CN117514065A - 分级控制裸眼封隔器装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种分级控制裸眼封隔器装置，包括本体，本体包括第一接头、中心管和第二接头，其中，在中心管上布置有第一通孔与第二通孔；控制机构，控制机构包括短节，以及第一控制组件和第二控制组件，第一控制组件包括通过第一销钉与第一接头连接的关闭活塞，第二控制组件包括通过第二销钉与中心管连接的启动活塞；胶筒机构，胶筒机构包括胶筒总成和胶筒座，其中，启动活塞构造成能够在压力的作用下剪断所述第二销钉，使得胶筒总成能够在流体的作用下向外扩张而进行坐封；关闭活塞构造成能够在压力的作用下剪断第一销钉，并且继续向下游运动而关闭第二通孔。本发明相比于现有的封隔器来说具有更好的密封效果和更强的承压能力。

Description

分级控制裸眼封隔器装置

技术领域

本发明涉及油气田开发技术领域，具体地涉及一种分级控制裸眼封隔器装置。

背景技术

在油气田开发过程中，针对直井或水平井的分段压裂改造，一般采用裸眼封隔器进行分段完井和储层改造的工作。此外，通过裸眼封隔器就能够对油气田内的各个产层进行具有针对性的改造，使得各产层段之间均能达到沟通储层的目的。

在众多裸眼封隔器中，以K341型号为主的封隔器能够保持良好坐封状态。这类封隔器主要是利用单流阀的特性来实现密封功能。但是，该类封隔器一方面在工作初期时单流阀回位必须完全依靠弹簧弹力，因此，其对弹簧的弹性要求极高。另一方面当单流阀阀芯(活塞)回位时，胶筒内坐封时打压的压力就会被部分释放，从而严重影响后期的密封效果。此外，由于该类封隔器的单流阀在关闭后还可以再次进行开启，因此，在后续开启过程中一旦封隔器的胶筒破裂，管内流体就能够通过单流阀流出，从而导致整个管柱的密封失效。

然而，现有技术中仍没有一种能够解决上述问题的装置。

发明内容

本发明的目的在于提出一种分级控制裸眼封隔器装置，其能够通过第一控制组件与第二控制组件实现了分级控制的效果，从而在胶筒充分坐封后对胶筒所处的环境进行封闭式处理。此外，本发明相比于现有的封隔器来说具有更好的密封效果和更强的承压能力。

根据本发明，提供了一种分级控制裸眼封隔器装置，包括本体，所述本体包括依次连接的第一接头、中心管和第二接头，其中，在所述中心管上沿轴向间隔布置有第一通孔与第二通孔；控制机构，所述控制机构包括设置在所述第一接头的下游的短节，以及设置在所述中心管与所述短节之间的环形空腔内的第一控制组件和第二控制组件，其中，所述第一控制组件包括通过第一销钉与所述第一接头的下游端连接并用于接收来自所述第一通孔内的流体的关闭活塞，所述第二控制组件设置在所述第一控制组件的下游，并包括通过第二销钉与所述中心管连接并用于接收来自所述第二通孔内的流体的启动活塞；和套接在所述中心管外的胶筒机构，所述胶筒机构包括设置在所述短节的下游的胶筒总成，以及与所述胶筒总成的下游端固定连接的胶筒座，其中，所述胶筒座与所述中心管密封式连接，其中，所述启动活塞构造成能够在压力的作用下剪断所述第二销钉，使得所述胶筒总成能够在流体的作用下向外扩张而进行坐封；所述关闭活塞构造成能够在压力的作用下剪断所述第一销钉，并且继续向下游运动而关闭所述第二通孔。

在一个实施例中，所述关闭活塞构造成阶梯套筒的形式，并且包括第一关闭活塞部分和第二关闭活塞部分，其中，所述第一关闭活塞部分的外部直径比所述第二关闭活塞部分的外部直径大。

在一个实施例中，所述短节包括第一短节部分和第二短节部分，其中，所述第一关闭活塞部分与所述第一短节部分密封式连接，所述第二关闭活塞部分与所述第二短节部分密封式连接。

