CN115405252B - 管外封隔器 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种管外封隔器，属于油气田综合固完井作业技术领域。该管外封隔器包括连接装置、吸入装置、充填装置、内管总成和胀封装置；其中，吸入装置、充填装置和胀封装置依次相连并同轴套装在内管总成的外壁上；连接装置位于内管总成的两端，胀封装置的中心与内管总成的中心重合；沿内管总成的轴线，充填装置对称分布在胀封装置的两端；吸入装置对称分布在充填装置的两端。吸入装置包括活塞；活塞的一端与内管总成连通，活塞的另一端与管外封隔器与油气井之间的环形空间连通。该管外封隔器实现了水泥浆的双向吸入和均匀填充，从而实现了均匀胀封。

Description

管外封隔器

技术领域

本申请涉及油气田综合固完井作业技术领域，特别涉及一种管外封隔器。

背景技术

在油气田开发过程特别是在稠油开发过程中，采用蒸汽吞吐、蒸汽驱、火烧油藏等热力采油方式，使油层温度升高，稠油黏度降低，使稠油易于流动，从而将稠油采出。但是这种热力采油方式常常也面临着地层水窜、气窜的问题，数据显示稠油热采井因顶水下窜失效井占总数的比例很大。存在这样的问题主要是由于热力导致固井水泥石过早损坏，损坏后的水泥石在与地层交界面之间存在裂隙，同时在水泥石内部以及水泥石与套管之间也存在很多裂隙，这样即便是固井质量合格，水泥石性能优良，也难以进行长久的封隔地层。国内外完井实践证明，在完井管柱中加入管外封隔器，能够有效的解决水窜、气窜的问题，特别是在稠油热采过程中由于热力采油引起的水泥石破坏导致的水窜、气窜问题。

相关技术中用于地层封隔的管外封隔器主要有遇油遇水膨胀式管外封隔器、电子控制膨胀式封隔器、定时启动式封隔器、热敏膨胀式管外封隔器、液力机械式封隔器。其中，遇油遇水膨胀式管外封隔器采用遇油遇水膨胀的材质包裹在芯轴外，当遇油遇水膨胀式管外封隔器遇到油或水时发生膨胀，容易在下入过程中提前膨胀，也会在固井过程中吸收水泥中的水，使水泥凝固不完全，降低固井质量；电子控制膨胀式封隔器和定时启动式封隔器能够做到控制膨胀时机，但是由于其内含有的精密元器件在地层高温条件下容易损坏失效，导致封隔失败；热敏膨胀式管外封隔器受地层温度差异影响，膨胀时机不可控，难以按照需求膨胀；液力机械式封隔器胀封不均匀，受水泥凝固时的体积微缩的影响导致封隔失败。

发明内容

本申请实施例提供了一种管外封隔器，以解决相关技术膨胀时机不可控、胀封不均匀、封隔效果受水泥体积微缩影响的问题。所述技术方案如下：

本申请实施例提供了一种管外封隔器，所述管外封隔器包括连接装置、吸入装置、充填装置、内管总成和胀封装置；

其中，所述吸入装置、所述充填装置和所述胀封装置依次相连并同轴套装在所述内管总成的外壁上；所述连接装置位于所述内管总成的两端，所述胀封装置的中心与所述内管总成的中心重合；沿所述内管总成的轴线，所述充填装置对称分布在所述胀封装置的两端；所述吸入装置对称分布在所述充填装置的两端；

所述吸入装置均包括活塞；所述活塞的一端与所述内管总成连通，所述活塞的另一端与所述管外封隔器和油气井之间的环形空间连通；所述胀封装置内部存储有填充剂，所述填充剂用于填充水泥凝固时产生的缝隙以降低水泥体积微缩的影响。

可选地，所述连接装置的包括接头和连接头；

其中，所述接头的一端与固井套管连接，所述接头的另一端与所述连接头的一端连接，所述连接头的另一端与所述内管总成的一端连接。

可选地，所述吸入装置还包括第一密封圈组、缸套、第二密封圈组、第三密封圈组、进液口和活塞堵头；

其中，所述缸套套装在所述内管总成外，所述缸套的一端套在所述连接头的外壁，所述缸套的另一端与所述充填装置连接；所述第一密封圈组位于所述缸套内靠近所述连接头的一端；所述缸套内壁与所述内管总成的外壁之间形成活塞腔；

所述活塞的一端是活塞块，所述活塞块位于所述活塞腔内；所述活塞的另一端与所述活塞堵头连接，所述活塞堵头在所述活塞腔外；所述第二密封圈组套在所述活塞块的外壁上；所述第三密封圈组套在所述活塞堵头的外壁上；所述进液口位于所述缸套与所述活塞堵头之间；所述活塞堵头中具有液体通道，所述液体通道将所述进液口与所述充填装置连通。

