CN207795141U - 封隔器及注水管柱 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种封隔器及注水管柱。其中，封隔器包括心轴以及坐封机构；坐封机构套设在心轴的外侧；心轴沿轴向开设有中心通道，用于通入液体以使坐封机构坐封；心轴还沿轴向还开设有注水通道，注水通道位于中心通道的外部；注水通道的进液口与上部环空连通；注水通道的出液口与下部环空连通；注水通道内设置有注水阀。本实用新型封隔器及注水管柱，通过在心轴上开设中心通道，通入液体实现坐封机构的坐封，将油套环空分隔成上部环空和下部环空；在心轴上开设注水通道，通过在上部环空打压液体，液体通过注水通道进行下部环空，液体压力作用在套管内表面，抵消井壁对套管外表面的压力，降低了套管内外压差，从而保护套管。

Description

封隔器及注水管柱

技术领域

本实用新型涉及石油开采井下作业工具技术领域，尤其涉及一种保护套管的封隔器及注水管柱。

背景技术

在油田开发过程中，随着油田的开采生产，油田地层压力逐渐下降，使得原油的采收率下降。为了保持地层压力、保持油井的旺盛的生产能力，需要注水补充地层压力。

在注水过程中，受储层物性差异，各注水层之间的注水压力及吸水指数存在差异，并且靠近井口的非生产油层不需要注水，通常在注水管柱内设置封隔器，开展分层注水调节层间矛盾。在现有的封隔器，在油管中通入液体使得坐封机构坐封，将油管和套管之间的油套环空分为上部环空和下部环空，驱油水溶液从心轴的中心通道内进入下部环空，再经过下部环空中套管上的射孔通道进入油层，以提供油层压力，使油井继续产油。

但是，套管承受外部井壁的压力，而上部环空中没有液体压力抵消井壁对套管的压力，使得封隔器上部的套管受井壁压力容易损坏。

实用新型内容

本实用新型提供一种封隔器及注水管柱，以解决封隔器上部套管受井壁压力容易损坏的技术问题。

本实用新型提供一种封隔器，所述封隔器用于安装在油管和套管之间，以将所述油管和套管所形成的油套环空分隔成上部环空和下部环空，其特征在于，所述封隔器包括心轴以及坐封机构；所述坐封机构套设在所述心轴的外侧；所述心轴沿轴向开设有中心通道，用于通入液体以使所述坐封机构坐封；所述心轴还沿轴向还开设有注水通道，所述注水通道位于所述中心通道的外部；所述注水通道的进液口与上部环空连通；所述注水通道的出液口与下部环空连通；所述注水通道内设置有注水阀。

如上所述的封隔器，可选地，所述注水通道为多个，沿所述中心通道的外边缘间隔设置。

如上所述的封隔器，可选地，所述注水通道和中心通道的横截面为圆形。

如上所述的封隔器，可选地，所述心轴沿轴向还开设有用于穿设电缆的电缆通道，且所述电缆通道位于所述中心通道以及所述注水通道的外部。

如上所述的封隔器，可选地，所述电缆通道的横截面为圆形。

如上所述的封隔器，可选地，所述电缆通道的直径大于所述注水通道的直径、且小于所述中心通道的直径。

如上所述的封隔器，可选地，所述电缆通道的轴心与所述中心通道的轴心位于所述心轴的同一条直径上。

如上所述的封隔器，可选地，所述电缆通道为两个，分别设置在所述注水通道相对的两侧。

如上所述的封隔器，可选地，其中一个电缆通道的直径大于另外一个电缆通道的直径。

本实用新型还提供一种注水管柱，包括套管、油管以及如上所述的封隔器；所述封隔器的上端与上部油管连接，所述封隔器的下端与下部油管连接，且所述油管和所述封隔器设置在所述套管内部。

本实用新型封隔器及注水管柱，通过在封隔器心轴上开设中心通道，通入液体实现坐封机构的坐封，将油套环空分隔成上部环空和下部环空；在心轴上开设注水通道，且注水通道的进液口与上部环空连通，其出液口出下部环空连通，注水通道内设置有注水阀，通过在上部环空打压液体，液体通过注水通道进行下部环空，液体压力作用在套管内表面，抵消井壁对套管外表面的压力，降低了套管内外压差，从而保护套管。