在一个实施例中，在所述第一短节部分与所述第二短节部分的接合处沿径向设有至少一个第三通孔，从而允许所述关闭活塞向下游运动。

在一个实施例中，所述第二短节部分包括具有用于限制所述关闭活塞的运动行程的径向向内延伸的第一台阶，以及具有用于接收所述启动活塞的径向向内延伸的第二台阶。

在一个实施例中，所述第一控制组件还包括密封式套接在所述中心管外的锁环，所述第一关闭活塞部分与所述锁环相接合，所述第一关闭活塞部分还通过第三销钉与所述锁环形成固定连接，从而限制所述关闭活塞与所述锁环之间的相对旋转。

在一个实施例中，所述第二控制组件还包括在轴向上设置在所述第二通孔与所述启动活塞之间的保护套，所述保护套通过第四销钉与所述中心管连接。

在一个实施例中，所述胶筒总成包括支撑段和胶筒，其中，所述胶筒的两个端部固定在所述支撑段的径向内侧，而中间部分能够穿过所述支撑段径向向外膨胀。

在一个实施例中，在所述胶筒座上设有至少一个第四通孔，所述第四通孔构造成能够在测试阶段释放所述胶筒总成与所述中心管之间的压力，并且在入井前通过堵头进行封闭。

在一个实施例中，所述胶筒座与所述中心管和所述支撑段之间、所述关闭活塞与所述短节之间、所述保护套与所述中心管之间，以及所述启动活塞与所述中心管和所述短节之间均设有密封件，所述密封件包括O型密封圈和背圈中的至少一种。

附图说明

下面将结合附图来对本发明进行详细地描述，在图中：

图1示意性显示了根据本发明的分级控制裸眼封隔器装置的结构。

在附图中，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。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步说明。为方便理解，方向性用语“纵向”或“轴向”或类似用语指的是分级控制裸眼封隔器装置的长度方向，即图1中的竖直方向。方向性用语“横向”或“径向”或类似用语指的是垂直于“纵向”或“轴向”的方向，即图1中的水平方向。方向性用语“上游”或“上方”或类似用语指的是靠近井口的方向，即图1中的顶端方向。方向性用语“下游”或“下方”或类似用语指的是远离井口的方向，即图1中的底端方向。

图1示意性显示了根据本发明的分级控制裸眼封隔器装置100的结构。如图1所示，根据本发明的分级控制裸眼封隔器装置100主要包括沿纵向延伸布置的本体10。本体10包括中心管11、第一接头12和第二接头13。其中，第一接头12设置在中心管11的上游，并且与中心管11形成螺纹连接。此外，第一接头12还能够接收来自上游的流体，从而有助于后续的坐封工作。第二接头13设置在中心管11的下游，并且与中心管11形成螺纹连接。

根据本发明的一个实施例，在中心管11上沿径向分别设置有第一通孔111和第二通孔112。其中，第一通孔111与第二通孔112在轴向上间隔布置，并且均能够引导来自第一接头12内的流体流向控制机构20(在下文中介绍)内，从而有助于后续的坐封工作。其内容在下文中介绍。

根据本发明，如图1所示，根据本发明的分级控制裸眼封隔器装置100还包括控制机构20。控制机构20包括短节21、第一控制组件30和第二控制组件40。其中，短节21设置在第一接头12的下游，并且通过螺钉与第一接头12形成固定连接。第一控制组件30与第二控制组件40均设置在短节21与中心管11之间所形成的环形空腔22内。根据本发明的一个实施例，第一控制组件30能够接收来自第一通孔111输送来的流体；第二控制组件40能够接收来自第二通孔112输送来的流体。

根据本发明，如图1所示，根据本发明的分级控制裸眼封隔器装置100还包括胶筒机构50。胶筒机构50套接在中心管11外，并且包括胶筒总成51和胶筒座52。其中，胶筒总成51设置在短节21的下游，并且能够在压力的作用下向外扩张，从而进行坐封。胶筒座52设置在胶筒总成51与第二接头13之间，并且胶筒座52分别与胶筒总成51和中心管11密封式连接，从而为后续胶筒60(在下文中介绍)的坐封工作提供有效地密封环境。此外，胶筒座52构造成能够在胶筒总成51向外扩张时向上浮动，从而间接的挤压胶筒60，进而使得分级控制裸眼封隔器装置100具有良好的坐封效果。