可选地，所述充填装置包括外筒、压力通道、开闭孔道、充填头、第四密封圈组、弹性部件、连接体和内流道；

其中，所述外筒的一端与所述缸套连接，所述外筒的另一端与所述连接体的一端连接；所述连接体的另一端与所述胀封装置连接；所述外筒的内壁和所述内管总成的外壁之间形成充填腔；

所述充填头的一端和所述弹性部件依次连接并安装在所述连接体与所述内管总成形成的腔体中；所述充填头的另一端与所述外筒抵接，所述第四密封圈组位于所述充填头内壁；

所述开闭孔道是所述外筒和所述充填头之间的孔道，当所述充填头压缩所述弹性部件时，所述开闭孔道打开；所述充填腔、所述压力通道、所述开闭孔道和所述内流道依次流体连通；所述内流道连通胀封装置；所述压力通道的管径小于所述外筒的内径。

可选地，所述内管总成包括至少两个堵头和中心管；

其中，所述中心管是所述管外封隔器的支撑部件，所述胀封装置位于所述中心管的中间位置；

所述至少两个堵头为内部具有流体通道的柱状结构，所述流体通道的一端封堵，所述流体通道的另一端与所述吸入装置连通；所述至少两个堵头以所述胀封装置为中心，沿所述中心管的轴线对称分布在所述中心管内壁上；

当所述至少两个堵头断开时，所述流体通道被封堵的一端打开，所述中心管中的液体从所述流体通道进入所述吸入装置以驱动所述吸入装置中的所述活塞运动。

可选地，所述胀封装置包括控制气囊、连接件和胶筒；

其中，所述胶筒套装在所述中心管外；所述连接件位于所述胶筒的两端；所述控制气囊位于所述胶筒内壁；所述连接件用于将所述胶筒与所述充填装置连接；所述控制气囊内部存储填充剂，所述控制气囊用于释放填充剂以填充水泥凝固产生的缝隙。

可选地，所述填充剂为树脂。

可选地，所述胶筒的厚度不小于16毫米。

可选地，所述胶筒的耐温不低于350摄氏度。

可选地，所述胶筒的长度不小于1500毫米。

本申请实施例所提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本申请实施例提供的管外封隔器以内管总成为支撑，通过对称分布的吸入装置和充填装置实现了双向充填和均匀胀封，使胀封装置的膨胀更均匀；内管总成与吸入装置连通，通过控制向内管总成泵入液体驱动活塞实现了对膨胀时机的精确控制；通过胀封装置存储的填充剂降低水泥体积微缩的影响。

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管外封隔器的一种可选的布局示意图；

图2是本申请实施例提供的管外封隔器的一种可选的结构示意图(仅示出上半部分，下半部分未示出)；

图3是图2中局部放大区域A的示意图；

图4是图2中局部放大区域B的示意图；

图5是图2中局部放大区域C的示意图；

图6是本申请实施例提供的管外封隔器的又一种可选的布局示意图。

图中附图标记分别表示：

1—连接装置；

11—接头；12—连接头；

2—吸入装置；

21—活塞；22—第一密封圈组；23—缸套；24—第二密封圈组；

25—第三密封圈组；26—活塞腔；27—进液口；28—活塞堵头；

211—活塞块；

3—充填装置；

31—外筒；32—充填腔；33—压力通道；34—开闭孔道；35—充填头；

36—第四密封圈组；37—弹性部件；38—连接体；39—内流道；

4—内管总成；

41—至少两个堵头；42—中心管；

5—胀封装置；

51—控制气囊；52—连接件；53—胶筒。

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。

本申请实施例提供了一种管外封隔器，如图1和图2所示，该管外封隔器包括连接装置1、吸入装置2、充填装置3、内管总成4和胀封装置5。

其中，吸入装置2、充填装置3和胀封装置5依次相连并同轴套装在内管总成4的外壁上；连接装置1位于内管总成4的两端，胀封装置5的中心与内管总成4的中心重合；沿内管总成4的轴线，充填装置3对称分布在胀封装置5的两端；吸入装置2对称分布在充填装置3的两端。

如图2所示，吸入装置2包括活塞21；活塞21的一端与内管总成4连通，活塞21的另一端与该管外封隔器和油气井之间的环形空间连通。

连接装置1用于该管外封隔器与固井套管的连接，并对吸入装置2、充填装置3、内管总成4和胀封装置5起到限制位移的作用；吸入装置2采用活塞抽吸原理从环空中吸入水泥浆，使水泥浆进入充填装置3；充填装置3用于将水泥浆充填到胀封装置5内；胀封装置5用于在水泥浆的充填过程中膨胀以起到封隔作用，并且胀封装置5内存储有填充剂，用于填充水泥凝固时产生的缝隙以减少水泥微缩的影响；内管总成4是该管外封隔器的支撑装置，并用于控制吸入装置2中的活塞。

