CN116291301A - 一种螺旋扩张式套管外封隔器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油气钻井、完井、固井技术领域，且公开了一种螺旋扩张式套管外封隔器，包括套管，所述套管上设置有定位切换机构、扩张机构和密封机构；所述密封机构包括有胶套，所述胶套的顶部连接有上压片，所述胶套的底部连接有下压片，所述胶套设置有多个，且多个胶套之间通过折叠套连接，所述下压片的下方设置有顶套，所述顶套通过管套连接在扩张机构上。该螺旋扩张式套管外封隔器，通过设置的密封机构，能够在进行膨胀密封时，利用两个上下压片的压合，带动胶套的扩张与井壁接触实现封隔，最终实现扩张式密封，整个过程不会对胶套产生较大作用力，以此来保护胶套的使用寿命，减少胶套受压后的损伤。

Description

一种螺旋扩张式套管外封隔器

技术领域

本发明涉及油气钻井、完井、固井技术领域，具体为一种螺旋扩张式套管外封隔器。

背景技术

封隔器是指具有弹性密封原件，并借此封隔各种尺寸管柱与井眼之间以及管柱之间环形空间，并隔绝产层，以控制产注液保护套管的井下工具。根据具体的封隔位置不同可以分为多类，其中用于封隔套管与井眼之间环形空间的称为套管外封隔器。套管外封隔器可有效封隔油气水层，进行有选择性的开采或者封堵某一层段，保证套管外环形空间的密封。目前，套管外封隔器广泛应用于石油和天然气工业的油气井固井或完井工具，随着在压力敏感地型的地层进行油气井固井的施工越来越多，套管外封隔器可显著提高固井质量，有效进行层间封隔，保护或减少油层污染，为提高原油采收率和开采效率提供了保障。套管外封隔器逐渐成为固井、选择性完井技术的一种重要工具，已经成为研究应用的热点方向。

而目前现有技术中的套管外封隔器包括有扩张式套管外封隔器，其在固井碰压后向套管内施加一定的压力，通过封隔器的特定装置使套管内钻井液填充进封隔器的胶筒内，使胶筒膨胀，封隔环形空间，而扩张式套管外封隔器虽然能实现套管与井壁间环形空间的密封，但由于胶筒的内外侧壁分别受到液压和井壁的作用力，如果井壁垂直度存在一定的误差，受到不同程度下的周边挤压力，很容易造成胶筒的摩擦受损，受力不均匀，最终导致密封效果降低，同时会进一步的降低了其整体的使用寿命，因为形成密封状态，是依靠胶筒的弹性形变产生，长时间的对胶筒进行挤压，必定产生一定程度的疲劳损伤，从而给对胶筒的封隔实用产生一定的影响，故而提出一种螺旋扩张式套管外封隔器来解决上述所提出的问题。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种螺旋扩张式套管外封隔器，解决了现有技术中封隔器在密封隔绝时其密封效果随着长时间的挤压膨胀收缩使用，很容易导致胶筒密封强度降低，使用寿命降低的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种螺旋扩张式套管外封隔器，包括套管，所述套管上设置有定位切换机构、扩张机构和密封机构；所述密封机构包括有胶套，所述胶套的顶部连接有上压片，所述胶套的底部连接有下压片，所述胶套设置有多个，且多个胶套之间通过折叠套连接，所述下压片的下方设置有顶套，所述顶套通过管套连接在扩张机构上。

优选的，所述上压片和下压片之间设置有限位套，所述密封机构设置有多个，且两两之间均设置有隔片。

优选的，所述定位切换机构包括有滑动装置和对中装置；

所述滑动装置包括有套体，所述套体的内部设置有滑动销，所述套管的表面开设有短口槽和长口槽，所述长口槽通过连通槽与短口槽连通，所述滑动销滑动连接在短口槽上。

优选的，所述滑动销上连接有滑块，所述套体的内部开设有滑动槽，所述滑动销滑动连接在滑动槽内，所述滑块的一侧连接有连接弹簧，所述连接弹簧的一端连接有限位片，所述滑块滑动连接在限位片的表面，且限位片固定连接在套体的内部。

