CN202266231U - 用于自膨胀封隔器的胶筒辅助承压装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型为一种用于自膨胀封隔器的胶筒辅助承压装置，所述胶筒辅助承压装置分别设置在自膨胀封隔器的胶筒两端；该胶筒辅助承压装置由套设于自膨胀封隔器套管上的扣压限位环、过流滑套、套筒式接头、滑动锥套、扩张承压环和环形单向阀体构成；采用本实用新型的胶筒辅助承压装置的耐高压自膨胀封隔器，可用于各类非常规、难动用油气资源的储层改造施工，可缩短自膨胀封隔器的胶筒长度，降低施工管柱下入遇阻被卡的风险，使井下承受高压时胶筒向外突出、产生“流变”的空间大大减小，以显著提高封隔器密封高压的性能。
Description
技术领域
本实用新型是关于一种用于石油天然气开采井下层间隔离工具，尤其涉及一种用于自膨胀封隔器的胶筒辅助承压装置。
背景技术
随着国民经济的快速发展，对石油天然气等一次能源的需求不断增加。全球油气资源开发焦点逐渐转向低渗透、难动用的非常规油气藏，包括致密砂岩油气藏、页岩油气藏、煤层气等。以前被认为不具有开采经济价值的非常规资源现在已经得到大规模商业开发，满足了日益增长的能源需求，获得了可观的经济效益。这主要得益于技术的进步，尤其是水平井分段储层改造技术的规模应用，大大降低了开发成本，提高了单井产量，延长了稳产期。
水平井分段储层改造技术配套工具中的耐高压管外封隔器是重要的工具之一，其耐压性能、可靠性、工作寿命、成本等指标对储层改造效果和油气田采收率有很大影响。目前，已有多项关于提高封隔器承压能力的装置在使用。但是，这些封隔器所采用的保护胶筒、提高胶筒完整性的结构比较复杂，承受高压差的能力有限。
按座封方式分类，传统的储层改造管外封隔器分为机械座封式和液压座封式两类。前者只能用于直井，不能用于水平井、大斜度井。后者的结构非常复杂，现场施工存在座封失败的风险，在裸眼环境中对井径尺寸要求高，井径偏大的位置不能座封，内通径也小，不利于后期井下措施作业。
目前，在油气井常规完井工艺中应用的遇油遇水自膨胀封隔器也开始用于储层改造压裂作业。与传统的机械座封式和液压座封式封隔器相比，该技术具有无复杂机械结构、现场操作简便、成本较低、可靠性高等优点。在储层改造作业中封隔器要承受很高的压差，为防止自膨胀封隔器的胶筒被挤坏或发生“流变”，胶筒必须设计成很长(个别封隔器胶筒长度甚至达到9m)。由于储层改造的段数不断增加，过长的胶筒将导致管柱下入的安全风险增大，影响现场施工的顺利进行。由于现有的自膨胀封隔器没有可靠的提高胶筒密封能力的结构，该技术在储层改造压裂领域的推广应用受到很大限制。
由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种用于自膨胀封隔器的胶筒辅助承压装置，以克服现有技术的缺陷。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种用于自膨胀封隔器的胶筒辅助承压装置，可缩短自膨胀封隔器的胶筒长度，降低施工管柱下入遇阻被卡的风险，使井下承受高压时胶筒向外突出、产生“流变”的空间大大减小，以显著提高封隔器密封高压的性能。
本实用新型的另一目的在于提供一种用于自膨胀封隔器的胶筒辅助承压装置，该装置具有结构紧凑、可靠性高、成本低的特点。
本实用新型的目的是这样实现的，一种用于自膨胀封隔器的胶筒辅助承压装置，所述胶筒辅助承压装置分别设置在自膨胀封隔器的胶筒两端；该胶筒辅助承压装置由套设于自膨胀封隔器套管上的扣压限位环、过流滑套、套筒式接头、滑动锥套、扩张承压环和环形单向阀体构成；
