CN204729048U - 大斜度井或深水测试的大通径套管内的非旋转坐封封隔器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大斜度井或深水测试的大通径套管内的非旋转坐封封隔器，包括上、下扶正接头，上扶正接头至扶正下接头的轴向之间设有心轴机构，心轴机构包括自上而下连接的水力锚本体、容积管、上心轴、换位心轴和连接心轴；心轴机构上设有外套组件，外套组件包括套装在上心轴上的密封胶筒组件及套装在换位心轴上的摩擦块套筒和锁定臂和同时套装在连接心轴和下扶正接头上的破裂盘外筒；摩擦块套筒上的摩擦块通过卡瓦座和压块固定在摩擦块套筒上；摩擦块套筒内设有换位凸耳，换位心轴上设有换位槽，通过锁定臂将换位凸耳锁定在换位心轴的换位槽内。该封隔器既适用于海上、也适用于深水、更适用于陆地及自升式平台的一体化测试管柱用。

Description

大斜度井或深水测试的大通径套管内的非旋转坐封封隔器

技术领域

本实用新型涉及石油领域勘探井测试的一种新型井下测试工具，特别适用于大斜度井、水平井以及深水井测试的大通径套管用井下封隔器。

背景技术

目前，探井测试流行使用封隔器按是否旋转作业管柱可分为两类：一类为旋转坐封封隔器，另一类为非旋转坐封封隔器。旋转坐封封隔器主要有哈里巴顿的RTTS(Retrievable Test：可回收式测试-Treat：处理-Squeeze：挤注)系列封隔器、斯伦贝谢的P-T封隔器等；非旋转坐封封隔器主要有斯伦贝谢的P-T长冲程封隔器(PosiTest Long-Stroke Packer)和Omegamatic长冲程封隔器(Omegamatic Long-Stroke Packer)等上提下放机械式坐封封隔器，以及各种型号的液压坐封插管密封式封隔器。

传统的旋转坐封封隔器如果应用于大斜度井、水平井，那么在旋转测试管柱坐封时，测试工具串就容易受到损害甚至断裂，而旋转坐封封隔器本身在这种井斜条件下也难以坐封。浮式平台测试因有水下树脐带缆绑定在测试管柱外表面，在旋转管柱坐封封隔器时脐带缆会受到损伤，通常情况下，如果封隔器尝试旋转坐封两、三次未果，则必须重新起出水下树管柱。深水测试由于悬挂器以上测试管柱外表面绑定有外径更粗，重量更大，液、电线路更为复杂的水下树脐带缆，不允许有管柱的任何旋转操作。因此，对于大斜度井、水平井、深水井测试，在封隔器的选型上，非旋转坐封封隔器成为必选项。

如上所述，非旋转封隔器分为机械式坐封封隔器和液压坐封插管密封式封隔器。众所周知，后者因其良好的密封、耐温、耐压性能而广泛应用于非常规井测试如：高温高压井、硫化氢井、水力加砂压裂井等。这种封隔器的最大缺点在于封隔器本身需要单趟管柱下入，然后再下入带密封插管的测试管柱，测试结束后如果需要回收封隔器，还需第三次下入回收工具，而海上测试尤其是深水测试，作业日费动辄数百万甚至千万计，多一次起下钻就意味着更高的作业成本，而如果为了减少起下钻时间，将液压封隔器作为耗材永久留在井下，无疑也会增加材料成本。如何简单、可靠、且经济有效地完成海上探井测试、甚至深水测试，必须优化测试管柱结构，以实现单趟起下钻即完成整个测试任务，而多功能一体化管柱的重点在于配套的封隔器选型，为此，需要开发一种可回收的非旋转机械坐封封隔器。