根据本发明，如图1所示，第二控制组件40包括启动活塞41。启动活塞41构造成套筒的形式，并且通过第二销钉2与中心管11形成稳定地连接关系。根据本发明的一个实施例，启动活塞41构造成能够在压力的作用下剪断第二销钉2，从而促使来自第二通孔112的流体通过环形空腔22而进入到中心管11与胶筒60的环空内。这样，胶筒60就能够在流体的压力作用下向外扩张，进而更快、更充分地完成坐封工作。

根据本发明，如图1所示，第一控制组件30包括关闭活塞31。关闭活塞31通过第一销钉1与第一接头12的下游端形成稳定地连接关系。根据本发明的一个实施例，关闭活塞31构造成能够在来自第一通孔111的流体的压力的作用下剪断第一销钉1，并且关闭活塞31在压力的作用下继续向下游运动，直至完全封闭第二通孔112。这样，中心管11与胶筒总成51之间的环空就能够始终保持密封环境的状态，从而保障了分级控制裸眼封隔器装置100的坐封能力。

根据本发明，如图1所示，关闭活塞31构造成阶梯套筒的形式，并且包括第一关闭活塞部分311和第二关闭活塞部分312。其中，第一关闭活塞部分311的外部直径比第二关闭活塞部分312的外部直径大。因此，第一关闭活塞部分311的外壁就能够与短节21的内壁形成密封式贴合关系，而第二关闭活塞部分312的内壁就能够与中心管11的外壁形成密封式贴合关系。通过这种方式，使得从第一通孔111进入到环形空腔22内的流体能够充分地作用在关闭活塞31上，从而更快、更稳定地推动关闭活塞31向下游运动，从而完成关闭第二通孔112的任务。

根据本发明，如图1所示，短节21包括构造成套筒的形式第一短节部分211和构造成阶梯套筒形式的第二短节部分212。根据本发明的一个实施例，第一关闭活塞部分311与第一短节部分211通过密封件(在下文中介绍)形成密封式连接，而第二关闭活塞部分312与第二短节部分212通过密封件形成密封式连接。这样，使得从第一通孔111进入到环形空腔22内的流体能够充分地作用在关闭活塞31上，进而使得关闭活塞31能够更容易地完成对第二通孔112的封闭工作。此外，在关闭活塞31与短节21之间形成了一个具有密封环境的环形结构的腔室，并且与第三通孔213(在下文中介绍)连通。

根据本发明的一个实施例，在第一短节部分211与第二短节部分212的接合处设有至少一个第三通孔213。第三通孔213沿径向延伸布置。这样，当关闭活塞31在来自第一通孔111的流体的压力的作用下向下游运动的过程中，如上所述腔室内的气体就能够在关闭活塞31的挤压下通过第三通孔213向外部排放，从而保证关闭活塞31能够稳定地向下游运动，进而实现对第二通孔112进行有效且全面地封闭。

根据本发明的一个实施例，如图1所示，第二短节部分212具有径向向内延伸的第一台阶214。当关闭活塞31在来自第一通孔111的流体的压力的作用下向下游运动的过程中，第一台阶214能够与关闭活塞31在轴向上进行抵接，从而有效地限制关闭活塞31在轴向上的运动行程，进而使得第二关闭活塞部分312的末端完全越过第二通孔112，进一步地实现对第二通孔112进行有效且全面地封闭。

根据本发明，如图1所示，第一控制组件30还包括锁环33。锁环33密封式套接在中心管11外，并且锁环33与关闭活塞31形成有效地接合。根据本发明的一个实施例，锁环33的外表面与关闭活塞31的外表面均设置有等距分布的锯齿形螺纹，因此，锁环33与关闭活塞31就能够通过锯齿形螺纹而形成有效地螺纹连接，从而使得锁环33与关闭活塞31之间能够具有稳定的连接关系。这样，当关闭活塞31在压力的作用下向下游运动的过程中，锁环33与关闭活塞31在锯齿形螺纹的作用下能够进行有效地相互制约而实现同步运动，使得关闭活塞31能够稳定地向下游运动，从而实现对第二通孔112的封闭。

