CN203175465U - 用于页岩气层开采压裂的封隔器 - Google Patents

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李飞
何兵
徐保云
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Abstract

本实用新型公开了一种封隔器,尤其是一种用于页岩气层开采压裂的封隔器。本实用新型提供了一种避免出现肩部突起现象的用于页岩气层开采压裂的封隔器,由于设置有限压结构,当油压过大时,液压油通过泄压孔顶起限位套筒,使得限位套筒密封失效,多余的液压油通过泄压孔进入到油管中从而泄压,避免油压过高而造成胶筒的肩部突起现象。弹簧爪可通过梯形螺纹与胶筒座连接,梯形螺纹可以使弹簧爪与胶筒座连接稳固,增加两者之间的连接强度和连接精度。弹簧爪的锯齿和梯形螺纹上均设置一层二硫化钼层,这样就更加耐磨,耐腐蚀,耐热,抗疲劳和耐辐射,以提高产品质量,防止螺纹卡死,延长使用寿命,涂层与工件基材结合强度好,经济性好和环境性好。

Description

用于页岩气层开采压裂的封隔器
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种封隔器,尤其是一种用于页岩气层开采压裂的封隔器。
背景技术
[0002] 世界常规天然气总资源量为436万亿立方米,2010年产天然气约3万亿立方米,储采比保持在60以上;世界非常规天然气总资源量921万亿方,是常规天然气2倍多(其中,致密气209.6万亿方、煤层气256.1万亿方、页岩气456万亿方),但产量只占1/7左右;天然气水合物资源量超过2万万亿方,是目前化石能源资源总量2倍以上。其中仅页岩气456万亿方就大于常规天然气总资源量436万亿。在页岩气的开采过程中,需要用到封隔器,封隔器是实现油气田合理开采的关键设备,封隔器的意义重大。封隔器是一种井下分层工具,其使用范围几乎遍及石油勘探和开发的各个生产环节。主要用于:钻井、完井、压裂、酸化、堵水、防砂、试油、注水、增产、气举等作业。封隔器的主要作用如下:①封隔各生产层,防止层间液体及压差相互干扰,以满足各种分层左右的需要。②隔绝产液及压差,用来改善套管工作环境,起到保护套管的作用。③为机械采油(如水力油塞抽油和气举)提供作业通道,将套管封隔为吸入及排出两部分,便于无管泵抽油。④保存并充分利用地层能量,从而提高油井采油效率,延长油井作业时间。⑤使油井通过地面油管控制,可以安全地,最大限度地控制地层。⑥用于气举井中,可以阻止气井液面过早上升。
[0003] 封隔器包括管柱、上外套、胶筒座、胶筒、爪套、活塞和弹簧爪。在使用时将封隔器置入到油管中,利用液压推动活塞,使得活塞压缩胶筒,使得胶筒径向膨胀,然后利用弹簧爪锁定胶筒形状,从而使得封隔器堵住油管,实现坐封。但是在实际使用过程中,经常会出现坐封时油压过大,使得胶筒出现顶部变形严重的“肩部突起”现象,影响封隔器的密封效果。封隔器在坐封时,胶筒座下行压缩胶筒的同时也通过外中心管推动弹簧爪下行,弹簧爪登上内中心管上的台阶,同时径向张开,继续下行,弹簧爪上的爪齿压入并扣住爪套上的套齿,实现自锁。以往弹簧爪机加工完成后便进行装配使用,使用过程中螺纹及锯齿螺纹由于复杂的使用环境,造成螺纹腐蚀,梯形螺纹出现严重卡死情况。
实用新型内容
[0004] 本实用新型所要解决的技术问题是提供一种避免出现“肩部突起”现象的用于页岩气层开采压裂的封隔器。
[0005] 本实用新型解决其技术问题所采用的用于页岩气层开采压裂的封隔器,包括管柱、上外套、胶筒座、胶筒、爪套、活塞和弹簧爪,所述上外套、胶筒座和爪套依次套设在所述管柱上,所述活塞套设在所述管柱上并位于上外套与所述管柱之间,所述胶筒设置在所述胶筒座上,所述胶筒座密封设置在所述上外套和爪套之间,所述弹簧爪套设在所述管柱上并位于所述爪套与所述管柱之间,所述弹簧爪的上端与所述胶筒座连接,所述弹簧爪的下端设置有可膨胀结构,该可膨胀结构的外表面设置有锯齿,所述管柱的下部设置有与所述可膨胀结构位置对应的台阶,所述爪套的内壁上设置有与所述锯齿相匹配的套齿,还包括限压结构,所述限压结构包括限压接头、限压套筒和限压弹簧,所述限压接头连接在所述上外套上,所述限压接头的外表面间隔设置有两个凸台,所述限压接头上设置有泄压孔,所述泄压孔位于两个凸台之间,所述限压套筒、限压弹簧设置在限压接头的两个凸台之间,所述限压套筒在所述限压弹簧的作用下密封所述泄压孔。
