CN114198049A - 一种压裂用封隔器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压裂用封隔器，涉及封隔器领域，本发明的技术方案包括上接头、中心管、胶筒、第一胶筒座、第二胶筒座和下接头，所述中心管外套有所述上接头、胶筒、胶筒座和下接头，所述胶筒上端设置上接头和所述胶筒座，所述胶筒的下端设置有胶筒座和下接头，所述胶筒座的下端设有锚定机构，所述锚定机构包括第一连接套、锥体、卡瓦、复位弹簧、卡瓦座、内缸套、外缸套、上活塞、第二连接套和下活塞；采用锚定机构能够防止封隔器封堵后管柱的移动，替代K344型封隔器+水力锚类组合工具，大大节约了工艺管柱成本，可满足多次压裂拖动的需要。

Description

一种压裂用封隔器

技术领域

本发明涉及封隔器领域，特别是涉及一种压裂用封隔器。

背景技术

在石油开采压裂、酸化等井下作业中，压裂封隔器应用比较广泛，一趟管柱压裂次数不多的情况下一般都能满足。但随着近几年水平井压裂、酸化技术的提升，压裂封隔器必须满足多次拖动压裂需要，则对封隔器的性能要求更严，尤其用于水平井压裂拖动要求更高。结构型式有底封拖动压裂封隔器，也有其它结构型式的压裂封隔器配合锚定类工具使用，工具成本较大。目前市场上的常见压裂封隔器K344型在现场应用中总是不能满足用户设计的多次压裂拖动需要，3-5次就出现封隔器损坏或泄露问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种压裂用封隔器，采用锚定机构能够防止封隔器封堵后管柱的移动，替代K344型封隔器+水力锚类组合工具，大大节约了工艺管柱成本，可满足多次压裂拖动的需要。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种压裂用封隔器，包括上接头、中心管、胶筒、第一胶筒座、第二胶筒座和下接头，所述中心管外套有所述上接头、胶筒、胶筒座和下接头，所述胶筒上端设置上接头和所述胶筒座，所述胶筒的下端设置有胶筒座和下接头，其特征在于，

所述胶筒座的下端设有锚定机构，所述锚定机构包括第一连接套、锥体、卡瓦、复位弹簧、卡瓦座、内缸套、外缸套、上活塞、第二连接套和下活塞；

所述第一连接套的上端通过固定座与所述胶筒连接，所述第一连接套的下端固定有所述锥体，所述锥体的下端设有外锥面，所述卡瓦的上端对应所述外锥面设置有内锥面，所述卡瓦的下端与所述卡瓦座固定，所述卡瓦座的下端与所述内缸套固定，所述内缸套内套有复位弹簧，所述内缸套的下端口对接有上活塞，所述上活塞通过第二连接套与所述下活塞连接，所述内缸套、上活塞和下活塞的外部套有外缸套，所述外缸套的下端口设置有所述下接头。

本方案通过锚定机构，防止封隔器封堵后管柱的移动，大大节约了工艺管柱成本，且封隔器两种功能“密封”+“锚定”合二为一，缩短了整个工具长度，也便于封隔器通过井斜段而顺利进入水平井。设置复位弹簧，便于封隔器内部泄压后弹簧很快复位带动卡瓦回收，为下一次管柱拖动压裂提供了保障。

优选地，所述胶筒的两端分别设有复合承压环，所述复合承压环一端为与所述胶筒座连接的固定端，所述复合承压环的另一端为延伸至所述胶筒端部外围的弹性端，所述弹性端向外卷设置。封隔器胶筒工作时复合型承压环撑开保护了胶筒，满足胶筒承受高压的性能要求；因胶筒被保护不易损坏，也就可满足多次压裂拖动的需要。

优选地，所述复合承压环包括内环和外环，所述内环和外环对应所述弹性端分别轴向设有若干开缝槽，在所述内环和外环的所述开缝槽交错排列。能够确保复合承压环具有必要的韧性同时拥有必要的强度。

优选地，所述卡瓦的下端设有弹簧槽，所述弹簧槽内设有弹簧，所述卡瓦座上端设有卡瓦槽，所述卡瓦的下端和所述弹簧一同对接于所述卡瓦槽内。卡瓦可以更加快速方便地与卡瓦座固定配合。

