CN115182701A - 气体密封工具及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种气体密封工具及方法，属于气驱及气田开发工程技术领域。本申请实施例提供的技术方案，通过设置桥塞，便于坐封在套管中，通过在插管中设置第一密封圈，在将插管下入桥塞的过程中，第一密封圈处于未被挤压的状态，因此，与外侧的桥塞内壁之间不会产生摩擦，便于插管的下放，在将插管下到位置之后，使插管中的管体基于自身重力压缩第一密封圈，使第一密封圈受到压力后向外扩展，对桥塞内壁施加压力，从而使该插管固定在桥塞中，从而对油套环空进行密封，在使用完毕后，只需上提插管，桥塞可以留存在套管内而不影响后续的工作，也即是无需对桥塞进行解封操作，避免了由于工具解封困难而增加作业难度、提高作业成本和延长完井周期。
Description
技术领域
本申请涉及气驱及气田开发工程技术领域，特别涉及一种气体密封工具及方法。
背景技术
在注气井及采气井的完井施工过程中，通常需要气体密封工具对油套环空进行密封，基于气体密封工具，将油套环空封隔成多个彼此隔绝的空间，从而进行修井工作，在完井时，将密封工具解封提出即可。
目前通常使用的气体密封工具是封隔器，封隔器上设有锚爪和胶筒，通过将封隔器下放到井内的油套环空中，封隔器的锚爪可以固定在套管内壁上，通过胶筒可以密封油套环空。然而，解封封隔器时，由于井况复杂、封隔器与套管之间腐蚀结垢等因素，可能出现封隔器解封困难的问题，这会增加作业难度、提高作业成本和延长完井周期。
发明内容
本申请实施例提供了一种气体密封工具及方法，能够对油套环空进行密封，避免了由于工具解封困难而增加作业难度、提高作业成本和延长完井周期。该技术方案如下：
一方面，提供了一种气体密封工具，该工具包括：桥塞和插管；
该桥塞包括密封筒、限位单元和坐封单元；
该限位单元的第一段套装在该密封筒的底部，该限位单元的第二段位于该密封筒的下方，且该限位单元的第二段的内径小于该密封筒的内径，该限位单元的第一段和第二段的连接处的内壁形成限位台阶；
该坐封单元套装在该密封筒上，用于坐封在井内的套管的内壁上；
该插管包括管体、连接段和导入堵头；
该连接段的第一段卡装在该管体的底部，该连接段的第二段位于该管体的下方，且该连接段的外壁上具有与该限位单元的限位台阶相适配的台阶面，用于卡止在该限位台阶处；
该连接段的第一段包括至少一个第一密封圈和至少两个第一滑环，该第一密封圈和该第一滑环间隔设置；
该导入堵头连接在该管体的底部开口中，该导入堵头的端部具为弧形面。
在一种可能设计中，该限位台阶可以是连接限位单元的第一段和第二段之间的一段斜面。
在一种可能设计中，该导入堵头为可溶密封导入堵头。
在一种可能设计中，该第一密封圈的内壁上沿周向具有环状凹槽。
在一种可能设计中，该凹槽的截面形状可以是三角形。
在一种可能设计中，该第一密封圈包括内圈和外圈，该外圈的宽度小于该内圈的宽度；
该第一滑环与该第一密封圈的形状适配。
在一种可能设计中，该连接段的内壁上具有卡止槽，该卡止槽内具有锁簧；
该管体的外壁上具有与该锁簧相对应的锯齿段，该锯齿段的锯齿方向向上。
在一种可能设计中，该插管还包括至少一个扶正器，该扶正器套装在该管体上。
在一种可能设计中，该插管还包括密封管，该密封管套装在该管体上；
该密封管包括至少两个第二密封圈和至少两个第二滑环，该第二密封圈和该第二滑环间隔设置。
在一种可能设计中，该第二密封圈具有向外的斜面，至少有一个第二密封圈的斜面倾斜方向与其他第二密封圈的斜面倾斜方向相反。
在一种可能设计中，第二密封圈为V型密封圈，相邻的两个第二密封圈为一组，对向安装。
在一种可能设计中，第二密封圈的数量为两个。
在一种可能设计中，该第二滑环的材质为聚四氟乙烯。
在一种可能设计中，该管体的外壁上具有多个密封槽，每个密封槽内具有一个第三密封圈，该第三密封圈用于密封管体与密封筒的内壁之间的缝隙。
在一种可能设计中，第三密封圈为O型密封圈。
一方面，提供了一种气体密封方法，应用于如上述任一种可能设计中提供的气体密封工具，该方法包括：
将桥塞坐封在井内的套管的内壁上；