所述扩张承压环与胶筒端部模压成一体，该扩张承压环是由多个相同尺寸和形状的扩张单元体相对结合后组成的封闭圆环体；所述各扩张单元体为沿胶筒轴向呈Z形设置的结构件；该圆环体朝向胶筒一侧的内壁为圆柱面，该圆环体背离胶筒一侧的内壁为渐扩的圆锥面，该圆柱面套设于自膨胀封隔器套管上；
所述滑动锥套设置在位于扩张承压环外端的套管上，滑动锥套一端为与扩张承压环的圆锥面对应的锥形体，另一端为圆柱体；
所述扣压限位环为内径尺寸一端小另一端大的阶梯形管状结构，小径端内表面设有预制的扣压槽，小径端背离胶筒方向固定扣压在自膨胀封隔器套管上，大径端内壁与封隔器套管之间形成环形容置空间；
所述过流滑套为内壁设有环形槽的环状体，该环状体由剪切销钉固定设置在上述环形容置空间内，该环状体内壁密封套设在自膨胀封隔器套管上，该环状体外壁与环形容置空间内壁密封接触；所述环形槽设有与环状体外壁贯通的过流孔；所述自膨胀封隔器套管上设有与环形槽对应导通的通孔；
所述套筒式接头一端固定连接在扣压限位环外壁，另一端套设于滑动锥套的外壁；
在所述滑动锥套与过流滑套之间的套管上密封套设有环形单向阀体，所述环形单向阀体与滑动锥套及过流滑套之间均留有间距；该环形单向阀体的外壁密封固定连接于套筒式接头的内壁；在环形单向阀体上设有由过流滑套向滑动锥套方向单向导通的单向阀。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述扩张承压环朝向胶筒一侧的端面上设有多个轴向延伸的支撑肋板，肋板内侧面设有锯齿状结构；所述扩张承压环外壁面上设有环形凸缘；所述圆柱面上沿周向设有多个向外壁面贯通的扇形开口。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述扩张承压环是由六个扩张单元体相对结合构成。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述滑动锥套的圆柱体的内外表面各有一组密封槽，密封槽内设有弹性密封圈。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述过流滑套上位于环形槽前端的内外壁面各有一个密封槽，密封槽内设有密封圈。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述过流滑套的前端设有由外壁面向内壁面渐缩的倾斜面。
在本实用新型的一较佳实施方式中，该套筒式接头的所述另一端的端口部设有直径缩小的内锥面，该内锥面的倾斜角度与滑动锥套的锥形体的锥度相同。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述套筒式接头是由中间接头和端部接头固定连接构成；该中间接头一端固定连接在扣压限位环外壁，中间接头另一端外壁固定连接于端部接头的一端，端部接头的另一端套设于滑动锥套的外壁；所述环形单向阀体的外壁螺纹连接于中间接头的内壁。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述单向阀由阀座、调压弹簧和阀芯构成；在单向阀的进口端设有过滤网。
由上所述，采用本实用新型的胶筒辅助承压装置的耐高压自膨胀封隔器，可用于各类非常规、难动用油气资源的储层改造施工，可缩短自膨胀封隔器的胶筒长度，降低施工管柱下入遇阻被卡的风险，使井下承受高压时胶筒向外突出、产生“流变”的空间大大减小，以显著提高封隔器密封高压的性能。该胶筒辅助承压装置具有如下优点：(1)锥形动作机构：通过该机构将轴向运动转化为径向运动，结构紧凑；(2)配有工作压力可控装置：设置有“剪切销钉+滑套”机构组合，保证机构在一定压力值之上准确动作，单向阀机构使得封隔器的座封不受管体内压力波动的影响，密封效果更好；(3)可靠性高：零部件较少，没有复杂的机械连接，有利于推广应用。