优选地，所述复位弹簧的上端设置有弹簧座，所述弹簧座外设有与所述内缸套配合的防砂圈，所述弹簧座与所述中心管固定。便于更好的将弹簧的上端固定。

优选地，所述上活塞的中上部内壁设有内复合型密封组件，所述上活塞的中部外壁套设有外复合型密封组件，所述下活塞的外侧分别嵌装有第一组合密封圈，所述下活塞的内侧分别嵌装有第二组合密封圈。在封隔器多次压裂拖动工作动态密封中不易损坏，这就延长了封隔器的使用寿命。

优选地，所述内缸套上端外套有下扶正套，所述下扶正套的外径大于胶筒的外径。实现封隔器随压裂管柱进入水平段的扶正功能，因扶正部分外径大于封隔器的胶筒外径，避免胶筒在拖动过程中与套管壁的剐蹭而造成胶筒损坏，从而影响封隔器的使用寿命。

优选地，所述上接头的下端外套有上扶正套，所述上扶正套的外径大于胶筒的外径。实现封隔器随压裂管柱进入水平段的扶正功能，因扶正部分外径大于封隔器的胶筒外径，避免胶筒在拖动过程中与套管壁的剐蹭而造成胶筒损坏，从而影响封隔器的使用寿命。

优选地，所述中心管对应胶筒设有上进液防砂槽，所述中心管对应活塞腔设有下进液防砂槽。避免多次压裂作业的压裂砂或井中的砂粒及杂质进入胶筒内部而影响胶筒回收，和进入封隔器锚定机构活塞腔内影响弹簧复位；这个防砂功能也为封隔器多次拖动压裂提供了保障。

优选地，所述上接头内壁设有与所述中心管接触密封的第二O型圈，所述胶筒的两端分别设有与所述中心管接触密封的第一O型圈。能够提高胶筒两端的密封效果。

本发明的有益效果：

本方案提供了一种带有锚定结构并可满足水平井多次压裂拖动需要的高压封隔器。采用锚定机构能够防止封隔器封堵后管柱的移动，大大节约了工艺管柱成本，且封隔器两种功能“密封”+“锚定”合二为一，缩短了整个工具长度，也便于封隔器通过井斜段而顺利进入水平井。封隔器胶筒工作时复合型承压环撑开保护了胶筒，满足胶筒承受高压的性能要求；因胶筒被保护不易损坏，也就可满足多次压裂拖动的需要。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的其中六幅，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例图1的A局部放大图；

图3为本发明实施例图1的B局部放大图；

图4为本发明实施例图1的C局部放大图；

图5为本发明实施例复合承压环的示意图；

图6为本发明实施例内复合型密封组件的示意图；

其中，上接头1、上扶正套2、胶筒座3、复合承压环4、中心管5、胶筒6、上进液防砂槽7、固定座8、第一连接套9、锥体10、卡瓦11、卡瓦座12、外缸套13、内缸套14、复位弹簧15、上活塞16、第二连接套17、下活塞18、内复合型密封组件19、外复合型密封组件20、第一组合密封圈21、下接头22、内环23、外环24、开缝槽25、防砂圈26、弹簧座27、下进液防砂槽28、第二组合密封圈29、第三组合密封圈30、下扶正套31。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。

实施例

如图1所示，一种压裂用封隔器，包括上接头1、中心管5、胶筒6、第一胶筒座3、第二胶筒座3和下接头22，结合图1所示，所述中心管5外套有所述上接头1、胶筒6、胶筒座3和下接头22，所述胶筒6上端设置上接头1和所述胶筒座3，所述胶筒6的下端设置有胶筒座3和下接头22，其特征在于，

结合图3和图4所示所述胶筒座3的下端设有锚定机构，所述锚定机构包括第一连接套9、锥体10、卡瓦11、复位弹簧15、卡瓦座12、内缸套14、外缸套13、上活塞16、第二连接套17、下活塞18、第一组合密封圈21和第二组合密封圈29；

所述第一连接套9的上端通过固定座8与所述胶筒连接。胶筒具体包括中间的橡胶件和两端的钢件，所述钢件其中一端为与所述橡胶件固定的细轴端，所述细轴端设有若干T型槽，橡胶件的端部外套于所述细轴端，橡胶件的端部通过硫化与钢件粘接在一起，位于橡胶件下端的钢件设置有与固定座8连接的外螺纹。

