CN117090536A - 一种独立压缩式多胶筒封隔器 - Google Patents

Abstract

一种独立压缩式多胶筒封隔器，涉及油田井下工具领域，包括上接头、中心管、胶筒组件和坐封机构，所述上接头固定连接在中心管的上端；胶筒组件，包括固定隔环、活动隔环、边胶筒和中胶筒；边胶筒共有两个，两个边胶筒分别抵在上接头的下端面和坐封活塞的上端面上；中胶筒不少于两个，各中胶筒在中心管外侧的轴向位置均位于上下两个边胶筒之间，所述固定隔环对应设置在每个中胶筒的上端面处，固定隔环的内侧固定连接在所述中心管上，从而对各中胶筒的上端面进行限位。本发明通过在压缩式封隔器中采用新型的胶筒组件，使压缩式封隔器能够应用在封堵连续射孔炮眼的施工中。

Description

一种独立压缩式多胶筒封隔器

技术领域

本发明属于油田井下工具领域，尤其涉及一种独立压缩式多胶筒封隔器。

背景技术

油气田开发中，需要使用封隔器对井下的连续的射孔炮眼进行封堵。

封隔器，是油气田生产过程中常用的一种井下工具，封隔器的外侧设置有胶筒，使用时，通过一定方式使胶筒的外径增大，继而使胶筒贴合在井壁上，完成封隔器的坐封。

根据封隔器胶筒及胶筒外径增大方式的不同，封隔器一般可以分为扩张式封隔器和压缩式封隔器两种。扩张式封隔器中，胶筒在其内侧的液体压力的作用下向外扩张，达到坐封目的。在压缩式封隔器中，通过向中心管打压来触发封隔器内坐封机构，使坐封活塞从胶筒的端面压缩胶筒，使胶筒的外径增大，达到坐封目的。

对于封堵射孔炮眼的使用工况来说，井壁上炮眼的轴向分布范围可长达两米以上，这就要求封隔器胶筒能提供较长的密封距离，而受原理所限，现有的压缩式封隔器密封距离较短，因此，现有技术中只能采用长胶筒的扩张式封隔器来封堵连续的射孔炮眼。

目前，封堵连续射孔炮眼时采用的扩张式封隔器内设置有单流止回阀，打压时，单流止回阀允许液体流入胶筒内侧空间，胶筒坐封后停止打压，单流止回阀自动关闭，防止胶筒内侧空间内的液体流出，从而使坐封后的胶筒在液体压力的作用下始终保持膨胀状态。经过多年应用，上述现有技术取得了较好的封堵效果，但也存在一些不足：

上述的扩张式封隔器单纯依靠单流止回阀及其它各处密封件的密封性能来保持胶筒内侧空间内的液体压力，进而保持胶筒的坐封状态，然而，在高压状态下，单流止回阀的密封结构及其它各处密封件容易发生缓慢渗漏，使胶筒的坐封状态一定时间内得以保持，而无法长久保持，进而对生产造成一定困扰。

因此，有必要设计一种新型的封隔器来来实现对井下连续射孔炮眼的长久封堵。

发明内容

本发明针对油气田开发的实际需要，利用机械式锁紧与解锁机构，提供了一种独立压缩式多胶筒封隔器，目的是保证能够长期有效地封堵长井段的射孔炮眼。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：本发明提供了一种独立压缩式多胶筒封隔器，包括上接头、中心管、胶筒组件和坐封机构，中心管的侧壁上设置有过液孔，胶筒组件和坐封机构均设置在中心管的外侧，胶筒组件内设置有胶筒，坐封机构内设置有坐封活塞，工作时，向中心管内打压，压力经过所述过液孔作用于坐封机构，坐封机构在压力的作用下触发并推动坐封活塞，坐封活塞从胶筒的端部压缩胶筒，使胶筒的外径增大，从而实现坐封；

所述上接头固定连接在中心管的上端；

胶筒组件，包括固定隔环、活动隔环、轴向顶杆、边胶筒和中胶筒；

边胶筒共有两个，两个边胶筒分别抵在上接头的下端面和坐封活塞的上端面上；

中胶筒不少于两个，各中胶筒在中心管外侧的轴向位置均位于上下两个边胶筒之间，所述固定隔环对应设置在每个中胶筒的上端面处，固定隔环的内侧固定连接在所述中心管上，从而对各中胶筒的上端面进行限位；所述活动隔环对应设置在每个中胶筒的下端面处，以及位于上侧的边胶筒的下端面处；

每个中胶筒内均设置有轴向顶杆，每个固定隔环上均加工有供轴向顶杆穿过的通孔，各轴向顶杆的上下两端分别抵在相邻的两个活动隔环上，从而将下方活动隔环的力向上传递；

坐封时，向中心管内打压以推动坐封活塞，使坐封活塞沿中心管向上滑动，滑动过程中，坐封活塞先压缩临近的边胶筒，该边胶筒将来自坐封活塞的推力向上传递给紧邻其上方的活动隔环，该活动隔环再通过各轴向顶杆将推力向上传递给其它活动隔环，从而实现对所有胶筒的压缩。