附图说明
以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：
图1：为配有本实用新型胶筒辅助承压装置的自膨胀封隔器的结构示意图。
图2：为本实用新型胶筒辅助承压装置的结构示意图。
图3A：为本实用新型中扩张承压环的结构示意图。
图3B：为图3A的侧视示意图。
图3C：为图3A的俯视示意图。
图3D：为扩张单元体的结构示意图。
图3E：为扩张承压环的立体结构示意图。
图4A：为本实用新型中过流滑套的结构示意图。
图4B：为图4A的侧视示意图。
图4C：为图4A的俯视示意图。
图5A：为本实用新型中环形单向阀体的结构示意图。
图5B：为图5A的侧视示意图。
图5C：为图5A的俯视示意图。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。
如图1、图2所示，本实用新型提出一种用于自膨胀封隔器的胶筒辅助承压装置100，所述胶筒辅助承压装置100分别设置在自膨胀封隔器9的胶筒92两端；该胶筒辅助承压装置100由套设于自膨胀封隔器9套管91上的扩张承压环1、滑动锥套2、扣压限位环3、过流滑套4、套筒式接头5和环形单向阀体6构成；
如图2、图3A-图3E所示，所述扩张承压环1与胶筒92端部模压成一体，该扩张承压环1是由多个相同尺寸和形状的扩张单元体11相对结合后组成的封闭圆环体，在本实施方式中，所述扩张承压环1是由六个扩张单元体11相对结合构成；所述各扩张单元体11为沿胶筒92轴向呈Z形设置的结构件；该封闭圆环体朝向胶筒92一侧的内壁为圆柱面12，该封闭圆环体背离胶筒92一侧的内壁为渐扩的圆锥面13，该圆柱面12套设于自膨胀封隔器套管91上；扩张承压环1的作用是使嵌入胶筒92的扩张单元体11随胶筒92一起扩张运动至井壁，在向外扩张的同时扩张承压环1的轴向上没有间隙，防止从轴向上有流体窜过。扩张至井壁的扩张承压环1与胶筒92一起组成承压体，承受井筒高压差，有效防止胶筒92被过度挤出；在本实施方式中，扩张单元体11采用尼龙6材料制造，这样扩张承压环1在径向运动时摩擦阻力较低；进一步，在本实施方式中，所述扩张承压环1朝向胶筒92一侧的端面上设有多个轴向延伸的支撑肋板14，肋板14内侧面设有锯齿状结构141，有利于嵌入胶筒的肋板带动胶筒扩张；所述扩张承压环1外壁面上设有环形凸缘15；所述圆柱面12上沿周向设有多个向外壁面贯通的扇形开口16，在模压、硫化膨胀胶筒92时扇形开口16内部嵌入橡胶。
所述滑动锥套2设置在位于扩张承压环1外端的套管91上，滑动锥套2一端为与扩张承压环1的圆锥面13对应的锥形体21，滑动锥套2另一端为圆柱体22；滑动锥套2的锥形体21表面与扩张承压环1的内部圆锥面13贴合设置，在高压流体的推动下，滑动锥套2可向胶筒92一侧滑动，将扩张承压环1撑开，使其与不断膨胀变大的胶筒92一起向外扩张。在本实施方式中，所述滑动锥套2的圆柱体22的内外表面各有一组密封槽221，密封槽221内设有弹性密封圈，保证滑动锥套2动作时流体不发生窜漏；
所述扣压限位环3为内径尺寸一端小另一端大的阶梯形管状结构，小径端内表面设有预制的扣压槽31，自膨胀封隔器套管91的外表面也有对应的扣压槽，小径端背离胶筒92方向固定扣压在自膨胀封隔器套管91上，大径端内壁与封隔器套管91之间形成环形容置空间32；组装时使用液压扣压机将扣压限位环3固定在套管(油管)91上，扣压后的接合面具有一定的密封能力，防止外部的高压流体通过该接合面进入胶筒辅助承压装置内部；