所述第一连接套9的下端固定有所述锥体10，所述锥体10的下端设有外锥面，所述卡瓦11的上端对应所述外锥面设置有内锥面，所述卡瓦11的下端与所述卡瓦座12固定，所述卡瓦座12的下端与所述内缸套14固定，所述内缸套14内套有复位弹簧15，所述内缸套14的下端口对接有上活塞16，所述上活塞16通过第二连接套17与所述下活塞18连接，所述内缸套14、上活塞16和下活塞18的外部套有外缸套13，所述外缸套13的下端口设置有所述下接头22。

本方案通过锚定机构，防止封隔器封堵后管柱的移动，大大节约了工艺管柱成本，且封隔器两种功能“密封”+“锚定”合二为一，缩短了整个工具长度，也便于封隔器通过井斜段而顺利进入水平井。设置复位弹簧15，便于封隔器内部泄压后弹簧很快复位带动卡瓦11回收，为下一次管柱拖动压裂提供了保障。封隔器在水平井压裂、酸化作业中，经用户多次使用，能满足6～10次拖动压裂需求。

结合图5所示，所述胶筒6的两端分别设有复合承压环4，所述复合承压环4一端为与所述胶筒座3连接的固定端，所述复合承压环4的另一端为延伸至所述胶筒6端部外围的弹性端，所述弹性端向外卷设置。封隔器胶筒6工作时复合型承压环撑开保护了胶筒6，满足胶筒6承受高压的性能要求；因胶筒6被保护不易损坏，也就可满足多次压裂拖动的需要。

所述复合承压环4包括内环23和外环24，所述内环和外环24对应所述弹性端分别轴向设有若干开缝槽25，在所述内环23和外环24的所述开缝槽25交错排列。能够确保复合承压环具有必要的韧性同时拥有必要的强度。

所述卡瓦11的下端设有弹簧槽，所述弹簧槽内设有弹簧，所述卡瓦座12上端设有卡瓦槽，所述卡瓦11的下端和所述弹簧一同对接于所述卡瓦槽内。卡瓦11更加快速方便地与卡瓦座12固定配合。

所述复位弹簧15的上端设置有弹簧座27，所述弹簧座27外设有与所述内缸套14配合的防砂圈26，所述弹簧座27与所述中心管5固定。便于更好的将弹簧的上端固定。

结合图6所示，所述上活塞16的中上部内壁设有内复合型密封组件19，所述上活塞16的中部外壁套设有外复合型密封组件20，所述下活塞18的内外分别嵌装有第一组合密封圈21和第二组合密封圈29。在封隔器多次压裂拖动工作动态密封中不易损坏，这就延长了封隔器的使用寿命。

所述内缸套14上端外套有下扶正套31，所述下扶正套31的外径大于胶筒6的外径。实现封隔器随压裂管柱进入水平段的扶正功能，因扶正部分外径大于封隔器的胶筒6外径，避免胶筒6在拖动过程中与套管壁的剐蹭而造成胶筒6损坏，从而影响封隔器的使用寿命。

所述上接头1的下端外套有上扶正套2，所述上扶正套2的外径大于胶筒6的外径。实现封隔器随压裂管柱进入水平段的扶正功能，因扶正部分外径大于封隔器的胶筒6外径，避免胶筒6在拖动过程中与套管壁的剐蹭而造成胶筒6损坏，从而影响封隔器的使用寿命。

所述中心管5对应胶筒6设有上进液防砂槽7，所述中心管5对应活塞腔设有下进液防砂槽28。上进液防砂槽是进液促使胶筒径向胀大实现油套环密封，下进液防砂槽用来进液推动卡瓦实施锚定。避免多次压裂作业的压裂砂或井中的砂粒及杂质进入胶筒6内部而影响胶筒6回收，和进入封隔器锚定机构活塞腔内影响弹簧复位；这个防砂功能也为封隔器多次拖动压裂提供了保障。活塞腔即上活塞和下活塞所处的空间。上进液防砂槽7和下进液防砂槽28为宽0.2mm或者0.3mm的轴向均布长槽，用来挡粒径0.2mm或者0.3mm的砂粒与杂质等。