实用新型内容

针对上述情况，本实用新型提供了一种大斜度井或深水测试的大通径套管内用井下封  隔器，该封隔器既适用于海上、也适用于深水、更适用于陆地及自升式平台的一体化测试的大通径套管用。本实用新型封隔器作为测试管柱的一部分，随管柱一起入井，其下部配置射孔枪，以实现射孔、测试联作。本实用新型封隔器的外套组件设有锁定机构，在下钻途中，管柱的上提下放不会引起坐封，当封隔器下入到位，并电测校深管柱配长结束后，环空打压击破破裂盘，解除锁定功能，然后上提下放管柱即可实现封隔器坐封。由于本实用新型的锁定是一次性操作的，即解锁后即保持此状态，不再有回锁功能，因此，本封隔器具有无限次坐封特点，即解封后还可在原深度继续坐封，也可重新调整深度再次坐封。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供的大斜度井或深水测试的大通径套管内的非旋转坐封封隔器，包括上扶正接头和下扶正接头，所述上扶正接头至所述扶正下接头的轴向之间设有心轴机构，所述心轴机构包括自上而下设置的水力锚本体、容积管、上心轴、换位心轴和连接心轴，其中，所述上心轴的一端与所述水力锚本体连接，所述容积管的一端插入所述水力锚本体内，所述容积管的另一端插入所述上心轴内，所述水力锚本体与所述容积管之间形成有环形空间A，所述上心轴的另一端与所述上扶正接头连接，所述上心轴上设有与所述环形空间A贯通的传压孔K；所述心轴机构上设有外套组件，所述外套组件包括套装在上心轴上的密封胶筒组件及套装在换位心轴上的摩擦块套筒和锁定臂和同时套装在连接心轴和下扶正接头上的破裂盘外筒；所述破裂盘外筒与锁定臂搭接，所述破裂盘外筒与锁定臂之间设有卡环，所述破裂盘外筒与下扶正接头之间设有剪销护套和剪销，所述破裂盘外筒上设有破裂盘，所述破裂盘外筒与所述连接心轴之间形成有环形空间B和环形空间C，所述破裂盘外筒与所述下扶正接头之间形成有环形空间D；所述水力锚本体上设有水力锚镶齿卡瓦、水力锚卡瓦弹簧及固定夹板，所述固定夹板通过压板压紧螺钉固定在水力锚本体上；所述水力锚本体与上心轴之间采用螺纹连接；所述密封胶筒组件包括顶鞋、胶筒、隔环、底鞋和卡瓦滑套；所述摩擦块套筒上设有支撑套、机械锚镶齿卡瓦、挡套、摩擦块及摩擦块弹簧，所述摩擦块通过卡瓦座和压块固定在所述摩擦块套筒上；所述摩擦块套筒内设有换位凸耳，所述换位心轴上设有换位槽，通过锁定臂将换位凸耳锁定在所述换位心轴的换位槽内；上述相互连接的零部件之间均分别设有密封结构。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型中的心轴机构主要承受轴向拉伸力、轴向压缩力、径向液压力等，外套组件主要实现摩擦块套筒的换位及其锁定、密封胶筒的压缩。本实用新型封隔器的水力锚本体的螺纹采用T4 3/4”-4SA(STUB ACME)气密螺纹，该种结构的螺纹抗拉强度高；另外，本实用新型密封结构中的O型密封圈使用氟胶材质，具有更好的耐温性能，其额定工作温度为-20°F～+400°F，额定工作压力为52.0Mpa(即7.5K psi)。

本实用新型中的换位凸耳在换位槽内的连续换位即可满足封隔器的下入、短起、短下、坐封、解封及回起等各个工作状态要求，而换位凸耳的连续换位只需简单地上提下放管柱即可。该换位凸耳与换位槽的配合使得摩擦块套筒相对于上心轴做轴向移动时，相对于套  管内壁并不做旋转运动，从而避免了若摩擦块套筒做旋转运动因与套管内壁摩擦力过大而带来的损害，而这是常规机械旋转坐封的封隔器所无法克服的。

本实用新型中通过锁定臂将换位凸耳锁定在所述换位心轴的换位槽内，该结构是同类工具所不具备的，该锁定结构使得工具在数千米的入井过程中，无论是管柱的短距离起下，还是海上浮式平台因升沉而导致管柱相对于套管的上下运动，都不至于引起工具换位而意外坐封，这有利于提高下钻速度。

