方案：一种锚定封隔器，该封隔器包括：

上接头、上挡帽、洗井套、解封剪钉、平衡活塞、控制活塞、洗井活塞、上外中心管、内中心管、下外中心管、Ⅰ级坐封活塞、连接套、锁环座、缸套、Ⅱ级坐封活塞、中心管锁块、坐封剪钉、锥体锁块、上锥体、卡瓦套、下锥体、防扭键套、下接头。

所述的上接头、内中心管通过螺纹连接；上挡帽与洗井套螺纹连接，安装于上接头外，可滑动；洗井套和上接头通过解封剪钉相连接；洗井套与内中心管的环形空间内安装有平衡活塞和控制活塞；洗井套与控制活塞的环形空间内安装有洗井活塞；洗井套与上外中心管螺纹连接；内中心管外面安装下外中心管；上外中心管与下外中心管螺纹连接；上外中心管与下外中心管外面安装Ⅰ级坐封活塞。

所述的下外中心管外部安装有连接套；连接套上端与Ⅰ级坐封活塞螺纹连接，下端与锁环座螺纹连接；缸套与下外中心管的环形空间内安装有Ⅱ级坐封活塞。

所述的下外中心管与上中心管通过中心管锁块连接；缸套与上锥体螺纹连接；Ⅱ级坐封活塞与上锥体通过坐封剪钉连接；上锥体与下外中心管通过锥体锁块连接；上锥体与卡瓦套螺纹连接。

所述的下外中心管与卡瓦套的环形空间内安装有下锥体；下锥体与防扭键套螺纹连接；防扭键套与下接头螺纹连接。

作为本发明中一种锚定封隔器的一种优选方案：所述的洗井活塞安装有密封环；优选地，所述的上外中心管外面安装胶筒。

作为本发明中一种锚定封隔器的一种优选方案：所述的Ⅰ级坐封活塞与下外中心管的环形空间内安装有固定活塞；更优选地，所述的固定活塞与下外中心管螺纹连接。

作为本发明中一种锚定封隔器的一种优选方案：所述的锁环座与缸套螺纹连接处的空隙内安装有坐封锁环。

作为本发明中一种锚定封隔器的一种优选方案：所述的Ⅱ级坐封活塞外部表面有锁紧螺纹。

作为本发明中一种锚定封隔器的一种优选方案：所述的上锥体与下外中心管的环形空间内安装有卡瓦；更优选地，所述的卡瓦与卡瓦套的环形空间内安装有片弹簧。

作为本发明中一种锚定封隔器的一种优选方案：所述的下锥体与防扭键套螺纹连接间隙处安装助解锁环。

作为本发明中一种锚定封隔器的一种优选方案：所述的防扭键套、下接头与内中心管的环形空间内安装锁块环；更优选地，所述的锁块环与下接头通过解封锁块连接。

本发明另一个目的提供一种锚定封隔器的使用方法，具体包括以下步骤：

(1)、封隔器坐封

封隔器随管柱一起下入井中，管柱内打压，液体通过内中心管上的上进液孔进入，作用在控制活塞和洗井活塞上，封闭洗井通道；同时液体通过内中心管上的下进液孔进入，分别作用在Ⅰ级坐封活塞和Ⅱ级坐封活塞上，Ⅰ级坐封活塞上行压缩胶筒，另外Ⅱ级坐封活塞上行，使坐封剪钉剪断，让出空间使锥体锁块释放，当Ⅱ级坐封活塞顶端与连接套的扩径处接触后，带动连接套、Ⅰ级坐封活塞上行，进一步压缩胶筒，完成封隔器坐封。

(2)、封隔器锚定

封隔器坐封后，坐封锁环与Ⅱ级坐封活塞上的螺纹扣在一起，使Ⅱ级坐封活塞无法相对锁环座、坐封锁环、缸套下移，当管柱内压力卸掉后，封隔器仍处于密封状态；同时锥体锁块释放后，上锥体与下外中心管解除固定，上锥体在液压力作用下下行，推动卡瓦压缩片弹簧径向运动，卡瓦与套管接触并锚定在套管上，此时中心管锁块被释放，内中心管与下外中心管解除固定。