使用悬吊装置将插管下放到井内，使插管基于自身重力使第一密封圈受到压力向外扩展；
当悬吊装置受到的载荷下降，且油套环空内的压力不下降时，在插管的上方连接油管挂。
本申请实施例提供的技术方案，通过设置桥塞，便于坐封在套管中，通过在插管的连接管中设置第一密封圈，在将插管下入桥塞的过程中，第一密封圈处于未被挤压的状态，因此，与外侧的桥塞内壁之间不会产生摩擦，便于插管的下放，在将插管下到位置之后，使插管中的管体基于自身重力压缩第一密封圈，使第一密封圈受到压力后向外扩展，对桥塞内壁施加压力，从而使该插管固定在桥塞中，从而对油套环空进行密封，在使用完毕后，只需上提插管，桥塞可以留存在套管内而不影响后续的工作，也即是无需对桥塞进行解封操作，避免了由于工具解封困难而增加作业难度、提高作业成本和延长完井周期。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，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是本申请实施例提供的一种气体密封工具的结构示意图；
图2是本申请实施例提供的一种气体密封工具的局部结构示意图；
图3是本申请实施例提供的一种插管2的扶正器24的结构示意图；
图4是本申请实施例提供的一种气体密封方法的流程图。
附图中的各零件的标号说明如下：
1-桥塞；
11-密封筒；
12-限位单元；
13-坐封单元；
14-限位台阶；
2-插管；
21-管体；
211-锯齿段；
212-第三密封圈；
22-连接段；
221-第一密封圈；
2211-内圈；
2212-外圈；
222-第一滑环；
223-锁簧；
23-导入堵头；
24-扶正器；
25-密封管；
251-第二密封圈；
252-第二滑环。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
图1是本申请实施例提供的一种气体密封工具的结构示意图，图2是本申请实施例提供的一种气体密封工具的局部结构示意图，请参见图1-图2，该工具包括：桥塞1和插管2；该桥塞1包括密封筒11、限位单元12和坐封单元13；该限位单元12的第一段套装在该密封筒11的底部，该限位单元12的第二段位于该密封筒11的下方，且该限位单元12的第二段的内径小于该密封筒11的内径，该限位单元12的第一段和第二段的连接处的内壁形成限位台阶14；该坐封单元13套装在该密封筒11上，用于坐封在井内的套管的内壁上；该插管2包括管体21、连接段22和导入堵头23；该连接段22的第一段卡装在该管体21的底部，该连接段22的第二段位于该管体21的下方，且该连接段22的外壁上具有与该限位单元12的限位台阶14相适配的台阶面，用于卡止在该限位台阶14处；该连接段22的第一段包括至少一个第一密封圈221和至少两个第一滑环222，该第一密封圈221和该第一滑环222间隔设置；该导入堵头23连接在该管体21的底部开口中，该导入堵头23的端部具为弧形面。
下面对该工具的工作原理进行详述：
在上述工具中，桥塞1中的坐封单元13用于坐封在套管的内壁上，具体地，该坐封单元13可以是包括用于固定的锚爪、用于坐封的胶筒等部分，通过涨封，将胶筒坐封在套管内壁的预设位置，通过丢手，将该桥塞1留存在套管内。
限位单元12具有限位台阶14，用于卡止插管2中的连接段22，从而实现了限位单元12对插管2进行限位。
密封筒11用于和插管2之间密封，从而实现该工具的封隔作用。
插管2中的管体21用于密封管体21与密封筒11之间进行密封，连接段22用于连接管体21和导入堵头23，也用于卡止在限位单元12上；导入堵头23可以顺利通过限位台阶14，以使连接段22的台阶面可以被限位台阶14所卡止。