图1仅示出该管外封隔器的连接装置1、吸入装置2、充填装置3、内管总成4以及胀封装置5之间的布局方式和位置关系，不对数量、形状及尺寸加以限定。如图6所示，是该管外封隔器的又一种布局方式。本申请以图1所示的布局方式为例，对本申请提供的管外封隔器的实施方式进行说明。

在一种可选的实施方式中，本申请实施例提供的管外封隔器的具体实施方式如下：

如图1和图2所示，该管外封隔器包括连接装置1、吸入装置2、充填装置3、内管总成4和胀封装置5；其中，吸入装置2、充填装置3和胀封装置5依次相连并同轴套装在内管总成4的外壁上；连接装置1位于内管总成4的两端，胀封装置5的中心与内管总成4的中心重合；沿内管总成4的轴线，充填装置3对称分布在胀封装置5的两端；吸入装置2对称分布在充填装置3的两端。

如图2所示，吸入装置2包括活塞21；活塞21的一端与内管总成4连通，活塞21的另一端与该管外封隔器和油气井之间的环形空间连通。

连接装置1用于该管外封隔器与固井套管的连接；吸入装置2采用活塞抽吸原理从环空中吸入水泥浆，使水泥浆进入充填装置3；充填装置3用于将水泥浆充填到胀封装置5内；胀封装置5用于在水泥浆的充填过程中膨胀以起到封隔作用，并且胀封装置5内存储有填充剂用于填充水泥凝固时产生的缝隙以减少水泥微缩的影响；内管总成4是该管外封隔器的支撑装置，并用于控制吸入装置2中的活塞。

示例性地，胀封装置5内存储的填充剂为树脂，树脂以流体形式进入水泥凝固形成的缝隙中，固结已经凝固的水泥，增强了水泥强度并降低了水泥凝固的体积微缩。

该管外封隔器下井前需要将整个井眼通井一遍，防止有尖锐物管外封隔器。在下入固井套管前需要使用护壁泥浆重复循环多次，保持井眼光滑，无坍塌，方便固井套管的顺利下入。通过连接装置1将该管外封隔器与固井套管连接，并随固井套管下入井中。当该管外封隔器到达井中参考位置后，向内管总成4中泵送液体，内管总成4中的液体压力使活塞21工作。吸入装置2通过活塞21的抽吸作用从环形空间中吸取水泥浆并将水泥浆送入充填装置3。由于吸入装置2以胀封装置5为中心对称布局，所以吸入装置2实现了在胀封装置5两端双向吸入水泥浆。由于充填装置3也以胀封装置5为中心对称布局，水泥浆通过充填装置3的充填通道从胀封装置5两端进入胀封装置5的充填效率是一致的，实现了均匀充填。胀封装置5随着水泥浆的进入而膨胀，直至胀封装置5膨胀到将环形空间封隔。胀封装置5中存储的填充剂进入水泥浆凝固产生的缝隙中，起增强水泥强度和降低水泥体积微缩的作用。上述参考位置可以是施工前设计好的井下封隔位置，也可以是临时选取的井下封隔位置。

如图1所示，该管外封隔器的连接装置1、吸入装置2、充填装置3和胀封装置5均以内管总成4的中心对称布局，该管外封隔器的上半部分与下半部分结构相同，方向相反。图2示出了该管外封隔器的上半部分的一种可选的结构示意图。该管外封隔器的下半部分的实施方式与上半部分相同。本申请实施例仅以该管外封隔器的上半部分为例进行如下说明。

在一种可选的实施方式中，如图1和图2所示，连接装置1中的一组包括接头11和连接头12。其中，接头11的一端与固井套管连接；连接头11的另一端与连接头12的一端连接，连接头12的另一端与内管总成4的一端连接。

示例性地，将该管外封隔器的一端与固井套管连接时，接头11的一端与固井套管通过螺纹连接，接头11的另一端与连接头12的一端通过螺纹连接；连接头12的另一端与内管总成4的一端通过螺纹连接。根据参考位置所在的深度，确定该管外封隔器在固井套管串中的位置。通过连接装置1的接头11将该管外封隔器与固井套管连接，使该管外封隔器随固井套管下入后准确到达参考位置。根据施工需求，可以在固井套管串中连接一个该管外封隔器，也可以在固井套管中连续地连接至少两个该管外封隔器，还可以在固井套管串中间隔地连接至少两个该管外封隔器。