根据本发明的一个实施例，如图1所示，第一关闭活塞部分311还通过第三销钉3与锁环33形成固定连接。这样，当关闭活塞31在压力的作用下向下游运动的过程中就能够有效地避免关闭活塞31与锁环33之间相对旋转，从而使得关闭活塞31与锁环33能够一同向下游运动，进而实现对第二通孔112进行有效地封闭。此外，在本实施例中的锁环33与关闭活塞31通过锯齿形螺纹连接和第三销钉3实现双重固定。因此，相比于常规的锁环来说具有更强的承载力和锁定能力，这样就能够有效地降低泄压后关闭活塞31回位的距离，从而避免释放胶筒内的压力，使得分级控制裸眼封隔器装置100在坐封工作中能够具有良好的密封功能。

根据本发明，如图1所示，在中心管11的外壁上设置有密封件，并且该密封件处于第二通孔112与启动活塞41之间的位置。这样，当关闭活塞31在压力的作用下向下游运动的过程中，第二关闭活塞部分312就能够通过上述密封件与中心管11的外壁形成密封式的连接关系。由此，当关闭活塞31与第一台阶214抵接时，第二关闭活塞部分312就能够将第二通孔112进行全面的封闭。根据本发明的一个实施例，如图1所示，第二控制组件40还包括保护套42。保护套42通过第四螺钉4安装在中心管11的外周上，并且保护套42能够完全覆盖在上述的密封件外。在本实施例中，保护套42能够对该密封件进行充分保护，从而有效地避免该密封件在封闭第二通孔112之间失效，进一步地提高分级控制裸眼封隔器装置100的密封功能。

根据本发明的一个实施例，如图1所示，第二短节部分212具有径向向内延伸的第二台阶215。第二台阶215能够接收剪断第二销钉2的启动活塞41，从而为第二通孔112输送来的流体提供流动通道，进一步地保证第二通孔112输送来的流体能够流入到中心管11与胶筒60(在下文中介绍)之间。

根据本发明的一个实施例，如图1所示，在中心管11上沿径向向内设置有凹槽113，并且凹槽113与第二台阶215大致设置在同一径向延伸线上。凹槽113的尺寸与保护套42的尺寸相匹配。这样，当关闭活塞31在压力的作用下向下游运动的过程中促使保护套42剪断第四销钉4后，保护套42就能够落入到凹槽113内，从而形成对中心管11与胶筒总成51的环空的封堵。由此，在配合胶筒座52就能够进一步地促使中心管11与胶筒总成51的环空构造成密封空腔。

下面介绍本发明的两个工作阶段，包括如下内容。

第一工作阶段：启动活塞41在压力的作用下剪断第二销钉2，来自第二通孔112的流体通过环形空腔22流入到胶筒总成51与中心管11的环空内，从而促使胶筒60向外扩张而进行坐封。

第二工作阶段：关闭活塞31在来自第一通孔111的流体的压力的作用下剪断第一销钉1，关闭活塞31与锁环33在压力的作用下一同向下游运动，从而促使保护套42剪断第四销钉4。关闭活塞31与锁环33在压力的作用下继续向下游运动，直至关闭活塞31与第一台阶214抵接，从而完成对第二通孔112的封闭。

这样，在第一工作阶段阶下能够充分地完成坐封工作，而在第二阶段下能够对第二通孔112完成有效地封闭，从而保证分级控制裸眼封隔器装置100整体的密封完整性。此外，分级控制裸眼封隔器装置100在第二通孔112的封闭后的承压能力超过100Mpa，因此，即使后期胶筒破裂也并不会影响分级控制裸眼封隔器装置100整体的密封性。

容易理解，在本实施例的情况下启动活塞41所承受压力小于关闭活塞31所承受的压力。但是在其他的不同的实施例中，上述的承压值均可以根据实际的使用和布局情况进行适应性的调整，从而满足实际作业中的需求。