优选的，所述对中装置包括方板，所述方板的表面滑动连接有活动套，所述方板的一侧连接有接触板，所述套管上连接有锥套。

优选的，所述活动套上开设有限位槽，所述方板上固定连接有卡轴，所述卡轴滑动连接在限位槽内。

优选的，所述扩张机构包括有接触压板，所述接触压板的底部通过T型槽滑动连接有定位套，所述接触压板的顶部滑动连接有上接套，所述套管上连接有梯形板，所述梯形板通过斜槽滑动连接在接触压板的内部，所述接触压板的内部开设有销槽，所述梯形板上固定连接有轴销，所述轴销滑动连接在销槽上。

优选的，还包括有转换机构，所述转换机构包括有连接套，所述连接套连接在扩张机构上，所述套管上设置有球体，所述球体的表面卡接有内套，所述内套的表面连接有套筒，所述套筒的底部与扩张机构连接。

优选的，所述套管的表面开设有球槽，所述球体位于球槽的内部，所述连接套的表面套接有压缩弹簧，所述压缩弹簧位于套筒的内部。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种螺旋扩张式套管外封隔器，具备以下有益效果：

1、该螺旋扩张式套管外封隔器，通过设置的密封机构，能够在进行膨胀密封时，利用两个上下压片的压合，带动胶套的扩张与井壁接触实现封隔，最终实现扩张式密封，当两个倾斜角度的压片受压力下压时，将会合并成水平状态，进而撑开多个胶套，而多个胶套之间的连接是通过具有伸缩功能的折叠套相互连接，所以整个过程不会对胶套产生较大作用力，以此来保护胶套的使用寿命，减少胶套受压后的损伤。而整体的密封隔绝效果也不会受到影响，所以整体的密封机构能够经受长时间的使用，以及长时间伸缩保证其密封效果的一致性。

2、该螺旋扩张式套管外封隔器，通过设置的定位切换机构和扩张机构，能够实现区间的套管位置定位，因为采用上层和下层的多位置井壁固定，提高了整体的套管在深入以及运转过程中的稳定性，以及提高了套管深入过程中竖直度，保证密封机构能够承受的挤压力能够在整圈中的均衡性，解决了传统结构再扩张密封时，胶套受力不均导致密封封隔效果降低的情况。