在一种可选的实施方式中，如图2和图4所示，吸入装置2中的还包括第一密封圈组22、缸套23、第二密封圈组24、第三密封圈组25、进液口27和活塞堵头28。

其中，缸套23套装在内管总成4外，缸套23的一端套在连接头12的外壁，缸套23的另一端与充填装置3连接。第一密封圈组22位于缸套23内靠近连接头12的一端。缸套23内壁与内管总成4的外壁之间形成活塞腔26。活塞21的一端是活塞块211，活塞块211位于活塞腔26内；活塞21的另一端与活塞堵头28连接，活塞堵头28在活塞腔26外。第二密封圈组24套在活塞块211的外壁上；第三密封圈组25套在活塞堵头28的外壁上。进液口27位于缸套23与活塞堵头28之间。活塞堵头28中具有液体通道，液体通道将进液口27与充填装置3连通。

第一密封圈组22、第二密封圈组24和第三密封圈组25用于保证吸入装置2的气密性。

示例性地，本申请实施例提供的吸入装置2的实施方式如下：

如图2和图4所示，缸套23的一端套在连接头12的外壁，缸套23的另一端与充填装置3连接。第一密封圈组22位于缸套23靠近连接头12连接的一端的内壁。缸套23内壁与内管总成4的外壁之间形成活塞腔26。活塞21的一端是活塞块211，活塞块211位于活塞腔26内，活塞块211的承压面与内管总成4连通；活塞杆的另一端与活塞堵头28连接，活塞堵头28在活塞腔26外。第二密封圈组24套在活塞块211的外壁上；第三密封圈组25套在活塞堵头28的外壁上。进液口27位于活塞堵头28的上游。活塞堵头28中具有液体通道，液体通道将进液口27与充填装置3连通。

第一密封圈组22密封缸套23和连接头12之间的环形空间，第二密封圈组24密封活塞块211和活塞腔26之间的环形空间，第三密封圈组25密封活塞堵头27和缸套23之间的环形空间。第一密封圈组22、第二密封圈组24和第三密封圈组25用于保证吸入装置2的气密性。

向内管总成4中泵入液体，液体作用在活塞块211的承压面上驱动活塞块211运动。当活塞块211在活塞腔26中运动时，带动活塞堵头28向靠近充填装置3的方向运动。活塞堵头28运动时，活塞堵头28的上游形成负压腔。该管外封隔器和油气井环形空间中的水泥浆通过进液口27进入活塞堵头28上游形成的负压腔中。负压腔中的水泥浆通过活塞堵头28中的液体通道进入充填装置3中。

在一种可选的实施方式中，如图2和图5所示，本申请实施例提供的充填装置3的包括外筒31、压力通道33、开闭孔道34、充填头35、第四密封圈组36、弹性部件37、连接体38和内流道39。

其中，外筒31的一端与吸入装置2中的任一组连接，外筒31的另一端与连接体38的一端连接。连接体38的另一端与胀封装置5连接。充填腔32是外筒31的内壁与内管总成4的外壁之间形成充填腔32。

充填头35的一端和弹性部件37依次连接并安装在连接体38与内管总成4形成的腔体中；充填头35的另一端与外筒31抵接，第四密封圈组36位于充填头35内壁；

开闭孔道34是外筒31和充填头35之间的孔道，当充填头35压缩弹性部件37时，开闭孔道34打开；充填腔32、压力通道33、开闭孔道34和内流道39依次流体连通；内流道39连通胀封装置5；压力通道33的管径小于外筒31的内径。

吸入装置2吸入水泥浆，水泥浆从充填腔32进入充填装置3中。充填腔32中的水泥浆经过压力通道33时，由于压力通道33的管径小于外筒31的管径，水泥浆的流速增加，水泥浆从压力通道33离开时的压力也随之增加。经过压力通道33增压的水泥浆作用在充填头35上，使充填头35向胀封装置5运动并压缩弹性部件37。此时，充填头35远离外筒31，开闭孔道34开启。水泥浆经过开闭孔道34进入内流道39，并经过内流道39进入胀封装置5。当吸入装置2停止吸入水泥浆时，充填头35承受的压力减小，弹性部件37推动充填头35复位，使开闭孔道34关闭，停止充填。示例性地，弹性部件37为压缩弹簧。

示例性地，本申请实施例提供的充填装置3的实施方式如下：

如图2和图5所示，本申请实施例提供的充填装置3包括外筒31、压力通道33、开闭孔道34、充填头35、第四密封圈组36、弹性部件37、连接体38和内流道39。

其中，外筒31的一端与缸套23连接，外筒31的另一端与连接体38的一端连接。连接体38的另一端与胀封装置5连接。充填腔32是外筒31的内壁与内管总成4之间的腔体。活塞堵头28在充填腔32中运动。

连接体38靠近胀封装置5的一端有台状缩径结构，台状缩径结构的内径大于内管总成4的外径。充填头35的一端和弹性部件37依次连接并安装在连接体38与内管总成4形成的腔体中，弹性部件37的两端分别与充填头35的一端以及台状缩径结构相抵。充填头35和弹性部件37自然状态下的总长度不小于连接体38与内管总成4形成的腔体的长度。充填头35的另一端与外筒31抵接，充填头35的内径等于内管总成4的外径，充填头35的外径大于外筒31的内径且小于连接体38的内径。