(3)、封隔器解封

上提管柱带动上接头、内中心管上行，剪断解封剪钉，此时在胶筒回弹力的作用下，上挡帽、洗井套、上外中心管上行，封隔器解封；同时解封锁块被释放，下接头和防扭键套解除固定，卡瓦套、下锥体、防扭键套、下接头可相对封隔器其余部件发生轴线反向运动；当管柱上提时，带动下外中心管上行，下外中心管下端的螺纹扣与助解锁环作用在一起，如果卡瓦未收回，则下放管柱，封隔器以上管柱的重量通过下外中心管、助解锁环传递到下锥体上，使下锥体带动卡瓦套、防扭键套、下接头下行，卡瓦收回，与套管不再接触，封隔器解除锚定。

有益效果：本发明公开了一种锚定封隔器具有以下有益效果：

(1)功能全面，实现可洗井、双活塞坐封及安全控制、锚定及锚定助解等功能的同时，保证足够内通径。

(2)设计锚定助解机构，利用管柱重力解除锚定，提高了后期作业效率。

(3)采用以下三种方式的复杂巧妙组合，减少占用径向空间并控制各运动部件沿轴线方向有序运动，从而实现安全下井以及坐封、解封、锚定、解锚功能互不干扰：①通过多个锁块错位嵌套限制运动部件沿轴线自由运动；②通过凸台结构控制运动部件沿轴向单向运动；③通过“剪钉+滑动密封+凹槽(或形成释放空间)”组合控制锁块释放。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

其中：

1—上接头 2—上挡帽

3—洗井套 4—解封剪钉

5—平衡活塞 6—控制活塞

7—洗井活塞 8—密封环

9—上外中心管 10—内中心管

11—胶筒 12—下外中心管

13—Ⅰ级坐封活塞 14—固定活塞

15—连接套 16—锁环座

17—坐封锁环 18—缸套

19—Ⅱ级坐封活塞 20—中心管锁块

21—坐封剪钉 22—锥体锁块

23—上锥体 24—卡瓦套

25—片弹簧 26—卡瓦

27—下锥体 28—助解锁环

29—防扭键套 30—下接头

31—解封锁块 32—锁块环。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

参见附图1，一种锚定封隔器，该封隔器包括上接头1、上挡帽2、洗井套3、解封剪钉4、平衡活塞5、控制活塞6、洗井活塞7、上外中心管9、内中心管10、下外中心管12、Ⅰ级坐封活塞13、连接套15、锁环座16、缸套18、Ⅱ级坐封活塞19、中心管锁块20、坐封剪钉21、锥体锁块22、上锥体23、卡瓦套 24、下锥体27、防扭键套29、下接头30。

其中，上接头1、内中心管10通过螺纹连接；上挡帽2与洗井套3螺纹连接，安装于上接头1外，可滑动；洗井套3和上接头1通过解封剪钉4相连接；洗井套3与内中心管10的环形空间内安装有平衡活塞5和控制活塞6；洗井套3与控制活塞6的环形空间内安装有洗井活塞7；洗井套3与上外中心管9螺纹连接；洗井活塞7与上外中心管9可形成接触密封；内中心管10 外面安装下外中心管12；上外中心管9与下外中心管12螺纹连接；上外中心管9与下外中心管12外面安装Ⅰ级坐封活塞13；Ⅰ级坐封活塞13与下外中心管12形成密封且可滑动。

下外中心管12外部安装有连接套15；连接套15上端与Ⅰ级坐封活塞13螺纹连接，下端与锁环座16螺纹连接；缸套18与下外中心管12的环形空间内安装有Ⅱ级坐封活塞19；下外中心管12与上中心管10通过中心管锁块20连接；缸套18与上锥体 23螺纹连接；Ⅱ级坐封活塞19与上锥体23通过坐封剪钉21连接；上锥体23与下外中心管12通过锥体锁块22连接；上锥体 23与卡瓦套24螺纹连接；下外中心管12与卡瓦套24的环形空间内安装有下锥体27；下锥体27与防扭键套29螺纹连接；防扭键套29与下接头30螺纹连接。