[0006] 进一步的是,所述限压套筒的端部与所述泄压孔密封配合,并且限压套筒的端部内壁设置有倒角。
[0007] 进一步的是,所述弹簧爪的上端通过梯形螺纹与所述胶筒座连接。
[0008] 进一步的是,所述弹簧爪的梯形螺纹上设置有一层二硫化钥层。
[0009] 进一步的是,所述弹簧爪的锯齿上设置有一层二硫化钥层。
[0010] 本实用新型的有益效果是:由于设置有限压结构,当油压过大时,液压油通过泄压孔顶起限位套筒,使得限位套筒密封失效,多余的液压油通过泄压孔进入到油管中从而泄压,避免油压过高而造成胶筒的“肩部突起”现象。弹簧爪可通过梯形螺纹与胶筒座连接,梯形螺纹可以使弹簧爪与胶筒座连接稳固,增加两者之间的连接强度和连接精度。弹簧爪的锯齿和梯形螺纹上均设置一层二硫化钥层,这样就更加耐磨,耐腐蚀,耐热,抗疲劳和耐辐射,以提高产品质量,防止螺纹卡死,延长使用寿命,涂层与工件基材结合强度好,经济性好和环境性好。
附图说明
[0011] 图1是本实用新型的结构示意图;
[0012] 图2是限压结构的示意图;
[0013] 图3是弹簧爪的示意图;
[0014] 图4是图3的C处放大图;
[0015] 图中零部件、部位及编号:管柱1、上外套2、胶筒座3、胶筒4、爪套5、活塞6、弹簧爪7、限压结构8、台阶9、限压接头81、限压套筒82、限压弹簧83、泄压孔84、凸台85、油管10。
具体实施方式
[0016] 下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
[0017] 如图1所示,本实用新型包括管柱1、上外套2、胶筒座3、胶筒4、爪套5、活塞6和弹簧爪7,所述上外套2、胶筒座3和爪套5依次套设在所述管柱I上,所述活塞6套设在所述管柱I上并位于上外套2与所述管柱I之间,所述胶筒4设置在所述胶筒座3上,所述胶筒座3密封设置在所述上外套2和爪套5之间,所述弹簧爪7套设在所述管柱I上并位于所述爪套5与所述管柱I之间,所述弹簧爪7的上端与所述胶筒座3连接,所述弹簧爪7的下端设置有可膨胀结构,该可膨胀结构的外表面设置有锯齿,所述管柱I的下部设置有与所述可膨胀结构位置对应的台阶9,所述爪套5的内壁上设置有与所述锯齿相匹配的套齿,还包括限压结构8,所述限压结构8包括限压接头81、限压套筒82和限压弹簧83,所述限压接头81连接在所述上外套2上,所述限压接头81的外表面间隔设置有两个凸台85,所述限压接头81上设置有泄压孔84,所述泄压孔84位于两个凸台85之间,所述限压套筒82、限压弹簧83设置在限压接头81的两个凸台85之间,所述限压套筒82在所述限压弹簧83的作用下密封所述泄压孔84。限压结构不仅限于上述结构,也可以采用压力传感器配合电磁开关来实现,但是需要考虑到电磁开关的可靠性。在实际使用中,将本装置放置到油管10中需要封堵的位置,然后向本装置中充入液压油,使得活塞6向下运动,活塞6开始压缩胶筒4,并促使胶筒套4向下运动,进而带动弹簧爪7向下运动,当弹簧爪7的膨胀结构运动到台阶9处时,台阶9使得膨胀结构的半径变大,使得弹簧爪7上的锯齿与爪套5上的套齿啮合,阻止弹簧爪7和胶筒套4继续运动,此时胶筒4在活塞6的作用下长度被压缩,直径开始膨胀,直至密封住油管10,从而达到封堵的目的。当液压油压强过大时,将超过限压弹簧83的作用力,如图2所示,液压油通过泄压孔84作用在限压套筒82上,一般设置为限压套筒82的端部与所泄压孔84密封配合,并且限压套筒82的端部内壁设置有倒角,此时液压油作用在倒角上,使得限压套筒82轴向运动,顶开限压弹簧83,使得限压套筒82对泄压孔84的密封失效,液压油排出到油管10中,从而降低了本装置内部的压力,达到安全保护的作用。当压强较小的情况下,液压油无法顶开限压弹簧83的作用力,整个装置处于正常工作模式。
[0018] 具体的,如图3所示,所述弹簧爪7的上端通过梯形螺纹与所述胶筒座3连接。梯形螺纹连接强度高,且连接比较稳定,适合复杂的工况。为了提高弹簧爪7的耐腐蚀程度,所述弹簧爪7的梯形螺纹上设置有一层二硫化钥层。所述弹簧爪7的锯齿上设置有一层二硫化钥层。二硫化钥涂层是采用高压喷涂的工艺手段,在工件表面制备一层覆膜,其化学成分,组织结构和工件材料完全不同,以满足工件表面性能,如耐磨,耐腐蚀,耐热,抗疲劳和耐辐射等,以提高产品质量,防止螺纹卡死,延长使用寿命,涂层与工件基材结合强度好,经济性好和环境性好。