根据本发明，如图1所示，胶筒总成51包括支撑段511和胶筒60。其中，支撑段511的两端分别与短节21和胶筒座52形成固定连接，这样有助于后期进行胶筒60的坐封工作。胶筒60包括设置在两端的固定部62和设置在中间的膨胀部61。其中，固定部62均安装在支撑段511的径向内侧，而膨胀部61能够穿过支撑段511径向向外膨胀而进行坐封。根据本发明的一个实施例，胶筒60的膨胀部61由氢化丁腈的橡胶材质制成，这样，在压力的作用下能够更容易的向外扩张而进行有效地坐封。胶筒60的固定部62由高强度不锈钢材质制成。这样，在坐封的过程中胶筒60的固定部62就能够紧紧的抵接在支撑段511的径向内侧，从而提高胶筒60的承压能力。

在本发明的一个实施例，胶筒60的膨胀部61与支撑段511为面面接触的方式，并且如图1所示为倾斜接触。这样，当胶筒60的膨胀部61在压力的作用下而向外扩张的过程中，膨胀部61的边缘就能够有效地抵接在支撑段511的内表面上，从而有效地避免因过度膨胀而使胶筒60脱离分级控制裸眼封隔器装置100。

在本发明的一个实施例，胶筒60的固定部62在轴向上设置有多个等距分布的环形槽。这样，当胶筒60的膨胀部61在压力的作用下而向外扩张的过程中，胶筒60的固定部62在向靠近膨胀部61的方向运动，从而有效地与支撑段511形成卡接，进而有效地避免因过度膨胀而使胶筒60脱离分级控制裸眼封隔器装置100。

根据本发明的一个实施例，如图1所示，在胶筒座52上至少设有一个第四通孔521，并且第四通孔521能够通过堵头53进行封堵。具体地说，在压力测试阶段中，第四通孔521处于打开状态，从而释放中心管11与胶筒60之间的压力。在入井作业开始前，将堵头53安装在第四通孔521上，从而保证后期在井下作业时胶筒60与中心管11之间能够始终处于密封环境，进而使得分级控制裸眼封隔器100具有更好的坐封效果。

根据本发明的一个实施例，如图1所示，分级控制裸眼封隔器100还包括密封件。密封件包括但不限于O型密封圈和背圈。具体地说，在启动活塞41与中心管11和第二短节部分212之间均设有密封件。这样，使得来自第二通孔112的流体能够充分地对启动活塞41进行施压，从而促使启动活塞41剪断第二销钉2。在第一关闭活塞部分311与第一短节部分211之间和在第二活塞部分312与第二短节部分212之间均设有密封件；在第一短节部分211与第一接头12之间设有密封件。这样，使得来自第一通孔111的流体能够充分地对关闭活塞31进行施压，从而促使关闭活塞31剪断第一销钉1。此外，这样布置能够有效地避免在对关闭活塞31施压的过程中出现泄流的现象。在第二短节部分212与支撑段511之间设有密封件。这样，能够有效地避免因流体泄漏而导致整个管柱的密封失效。在胶筒座52与支撑段511和中心管11之间均设有密封件。这样，能够保证从第二通孔112流入的流体只汇聚在胶筒60与中心管11之间，从而能够有效地避免因流体泄漏而导致整个管柱的密封失效。

本发明提供了一种分级控制裸眼封隔器装置，其通过第一控制组件30与第二控制组件40实现了分级控制的效果。此外，本发明还能够在胶筒60充分坐封的情况下对胶筒60所处的环境进行封闭式处理。由此，使得分级控制裸眼封隔器装置100相比于现有的封隔器来说具有更好的密封效果和更强的承压能力。

以上仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。本领域的技术人员在本发明的公开范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种分级控制裸眼封隔器装置(100)，包括：

本体(10)，所述本体(10)包括依次连接的第一接头(12)、中心管(11)和第二接头(13)，其中，在所述中心管(11)上沿轴向间隔布置有第一通孔(111)与第二通孔(112)；