如图2、图4A-图4C所示，所述过流滑套4为内壁设有环形槽41的环状体，该环状体由剪切销钉7固定设置在上述环形容置空间32内，该环状体内壁密封套设在自膨胀封隔器套管91上，该环状体外壁与环形容置空间32内壁密封接触；所述环形槽41设有与环状体外壁贯通的过流孔411；所述自膨胀封隔器套管91上设有与环形槽41对应导通的通孔911；过流滑套4的作用是在一定压力的作用下产生滑动动作，使胶筒辅助承压装置与套管91的内部相通；在本实施方式中，所述过流滑套4上位于环形槽41前端的内外壁面各有一个密封槽42，密封槽42内设有密封圈；所述过流滑套4的前端设有由外壁面向内壁面渐缩的倾斜面43。所述过流滑套4被安装在环形容置空间32内部后，该过流孔411被扣压限位环3的环形容置空间32内壁堵住，处于关闭状态；过流滑套4的环形槽41与套管91的通孔相连通。
所述套筒式接头5一端固定连接在扣压限位环3的外壁，套筒式接头5另一端套设于滑动锥套2的外壁；该套筒式接头5的所述另一端的端口部设有直径缩小的内锥面53，该内锥面53的倾斜角度与滑动锥套2的锥形体21的锥度相同；该内锥面53可起到对滑动锥套2的运动限位作用，防止在压裂作业期间套管91内的过高压力使滑动锥套2对扩张承压环1施加过大的载荷，从而导致胶筒92被撑裂、损坏。
在所述滑动锥套2与过流滑套4之间的套管91上密封套设有环形单向阀体6(如图5A-图5C)，所述环形单向阀体6与滑动锥套2及过流滑套4之间均留有间距；该环形单向阀体6的外壁密封固定连接于套筒式接头5的内壁；在环形单向阀体6上设有由过流滑套4向滑动锥套2方向单向导通的单向阀61；单向阀61的作用是使具有一定压力的流体通过，防止出现流体的压力波动引起的流体倒流现象，保证密封的稳定性。所述单向阀61由阀座611、调压弹簧612和阀芯613构成；单向阀阀芯(阀球)613通过预紧的单向阀调压弹簧612顶在单向阀阀体内部的锥形面上，形成有效密封；在单向阀61的进口端设有过滤网62，过滤网62的作用是将要进入单向阀的高压流体中的固相杂质除去，防止其刺坏密封圈和磨损重要的零部件。
在本实施方式中，所述套筒式接头5是由中间接头51和端部接头52固定连接构成；该中间接头51一端固定连接在扣压限位环3的外壁，中间接头51另一端外壁固定连接于端部接头52的一端，端部接头52的另一端套设于滑动锥套2的外壁；中间接头51、端部接头52和扣压限位环3通过直连螺纹连接固定在一起；环形单向阀体6的外表面为螺纹结构，该环形单向阀体6的外壁螺纹连接于中间接头51的内壁。
上述配有胶筒辅助承压装置的自膨胀封隔器的工作原理如下：
当封隔器开始从地面进入井筒后，封隔器套管(油管)的管内压力不断升高，过流滑套的内腔(环形槽)压力也在升高，由于剪切销钉的支撑固定，过流滑套没有动作；当封隔器下入到位后，自膨胀封隔器胶筒与井筒流体发生反应，开始膨胀座封；胶筒膨胀一段时间后，从地面泵入高压液体，调节压力值正好使剪切销钉被剪断破坏，过流滑套在压差作用下运动，端面顶至环形单向阀体；同时，过流滑套的过流孔与环形单向阀体和过流滑套之间的腔体连通，地面泵入的高压液克服单向阀弹簧的阻力顶开阀芯进入滑动锥套和环形单向阀体之间的腔体，并推动滑动锥套运动；基于斜面运动原理，扩张承压环被撑开，扩张单元体带动端部胶筒一起向外扩张运动直至井壁，完成封隔器的最终座封。
由上所述，采用本实用新型的胶筒辅助承压装置的耐高压自膨胀封隔器，可用于各类非常规、难动用油气资源的储层改造施工，可缩短自膨胀封隔器的胶筒长度，降低施工管柱下入遇阻被卡的风险，使井下承受高压时胶筒向外突出、产生“流变”的空间大大减小，以显著提高封隔器密封高压的性能。该胶筒辅助承压装置具有如下优点：(1)锥形动作机构：通过该机构将轴向运动转化为径向运动，结构紧凑；(2)配有工作压力可控装置：设置有“剪切销钉+滑套”机构组合，保证机构在一定压力值之上准确动作，单向阀机构使得封隔器的座封不受管体内压力波动的影响，密封效果更好；(3)可靠性高：零部件较少，没有复杂的机械连接，有利于推广应用。