附图说明

图1-1是本实用新型封隔器入井状态局部一示意图；

图1-2是本实用新型封隔器入井状态局部二示意图；

图1-3是本实用新型封隔器入井状态局部三示意图；

图1-4是本实用新型封隔器入井状态局部四示意图；

图2-1是本实用新型封隔器坐封状态局部一示意图；

图2-2是本实用新型封隔器坐封状态局部二示意图；

图2-3是本实用新型封隔器坐封状态局部三示意图；

图2-4是本实用新型封隔器坐封状态局部四示意图；

图中：

1-上扶正接头                 2-水力锚本体              3-水力锚镶齿卡瓦

4-水力锚卡瓦弹簧             5-固定甲板                6-顶鞋

7-胶筒                       8隔环                     9-底鞋

10-卡瓦滑套                  11-容积管                 12-上心轴

13-换位心轴                  14-支撑套                 15-机械镶齿卡瓦

16-水力锚卡瓦弹簧            17-卡瓦座                 18-摩擦块套筒

19-摩擦块                    20-摩擦块弹簧             21-压块

22-压板压紧螺钉              23-换位凸耳               24-挡套

25-锁定销                    26-卡环                   27-破裂盘外筒

28-破裂盘                    29-连接心轴               30-剪销护套

31-剪销                      32-下扶正接头             33至40-O型密封圈

41至44-R型支撑密封           A、B、C、D-环形空间       K-传压孔

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步详细地描述。

如图1-1、图1-2、图1-3和图1-4(将该四个局部结构示意图顺次轴向对齐后为本实用新型封隔器入井状态示意图)所示，本实用新型一种大斜度井或深水测试的大通径套管内的非  旋转坐封封隔器，包括上扶正接头1和下扶正接头32，所述上扶正接头1至所述扶正下接头32的轴向之间设有心轴机构，所述心轴机构包括自上而下设置的水力锚本体2、容积管11、上心轴12、换位心轴13和连接心轴29，其中，所述上心轴12的一端与所述水力锚本体2连接，所述容积管11的一端插入所述水力锚本体2内，所述容积管11的另一端插入所述上心轴内，所述水力锚本体2与所述容积管11之间形成有环形空间A，所述上心轴12的另一端与所述上扶正接头1连接，所述上心轴12上设有与所述环形空间A贯通的传压孔K；所述心轴机构上设有外套组件，所述外套组件包括套装在上心轴12上的密封胶筒组件及套装在换位心轴13上的摩擦块套筒18和锁定臂25和同时套装在连接心轴29和下扶正接头32上的破裂盘外筒27；所述密封胶筒组件包括顶鞋6、胶筒7、隔环8、底鞋9和卡瓦滑套10。

所述破裂盘外筒27与锁定臂25搭接，所述破裂盘外筒27与锁定臂25之间设有卡环26，所述破裂盘外筒27与下扶正接头32之间设有剪销护套30和剪销31，所述破裂盘外筒27上设有破裂盘28，所述破裂盘28为H型破裂盘，所述破裂盘外筒27与所述连接心轴29之间形成有环形空间B和环形空间C，所述破裂盘外筒27与所述下扶正接头32之间形成有环形空间D。

所述水力锚本体2上设有水力锚镶齿卡瓦3、水力锚卡瓦弹簧4及固定夹板5，所述固定夹板5通过压板压紧螺钉22固定在水力锚本体2上；所述水力锚本体2与上心轴12之间采用螺纹连接。

所述摩擦块套筒18上设有支撑套14、机械锚镶齿卡瓦15、挡套24、摩擦块19及摩擦块弹簧20，所述摩擦块19通过卡瓦座17和压块21固定在所述摩擦块套筒18上；所述摩擦块套筒18内设有换位凸耳23，所述换位心轴13上设有换位槽，通过锁定臂25将换位凸耳23锁定在所述换位心轴13的换位槽内。 

上述相互连接的零部件之间均分别设有密封结构，所述密封结构由支撑密封或R形支撑环(图中附图标记41至44)及其中的O型密封圈(图中附图标记33至40)构成，所述O型密封圈使用氟胶材质。

本实用新型封隔器的操作过程主要是：如图1-1至图1-4所示，封隔器入井后，对套管与封隔器之间的环形空间进行加压后，击破安装在破裂盘外筒27上的破裂盘29，从而使该环形空间内的压力作用于破裂盘外筒27内的活塞上，该作用力使破裂盘外筒27剪断销剪销31，(该剪销31安装在破裂盘外筒27与下扶正接头32上，在下井期间用于保持破裂盘外筒27与下扶正接头32的相对位置)并向下扶正接头32方向移动，同时破裂盘外筒27带动与之相连的锁定臂25同步移动，锁定臂25在换位心轴13的换位槽内的移动，最终使得换位心轴13上的换位槽彼此连续，使得换位凸耳23能够在换位槽内连续移动：上提管柱，换位凸耳进入换位槽中短槽的下止点→下放管柱，换位凸耳23进入换位槽短槽上止点→再次上提管柱，换位凸耳23进入换位槽短槽下止点→下放管柱，此时换位凸耳23进入  换位槽长槽内，缓慢下放管柱重量即可坐封封隔器。