Claims (5)

1.用于页岩气层开采压裂的封隔器,包括管柱(I)、上外套(2)、胶筒座(3)、胶筒(4)、爪套(5 )、活塞(6 )和弹簧爪(7 ),所述上外套(2 )、胶筒座(3 )和爪套(5 )依次套设在所述管柱(I)上,所述活塞(6 )套设在所述管柱(I)上并位于上外套(2 )与所述管柱(I)之间,所述胶筒(4 )设置在所述胶筒座(3 )上,所述胶筒座(3 )密封设置在所述上外套(2 )和爪套(5 )之间,所述弹簧爪(7)套设在所述管柱(I)上并位于所述爪套(5)与所述管柱(I)之间,所述弹簧爪(7)的上端与所述胶筒座(3)连接,所述弹簧爪(7)的下端设置有可膨胀结构,该可膨胀结构的外表面设置有锯齿,所述管柱(I)的下部设置有与所述可膨胀结构位置对应的台阶(9),所述爪套(5)的内壁上设置有与所述锯齿相匹配的套齿,其特征在于:还包括限压结构(8),所述限压结构(8)包括限压接头(81)、限压套筒(82)和限压弹簧(83),所述限压接头(81)连接在所述上外套(2)上,所述限压接头(81)的外表面间隔设置有两个凸台(85),所述限压接头(81)上设置有泄压孔(84),所述泄压孔(84)位于两个凸台(85)之间,所述限压套筒(82)、限压弹簧(83)设置在限压接头(81)的两个凸台(85)之间,所述限压套筒(82 )在所述限压弹簧(83 )的作用下密封所述泄压孔(84 )。
2.如权利要求1所述的用于页岩气层开采压裂的封隔器,其特征在于:所述限压套筒(82)的端部与所述泄压孔(84)密封配合,并且限压套筒(82)的端部内壁设置有倒角。
3.如权利要求1所述的用于页岩气层开采压裂的封隔器,其特征在于:所述弹簧爪(7)的上端通过梯形螺纹与所述胶筒座(3)连接。
4.如权利要求3所述的用于页岩气层开采压裂的封隔器,其特征在于:所述弹簧爪(7)的梯形螺纹上设置有一层二硫化钥层。
5.如权利要求1至4任一权利要求所述的用于页岩气层开采压裂的封隔器,其特征在于:所述弹簧爪(7)的锯齿上设置有一层二硫化钥层。
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