作为优选方案，所述中心管为分段式结构，包括上管段、下管段以及位于二者之间的至少一个延长段，各管段之间依次固定连接。

作为优选方案，所述各延长段的结构和尺寸完全相同。

作为优选方案，所述固定隔环夹在上管段与延长段、相邻两个延长段或延长段与下管段之间的连接处，从而实现固定隔环在中心管上的固定。

本发明的有益效果为：

1、本发明通过在压缩式封隔器中采用新型的胶筒组件，通过在胶筒组件内设置若干固定隔环、活动隔环、轴向顶杆和中胶筒等结构，实现了对各中胶筒和边胶筒的独立压缩，这种压缩胶筒的方式使压缩式封隔器的密封长度得以大幅拓展，进而使压缩式封隔器能够应用在封堵连续射孔炮眼的施工中。由于压缩式封隔器中的胶筒是通过机械压缩实现坐封的，因此不会出现扩张式封隔器容易出现的因缓慢渗漏而无法长久保持坐封状态的问题。

2、现有技术中，受生产工艺所限，扩张式封隔器中胶筒的长度是有限的（通常不会超过两米），因此依靠胶筒所能实现的密封段的长度是有限的。而本申请中，新型的胶筒坐封结构和分段式的中心管，使得各胶筒共同实现的密封段的长度可以无限延长，从而使本发明得以应用在更多的需要进行井下密封的施工场景中。

3、与常规的压缩式胶筒相比，本发明中，无论胶筒的数量和胶筒在封隔器外表面分布的长度范围如何，各胶筒的受力都是非常均匀的，有利于保证各胶筒均能被充分压缩，从而使各胶筒均能充分发挥自身的支撑或密封作用。

附图说明

图1是本发明坐封前的结构示意图。

图2是本发明坐封后的结构示意图。

图3是中胶筒的剖视结构示意图。

图4是图3的左视图。

图中，1、上接头，2、边胶筒，3、活动隔环，4、固定隔环，5、中胶筒，6、坐封活塞，7、过液孔，8、上管段，9、延长段，10、下管段，11、轴向顶杆。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步描述：

如图1所示，本实施例包括上接头1、中心管、胶筒组件和坐封机构，中心管的侧壁上设置有过液孔7，胶筒组件和坐封机构均设置在中心管的外侧，胶筒组件内设置有胶筒，坐封机构内设置有坐封活塞6，工作时，向中心管内打压，压力经过所述过液孔7作用于坐封机构，坐封机构在压力的作用下触发并推动坐封活塞6，坐封活塞6从胶筒的端部压缩胶筒，使胶筒的外径增大，从而实现坐封。以上结构为现有技术中压缩式封隔器的常规结构，在此不再赘述。

如图1所示，本实施例中，所述上接头1固定连接在中心管的上端，上接头1的作用是对抵靠在其下方的边胶筒2的进行限位，以保证该边胶筒2的顺利压缩。

如图1所示，本实施例中，胶筒组件包括固定隔环4、活动隔环3、边胶筒2、中胶筒5和轴向顶杆11。其中，边胶筒2共有两个，两个边胶筒2分别抵在上接头1的下端面和坐封活塞6的上端面上，边胶筒2的作用是利用硬度扶正封隔器及防止封隔器机械配件楔入胶筒中心孔，同时给中胶筒5提供足够的压缩力。实施时，所述边胶筒2的邵氏硬度为85～90，本实施例中，边胶筒2的邵氏硬度值选为87。

如图1所示，中胶筒5不少于两个，各中胶筒5在中心管外侧的轴向位置均位于上下两个边胶筒2之间，中胶筒5的作用是利用较小的硬度和极大的弹性变形，来封隔井筒油套环形空间，达到最终的密封效果。

在井下，射孔炮眼是沿着套管的轴线等间距分布的，实施时，可使中胶筒5的数量大于套管轴向排布的炮眼数量，并使相邻两个中胶筒5的中心距等于轴向相邻的两个炮眼的中心距，从而对处于井下同一深度的炮眼进行独立密封。

如图1所示，所述固定隔环4对应设置在每个中胶筒5的上端面处，固定隔环4的内侧固定连接在所述中心管上，从而对各中胶筒5的上端面进行限位；所述活动隔环3对应设置在每个中胶筒5的下端面处，以及位于上侧的边胶筒2的下端面处，坐封时，坐封力作用于各活动隔环3，并通过推动活动隔环3来实现分别压缩各个中胶筒5，从而实现对各个中胶筒5的独立压缩。

如图1、3、4所示，每个中胶筒5内均设置有轴向顶杆11，每个固定隔环4上均加工有供轴向顶杆11穿过的通孔，各轴向顶杆11的上下两端分别抵在相邻的两个活动隔环3上，从而将下方活动隔环3的力向上传递，将坐封力传递给各个活动隔环3，进而实现对中胶筒5的压缩。实施时，各活动隔环3的内侧设置有O型密封圈，并通过该O型密封圈与内侧零件滑动密封。