本实用新型在坐封过程中，各运动部件的动作过程为：本封隔器下井达到设计深度后，关闭防喷器，对套管与封隔器之间的环形空间加压后击破所述破裂盘外筒27上的破裂盘28，随后该环形空间静压及地面操作压力共同作用于所述破裂盘外筒27内部的浮动活塞上，破裂盘外筒27下移，并带动与之相连的锁定臂25下移，锁定臂25下移后，所述换位凸耳23便可在换位心轴13的换位槽内上下自由运动；首先操作测试管柱向上运动，由于摩擦块套筒18上的摩擦块19与套管内壁紧密贴合并有较大的摩擦力，因此，管柱上移就意味着摩擦块套筒18及其附属件相对于心轴下移，换位凸耳23滑动至换位槽的下止点；然后下放管柱，摩擦块套筒18及其附属件相对于心轴机构上移，由于本实用新型封隔器适用于244.475mm(即95/8英寸)套管，其中的换位槽短槽长度为150mm，因此，管柱相对于所述摩擦块套筒18及其附属件下移150mm时，换位凸耳23即达到换位槽的短槽上止点；再次上提管柱150mm，则换位凸耳23再次到达换位槽的下止点；再次下放管柱时换位凸耳将进入换位槽的长槽内，随着管柱的缓慢下放，与摩擦块套筒18相连的机械锚镶齿卡瓦15将在所述卡瓦滑套10的作用下张开，其上的镶齿咬合在套管(注：图中未有显示)内壁上；继续下放管柱，在机械锚镶齿卡瓦15的作用下，本实用新型的心轴机构相对于外套组件继续下移；由于此时机械锚镶齿卡瓦15已经咬合住套管内壁而不再移动，随着管柱重量的不断释放，机械锚镶齿卡瓦15与套管内壁相对于封隔器所述密封胶筒组件包括顶鞋6、胶筒7、隔环8、底鞋9、卡瓦滑套10形成反作用力使其压缩密封胶筒，在上下机械力的作用下涨开，外径变大并紧贴套管内壁，至此，本实用新型封隔器的整过坐封动作完成(如图2-1、图2-2、图2-3和图2-4所示)，继而可进行后续的开关井测试。

由于本实用新型的锁定机构(由锁定臂25、卡环26、破裂盘外筒27、H型破裂盘28、剪销护套30、剪销31组成)是一次性操作，即解锁后即保持此解锁状态，不再有回锁功能，因此，本实用新型封隔器解封后还可进行再次坐封，也可重新调整坐封深度再次坐封。

本实用新型封隔器，在下井过程中，外套组件中的锁定臂25、破裂盘外筒27通过销钉与下扶正接头32固定；所述外套机构的摩擦块套筒18通过锁定臂25将其内部的换位凸耳23锁定在所述换位心轴13的换位槽内。

本实用新型封隔器坐封后，所述外套机构中的锁定臂25和破裂盘外筒27下移至下止点；所述外套机构中的摩擦块套筒18及其支撑套14、机械锚镶齿卡瓦15、换位凸耳23、挡套24、摩擦块19及摩擦块弹簧20上移；机械锚镶齿卡瓦15涨开并撑住所述卡瓦滑套10，及其所述密封胶筒组件包括顶鞋6、胶筒7、隔环8、底鞋9、卡瓦滑套10，直至胶筒在管柱重量的挤压下涨开而紧贴套管内壁，实现密封承压。套管与封隔器之间的环形空间密封后，地层压力会通过上芯轴12的传压孔K，进入所述水力锚本体与容积管之间设有环形空间A，从而使其水力锚镶齿卡瓦3涨开；封隔器工作时，所述摩擦块18周向外轮廓的直径变化范围为205.2至243mm；所述机械锚镶齿卡瓦15周向外轮廓的直径为207.2mm。

本实用新型封隔器解封时只需上提管柱即可完成。上提管柱时，整个心轴机构相对于外套组件上移，首先，上提管柱，机械镶齿卡瓦15与套管壁脱离，从而使密封胶筒组件处于自由状态，胶筒7依靠自身回收力恢复至原始状态。

本实用新型封隔器在研发过程中已经进行了两口井的试验性应用，以验证本封隔器的一系列特性或功能，如：下钻期间管柱的上提下放不会坐封；上提下放管柱一次不会坐封，再次上提下放管柱坐封；可在不同深度位置坐封；上提管柱即可解封；锁定及环空加压解锁等特性。

本实用新型封隔器试验的整个过程如下：

(1)现场连接封隔器并紧扣，将震击器、安全接头连成一串并试压。

(2)安装封隔器破裂盘28，设定地面操作压力1000psi。

(3)用两根同长吊绳吊运封隔器从甲板至钻台。

(4)下入工具串：引鞋+封隔器+安全接头+震击器+变扣(平台提供)+钻杆。

(5)继续下钻，当封隔器下至预定深度后，保持管柱不动，关闭防喷器，向套管与封隔器之间的环形空间打压约1000psi,封隔器解锁。

(6)以钻台为参考面，在管柱上做好相应的标记。缓慢上提管柱→缓慢下放管柱，期间严密监视悬重变化，此时未有坐封迹象→缓慢上提管柱→缓慢下放管柱，期间严密监视悬重变化，此时封隔器坐封，封隔器坐封重量10T。