在连接段22中，第一密封圈221由具有弹性的材质制成，由于连接段22是卡止在管体21的底部的，也就是说连接段22的顶部的第一滑环222与管体21之间相对固定，那么在管体21相对于连接段22下移时各个第一滑环222均压缩位于其下方的第一密封圈221，从而实现第一密封圈221受力后向外扩展，具有向外的张力，从而紧压在桥塞1的内壁上，同时保持第一密封圈221与桥塞1内壁之间的密封。也即是说，在插管2插入桥塞1的过程中，第一密封圈221与桥塞1的内壁之间不是过盈连接的，在在插管2插入桥塞1中后，基于插管2自身重力，以及限位台阶14的限位作用，压缩第一密封圈221，使第一密封圈221与桥塞1的内壁之间过盈连接，这样采用压缩式密封结构，既实现了密封作用，又避免了第一密封圈221在下行或插入桥塞1过程中受到的阻力以及被磨损。
本申请实施例提供的气体密封工具，可以应用在注气井及采气井的完井施工过程中，通过设置桥塞1，便于坐封在套管中，通过在插管2的连接管中设置第一密封圈221，在将插管2下入桥塞1的过程中，第一密封圈221处于未被挤压的状态，因此，与外侧的桥塞1内壁之间不会产生摩擦，便于插管2的下放，在将插管2下到位置之后，使插管2中的管体21基于自身重力压缩第一密封圈221，使第一密封圈221受到压力后向外扩展，对桥塞1内壁施加压力，从而使该插管2固定在桥塞1中，从而对油套环空进行密封，在使用完毕后，只需上提插管2即可，桥塞1可以留存在套管内而不影响后续的工作，也即是无需对桥塞1进行解封操作，避免了由于工具解封困难而增加作业难度、提高作业成本和延长完井周期。
下面对该工具各部分结构及工作原理进行详述：
请继续参见图2，在一种可能设计中，该限位台阶14可以是连接限位单元12的第一段和第二段之间的一段斜面，既起到过渡作用，又起到卡止作用，而且避免了因受到较大的压力而损坏。
在一种可能设计中，该导入堵头23为可溶密封导入堵头，可溶密封导入堵头中的溶解部在一定条件下可以溶解，溶解后只会留下封隔层，封隔层采用薄膜或圆形板，薄膜在油气生产过程中会随着油气排出，这样就避免了打捞堵头的操作。
在一种可能设计中，该第一密封圈221的内壁上沿周向具有环状凹槽。
基于上述结构，在管体21的外壁向下摩擦与第一密封圈221的内壁时，位于凹槽上侧的内壁向下移动，凹槽位置不被摩擦，因此，位于凹槽上侧的内壁会挤压到凹槽空间中，从而向外挤压凹槽位置以外的材料，使第一密封圈221向外挤压密封筒11。这种结构的第一密封圈221易于在受到摩擦力时变形，有利于将插管2固定在桥塞1中。
在一种可能设计中，该凹槽的截面形状可以是三角形，便于生产，且有利于位于凹槽上侧的内壁向凹槽位置挤压。
在一种可能设计中，该第一密封圈221包括内圈2211和外圈2212，该外圈2212的宽度小于该内圈2211的宽度；该第一滑环222与该第一密封圈221的形状适配。也即是说，第一密封圈221为T型密封圈，上述结构的第一密封圈221和第一滑环222之间不会发生径向的错位，提高了该插管2结构的稳定性。
在一种可能设计中，该连接段22的内壁上具有卡止槽，该卡止槽内具有锁簧223；该管体21的外壁上具有与该锁簧223相对应的锯齿段211，该锯齿段211的锯齿方向向上。
基于上述结构，当管体21向下移动至最大程度后，锁簧223可以对管体21进行锁止，防止第一密封圈221在被压缩后回弹，从而更稳固的将插管2固定。
图3是本申请实施例提供的一种插管2的扶正器24的结构示意图，请参见图3，在一种可能设计中，该插管2还包括至少一个扶正器24，该扶正器24套装在该管体21上。
该扶正器24用于在插管2下入套管的过程中，对插管2进行扶正，从而避免插管2因晃动而与套管或桥塞1之间摩擦，提高了插管2下放过程的稳定性，以及提高了插管2的使用寿命。
在一种可能设计中，该插管2还包括密封管25，该密封管25套装在该管体21上；该密封管25包括至少两个第二密封圈251和至少两个第二滑环252，该第二密封圈251和该第二滑环252间隔设置。
其中，第二密封圈251起到密封作用，防止气体沿轴向流动，第二滑环252起到位移缓冲和辅助密封作用。
在一种可能设计中，该第二密封圈251具有向外的斜面，至少有一个第二密封圈251的斜面倾斜方向与其他第二密封圈251的斜面倾斜方向相反。通过这种双向安装的结构，满足了对井内气体上下双向密封的要求，防止气体沿轴向流动。
在一种可能设计中，第二密封圈251为V型密封圈，相邻的两个第二密封圈251为一组，对向安装，也即是开口相对安装，从而对上下两侧均具有相同的密封效果。