所述上接头1内壁设有与所述中心管5接触密封的第二O型圈，所述胶筒6的两端分别设有与所述中心管5接触密封的第一O型圈。能够提高胶筒6两端的密封效果。

本方案采用锚定机构能够防止封隔器封堵后管柱的移动，替代K344型封隔器+水力锚类组合工具，大大节约了工艺管柱成本，且封隔器两种功能“密封”+“锚定”合二为一，缩短了整个工具长度，也便于封隔器通过井斜段而顺利进入水平井。封隔器胶筒6工作时复合型承压环撑开保护了胶筒6，满足胶筒6承受高压的性能要求；因胶筒6被保护不易损坏，也就可满足多次压裂拖动的需要。

封隔器工作原理及压裂施工过程描述

(1)封隔器连接到压裂管柱上，下到井下设计层位后，向油管内泵液压，当中心管5内压力高于套管压力0.5-3MPa时，封隔器坐封启动，继续泵压高于3MPa，封隔器胶筒6径向胀大密封于油、套环空起封隔作用；同时液压将剪钉剪断，推动上活塞16组件向弹簧端运行，促使卡瓦11伸出锚定在套管内壁，防止管柱移动。至此封隔器整个坐封、锚定完成。

(2)根据现场工艺安排，进行封隔段该层位的第一次压裂施工。

(3)本层位压裂施工结束，管柱内泄压，封隔器胶筒6回收，弹簧复位卡瓦11回收，封隔器解封。随管柱拖动进入上一个层位进行坐封、锚定，对该层位段进行第二次压裂施工。

(4)依照上述方法，依次进行工艺管柱设计多层位的第三次压裂、第四次压裂、第五次压裂等多次压裂施工需要。

(5)当最后一次压裂结束施工后，管柱内泄压，封隔器胶筒6及卡瓦11回收，完成解封。上提管柱封隔器即可起出井口。

产品的连接方式

(一)胶筒6组合件的安装：胶筒6两端内孔两组密封槽内分别嵌入第一O型圈，将复合型承压环(内环23和外环24的开缝槽25交错排列)安装到胶筒6一端外圆上，再套上胶筒座3，用固定螺钉将胶筒座3与复合型承压环固定；相同方法将胶筒6另一端的复合型承压环及胶筒座3组装上。并将胶筒6组合件套至中心管5靠近上接头1一端的外圆上。

(二)将上接头1内孔两个密封槽内嵌入第二O型圈，较大外圆上套上上扶正套2，上接头1内螺纹与中心管5的一端外螺纹连接上紧。

(三)将第一连接套9内螺纹连接到中心管5中部外螺纹上，固定座8内孔套至第一连接套9外圆上，固定座8内螺纹连接到胶筒6端部钢件的外螺纹上并连接到位；将锥体10套至中心管5外圆上，内部螺纹与第一连接套9外螺纹连接上紧。

(四)卡瓦11与卡瓦座12组件的安装：卡瓦11的弹簧槽内安装弹簧后一同安装至卡瓦座12的卡瓦槽内，同样的几组卡瓦11均组装至卡瓦座12上，将此组合件套上中心管5的外圆拉至锥体10附近。

(五)弹簧座27外槽置入防砂圈26，小径端短轴外圆套上复位弹簧15，两件一同安装至内缸套14内孔中，通过内缸套14上工艺孔将弹簧座27内螺纹连接到中心管5的中下部外螺纹上；将卡瓦11与卡瓦座12组件拉至内缸套14处，卡瓦座12与内缸套14内外螺纹连接上紧。

(六)上活塞16、下活塞18组件的安装：将上活塞16的内孔中置入内复合型密封组件19后与上活塞16第二连接套17螺纹连接上紧，上活塞16的中部外圆上套上外复合型密封组件20，将此组合件套上中心管5后与内缸套14螺纹连接上紧，螺纹连接处上好防松销钉；下活塞18的内外密封槽分别嵌入组合第一组合密封圈21和第二组合密封圈29后套上中心管5，通过剪钉与上活塞16第二连接套17进行孔轴连接。

(七)下接头22的内部密封槽内嵌入第三组合密封圈30后与中心管5另一端螺纹连接上紧；将下扶正套31与外缸套13螺纹连接上紧，防砂圈置入下扶正套31的内槽中(此处防砂圈和弹簧座处的防砂圈的规格不一样，以实际适用的尺寸为准)，将此组件套上下接头22外圆台阶处并套至内缸套14外圆上；将并帽螺纹连接到下接头22上；