(7)套管与封隔器之间的环形空间通水，关防喷器，对封隔器分别进行反向和正向试压。在确保水泥塞和套管安全的前提下，逐级提高试验压力。

(8)套管与封隔器之间的环形空间放压，打开防喷器，缓慢上提管柱解封。

(9)在井深条件允许的情况下，继续下入管柱约100米以验证本封隔器在无锁定机构的情况下，也可以下井使用。

(10)重复第(7)-(9)步操作至少两次，以验证封隔器的可靠性。

(11)全部都合格后，起钻，起出工具，封隔器单独起出。

(12)用两根同长吊绳将封隔器从钻台调至甲板，吊运过程中确保工具保持平直，严禁工具弯曲。

(13)检查工具，确认有无任何异常。

尽管上面结合图对本实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (5)

1.一种大斜度井或深水测试的大通径套管内的非旋转坐封封隔器，包括上扶正接头(1)和下扶正接头(32)，其特征在于，

所述上扶正接头(1)至所述扶正下接头(32)的轴向之间设有心轴机构，所述心轴机构包括自上而下设置的水力锚本体(2)、容积管(11)、上心轴(12)、换位心轴(13)和连接心轴(29)，其中，所述上心轴(12)的一端与所述水力锚本体(2)连接，所述容积管(11)的一端插入所述水力锚本体(2)内，所述容积管(11)的另一端插入所述上心轴内，所述水力锚本体(2)与所述容积管(11)之间形成有环形空间A，所述上心轴(12)的另一端与所述上扶正接头(1)连接，所述上心轴(12)上设有与所述环形空间A贯通的传压孔K；

所述心轴机构上设有外套组件，所述外套组件包括套装在上心轴(12)上的密封胶筒组件及套装在换位心轴(13)上的摩擦块套筒(18)和锁定臂(25)和同时套装在连接心轴(29)和下扶正接头(32)上的破裂盘外筒(27)；

所述破裂盘外筒(27)与锁定臂(25)搭接，所述破裂盘外筒(27)与锁定臂(25)之间设有卡环(26)，所述破裂盘外筒(27)与下扶正接头(32)之间设有剪销护套(30)和剪销(31)，所述破裂盘外筒(27)上设有破裂盘(28)，所述破裂盘外筒(27)与所述连接心轴(29)之间形成有环形空间B和环形空间C，所述破裂盘外筒(27)与所述下扶正接头(32)之间形成有环形空间D；

所述水力锚本体(2)上设有水力锚镶齿卡瓦(3)、水力锚卡瓦弹簧(4)及固定夹板(5)，所述固定夹板(5)通过压板压紧螺钉(22)固定在水力锚本体(2)上；所述水力锚本体(2)与上心轴(12)之间采用螺纹连接；

所述密封胶筒组件包括顶鞋(6)、胶筒(7)、隔环(8)、底鞋(9)和卡瓦滑套(10)；

所述摩擦块套筒(18)上设有支撑套(14)、机械锚镶齿卡瓦(15)、挡套(24)、摩擦块(19)及摩擦块弹簧(20)，所述摩擦块(19)通过卡瓦座(17)和压块(21)固定在所述摩擦块套筒(18)上；所述摩擦块套筒(18)内设有换位凸耳(23)，所述换位心轴(13)上设有换位槽，通过锁定臂(25)将换位凸耳(23)锁定在所述换位心轴(13)的换位槽内；

上述相互连接的零部件之间均分别设有密封结构。

2.根据权利要求1所述大斜度井或深水测试的大通径套管内的非旋转坐封封隔器，其特征在于，所述密封结构由支撑密封和其中的O型密封圈构成。

3.根据权利要求1所述大斜度井或深水测试的大通径套管内的非旋转坐封封隔器，其特征在于，所述密封结构由R形支撑环和其中的O型密封圈构成。

4.根据权利要求2或3所述大斜度井或深水测试的大通径套管内的非旋转坐封封隔器，其特征在于，所述O型密封圈使用氟胶材质。

5.根据权利要求1所述大斜度井或深水测试的大通径套管内的非旋转坐封封隔器，其特征在于，封隔器工作时，所述摩擦块(19)周向外轮廓的直径变化范围为205.2至243mm；所述机械锚镶齿卡瓦(15)周向外轮廓的直径为207.2mm；所述心轴机构的内径为95mm。