附图说明

图1为本发明提出的一种螺旋扩张式套管外封隔器的整体结构示意图；

图2为本发明提出的一种螺旋扩张式套管外封隔器的整体剖面结构示意图；

图3为本发明提出的一种螺旋扩张式套管外封隔器的套管局部示意图；

图4为本发明提出的一种螺旋扩张式套管外封隔器的密封机构连接示意图；

图5为本发明提出的一种螺旋扩张式套管外封隔器的密封结构示意图；

图6为本发明提出的一种螺旋扩张式套管外封隔器的滑动装置结构示意图；

图7为本发明提出的一种螺旋扩张式套管外封隔器的对中装置结构示意图；

图8为本发明提出的一种螺旋扩张式套管外封隔器的扩张机构示意图；

图9为本发明提出的一种螺旋扩张式套管外封隔器的梯形板结构示意图；

图10为本发明提出的一种螺旋扩张式套管外封隔器的转换机构示意图。

图中：1、套管；2、定位切换机构；201、套体；202、滑动销；203、滑动槽；204、限位片；205、连接弹簧；206、滑块；207、方板；208、卡轴；209、锥套；210、活动套；211、接触板；212、限位槽；3、扩张机构；301、上接套；302、梯形板；303、接触压板；304、定位套；305、斜槽；306、销槽；307、轴销；4、密封机构；41、顶套；42、隔片；43、胶套；44、折叠套；45、上压片；46、下压片；47、限位套；5、转换机构；501、套筒；502、压缩弹簧；503、连接套；504、球槽；505、球体；506、内套；6、短口槽；7、长口槽；8、连通槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-10，一种螺旋扩张式套管外封隔器，包括套管1，套管1上设置有定位切换机构2、扩张机构3和密封机构4；请参阅图4-5，密封机构4包括有胶套43，胶套43的顶部连接有上压片45，胶套43的底部连接有下压片46，胶套43设置有多个，通过套管1的下移，将会带动上压片45和下压片46相互挤压，由锥形结构，转化挤压后，成圆柱状态，利用锥形挤压产生的向外扩张力，带动多个胶套43和井壁接触挤压，从而实现接触密封，且多个胶套43之间通过折叠套44连接，而折叠套44展开，并与胶套43连接，直接形成了整圈的密封圈，与井壁接触实现封隔，以此减少胶套43的形变，保证其能够长时间的使用下，不会降低整体封隔的效果。下压片46的下方设置有顶套41，顶套41通过管套连接在扩张机构3上。上压片45和下压片46之间设置有限位套47，而限位套47的设置，是为了限制两个压片合并的距离，因为两个压片中间存在间隙，当挤压到极限时，受到限位套47的阻隔，将不会再进行扩张，同时也不会形成内凹的状态，使得整体的组合型胶套43能够完美扩张至最大尺寸。密封机构4设置有多个，且两两之间均设置有隔片42，设置的隔片42能够阻隔每个密封机构4的相互独立，且同步扩张。

本实施例中，定位切换机构2包括有滑动装置和对中装置；

请参阅图6，滑动装置包括有套体201，套体201的内部设置有滑动销202，套管1的表面开设有短口槽6和长口槽7，长口槽7通过连通槽8与短口槽6连通，滑动销202滑动连接在短口槽6上。通过设置的短口槽6和长口槽7能够使得操作人员下移套管1的极限尺寸，避免移动距离位置导致的整体封隔，座封出现位置的过大或者过小，对设备造成损伤以及影响整体的封隔效果，短口槽6提供上拉区间长度，而长口槽7则是为了提供整体的套管1下移深度，由长口槽7的深度来决定。

进一步的是，请参阅图6，滑动销202上连接有滑块206，套体201的内部开设有滑动槽203，因为要保证整体的上拉复位，所以设置的滑动销202能够活动，当下移时，整体的滑动销202受到连通槽8的斜向力，将会使其转动进入至长口槽7的内部，滑动销202滑动连接在滑动槽203内，滑块206的一侧连接有连接弹簧205，连接弹簧205的一端连接有限位片204，滑块206滑动连接在限位片204的表面，且限位片204固定连接在套体201的内部。在复位时，仅需要上拉套管1至长口槽7的最底部，此时连接弹簧205受力将会拉动滑动销202进入短口槽6的内部，以此提高上拉复位的顺畅度。

此外，请参阅图7，对中装置包括方板207，而方板207的上下面均是采用斜面的结构，能够保证在下移或者上拉过程中不会拉扯到井壁，受力之后便会进行伸缩，方板207的表面滑动连接有活动套210，方板207的一侧连接有接触板211，套管1上连接有锥套209。通过下移整个套管1，将会带动锥套209的下移，锥套209利用其表面的锥形面下移动将会直接与接触板211接触挤压，将会带动多个方板207向外展开，进而直接与井壁形成挤压接触实现定位。活动套210上开设有限位槽212，方板207上固定连接有卡轴208，卡轴208滑动连接在限位槽212内。而设置的限位槽212也是为了限制方板207的滑动位置，当套管1上拉时，接触板211和套管1之间的间隙如果过大，整个方板207将会滑落至该间隙处，所以设置的卡轴208也就是能够限制方板207的收缩极限位置。

