CN114427372B - 一种环空自动密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种环空自动密封装置，石油工程钻完井领域，包括若干密封单元，所述密封单元围合成环形的结构；所述密封单元包括：弧形的下腔体；所述下腔体内填充有流体；设置在下腔体上方的上腔体，所述上腔体内设置有可膨胀体；其中，所述下腔体受到套管环空压力时，所述流体流入所述上腔体，所述可膨胀体吸收所述流体发生膨胀，从而密封套管环空。本发明可以降低作业成本，确保生产安全，达到彻底消除环空带压现象的目的。

Description

一种环空自动密封装置

技术领域

本发明涉及一种环空自动密封装置，属于石油工程钻完井领域。

背景技术

在石油钻完井过程中，随着生产周期增加，套管中普遍存在环空带压现象，主要是油管和套管泄露，固井时顶替效率低，水泥浆体系配方不合理等，固井后由于地层应力、温度和压力变化，随时间推移引起的其他原因导致水泥环封隔失效。一旦水泥环密封性能失效，就会发生环空带压、井口窜气或层间窜流问题，引发油气田安全生产隐患。目前常用的方法主要包括环空挤入密封剂和周期性泄压消除法，Halliburton、Schlumberger等国外大型石油公司研发了高分子密封剂，从环空挤入以消除环空压力异常现象，但是只提供服务，不卖产品，且价格高昂；适当的干预与介入周期性释放过多的环空带压压力，是临时性降低问题的严重程度，有时候周期性释放过多的环空带压压力后甚至会恶化环空带压，无法起到根本性的治理效果。对于环空带压严重的井通常采用修井作业封堵气体的窜流通道来治理，但是修井作业成本高，水泥难以挤入，操作复杂。目前为止都没有通过套管环空下入自动密封装置来解决这个问题的方法。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题，本发明提出了一种环空自动密封装置，用于固井后下近井口套管环空中，解决生产过程中套管环空带压现象，对油气田开发和安全生产提供保障，设计了在套管环空中用的环空自动密封装置。本发明可以降低作业成本，确保生产安全，达到彻底消除环空带压现象的目的。

本发明提出了一种环空自动密封装置，包括若干密封单元，所述密封单元围合成环形的结构；所述密封单元包括：

弧形的下腔体；所述下腔体内填充有流体；

设置在下腔体上方的上腔体，所述上腔体内设置有可膨胀体；

其中，所述下腔体受到套管环空压力时，所述流体流入所述上腔体，所述可膨胀体吸收所述流体发生膨胀，从而密封套管环空。

本发明的进一步改进在于，所述下腔体的内侧设置有下底板，所述下底板上设置有若干传压孔。

本发明的进一步改进在于，所述下腔体的上端设置有第一挡板，所述第一挡板上设置有破裂盘，在所述下腔体内压力增大到一定值时，所述破裂盘破裂从而形成供所述流体流动的孔洞。

本发明的进一步改进在于，所述下腔体内设置有可移动容器，所述可移动容器将所述下腔体的内部空间分隔成上侧的流体存留仓和下侧的压力推动腔；

其中，所述流体存留仓内充满所述流体，所述压力推动腔通过所述传压孔传递压力，在压力的作用下推动所述可移动容器向上移动从而向所述流体存留仓内施加压力。

本发明的进一步改进在于，所述可移动容器包括分隔板，所述分隔板的边缘设置有与所述下腔体滑动相连的滑动侧壁，所述分隔板上设置有密封的进液管。

本发明的进一步改进在于，所述进液管的端部设置有流体注入口，在组装时将流体通过所述流体注入口注入到流体存留仓内，并通过旋塞密封所述流体注入口。

本发明的进一步改进在于，所述上腔体包括设置在可膨胀体的上端的第二挡板，所述橡胶体内设置有若干固定杆；所述固定杆的两端分别连接所述第一挡板和所述第二挡板。

本发明的进一步改进在于，所述上腔体与所述下腔体之间通过侧板实现密封功能，让流体存留仓中流体只进入可膨胀体中。

本发明的进一步改进在于，所述上腔体和所述下腔体之间错开一定的距离，使所述密封单元的两侧形成卡扣结构。

本发明的进一步改进在于，所述可膨胀体为橡胶体。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的一种环空自动密封装置在使用过程中，一旦发生环空带压，该装置会随着环空压力的增大，可移动容器上移，将里面的盐水挤入该装置上腔中，引发可膨胀橡胶体膨胀，达到密封套管环空的目的，从根本上消除了套管环空带压现象，该装置生产工艺简单，成本低，可以确保套管环空中压力被有效封隔，不会引起相关的生产安全问题，提高了套管环空的完整性。