附图说明

通过参照附图的以下详细描述，本实用新型实施例的上述和其他目的、特征和优点将变得更容易理解。在附图中，将以示例以及非限制性的方式对本实用新型的多个实施例进行说明，其中：

图1为本实用新型封隔器的结构示意图；

图2为图1封隔器上部分的放大图；

图3为图1封隔器中间部分的放大图；

图4为图1封隔器下部分的放大图；

图5为图1封隔器的俯视图；

图6为图1中A-A剖视图；

图7为图1中B-B剖视图；

图8为图1中C-C剖视图。

附图标记说明：

1：心轴； 2：上胶筒座；

3：护肩； 4：胶筒；

5：隔环； 6：下胶筒座；

7：液缸； 8：挡环；

9：活塞； 10：锁套；

11：锁环； 12：剪切座；

13：上锥体； 14：卡瓦；

15：卡瓦套； 16：弹簧；

17：下锥体； 18：锥套；

19：止动环； 20：固定套；

21：第一锁块； 22：第二锁块；

23：下接头； 24：第一密封圈；

25：第一剪钉； 26：第二剪钉；

27：第三剪钉； 28：紧定螺钉；

29：第二密封圈； 30：第三密封圈；

31：中心通道； 32：注水通道；

33：电缆通道； 34：进液孔；

35：环形空腔。

具体实施方式

在石油开采过程中，为了满足油水井某种供给技术目的或者油层技术措施的需要，经常使用封隔器。封隔器是指具有弹性密封元件，并藉此封隔环形空间，隔绝产层，以控制产(注)液，保护套管的井下工具。封隔器的主要用途为：风格井内介质，放置腐蚀性介质对套管侵蚀、损坏，确保安全生产；将地面注入压力风格为泵压和平衡压力，有效保护套管，最大限度增大增产改造注入强度；风格多个油气层，一次性酸化或压裂分层，分层改造，提高试油速度，降低作业成本；风格多个产层，放置层间流体和压力的相互干扰，实现一并多层，分层开采，提高油井生产效率；永久封堵打水泥塞难度大的漏层，高压水层以及无工业开采价值的油气层；暂时封闭现有技术还不能有效改造的油气层，以及不具备开采条件，或存在潜在安全隐患，或开采技术岗未过关的油气井。

根据密封部位的不同，封隔器分为两种，一种是油套与套管(或者裸眼井壁)之间的密封，称之为“外密封”；一种是油管或油管密封短接(也称密封段)与封隔器内腔(或密封腔容座)之间的密封，称之为“内密封”。日常常用的封隔器分为两大类：可取式封隔器和永久式封隔器。按照封隔器封隔件实现密封的方式进行分类，可分为自封式、扩张式、压缩式以及组合式。自封式封隔器依靠封隔件外径与套管内径的过盈和工作压差实现密封；扩张式封隔器依靠径向力作用于封隔件内腔，使封隔件外径扩大实现密封；压缩式封隔器依靠轴向力压缩封隔件，是封隔件外径变大实现密封；由自封式、压缩式、扩张式任意组合实现密封的封隔器为组合式封隔器。

封隔器一般包括密封部分、锚定部分、扶正部分、坐封部分、锁紧部分、解封部分。

密封部分是在外力(机械力或者液压力)的作用下，发生动作，最终密封环形间隙，放置流体通过的机械。它是封隔器的关键部位，主要由弹性密封元件、赖以安装密封元件的钢碗、隔环(挡圈)和各种防止密封元件“肩部突出”的“防突”部件构成。其中，密封元件是至关重要的核心部件，通常制作成“圆筒状”，所以也称之为胶筒。近些年为了实现油管与封隔器之间的内密封，密封元件才制作成各种形状“如V形”的盘根。