开闭孔道34是外筒31和充填头35之间的孔道，开闭孔道34在没有充填时关闭，开闭孔道34在充填时打开。压力通道33连接充填腔32和开闭孔道34。压力通道33的管径小于外筒31的内径。内流道39连通开闭孔道34和胀封装置5。第四密封圈组36位于充填头35内壁，用于密封充填头35和内管总成4之间的缝隙。

吸入装置2中吸入水泥浆时，水泥浆从进液口27进入，经过活塞堵头28中的液体通道进入充填腔32。充填腔32中的水泥浆经过压力通道33时，由于压力通道33的管径小于外筒31的管径，水泥浆的流速增加，水泥浆从压力通道33离开时的压力也随之增加。经过压力通道33增压的水泥浆作用在充填头35上，使充填头35向胀封装置5运动并压缩弹性部件37。此时，充填头35远离外筒31，开闭孔道34开启。水泥浆经过开闭孔道34进入内流道39，并经过内流道39进入胀封装置5。当吸入装置2停止吸入水泥浆时，充填头35承受的压力减小，弹性部件37推动充填头35复位，使开闭孔道34关闭，停止充填。

在一种可选的实施方式中，如图2所示，内管总成4包括至少两个堵头41和中心管42。其中，中心管42是该管外封隔器的支撑部件，胀封装置5位于中心管42的中间位置。

如图3所示，至少两个堵头41为内部具有流体通道的柱状结构，流体通道的一端封堵，流体通道的另一端与吸入装置2连接。至少两个堵头41与吸入装置2连接，至少两个堵头41以胀封装置5为中心，沿中心管42的轴线对称分布中心管42的内壁上。

当至少两个堵头41断开时，至少两个堵头41中的流体通道被封堵的一端打开，中心管42中的液体从流体通道进入吸入装置2以驱动吸入装置2中的活塞21运动。

示例性地，本申请实施例的内管总成4的实施方式如下：

如图2所示，内管总成4包括至少两个堵头41和中心管42。其中，中心管42是该管外封隔器的支撑部件，胀封装置5位于中心管42的中间位置。

至少两个堵头41为内部具有流体通道的柱状结构，流体通道的一端封堵，流体通道的另一端与吸入装置2流体连接。至少两个堵头41与吸入装置2连接，至少两个堵头41以胀封装置5为中心对称，沿中心管42的轴线对称分布在中心管42内壁上。

当至少两个堵头41断开时，至少两个堵头41中的流体通道被封堵的一端打开，中心管道42中的液体从流体通道进入吸入装置2以驱动吸入装置2中的活塞21运动。

本申请实施例提供的管外封隔器下入到井下参考位置后，开始固井操作。使用泥浆泵向固井套管内泵入高压水泥浆。在固井套管内安装顶替胶塞，向固井套管内泵入钻井液推动顶替胶塞沿固井套管向井下移动，以推动固井套管内的水泥浆进入到固井套管和油气井之间的环形空间中。顶替胶塞向下移动时，依次撞断内管总成4中的至少两个堵头41被封堵的一端,使至少两个堵头41内的流体通道将中心管42和吸入装置2连通。中心管42中的钻井液通过至少两个堵头41的流体通道进入吸入装置2后推动活塞21运动。活塞21运动时产生的抽吸作用将固井套管与油气井之间环形空间中的水泥浆吸入到吸入装置2中。进入吸入装置2中的水泥浆，经过充填装置3的作用进入胀封装置5使胀封装置5膨胀。待胀封装置5膨胀完成后，停止泵入钻井液，等待水泥浆凝固后完成对油气井的封隔。

在一种可选的实施方式中，如图2所示，本申请实施例提供的胀封装置5包括控制气囊51、连接件52和胶筒53。其中，胶筒53套装在中心管42外；连接件52位于胶筒53的两端；控制气囊51位于胶筒53内壁。连接件52用于将胀封装置5与充填装置3连接；控制气囊51内部存储填充剂，控制气囊51用于释放填充剂以填充水泥凝固产生的缝隙。示例性地，填充剂为树脂。

示例性地，本申请实施例提供的胀封装置5的实施方式如下：

如图2所示，本申请实施例提供的胀封装置5包括控制气囊51、连接件52和胶筒53。其中，胶筒53套装在内管总成4外；连接件52位于胶筒53的两端；控制气囊51位于胶筒53内壁。连接件52用于将填充装置3与胀封装置5连接；控制气囊51内部存储树脂，控制气囊51破裂时释放树脂以使树脂填充水泥后产生的缝隙。