附图说明

下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：

图1所示为本发明的一个实施例的环空自动密封装置的俯视示意图；

图2所示为本发明的一个实施例的环空自动密封装置的组装结构示意图；

图3所示为本发明的一个实施例的环空自动密封装置的密封状态示意图，显示了在套管环空中密封的状态；

图4所示为本发明的一个实施例的环空自动密封装置的内部结构示意图，显示了弧形剖视结构；

图5所示为本发明的一个实施例的下底板的结构示意图；

图6所示为本发明的一个实施例的第一挡板的结构示意图；

附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

在附图中各附图标记的含义如下：1、密封单元，2、套管，11、下腔体，12、上腔体，13、侧板，111、下底板，112、传压孔，113、可移动容器，114、流体存留仓，115、压力推动腔，116、分隔板，117、进液管，118、流体注入口，119、滑动侧壁，120、可膨胀体，121、第一挡板，122、破裂盘，123、第二挡板，124、固定杆，131、卡口结构，21、套管环空。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的示例性实施例进行进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。

图1示意性地显示了根据本发明的一个实施例的一种环空自动密封装置，其包括若干弧形的密封单元1，所述密封单元1围合成环形的结构，形成所述环空自动密封装置。在本实施例中，如图2所示，密封单元1包括下腔体11。下腔体11为弧形的柱状的结构，其内部填充有流体。在本实施例中，所述流体优选为水或油液。下腔体11的上方设置有上腔体12，上腔体12内设置有可膨胀体120，可膨胀体120可以吸收流体而膨胀。

在根据本实施例所述的环空自动密封装置工作时，如图3所示，套管环空21内的压力增加时，在压力的作用下所述上腔体12内的流体流到上腔体12内，可膨胀体120吸收流体后发生膨胀，膨胀后封堵套管环空21。

在一个实施例中，如图4所示，所述下腔体11的内侧设置有下底板111，所述下底板111上设置有若干传压孔112。优选地，如图5所示，所述下底板111为扇形的结构，其上部的传压孔112以弧形的方式排列成若干排，如图所示的实施例中，传压孔112排成两排。

在一个优选的实施例中，如图4所示，所述下腔体11的上端设置有第一挡板121，所述第一挡板121上设置有若干个破裂盘122，在所述下腔体11内压力增大到一定值时，所述破裂盘122会破裂从而形成孔洞，孔洞能够连通上腔体12和下腔体11，并供所述流体从下腔体11流动到上腔体12(如图6所示)。

在根据本实施例所述的环空自动密封装置中，下腔体11的上下两端分别为下底板111和第一挡板121，下底板111上的传压孔112能够传递压力，当下腔体11的压力增大到一定程度时，破碎盘破裂，从而连通上腔体12和下腔体11。在初始状态时，由于第一挡板121和破裂盘122阻挡流体进入到上腔体12内，避免可膨胀体120提前膨胀造成提前封隔的问题。

在一个实施例中，如图4所示，所述下腔体11内设置有可移动容器113，所述可移动容器113将所述下腔体11的内部空间分隔成上侧的流体存留仓114和下侧的压力推动腔115。其中，所述流体存留仓114内充满所述流体，所述压力推动腔通过所述传压孔112传递压力，在压力的作用下推动所述可移动容器113向上移动从而向所述流体存留仓114内施加压力。

在一个优选的实施例中，所述可移动容器113包括分隔板116，分隔板116水平设置。所述分隔板116的边缘设置有与所述下腔体11滑动相连的滑动侧壁119，滑动侧壁119竖直设置，所述分隔板116上设置有密封的进液管117，进液管117朝下设置。

在使用根据本实施例所述的环空自动密封装置时，可移动容器113将下腔体11封隔出流体存留仓114，由于在安装、下方以及工作的过程中，下腔体11是竖直向下设置的，通过设置可移动容器113避免流体通过传压孔112流出。

在一个实施例中，所述进液管117的端部设置有流体注入口118。在组装本实施例所述环空自动密封装置时，首先将流体通过所述流体注入口118注入到流体存留仓114内，再通过旋塞密封所述流体注入口118。

在一个实施例中，所述上腔体12包括设置在可膨胀体120的上端的第二挡板123，所述橡胶体内设置有若干固定杆124；所述固定杆124的两端分别连接所述第一挡板121和所述第二挡板123。

第二挡板123能够阻挡可膨胀体120沿上方膨胀，固定杆124连接第二挡板123和第一挡板121，能够使第一挡板121和第二挡板123之间保持固定的距离，从而保证可膨胀体120在高度方向向不变。这样，可膨胀体120在体积膨胀的过程中会在水平方向伸展，从而封堵套管环空21。