锚定部分也叫“支撑部分”，其作用是将封隔器支撑在套管壁上，放置封隔器由于纵向移动而影响密封性能，或引起封隔器过早解封，主要包括水力锚和卡瓦等。水力锚使用较广泛，通常包括多个卡瓦牙或锯齿形锚爪(分布在活塞端部的圆柱面上)构成的。它既可与封隔器设计成一体，与卡瓦配套使用，也可单独接在封隔器上。

扶正部分主要起扶正密封元件的作用(尤其在井身质量不好的井中)，同时也起初卡作用，以便封隔坐封。这种作用，通常由扶正弹簧和状如灯笼的扶正器承担。在转动管柱坐封封隔器时，扶正弹簧片以对套管壁的足够的摩擦力，放置封隔器壳体随管柱转动。扶正器一般包括扶正弹簧罩、弹簧座和弹簧构成，其作用靠外呈圆柱面的扶正块来实现。

坐封部分是使封隔器坐于谜底的层段后保持密封状态(即工作状态)的机构。通常包括坐封活塞、中心管(或揩油轨迹换向槽的轨迹管)，上、下接头，滑环套等。坐封部分动作时，能起到两个作用：一个是推动锥体，是卡瓦张开、并贴压在套管壁上；一个是压缩弹性密封元件，使之胀大而密封。

锁紧部分是封隔器一旦坐封后，使之固定于坐封状态(使密封元件密封后保持不变)的机构。由于封隔器锁紧机构及动作方式在恒大程度上影响封隔器的可取性，因而是设计可取式封隔器需要重视的结构部分。它通常包括中心管、销钉，各种内锁紧机构(如锥环、锁环、锁扣或锁扣指以及棘轮机构)。

解封部分是使油、套连通，进而导致卡瓦收回，胶筒回复原状，以利于起封的机构。对于丢式封隔器，则需另行配备专用的坐封和解封工具。它通常包括平衡活塞、平衡阀(循环阀)、循环孔(连通孔)、缸套或解封套、解封销钉。

为此，本实用新型提供一种封隔器及注水管柱，以解决封隔器上部套管受井壁压力容易损坏的技术问题。

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

图1为本实用新型封隔器的结构示意图；图2为图1封隔器上部分的放大图；图3为图1封隔器中间部分的放大图；图4为图1封隔器下部分的放大图；图5为图1封隔器的俯视图；图6为图1中A-A剖视图；图7为图1中B-B剖视图；图8为图1中C-C剖视图。

首先，需要说明的是，在本实用新型中，“上”“顶”指的是靠近井口的一侧；“下”“底”指的是靠近井底的一侧。

参照图1至图8，本实施例提供一种封隔器，封隔器用于安装在油管和套管之间，以将油管和套管所形成的油套环空分隔成上部环空和下部环空。封隔器包括心轴以1及坐封机构；坐封机构套设在心轴1的外侧；心轴1沿轴向开设有中心通道31，用于通入液体以使坐封机构坐封；心轴1还沿轴向还开设有注水通道32，注水通道32位于中心通道31的外部；注水通道32的进液口与上部环空连通；注水通道32的出液口与下部环空连通；注水通道32内设置有注水阀(未示出)。

具体地，本实施例封隔器安装在油管和套管之间，在坐封机构坐封之后，将油管和套管所形成的油套环空分隔成上部环空和下部环空。心轴1外侧从上向下依次套设有上胶筒座2、护肩3、胶筒4、下胶筒座6、挡环8、活塞9、上锥体13、卡瓦14、下锥体17、固定套20以及下接头23。其中，坐封机构包括上胶筒座2、胶筒4、下胶筒座6。心轴1的上端设置有两级台肩，上胶筒座2与外侧的第一级台肩抵接，护肩3位于上胶筒座2和心轴之间的空间中，且与心轴的第二级台肩抵接，并且护肩3的下端延伸出保护部，包覆在胶筒4上部的外侧，使得胶筒4受挤压时，不会直接与上胶筒座2直接接触，进而保护胶筒4；相应的，胶筒4的下端也设置有护肩3，护肩3的上端衍生出保护部，包覆在胶筒4下部的外侧。下胶筒座6的上端与心轴1之间形成环形空间，用于容纳护肩3的下部。下胶筒座6的下端套设在心轴1的外侧，且与心轴1之间设置有第三密封圈30。并且，胶筒4的中间还设置有隔环5。