本实用新型的胶筒辅助承压装置将使非常规油气资源开发配套的井下封隔工具更加经济有效，采用该方案的自膨胀封隔器可用于各类非常规、难动用油气资源的开发，包括致密油、致密气、页岩油、页岩气、煤层气藏的直井、水平井、斜井压裂、酸压施工，也可用于老油田的挖潜改造、重复压裂等作业。
以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。
Claims (9)
1.一种用于自膨胀封隔器的胶筒辅助承压装置，所述胶筒辅助承压装置分别设置在自膨胀封隔器的胶筒两端；其特征在于：该胶筒辅助承压装置由套设于自膨胀封隔器套管上的扣压限位环、过流滑套、套筒式接头、滑动锥套、扩张承压环和环形单向阀体构成；
所述扩张承压环与胶筒端部模压成一体，该扩张承压环是由多个相同尺寸和形状的扩张单元体相对结合后组成的封闭圆环体；所述各扩张单元体为沿胶筒轴向呈Z形设置的结构件；该圆环体朝向胶筒一侧的内壁为圆柱面，该圆环体背离胶筒一侧的内壁为渐扩的圆锥面，该圆柱面套设于自膨胀封隔器套管上；
所述滑动锥套设置在位于扩张承压环外端的套管上，滑动锥套一端为与扩张承压环的圆锥面对应的锥形体，另一端为圆柱体；
所述扣压限位环为内径尺寸一端小另一端大的阶梯形管状结构，小径端内表面设有预制的扣压槽，小径端背离胶筒方向固定扣压在自膨胀封隔器套管上，大径端内壁与封隔器套管之间形成环形容置空间；
所述过流滑套为内壁设有环形槽的环状体，该环状体由剪切销钉固定设置在上述环形容置空间内，该环状体内壁密封套设在自膨胀封隔器套管上，该环状体外壁与环形容置空间内壁密封接触；所述环形槽设有与环状体外壁贯通的过流孔；所述自膨胀封隔器套管上设有与环形槽对应导通的通孔；
所述套筒式接头一端固定连接在扣压限位环外壁，另一端套设于滑动锥套的外壁；
在所述滑动锥套与过流滑套之间的套管上密封套设有环形单向阀体，所述环形单向阀体与滑动锥套及过流滑套之间均留有间距；该环形单向阀体的外壁密封固定连接于套筒式接头的内壁；在环形单向阀体上设有由过流滑套向滑动锥套方向单向导通的单向阀。
2.如权利要求1所述的用于自膨胀封隔器的胶筒辅助承压装置，其特征在于：所述扩张承压环朝向胶筒一侧的端面上设有多个轴向延伸的支撑肋板，肋板内侧面设有锯齿状结构；所述扩张承压环外壁面上设有环形凸缘；所述圆柱面上沿周向设有多个向外壁面贯通的扇形开口。
3.如权利要求1或2所述的用于自膨胀封隔器的胶筒辅助承压装置，其特征在于：所述扩张承压环是由六个扩张单元体相对结合构成。
4.如权利要求1所述的用于自膨胀封隔器的胶筒辅助承压装置，其特征在于：所述滑动锥套的圆柱体的内外表面各有一组密封槽，密封槽内设有弹性密封圈。
5.如权利要求1所述的用于自膨胀封隔器的胶筒辅助承压装置，其特征在于：所述过流滑套上位于环形槽前端的内外壁面各有一个密封槽，密封槽内设有密封圈。
6.如权利要求1所述的用于自膨胀封隔器的胶筒辅助承压装置，其特征在于：所述过流滑套的前端设有由外壁面向内壁面渐缩的倾斜面。
7.如权利要求1所述的用于自膨胀封隔器的胶筒辅助承压装置，其特征在于：该套筒式接头的所述另一端的端口部设有直径缩小的内锥面，该内锥面的倾斜角度与滑动锥套的锥形体的锥度相同。
8.如权利要求1所述的用于自膨胀封隔器的胶筒辅助承压装置，其特征在于：所述套筒式接头是由中间接头和端部接头固定连接构成；该中间接头一端固定连接在扣压限位环外壁，中间接头另一端外壁固定连接于端部接头的一端，端部接头的另一端套设于滑动锥套的外壁；所述环形单向阀体的外壁螺纹连接于中间接头的内壁。
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