进一步，洗井活塞7安装有密封环8；所述的上外中心管9 外面安装胶筒11。

进一步，Ⅰ级坐封活塞13与下外中心管12的环形空间内安装有固定活塞14；优选地，所述的固定活塞14与下外中心管12 螺纹连接。

进一步，Ⅱ级坐封活塞19外部表面有锁紧螺纹，可与坐封锁环17实现单向锁紧防退。

进一步，上锥体23与下外中心管12的环形空间内安装有卡瓦26，优选地，所述的卡瓦26与卡瓦套24的环形空间内安装有片弹簧25。

进一步，下锥体27与防扭键套29螺纹连接间隙处安装助解锁环28。

进一步，防扭键套29、下接头30与内中心管10的环形空间内安装锁块环32；优选地，所述的锁块环32与下接头30通过解封锁块31连接。

一种锚定封隔器的使用方法，具体步骤如下：

(1)、封隔器坐封

封隔器随管柱一起下入井中，管柱内打压，液体通过内中心管10上的上进液孔进入，作用在控制活塞6和洗井活塞7上，封闭洗井通道；同时液体通过内中心管10上的下进液孔进入，分别作用在Ⅰ级坐封活塞13和Ⅱ级坐封活塞19上，Ⅰ级坐封活塞13上行压缩胶筒11，另外Ⅱ级坐封活塞19上行，使坐封剪钉21剪断，让出空间使锥体锁块22释放，当Ⅱ级坐封活塞顶端与连接套15的扩径处接触后，带动连接套15、Ⅰ级坐封活塞13 上行，进一步压缩胶筒11，完成封隔器坐封。

(2)、封隔器锚定

封隔器坐封后，坐封锁环17与Ⅱ级坐封活塞19上的螺纹扣在一起，使Ⅱ级坐封活塞19无法相对锁环座16、坐封锁环17、缸套18下移，当管柱内压力卸掉后，封隔器仍处于密封状态；同时锥体锁块22释放后，上锥体23与下外中心管12解除固定，上锥体23在液压力作用下下行，推动卡瓦26压缩片弹簧25径向运动，卡瓦26与套管接触并锚定在套管上，此时中心管锁块 20被释放，内中心管10与下外中心管12解除固定。

(3)、封隔器解封

上提管柱带动上接头1、内中心管10上行，剪断解封剪钉4，此时在胶筒回弹力的作用下，上挡帽2、洗井套3、上外中心管 9上行，封隔器解封；同时解封锁块31被释放，下接头30和防扭键套29解除固定，卡瓦套24、下锥体27、防扭键套29、下接头30可相对封隔器其余部件发生轴线反向运动；当管柱上提时，带动下外中心管12上行，下外中心管12下端的螺纹扣与助解锁环28作用在一起，如果卡瓦未收回，则下放管柱，封隔器以上管柱的重量通过下外中心管12、助解锁环28传递到下锥体 27上，使下锥体27带动卡瓦套24、防扭键套29、下接头30下行，卡瓦26收回，与套管不再接触，封隔器解除锚定。

本发明的锚定封隔器具有：功能全面，实现可洗井、双活塞坐封及安全控制、锚定及锚定助解等功能的同时，保证足够内通径；设计锚定助解机构，利用管柱重力解除锚定，提高了后期作业效率；采用以下三种方式的复杂巧妙组合，减少占用径向空间并控制各运动部件沿轴线方向有序运动，从而实现安全下井以及坐封、解封、锚定、解锚功能互不干扰：①通过多个锁块错位嵌套限制运动部件沿轴线自由运动；②通过凸台结构控制运动部件沿轴向单向运动；③通过“剪钉+滑动密封+凹槽(或形成释放空间)”组合控制锁块释放。

本发明的锚定封隔器可用于高压分层注水，保证分层注水管柱可靠锚定和分层密封，实现洗井、锚定密封的同时，还能够提高封隔器的解锚性能。因此应用前景广阔。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (13)

1.一种锚定封隔器，其特征在于，所述的封隔器包括：

上接头、上挡帽、洗井套、解封剪钉、平衡活塞、控制活塞、洗井活塞、上外中心管、内中心管、下外中心管、Ⅰ级坐封活塞、连接套、锁环座、缸套、Ⅱ级坐封活塞、中心管锁块、坐封剪钉、锥体锁块、上锥体、卡瓦套、下锥体、防扭键套、下接头；

其中，所述的上接头、内中心管通过螺纹连接；上挡帽与洗井套螺纹连接，安装于上接头外，可滑动；洗井套和上接头通过解封剪钉相连接；洗井套与内中心管的环形空间内安装有平衡活塞和控制活塞；洗井套与控制活塞的环形空间内安装有洗井活塞；洗井套与上外中心管螺纹连接；内中心管外面安装下外中心管；上外中心管与下外中心管螺纹连接；上外中心管与下外中心管外面安装Ⅰ级坐封活塞；