参照图2和图6，下胶筒座6的下端与活塞9之间设置有间隙，形成环形空腔35，在该环形空腔35中设置有挡环8。下胶筒座6的下端的外侧、挡环8的外侧以及活塞9的上部分的外侧设置有液缸7。活塞9与液缸7之间设置有第二密封圈29。并且，中心通道31的侧壁开设有进液孔34，进液孔34与液缸7内部连通，当中心通道31内打入压力液体时，压力液体通过进液孔34进入液缸7的内部。

活塞9的下端的外侧套设有锁套10，液缸7下端的外部与锁套10的上端连接，紧定螺钉28将锁环11与活塞9的下端固定连接。锁套19的下端固定有剪切座12，剪切座12上设置有剪钉27，剪钉27将剪切座12与活塞9连接在一起。当液缸7内充满压力液体时，液压力推动活塞9运动，剪断剪钉27。

在剪切座12的下端设置有上锥体13，上锥体13的上端套设的在活塞9的下端，且活塞9与上锥体13抵接；下锥体13的下端套设在心轴1上。上锥体13的上端设置有上锥套，上锥体13与上锥套之间通过第二剪钉26固定连接。在下锥体13的下端是套设在心轴上卡瓦14，卡瓦14的下端是下锥体17。下锥体17套设在心轴1上，下锥体17的外侧套设有锥套18。下锥体19的下端与心轴1之间设置有止动环19，实现下锥体19与心轴1的固定连接。止动环19可以为开口环，内部一端倒角20°，具有弹性，在装配过程中通过工装装配，在装配完成后抱住心轴1，在一定程度上减小了下锥体17在受到外力后对解封剪钉25的作用力；在解封过程中由于卡瓦14锚定在套管上，止动环19相对心轴向下移动到设定的凹槽内并锁定，防止锥套18或下锥体17在受到外力后上移，有效阻止卡瓦14再次张开。其中，卡瓦14为双向卡瓦，卡瓦14的中间设置有卡瓦套15，卡瓦套通过弹簧16与卡瓦14实现连接。

此外，在下锥体17的下端、心轴1的外侧还套设有固定套20和下接头23，固定套20设置有第一锁块21和第二锁块22以将下接头23固定在心轴1上，下接头23与心轴1之间设置有第一密封圈24。

心轴1还沿轴向还开设有注水通道32，注水通道32位于中心通道31的外部；注水通道32的进液口与上部环空连通；注水通道32的出液口与下部环空连通；注水通道32内设置有注水阀(未示出)。其中，注水阀可以通过螺纹连接设置在注水通道32的上端，螺纹可以是三角螺纹、矩形螺纹等任意结构的螺纹，例如，1.9”NU螺纹。注水阀也可以通过卡接等其他方式设置在注水通道32中。注水通道32可以设置一个，也可以设置多个，防止其中一个注水通道32堵塞而不能工作。注水通道32的横截面可以是圆形、椭圆形、多边形或者不规则形状等，在此不作限制。

在此需要说明的是，在本实用新型中，第一密封圈24、第二密封圈29以及第三密封圈30等密封件，优选耐温耐压性能更强的氟橡胶密封圈；胶筒4采用氢化丁腈胶筒，保证了封隔器在坐封状态下的的密封性能；封隔器的刚体部件采用性能更高等级材料，且均做表面QPQ处理，以增强耐腐蚀性能及耐磨性。

下面对本实施例提供的封隔器的工作过程进行说明。

本实施例中，当封隔器随管柱下到预定位置时，通过油管加压，压力液体进入中心通道31，通过进液孔34进入液缸7内部，液压力作用在活塞9上，推动活塞9向下运动，当压力增加至设定的启动压力值后，启动剪钉27被剪断，并剪断第二剪钉26，活塞9推动上锥体13使得双向卡瓦14张开锚定在套管内壁上，液压力反作用在下胶筒座6上推动其向上压缩胶筒4，锁环5上的双向自锁倒齿防止卡瓦14回退及胶筒4)回缩，胶筒4被压缩直至贴死在套管内壁上，形成隔绝的上部环空和下部环空，持续增大至额定的坐封压力值，保证封隔器坐封完成。