(八)最后将封隔器外部各螺纹连接处、上下扶正体处组装上防松螺钉。上述实施例不应以任何方式限制本发明，凡采用等同替换或等效转换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种压裂用封隔器，包括上接头(1)、中心管(5)、胶筒(6)、胶筒座(3)和下接头(22)，所述中心管(5)外套有所述上接头(1)、胶筒(6)、胶筒座(3)和下接头(22)，所述胶筒(6)上端设置上接头(1)和所述胶筒座(3)，所述胶筒(6)的下端设置有胶筒座(3)和下接头(22)，其特征在于，

所述胶筒座(3)的下端设有锚定机构，所述锚定机构包括第一连接套(9)、锥体(10)、卡瓦(11)、复位弹簧(15)、卡瓦座(12)、内缸套(14)、外缸套(13)、上活塞(16)、第二连接套(17)和下活塞(18)；

所述第一连接套(9)的上端通过固定座(8)与所述胶筒(6)连接，所述第一连接套(9)的下端固定有所述锥体(10)，所述锥体(10)的下端设有外锥面，所述卡瓦(11)的上端对应所述外锥面设置有内锥面，所述卡瓦(11)的下端与所述卡瓦座(12)固定，所述卡瓦座(12)的下端与所述内缸套(14)固定，所述内缸套(14)内套有复位弹簧(15)，所述内缸套(14)的下端口对接有上活塞(16)，所述上活塞(16)通过第二连接套(17)与所述下活塞(18)连接，所述内缸套(14)、上活塞(16)和下活塞(18)的外部套有外缸套(13)，所述外缸套(13)的下端口设置有所述下接头(22)。

2.根据权利要求1所述的一种压裂用封隔器，其特征在于：所述胶筒(6)的两端分别设有复合承压环(4)，所述复合承压环(4)一端为与所述胶筒座(3)连接的固定端，所述复合承压环(4)的另一端为延伸至所述胶筒(6)端部外围的弹性端，所述弹性端向外卷设置。

3.根据权利要求2所述的一种压裂用封隔器，其特征在于：所述复合承压环(4)包括内环(23)和外环(24)，所述内环(23)和外环(24)对应所述弹性端分别轴向设有若干开缝槽(25)，在所述内环(23)和外环(24)的所述开缝槽(25)交错排列。

4.根据权利要求3所述的一种压裂用封隔器，其特征在于：所述卡瓦(11)的下端设有弹簧槽，所述弹簧槽内设有弹簧，所述卡瓦座(12)上端设有卡瓦槽，所述卡瓦(11)的下端和所述弹簧一同对接于所述卡瓦槽内。

5.根据权利要求4所述的一种压裂用封隔器，其特征在于：所述复位弹簧(15)的上端设置有弹簧座(27)，所述弹簧座(27)外设有与所述内缸套(14)配合的防砂圈(26)，所述弹簧座(27)与所述中心管(5)固定。

6.根据权利要求1所述的一种压裂用封隔器，其特征在于：所述上活塞(16)的中上部内壁设有内复合型密封组件(19)，所述上活塞(16)的中部外壁套设有外复合型密封组件(20)，所述下活塞(18)的外侧分别嵌装有第一组合密封圈(21)，所述下活塞(18)的内侧分别嵌装有第二组合密封圈(29)。

7.根据权利要求1所述的一种压裂用封隔器，其特征在于：所述内缸套(14)上端外套有下扶正套(31)，所述下扶正套(31)的外径大于胶筒(6)的外径。

8.根据权利要求7所述的一种压裂用封隔器，其特征在于：所述上接头(1)的下端外套有上扶正套(2)，所述上扶正套(2)的外径大于胶筒(6)的外径。

9.根据权利要求1所述的一种压裂用封隔器，其特征在于：所述中心管(5)对应胶筒(6)设有上进液防砂槽(7)，所述中心管(5)对应活塞腔设有下进液防砂槽(28)。

10.根据权利要求1所述的一种压裂用封隔器，其特征在于：所述上接头(1)内壁设有与所述中心管(5)接触密封的第二O型圈，所述胶筒(6)的两端分别设有与所述中心管(5)接触密封的第一O型圈。

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