所述的下外中心管外部安装有连接套；连接套上端与Ⅰ级坐封活塞螺纹连接，下端与锁环座螺纹连接；缸套与下外中心管的环形空间内安装有Ⅱ级坐封活塞；所述的下外中心管与上中心管通过中心管锁块连接；缸套与上锥体螺纹连接；Ⅱ级坐封活塞与上锥体通过坐封剪钉连接；上锥体与下外中心管通过锥体锁块连接；上锥体与卡瓦套螺纹连接；所述的下外中心管与卡瓦套的环形空间内安装有下锥体；下锥体与防扭键套螺纹连接；防扭键套与下接头螺纹连接。

2.如权利要求1所述的一种锚定封隔器，其特征在于：所述的洗井活塞安装有密封环。

3.如权利要求1所述的一种锚定封隔器，其特征在于：所述的上外中心管外面安装胶筒。

4.如权利要求1所述的一种锚定封隔器，其特征在于：所述的Ⅰ级坐封活塞与下外中心管的环形空间内安装有固定活塞。

5.如权利要求4所述的一种锚定封隔器，其特征在于：所述的固定活塞与下外中心管螺纹连接。

6.如权利要求1所述的一种锚定封隔器，其特征在于：所述的锁环座与缸套螺纹连接处的空隙内安装有坐封锁环。

7.如权利要求1所述的一种锚定封隔器，其特征在于：所述的Ⅱ级坐封活塞外部表面有锁紧螺纹。

8.如权利要求1所述的一种锚定封隔器，其特征在于：所述的上锥体与下外中心管的环形空间内安装有卡瓦。

9.如权利要求8所述的一种锚定封隔器，其特征在于：所述的卡瓦与卡瓦套的环形空间内安装有片弹簧。

10.如权利要求1所述的一种锚定封隔器，其特征在于：所述的下锥体与防扭键套螺纹连接间隙处安装助解锁环。

11.如权利要求1所述的一种锚定封隔器，其特征在于：所述的防扭键套、下接头与内中心管的环形空间内安装锁块环。

12.如权利要求11所述的一种锚定封隔器，其特征在于：所述的锁块环与下接头通过解封锁块连接。

13.如权利要求1-12任一项权利要求所述的一种锚定封隔器的使用方法，其特征在于：所述的使用方法具体包括以下步骤：

(1)、封隔器坐封

封隔器随管柱一起下入井中，管柱内打压，液体通过内中心管上的上进液孔进入，作用在控制活塞和洗井活塞上，封闭洗井通道；同时液体通过内中心管上的下进液孔进入，分别作用在Ⅰ级坐封活塞和Ⅱ级坐封活塞上，Ⅰ级坐封活塞上行压缩胶筒，另外Ⅱ级坐封活塞上行，使坐封剪钉剪断，让出空间使锥体锁块释放，当Ⅱ级坐封活塞顶端与连接套的扩径处接触后，带动连接套、Ⅰ级坐封活塞上行，进一步压缩胶筒，完成封隔器坐封；

(2)、封隔器锚定

封隔器坐封后，坐封锁环与Ⅱ级坐封活塞上的螺纹扣在一起，使Ⅱ级坐封活塞无法相对锁环座、坐封锁环、缸套下移，当管柱内压力卸掉后，封隔器仍处于密封状态；同时锥体锁块释放后，上锥体与下外中心管解除固定，上锥体在液压力作用下下行，推动卡瓦压缩片弹簧径向运动，卡瓦与套管接触并锚定在套管上，此时中心管锁块被释放，内中心管与下外中心管解除固定；

(3)、封隔器解封

上提管柱带动上接头、内中心管上行，剪断解封剪钉，此时在胶筒回弹力的作用下，上挡帽、洗井套、上外中心管上行，封隔器解封；同时解封锁块被释放，下接头和防扭键套解除固定，卡瓦套、下锥体、防扭键套、下接头可相对封隔器其余部件发生轴线反向运动；当管柱上提时，带动下外中心管上行，下外中心管下端的螺纹扣与助解锁环作用在一起，如果卡瓦未收回，则下放管柱，封隔器以上管柱的重量通过下外中心管、助解锁环传递到下锥体上，使下锥体带动卡瓦套、防扭键套、下接头下行，卡瓦收回，与套管不再接触，封隔器解除锚定。

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