在一个实施例中，所述上腔体12的上端设置有侧板13，侧板13为弧形板结构，延伸到上腔体的下部，挡住可膨胀体的下部的两侧，实现密封功能，让流体存留仓中流体只进入可膨胀体120中，不会从两侧流出。

在一个优选的实施例中，如图2所示，所述上腔体12和所述下腔体11之间在水平方向上错开一定的距离，使所述密封单元1的两侧形成卡扣结构。在水平方向上的一侧上腔体12向外凸出，下腔体11向内凹进；另一侧上腔体12向内凹进，下腔体11向外凸出。

在组装时，两个相邻的密封单元1的卡口结构131相互卡接，其中一个的密封单元1中上腔体12凸出的部分与另一个密封单元1的下腔体11凸出的部分向对接，从而使两个密封单元1相连。优选地，所述密封单元1的数量为四个，每个密封单元1的弧度为90度，四个密封单元1对接形成圆环形的环空自动密封装置。

在一个优选的实施例中，所述可膨胀体120为橡胶体。

在生产过程中，套管环空21产生压力后，压力通过下底板111传递到可移动容器113下面的压力推动腔115，随着压力聚集增大，推动可移动容器113向上移动，压破第一挡板121中的破裂盘122，流体逐渐进入上腔体12，可膨胀体120遇流体后开始膨胀，将套管环空21压力密封在环空腔中，有效控制环空压力往上到达井口，产生生产和环保风险。本发明的装置制造简单，操作方便，实用可靠，可以显著降低套管环空21压力风险，提高油气田生产作业效率和安全性。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。因此，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和/或修改，根据本发明的实施例作出的变更和/或修改都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种环空自动密封装置，其特征在于，包括若干密封单元（1），所述密封单元（1）围合成环形的结构；所述密封单元（1）包括：

弧形的下腔体（11）；所述下腔体（11）内填充有流体；

设置在下腔体（11）上方的上腔体（12），所述上腔体（12）内设置有可膨胀体（120）；

所述下腔体（11）的内侧设置有下底板（111），所述下底板（111）上设置有若干传压孔（112）；

所述下腔体（11）的上端设置有第一挡板（121），所述第一挡板（121）上设置有破裂盘（122）；

所述下腔体（11）内设置有可移动容器（113），所述可移动容器（113）将所述下腔体（11）的内部空间分隔成上侧的流体存留仓（114）和下侧的压力推动腔（115）；

其中，套管环空（21）产生压力后，压力通过下底板（111）传递到可移动容器（113）下面的压力推动腔（115），随着压力聚集增大，推动可移动容器（113）向上移动，压破第一挡板（121）中的破裂盘（122），流体逐渐进入上腔体（12），可膨胀体（120）遇流体后开始膨胀，将套管环空（21）压力密封在环空腔中，有效控制环空压力往上到达井口。

2.根据权利要求1所述的环空自动密封装置，其特征在于，在所述下腔体（11）内压力增大到一定值时，所述破裂盘（122）破裂从而形成供所述流体流动的孔洞。

3.根据权利要求2所述的环空自动密封装置，其特征在于，

所述流体存留仓（114）内充满所述流体，所述压力推动腔通过所述传压孔（112）传递压力，在压力的作用下推动所述可移动容器（113）向上移动从而向所述流体存留仓（114）内施加压力。

4.根据权利要求3所述的环空自动密封装置，其特征在于，所述可移动容器（113）包括分隔板（116），所述分隔板（116）的边缘设置有与所述下腔体（11）滑动相连的滑动侧壁（119），所述分隔板（116）上设置有密封的进液管（117）。

5.根据权利要求4所述的环空自动密封装置，其特征在于，所述进液管（117）的端部设置有流体注入口（118），在组装时将流体通过所述流体注入口（118）注入到流体存留仓（114）内，并通过旋塞密封所述流体注入口（118）。

6.根据权利要求5所述的环空自动密封装置，其特征在于，所述上腔体（12）包括设置在可膨胀体（120）的上端的第二挡板（123），所述可膨胀体内设置有若干固定杆（124）；所述固定杆（124）的一端连接所述第一挡板（121），另一端连接所述第二挡板（123）。

7.根据权利要求6所述的环空自动密封装置，其特征在于，所述上腔体（12）与所述下腔体（11）之间通过侧板（13）实现密封功能，让流体存留仓中流体只进入可膨胀体（120）中。

8.根据权利要求7所述的环空自动密封装置，其特征在于，所述上腔体（12）和所述下腔体（11）之间错开一定的距离，使所述密封单元（1）的两侧形成卡扣结构。

9.根据权利要求8所述的环空自动密封装置，其特征在于，所述可膨胀体（120）为橡胶体。