在一种可能设计中，第二密封圈251的数量为两个，且相对设置。
在一种可能设计中，该第二滑环252的材质为聚四氟乙烯，具有较好的缓冲和辅助密封效果。
在一种可能设计中，该管体21的外壁上具有多个密封槽，每个密封槽内具有一个第三密封圈212，该第三密封圈212用于密封管体21与密封筒11的内壁之间的缝隙。
在一种可能设计中，第三密封圈212为O型密封圈，起到密封和扶正作用，保护第二密封圈251。
在该气体密封工具中，通过多组密封圈的不同作用，可满足气井、注气井的长期安全生产要求。
上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本申请的可选实施例，在此不再一一赘述。
本申请实施例提供的气体密封工具，通过设置桥塞1，便于坐封在套管中，通过在插管2的连接管中设置第一密封圈221，在将插管2下入桥塞1的过程中，第一密封圈221处于未被挤压的状态，因此，与外侧的桥塞1内壁之间不会产生摩擦，便于插管2的下放，在将插管2下到位置之后，使插管2中的管体21基于自身重力压缩第一密封圈221，使第一密封圈221受到压力后向外扩展，对桥塞1内壁施加压力，从而使该插管2固定在桥塞1中，从而对油套环空进行密封，在使用完毕后，只需上提插管2即可，桥塞1可以留存在套管内而不影响后续的工作，也即是无需对桥塞1进行解封操作，避免了由于工具解封困难而增加作业难度、提高作业成本和延长完井周期。
该工具能够代替常规封隔器完井工艺，解决由于井况及腐蚀结垢导致的封隔器解封困难问题，降低作业难度、重新完井周期和成本；通过第一密封圈221和挤压密封工艺，降低密封圈过盈插入造成的损坏风险；在桥塞1上设计限位台阶14和锁簧223，可以防止第一密封圈221被压缩后回弹，提高该工具的气体密封可靠性。
通过相向设计第二密封圈251的工艺，并增加第二滑环252，起到位移缓冲、保护胶圈和辅助密封的作用，提高插管2密封效果；该工具对应的完井工艺简单，插管2和桥塞1可重复利用，大大节约了注采成本；该工具可以广泛适用于各油田的气井、注气井，在低油价时代有广阔的市场应用前景和推广价值。
图4是本申请实施例提供的一种气体密封方法的流程图，请参见图4，该方法可以应用于如上述任一种可能设计中提供的气体密封工具，该方法包括：
401.将桥塞1坐封在井内的套管的内壁上。
在该步骤中，通过涨封，将胶筒坐封在套管内壁的预设位置，通过丢手，将该桥塞1留存在套管内。
402.使用悬吊装置将插管2下放到井内，使插管2基于自身重力使第一密封圈221受到压力向外扩展。
其中，基于悬吊装置的操作系统，可以观察悬吊装置所受到的向下的载荷，当发现出现载荷下降时，说明插管2已插入桥塞1，继续缓慢下放插管2对应的管柱，观察指重表的示数，使插管2与桥塞1下部的限位台阶14相接触，此时通过管柱自身重量挤压第一密封圈221，使第一密封圈221过盈密封，同时锁簧223卡住插管2，防止第一密封圈221回弹。
403.当悬吊装置受到的载荷下降，且油套环空内的压力不下降时，在插管2的上方连接油管挂。
在该步骤中，通过向环空打压，观察压力变化来识别插管2是否密封完全，如压力不降，则插入密封成功；如压力下降，则上提管柱重新插入，直至插入成功。继而可以连接油管挂、坐井口完井。
本申请实施例提供的气体密封方法，通过设置桥塞1，便于坐封在套管中，通过在插管2的连接管中设置第一密封圈221，在将插管2下入桥塞1的过程中，第一密封圈221处于未被挤压的状态，因此，与外侧的桥塞1内壁之间不会产生摩擦，便于插管2的下放，在将插管2下到位置之后，使插管2中的管体21基于自身重力压缩第一密封圈221，使第一密封圈221受到压力后向外扩展，对桥塞1内壁施加压力，从而使该插管2固定在桥塞1中，从而对油套环空进行密封，在使用完毕后，只需上提插管2即可，桥塞1可以留存在套管内而不影响后续的工作，也即是无需对桥塞1进行解封操作，避免了由于工具解封困难而增加作业难度、提高作业成本和延长完井周期。