控制机构(20)，所述控制机构(20)包括设置在所述第一接头(12)的下游的短节(21)，以及设置在所述中心管(11)与所述短节(21)之间的环形空腔(22)内的第一控制组件(30)和第二控制组件(40)，其中，所述第一控制组件(30)包括通过第一销钉(1)与所述第一接头(12)的下游端连接并用于接收来自所述第一通孔(111)内的流体的关闭活塞(31)，所述第二控制组件(40)设置在所述第一控制组件(30)的下游，并包括通过第二销钉(2)与所述中心管(11)连接并用于接收来自所述第二通孔(112)内的流体的启动活塞(41)；和

套接在所述中心管(11)外的胶筒机构(50)，所述胶筒机构(50)包括设置在所述短节(21)的下游的胶筒总成(51)，以及与所述胶筒总成(51)的下游端固定连接的胶筒座(52)，其中，所述胶筒座(52)与所述中心管(11)密封式连接，

其中，所述启动活塞(41)构造成能够在压力的作用下剪断所述第二销钉(2)，使得所述胶筒总成(51)能够在流体的作用下向外扩张而进行坐封；所述关闭活塞(31)构造成能够在压力的作用下剪断所述第一销钉(1)，并且继续向下游运动而关闭所述第二通孔(112)。

2.根据权利要求1所述的分级控制的裸眼封隔器装置，其特征在于，所述关闭活塞(31)构造成阶梯套筒的形式，并且包括第一关闭活塞部分(311)和第二关闭活塞部分(312)，其中，所述第一关闭活塞部分(311)的外部直径比所述第二关闭活塞部分(312)的外部直径大。

3.根据权利要求2所述的分级控制的裸眼封隔器装置，其特征在于，所述短节(21)包括第一短节部分(211)和第二短节部分(212)，其中，所述第一关闭活塞部分(311)与所述第一短节部分(211)密封式连接，所述第二关闭活塞部分(312)与所述第二短节部分(212)密封式连接。

4.根据权利要求3所述的分级控制的裸眼封隔器装置，其特征在于，在所述第一短节部分(211)与所述第二短节部分(212)的接合处沿径向设有至少一个第三通孔(213)，从而允许所述关闭活塞(31)向下游运动。

5.根据权利要求4所述的分级控制的裸眼封隔器装置，其特征在于，所述第二短节部分(212)包括具有用于限制所述关闭活塞(31)的运动行程的径向向内延伸的第一台阶(214)，以及具有用于接收所述启动活塞(41)的径向向内延伸的第二台阶(215)。

6.根据权利要求5所述的分级控制的裸眼封隔器装置，其特征在于，所述第一控制组件(30)还包括密封式套接在所述中心管(11)外的锁环(33)，所述第一关闭活塞部分(311)与所述锁环(33)相接合，所述第一关闭活塞部分(311)还通过第三销钉(3)与所述锁环(33)形成固定连接，从而限制所述关闭活塞(31)与所述锁环(33)之间的相对旋转。

7.根据权利要求1到6中任一项所述的分级控制的裸眼封隔器装置，其特征在于，所述第二控制组件(40)还包括在轴向上设置在所述第二通孔(112)与所述启动活塞(41)之间的保护套(42)，所述保护套(42)通过第四销钉(4)与所述中心管(11)连接。

8.根据权利要求1到6中任一项所述的分级控制的裸眼封隔器装置，其特征在于，所述胶筒总成(51)包括支撑段(511)和胶筒(60)，其中，所述胶筒(60)的两个端部固定在所述支撑段(511)的径向内侧，而中间部分能够穿过所述支撑段(511)径向向外膨胀。

9.根据权利要求8所述的分级控制的裸眼封隔器装置，其特征在于，在所述胶筒座(52)上设有至少一个第四通孔(521)，所述第四通孔(521)构造成能够在测试阶段释放所述胶筒总成(51)与所述中心管(11)之间的压力，并且在入井前通过堵头(53)进行封闭。

10.根据权利要求1到6中任一项所述的分级控制的裸眼封隔器装置，其特征在于，所述胶筒座(52)与所述中心管(11)和所述支撑段(511)之间、所述关闭活塞(31)与所述短节(21)之间、所述保护套(42)与所述中心管(11)之间，以及所述启动活塞(41)与所述中心管(11)和所述短节(21)之间均设有密封件，所述密封件包括O型密封圈和背圈中的至少一种。