如图1所示，坐封时，向中心管内打压以推动坐封活塞6，使坐封活塞6沿中心管向上滑动，滑动过程中，坐封活塞6先压缩临近的边胶筒2，该边胶筒2将来自坐封活塞6的推力向上传递给紧邻其上方的活动隔环3，该活动隔环3再通过各轴向顶杆11将推力向上传递给其它活动隔环3，从而实现对所有胶筒的压缩。本发明坐封后的结构如图2所示。

需要说明的是，本实施例中，由于所有胶筒被压缩后，每个胶筒之间存在一定的间隙，（即胶筒的压缩距），这种情况下，如果胶筒硬度过低，当压缩力过大时，金属压缩环可能楔入胶筒中心孔，失去压缩效果，进而失去密封性。通过实验测试，本实施例中，各中胶筒5的邵氏硬度值选在70～75的区间内，本实施例中，外径114mm的中胶筒5和边胶筒2，在内径124mm的套管中，坐封活塞6承受35MPa压力时，各胶筒具备良好的密封性，同时，每组胶筒之间能够承受10～15MPa的压力。

如图1所示，所述中心管为分段式结构，包括上管段8、下管段10以及位于二者之间的至少一个延长段9，各管段之间依次固定连接。使用时，可通过改变延长段9的数量并对应改变中胶筒5、固定隔环4和活动隔环3的数量，使得本发明中胶筒5组件的密封长度得以灵活调整，以满足不同工况对胶筒组件密封长度的不同需求。

如图1所示，本实施例中，所述各延长段9的结构和尺寸完全相同，有利于减少备件种类，并有利于实现快速组装。

如图1所示，本实施例中，所述固定隔环4夹在上管段8与延长段9、相邻两个延长段9或延长段9与下管段10之间的连接处，从而实现固定隔环4在中心管上的固定。固定隔环4采用上述连接结构的好处是：第一，便于调整中心管及胶筒组件的长度时对固定隔环4进行快速固定。第二，某些特殊工况下，要求封隔器密封段的长度要求大于作业车的作业范围，这种情况下，可通过液压钳在井口夹持固定隔环4的外侧，使被夹持的固定隔环4内侧的延长段9及其以下部分悬挂在井口，这样便能够在作业状态下直接对封隔器的密封长度调整，从而在作业车优先的作业范围内使封隔器的密封长度无限延长。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的先进性，本发明不受上述实例的限制，实例中描述的仅是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明会产生各种变化与改进，这些改进与变化都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种独立压缩式多胶筒封隔器，包括上接头（1）、中心管、胶筒组件和坐封机构，中心管的侧壁上设置有过液孔（7），胶筒组件和坐封机构均设置在中心管的外侧，胶筒组件内设置有胶筒，坐封机构内设置有坐封活塞（6），工作时，向中心管内打压，压力经过所述过液孔（7）作用于坐封机构，坐封机构在压力的作用下触发并推动坐封活塞（6），坐封活塞（6）从胶筒的端部压缩胶筒，使胶筒的外径增大，从而实现坐封，其特征在于：

所述上接头（1）固定连接在中心管的上端；

胶筒组件，包括固定隔环（4）、活动隔环（3）、边胶筒（2）和中胶筒（5）；

边胶筒（2）共有两个，两个边胶筒（2）分别抵在上接头（1）的下端面和坐封活塞（6）的上端面上；

中胶筒（5）不少于两个，各中胶筒（5）在中心管外侧的轴向位置均位于上下两个边胶筒（2）之间，所述固定隔环（4）对应设置在每个中胶筒（5）的上端面处，固定隔环（4）的内侧固定连接在所述中心管上，从而对各中胶筒（5）的上端面进行限位；所述活动隔环（3）对应设置在每个中胶筒（5）的下端面处，以及位于上侧的边胶筒（2）的下端面处；

每个中胶筒（5）内均设置有轴向顶杆（11），每个固定隔环（4）上均加工有供轴向顶杆（11）穿过的通孔，各轴向顶杆（11）的上下两端分别抵在相邻的两个活动隔环（3）上，从而将下方活动隔环（3）的力向上传递；

坐封时，向中心管内打压以推动坐封活塞（6），使坐封活塞（6）沿中心管向上滑动，滑动过程中，坐封活塞（6）先压缩临近的边胶筒（2），该边胶筒（2）将来自坐封活塞（6）的推力向上传递给紧邻其上方的活动隔环（3），该活动隔环（3）再通过各轴向顶杆（11）将推力向上传递给其它活动隔环（3），从而实现对所有胶筒的压缩。

2.根据权利要求1所述的一种独立压缩式多胶筒封隔器，其特征在于：所述中心管为分段式结构，包括上管段（8）、下管段（10）以及位于二者之间的至少一个延长段（9），各管段之间依次固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种独立压缩式多胶筒封隔器，其特征在于：所述各延长段（9）的结构和尺寸完全相同。

4.根据权利要求2所述的一种独立压缩式多胶筒封隔器，其特征在于：所述固定隔环（4）夹在上管段（8）与延长段（9）、相邻两个延长段（9）或延长段（9）与下管段（10）之间的连接处，从而实现固定隔环（4）在中心管上的固定。