连接件52中的一端与充填装置3中的连接体38连接，连接件52一端与胶筒53连接。控制气囊51对称分布在胶筒53内壁的两端。

当充填装置3中将水泥浆充填入胀封装置5时，水泥浆从胶筒53的端部进入胶筒53和内管总成4之间，胶筒53受到水泥浆的挤压产生膨胀。随着胶筒53和内管总成4之间的水泥浆的增多，胶筒53的直径也逐渐增大。水泥浆充满胶筒53后，形成一定的挤压力，该挤压力随着充填水泥浆的增加而逐渐增大。位于胶筒53内壁的控制气囊51在逐渐增大的挤压力作用下破裂，控制气囊51内部存储的树脂以液体状态流出，进入水泥凝固产生的缝隙中。树脂将水泥凝固后的缝隙填充，降低了水泥凝固时体积微缩造成的影响，增强了水泥的强度。本申请实施例使用的胶筒53的耐温不低于350摄氏度(℃)，胶筒53的厚度不小于16毫米(mm)，保证了胶筒53不会因高温而变形损坏，使胶筒53能够应对地层高温条件，特别是稠油热采过程中的地层高温情况。本申请实施例使用的胶筒53的长度不小于1500毫米，能够实现长距离大井段封隔地层，提高了封隔效果。

示例性地，本申请实施例提供的管外封隔器的安装方式如下：

如图1所示，该管外封隔器包括两连接装置1、吸入装置2、充填装置3、内管总成4和胀封装置5。

其中，吸入装置2、充填装置3和胀封装置5依次相连并同轴套装在内管总成4的外壁上；连接装置1位于内管总成4的两端，胀封装置5的中心与内管总成4的中心重合；沿内管总成4的轴线，充填装置3对称分布在胀封装置5的两端；吸入装置2对称分布在充填装置3的两端。

如图2所示，连接装置1包括接头11和连接头12。吸入装置2包括活塞21、第一密封圈组22、缸套23、第二密封圈组24、第三密封圈组25、进液口27和活塞堵头28。充填装置3包括外筒31、压力通道33、开闭孔道34、充填头35、第四密封圈组36、弹性部件37、连接体38和内流道39。内管总成4包括至少两个堵头41和中心管42。其中，中心管42是该管外封隔器的支撑部件，胀封装置5位于中心管42的中间位置；至少两个堵头41以胀封装置5为中心，沿中心管42的轴线对称分布中心管42的内壁上。胀封装置5包括控制气囊51、连接件52和胶筒53。

其中，接头11的一端与连接头12的端部连接，接头11的另一端与固井套管连接；连接头12的一端与接头11连接，连接头12的另一端与中心管42的端部连接。缸套23的一端套在连接头12的外壁，缸套23的另一端与外筒31的一端连接。外筒31的另一端通过连接体38与胀封装置5的连接件52连接。外筒31与中心管42之间形成充填腔32。

第一密封圈组22位于缸套23靠近连接头12的一端的内壁。缸套23的内壁与中心管42的外壁之间形成活塞腔26。活塞21的一端是活塞块211，活塞块211位于活塞腔26内，活塞块211的承压面与至少两个堵头41的流体通道连通；活塞21的另一端与活塞堵头28连接，活塞堵头28在活塞腔26外、充填腔32内。第二密封圈组24套在活塞块211的外壁上；第三密封圈组25套在活塞堵头28的外壁上。进液口27位于外筒31上，进液口27位于活塞堵头28的上游。活塞堵头28中具有液体通道，液体通道将进液口27与充填腔32连接。

连接体38靠近胀封装置5的一端有台状缩径结构，台状缩径结构的内径大于中心管42的外径。充填头35和弹性部件37依次连接安装在连接体38的内壁与中心管42的外壁形成的腔体中，弹性部件37的两端分别与充填头35和台状缩径结构相抵。充填头35和弹性部件37自然状态下的总长度不小于连接体38与中心管42形成的腔体的长度。充填头35的另一端与外筒31抵接，充填头35的内径等于中心管42的外径，充填头35的外径大于外筒31的内径且小于连接体38的内径。第四密封圈组36位于充填头35内壁，用于密封充填头35和中心管42之间的缝隙。

开闭孔道34是外筒31和充填头35之间的孔道，开闭孔道34在没有充填时关闭，开闭孔道34在充填时打开。压力通道33连接充填腔32和开闭孔道34。压力通道33的管径小于外筒31的内径。内流道39连通开闭孔道34和胀封装置5的胶筒53。

胶筒53套在中心管42外，胶筒53与中心管42的中心重合。至少两个堵头41为中心具有流体通道的柱状结构，流体通道的一端封堵，流体通道的另一端与活塞21连通。连接件52位于胶筒53的两端，连接件52将胶筒53和连接体38连接；控制气囊51位于胶筒53内壁。控制气囊51内部存储填充剂。