除此之外，请参阅图8，扩张机构3包括有接触压板303，接触压板303的底部通过T型槽滑动连接有定位套304，利用T型槽的设置能够限制接触压板303的横向移动，接触压板303的顶部滑动连接有上接套301，套管1上连接有梯形板302，请参阅图9，梯形板302通过斜槽305滑动连接在接触压板303的内部，在套管1下移过程中，也会带动梯形板302，而梯形板302滑动在斜槽305内，利用下移的滑动力，将会转化为横向的推动力，带动多个接触压板303进行向外扩充，也会与井壁接触挤压固定，从而实现区域性定位，也就是座封的过程。接触压板303的内部开设有销槽306，梯形板302上固定连接有轴销307，轴销307滑动连接在销槽306上。而销槽306的设计是为了实现防脱的效果，因为在上拉套管1的过程中轴销307在销槽306中滑动，将会上拉至极限卡在接触压板303上，从而防止上拉，梯形板302和接触压板303的脱离。

值得注意的是，请参阅图,10，还包括有转换机构5，转换机构5包括有连接套503，连接套503连接在扩张机构3上，套管1上设置有球体505，球体505的表面卡接有内套506，内套506的表面连接有套筒501，套筒501的底部与扩张机构3连接。通过设置的转换机构5的设置，能够在套管1下移时，与套筒501形成卡接的状态，而下移时球体505将会顺着表壁移动至内套506上的槽内，便形成了卡接固定的状态，继续下移将会带动整体的转换机构5实现锚定座封，保证整体在下移过程中的平衡性竖直度。

值得说明的是，套管1的表面开设有球槽504，球体505位于球槽504的内部，连接套503的表面套接有压缩弹簧502，压缩弹簧502位于套筒501的内部。整个球槽504是提供球体505的活动收缩空间，当套管1下移，将会带动连接套503的下移，压缩弹簧502受到拉长力将会提供收缩回复力，保证后续在套管1收缩复位的顺畅度，以及提供下移过程中的缓冲，避免直接接触导致的震动。

工作原理，整个封隔器主要应用于油田油水井的分层采油、卡封堵水、找水的用途，主要是通过密封机构4，定位切换机构2以及扩张机构3进行组合，当套管1深入井底时，到达合适的位置后，转到套管1，使得滑动销202通过连通槽8进入长口槽7的内部，之后继续下移整个套管1，将会带动锥套209的下移，锥套209利用其表面的锥形面下移动将会直接与接触板211接触挤压，将会带动多个方板207向外展开，进而直接与井壁形成挤压接触实现定位，而此时相对于套管1，整个活动套210便与井壁呈固定状态，需要拆除时，仅仅需要将套管上拉，使锥套209脱离接触板211，此时，多个方板207没有收到向外的挤压力，将会在上拉的过程中收缩至活动套210的内部。并且在套管1下移过程中，也会带动梯形板302，而梯形板302滑动在斜槽305内，利用下移的滑动力，将会转化为横向的推动力，带动多个接触压板303进行向外扩充，也会与井壁接触挤压固定，从而实现区域性定位，也就是座封的过程，因为采用上层和下层的多位置井壁固定，提高了整体的套管在深入以及运转过程中的稳定性，以及提高了套管深入过程中竖直度，保证密封机构4能够承受的挤压力能够在整圈中的均衡性。整体的套管1下移同时，还会带动连接套503的下移，进而顺着表面下移将球体505移动至内套506上的槽内，如图X，此时整个套管1与套筒501便形成了卡接固定的状态，继续下移将会带动整体的转换机构5实现锚定座封，保证整体在下移过程中的平衡性竖直度。之后套管1的下移将会带多个密封机构4实现挤压，因为座封之后，扩张机构3相对于井壁已然是固定装置，所以此时套管1的下移，将会带动上压片45和下压片46相互挤压，由锥形结构，转化挤压后，成圆柱状态，利用锥形挤压产生的向外扩张力，带动多个胶套43和井壁接触挤压，从而实现接触密封，因为每个胶套43之间通过折叠套44连接，具有一定的延展性，所以此时膨胀展开时，折叠套44便会展开，并不是压缩膨胀整体的胶套43，而折叠套44展开，并与胶套43连接，直接形成了整圈的密封圈，与井壁接触实现封隔，以此减少胶套43的形变，保证其能够长时间的使用下，不会降低整体封隔的效果。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (9)