该工具能够代替常规封隔器完井工艺，解决由于井况及腐蚀结垢导致的封隔器解封困难问题，降低作业难度、重新完井周期和成本；通过第一密封圈221和挤压密封工艺，降低密封圈过盈插入造成的损坏风险；在桥塞1上设计限位台阶14和锁簧223，可以防止第一密封圈221被压缩后回弹，提高该工具的气体密封可靠性。
通过相向设计第二密封圈251的工艺，并增加第二滑环252，起到位移缓冲、保护胶圈和辅助密封的作用，提高插管2密封效果；该工具对应的完井工艺简单，插管2和桥塞1可重复利用，大大节约了注采成本；该工具可以广泛适用于各油田的气井、注气井，在低油价时代有广阔的市场应用前景和推广价值。
上述仅为本申请的可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种气体密封工具，其特征在于，所述工具包括：桥塞(1)和插管(2)；
所述桥塞(1)包括密封筒(11)、限位单元(12)和坐封单元(13)；
所述限位单元(12)的第一段套装在所述密封筒(11)的底部，所述限位单元(12)的第二段位于所述密封筒(11)的下方，且所述限位单元(12)的第二段的内径小于所述密封筒(11)的内径，所述限位单元(12)的第一段和第二段的连接处的内壁形成限位台阶(14)；
所述坐封单元(13)套装在所述密封筒(11)上，用于坐封在井内的套管的内壁上；
所述插管(2)包括管体(21)、连接段(22)和导入堵头(23)；
所述连接段(22)的第一段卡装在所述管体(21)的底部，所述连接段(22)的第二段位于所述管体(21)的下方，且所述连接段(22)的外壁上具有与所述限位单元(12)的限位台阶(14)相适配的台阶面，用于卡止在所述限位台阶(14)处；
所述连接段(22)的第一段包括至少一个第一密封圈(221)和至少两个第一滑环(222)，所述第一密封圈(221)和所述第一滑环(222)间隔设置；
所述导入堵头(23)连接在所述管体(21)的底部开口中，所述导入堵头(23)的端部具为弧形面。
2.根据权利要求1所述的工具，其特征在于，所述第一密封圈(221)的内壁上沿周向具有环状凹槽。
3.根据权利要求1所述的工具，其特征在于，所述第一密封圈(221)包括内圈(2211)和外圈(2212)，所述外圈(2212)的宽度小于所述内圈(2211)的宽度；
所述第一滑环(222)与所述第一密封圈(221)的形状适配。
4.根据权利要求1所述的工具，其特征在于，所述连接段(22)的内壁上具有卡止槽，所述卡止槽内具有锁簧(223)；
所述管体(21)的外壁上具有与所述锁簧(223)相对应的锯齿段(211)，所述锯齿段(211)的锯齿方向向上。
5.根据权利要求1所述的工具，其特征在于，所述插管(2)还包括至少一个扶正器(24)，所述扶正器(24)套装在所述管体(21)上。
6.根据权利要求1所述的工具，其特征在于，所述插管(2)还包括密封管(25)，所述密封管(25)套装在所述管体(21)上；
所述密封管(25)包括至少两个第二密封圈(251)和至少两个第二滑环(252)，所述第二密封圈(251)和所述第二滑环(252)间隔设置。
7.根据权利要求6所述的工具，其特征在于，所述第二密封圈(251)具有向外的斜面，至少有一个第二密封圈(251)的斜面倾斜方向与其他第二密封圈(251)的斜面倾斜方向相反。
8.根据权利要求6所述的工具，其特征在于，所述第二滑环(252)的材质为聚四氟乙烯。
9.根据权利要求1所述的工具，其特征在于，所述管体(21)的外壁上具有多个密封槽，每个密封槽内具有一个第三密封圈(212)，所述第三密封圈(212)用于密封管体(21)与密封筒(11)的内壁之间的缝隙。
10.一种气体密封方法，其特征在于，应用于如权利要求1-权利要求9任一项所述的气体密封工具，所述方法包括：
将桥塞(1)坐封在井内的套管的内壁上；
使用悬吊装置将插管(2)下放到井内，使插管(2)基于自身重力使第一密封圈(221)受到压力向外扩展；
当悬吊装置受到的载荷下降，且油套环空内的压力不下降时，在插管(2)的上方连接油管挂。
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