示例性地，本申请实施例提供的管外封隔器的工作方式如下：

通过接头11将本申请实施例提供的管外封隔器接入固井套管中。将该管外封隔器随固井套管下入井中。固井套管下入完成后用水泥泵向固井套管内泵入水泥浆。向固井套管内注入足够量的水泥浆后，在固井套管中装入顶替胶塞。然后，向固井套管内泵送钻井液，用钻井液推动顶替胶塞沿固井套管向井下移动，顶替胶塞推动固井套管中的水泥浆进入到固井套管和油气井之间的环形空间中。

顶替胶塞在固井套管中移动的过程中依次撞断中心管42内壁上沿轴线对称分布的至少两个堵头41，使至少两个堵头41中流体通道将活塞腔26与中心管42连通。中心管42中的钻井液经过至少两个堵头41中流体通道进入活塞腔26中，钻井液作用在活塞块211的承压面上。活塞块211在钻井液压力的作用下沿中心管42的轴线向胀封装置5运动，并推动活塞堵头28在充填腔32中运动。活塞堵头28运动时，活塞堵头28的上游形成负压腔。该管外封隔器与油气井之间环形空间中的水泥浆在活塞21的抽吸作用下从进液口27进入活塞堵头28上游的负压腔中。从进液口27进入的水泥浆经过活塞堵头28的液体通道进入充填腔32中。由于压力通道33的管径小于外筒31的管径，水泥浆从充填腔32进入压力通道33时，由于管径缩小的缘故流速增加，压力也增加。经过压力通道33增压的水泥浆作用在充填头35上，推动充填头35远离外筒31，充填头35压缩弹性部件37将开闭通道34开启。水泥浆经开闭通道34进入内流道39，然后从内流道39进入胶筒53和中心管42之间的缝隙中。从内流道39流入的水泥浆将胶筒53撑开，随着流入的水泥浆逐渐增多胶筒53的直径逐渐增加。

停止向固井套管中泵入钻井液，此时，作用在活塞21的压力减小，该管外封隔器停止吸取水泥浆。作用在充填头35上的压力减小，被充填头35压缩的弹性部件37恢复原状使开闭通道34关闭，阻止已填充的水泥浆回流。每次泵入钻井液完成一个吸入充填动作。重复泵送钻井液，反复进行吸入填充，最终实现胶筒53中水泥浆的填充，使胶筒53膨胀紧贴井壁，完成该管外封隔器对地层的封隔。随着水泥浆的填充，水泥浆的挤压力使位于胶筒53内的控制气囊51破裂，控制气囊51中的树脂以液体状态流入水泥凝结时产生的缝隙中。由于本申请实施例提供的管外封隔器为对称结构，进行封隔时，吸入装置2从上下两端对称吸入水泥浆，充填装置3向胶筒53中双向充填水泥浆，实现水泥浆的均匀充填，使胶筒53的膨胀更加均匀，从而实现该管外封隔器的均匀胀封。

综上所述，本申请实施例提供的管外封隔器以中心管为支撑，通过对称布置的吸入装置和充填装置实现了双向充填和均匀胀封，使胶筒均匀膨胀，从而使胶筒与井壁的贴合更充分；通过控制向中心管泵送钻井液推动顶替胶塞撞断至少两个堵头实现对膨胀时机的精确控制；通过控制钻井液的泵送控制对活塞的驱动实现了对吸入和充填操作的精确控制；通过控制气囊释放树脂降低水泥浆凝结时体积微缩的影响。

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。

以上所述仅为本申请的实施例，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 (7)

1.一种管外封隔器，其特征在于，所述管外封隔器包括连接装置(1)、吸入装置(2)、充填装置(3)、内管总成(4)和胀封装置(5)；

其中，所述吸入装置(2)、所述充填装置(3)和所述胀封装置(5)依次相连并同轴套装在所述内管总成(4)的外壁上；所述连接装置(1)位于所述内管总成(4)的两端，所述胀封装置(5)的中心与所述内管总成(4)的中心重合；沿所述内管总成(4)的轴线，所述充填装置(3)对称分布在所述胀封装置(5)的两端；所述吸入装置(2)对称分布在所述充填装置(3)的两端；

所述吸入装置(2)包括活塞(21)；所述活塞(21)的一端与所述内管总成(4)连通，所述活塞(21)的另一端与所述管外封隔器和油气井之间的环形空间连通；所述胀封装置(5)内部存储有填充剂，所述填充剂用于填充水泥凝固时产生的缝隙以降低水泥体积微缩的影响；

所述连接装置(1)包括接头(11)和连接头(12)；

其中，所述接头(11)的一端与固井套管连接，所述接头(11)的另一端与所述连接头(12)的一端连接，所述连接头(12)的另一端与所述内管总成(4)的一端连接；

所述吸入装置(2)还包括第一密封圈组(22)、缸套(23)、第二密封圈组(24)、第三密封圈组(25)、进液口(27)和活塞堵头(28)；

其中，所述缸套(23)套装在所述内管总成(4)外，所述缸套(23)的一端套在所述连接头(12)的外壁，所述缸套(23)的另一端与所述充填装置(3)连接；所述第一密封圈组(22)位于所述缸套(23)内靠近所述连接头(12)的一端；所述缸套(23)内壁与所述内管总成(4)的外壁之间形成活塞腔(26)；