1.一种螺旋扩张式套管外封隔器，包括套管(1)，其特征在于：所述套管(1)上设置有定位切换机构(2)、扩张机构(3)和密封机构(4)；

所述密封机构(4)包括有胶套(43)，所述胶套(43)的顶部连接有上压片(45)，所述胶套(43)的底部连接有下压片(46)，所述胶套(43)设置有多个，且多个胶套(43)之间通过折叠套(44)连接，所述下压片(46)的下方设置有顶套(41)，所述顶套(41)通过管套连接在扩张机构(3)上。

2.根据权利要求1所述的一种螺旋扩张式套管外封隔器，其特征在于：所述上压片(45)和下压片(46)之间设置有限位套(47)，所述密封机构(4)设置有多个，且两两之间均设置有隔片(42)。

3.根据权利要求1所述的一种螺旋扩张式套管外封隔器，其特征在于：所述定位切换机构(2)包括有滑动装置和对中装置；

所述滑动装置包括有套体(201)，所述套体(201)的内部设置有滑动销(202)，所述套管(1)的表面开设有短口槽(6)和长口槽(7)，所述长口槽(7)通过连通槽(8)与短口槽(6)连通，所述滑动销(202)滑动连接在短口槽(6)上。

4.根据权利要求3所述的一种螺旋扩张式套管外封隔器，其特征在于：所述滑动销(202)上连接有滑块(206)，所述套体(201)的内部开设有滑动槽(203)，所述滑动销(202)滑动连接在滑动槽(203)内，所述滑块(206)的一侧连接有连接弹簧(205)，所述连接弹簧(205)的一端连接有限位片(204)，所述滑块(206)滑动连接在限位片(204)的表面，且限位片(204)固定连接在套体(201)的内部。

5.根据权利要求3所述的一种螺旋扩张式套管外封隔器，其特征在于：所述对中装置包括方板(207)，所述方板(207)的表面滑动连接有活动套(210)，所述方板(207)的一侧连接有接触板(211)，所述套管(1)上连接有锥套(209)。

6.根据权利要求5所述的一种螺旋扩张式套管外封隔器，其特征在于：所述活动套(210)上开设有限位槽(212)，所述方板(207)上固定连接有卡轴(208)，所述卡轴(208)滑动连接在限位槽(212)内。

7.根据权利要求1所述的一种螺旋扩张式套管外封隔器，其特征在于：所述扩张机构(3)包括有接触压板(303)，所述接触压板(303)的底部通过T型槽滑动连接有定位套(304)，所述接触压板(303)的顶部滑动连接有上接套(301)，所述套管(1)上连接有梯形板(302)，所述梯形板(302)通过斜槽(305)滑动连接在接触压板(303)的内部，所述接触压板(303)的内部开设有销槽(306)，所述梯形板(302)上固定连接有轴销(307)，所述轴销(307)滑动连接在销槽(306)上。

8.根据权利要求1所述的一种螺旋扩张式套管外封隔器，其特征在于：还包括有转换机构(5)，所述转换机构(5)包括有连接套(503)，所述连接套(503)连接在扩张机构(3)上，所述套管(1)上设置有球体(505)，所述球体(505)的表面卡接有内套(506)，所述内套(506)的表面连接有套筒(501)，所述套筒(501)的底部与扩张机构(3)连接。

9.根据权利要求8所述的一种螺旋扩张式套管外封隔器，其特征在于：所述套管(1)的表面开设有球槽(504)，所述球体(505)位于球槽(504)的内部，所述连接套(503)的表面套接有压缩弹簧(502)，所述压缩弹簧(502)位于套筒(501)的内部。

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