所述活塞(21)的一端为活塞块(211)，所述活塞块(211)位于所述活塞腔(26)内；所述活塞(21)的另一端与所述活塞堵头(28)连接，所述活塞堵头(28)在所述活塞腔(26)外；所述第二密封圈组(24)套在所述活塞块(211)的外壁上；所述第三密封圈组(25)套在所述活塞堵头(28)的外壁上；所述进液口(27)位于所述缸套(23)与所述活塞堵头(28)之间；所述活塞堵头(28)中具有液体通道，所述液体通道将所述进液口(27)与所述充填装置(3)连通；

所述充填装置(3)包括外筒(31)、压力通道(33)、开闭孔道(34)、充填头(35)、第四密封圈组(36)、弹性部件(37)、连接体(38)和内流道(39)；

其中，所述外筒(31)的一端与所述缸套(23)连接，所述外筒(31)的另一端与所述连接体(38)的一端连接；所述连接体(38)的另一端与所述胀封装置(5)连接；所述外筒(31)的内壁和所述内管总成(4)的外壁之间形成充填腔(32)；

所述充填头(35)的一端和所述弹性部件(37)依次连接并安装在所述连接体(38)与所述内管总成(4)形成的腔体中；所述充填头(35)的另一端与所述外筒(31)抵接，所述第四密封圈组(36)位于所述充填头(35)内壁；

所述开闭孔道(34)是所述外筒(31)和所述充填头(35)之间的孔道，当所述充填头(35)压缩所述弹性部件(37)时，所述开闭孔道(34)打开；所述充填腔(32)、所述压力通道(33)、所述开闭孔道(34)和所述内流道(39)依次流体连通；所述内流道(39)连通胀封装置(5)；所述压力通道(33)的管径小于所述外筒(31)的内径；

所述内管总成(4)包括至少两个堵头(41)和中心管(42)；当所述至少两个堵头(41)断开时，所述流体通道被封堵的一端打开，所述中心管(42)中的液体从所述流体通道进入所述吸入装置(2)以驱动所述吸入装置(2)中的所述活塞(21)运动；

所述进液口(27)位于所述外筒(31)上，所述管外封隔器与所述油气井之间环形空间中的水泥浆在所述活塞(21)的抽吸作用下从所述进液口(27)进入所述活塞堵头(28)上游的负压腔中，从所述进液口(27)进入的水泥浆经过所述活塞堵头(28)的液体通道进入所述充填腔(32)中；停止向固井套管中泵入钻井液时，作用在所述活塞(21)的压力减小，所述管外封隔器停止吸取水泥浆；作用在所述充填头(35)上的压力减小，被所述充填头(35)压缩的所述弹性部件(37)恢复原状使所述开闭孔道(34)关闭，阻止已填充的水泥浆回流；每次泵入钻井液完成一个吸入充填动作，重复泵送钻井液，反复进行吸入填充，实现胶筒(53)中水泥浆的填充。

2.如权利要求1所述的管外封隔器，其特征在于，所述中心管(42)是所述管外封隔器的支撑部件，所述胀封装置(5)位于所述中心管(42)的中间位置；

所述至少两个堵头(41)为内部具有流体通道的柱状结构，所述流体通道的一端封堵，所述流体通道的另一端与所述吸入装置(2)连通；所述至少两个堵头(41)以所述胀封装置(5)为中心，沿所述中心管(42)的轴线对称分布在所述中心管(42)内壁上。

3.如权利要求2所述的管外封隔器，其特征在于，所述胀封装置(5)包括控制气囊(51)、连接件(52)和所述胶筒(53)；

其中，所述胶筒(53)套装在所述中心管(42)外；所述连接件(52)位于所述胶筒(53)的两端；所述控制气囊(51)位于所述胶筒(53)内壁；所述连接件(52)用于将所述胶筒(53)与所述充填装置(3)连接；所述控制气囊(51)内部存储所述填充剂，所述控制气囊(51)用于释放所述填充剂以填充水泥凝固产生的缝隙。

4.如权利要求1或3所述的管外封隔器，其特征在于，所述填充剂为树脂。

5.如权利要求3所述的管外封隔器，其特征在于，所述胶筒(53)的厚度不小于16毫米。

6.如权利要求3所述的管外封隔器，其特征在于，所述胶筒(53)的耐温不低于350摄氏度。

7.如权利要求3、5或6所述的管外封隔器，其特征在于，所述胶筒(53)的长度不小于1500毫米。