当需要注水反洗井时，从封隔器上部环空注水打压至设定压力值，液压力打开注水阀，经过封隔器的注水通道32使得液体进行下部环空，经由套管上的射孔道进入地层，完成对地层的注水；同时上部环空也充满压力液体，液体压力作用在套管内表面，抵消井壁对套管外表的压力，降低了套管内外压差，达到了机械式压力平衡保护套管的目的。

整个封隔器在坐封过程中心轴1相对油管静止的，解封时，可通过上提心轴1的方式，解封第一剪钉25在设定拉力作用下被剪断，继续上移，胶筒4回缩，卡瓦14松开套管壁，封隔器解封完成。

本实施例提供的封隔器，通过在心轴上开设中心通道，通入液体实现坐封机构的坐封，将油套环空分隔成上部环空和下部环空；在心轴上开设注水通道，且注水通道的进液口与上部环空连通，其出液口出下部环空连通，注水通道内设置有注水阀，通过在上部环空打压液体，液体通过注水通道进行下部环空，液体压力作用在套管内表面，抵消井壁对套管外表面的压力，降低了套管内外压差，从而保护套管。

在上述实施例的基础上，注水通道32为多个，沿中心通道31的外边缘间隔设置。例如，注水通道32可以设置两个、三个等，中心通道31开设在心轴1的一侧的边缘部，多个注水通道32开设在心轴1的另一侧的边缘，沿心轴1的周向间隔设置。或者，中心通道31开设在心轴1的中心，多个注水通道32沿中心通道31的外边缘间隔设置。

进一步地，注水通道32和中心通道31的横截面为圆形，加工方便，液体流通顺畅，阻力小。

更进一步地，中心通道31的直径大于注水通道32的直径，且每个注水通道32的直径大小一致。

在上述实施例的基础上，心轴1沿轴向还开设有用于穿设电缆的电缆通道33，且电缆通道33位于中心通道31以及注水通道32的外部。

具体地，心轴1的沿轴向开设有电缆通道33，电缆通道33的上端固定连接有电缆穿越器，通过电缆穿越器上的密封元件，使穿过电缆通道33的电缆产生密封，电缆通过电缆通道向下与电潜泵相连，实现电潜泵工作时的电力稳定输送。其中，电缆穿越器与电缆通道33可以螺纹连接、卡接等。

进一步地，电缆通道33的横截面为圆形，加工方便，液体流通顺畅，阻力小。

更进一步地，电缆通道33的直径大于注水通道32的直径、且小于中心通道31的直径。

更进一步地，电缆通道33的轴心与中心通道31的轴心位于心轴1的同一条直径上。

在一些实施例中，电缆通道33为两个，分别设置在注水通道31相对的两侧。并且，其中一个电缆通道33的直径大于另外一个电缆通道33的直径。具体地，当需要穿过的电缆的直径或者宽度较小时，电缆可以从直径较小的电缆通道33穿过；当需要穿过的电缆的直径或者宽度较大时，电缆可以从直径较大的电缆通道33穿过；当需要穿过的电缆的直径或者宽度更大时，可以将电缆分成地线和火线、零线，分别从直径较大的电缆通道33和直径较小的电缆通道33穿过。

本实施例还提供一种注水管柱，包括套管、油管以及封隔器；封隔器的上端与上部油管连接，封隔器的下端与下部油管连接，且油管和封隔器设置在套管内部。注水管柱还包括扶正器、配水器、电潜泵等，在此不做限制。

具体地，封隔器包括心轴以1及坐封机构；坐封机构套设在心轴1的外侧；心轴1沿轴向开设有中心通道31，用于通入液体以使坐封机构坐封；心轴1还沿轴向还开设有注水通道32，注水通道32位于中心通道31的外部；注水通道32的进液口与上部环空连通；注水通道32的出液口与下部环空连通；注水通道32内设置有注水阀(未示出)。封隔器的结构和功能与上述实施例相同，在此不再赘述。套管及油管可以是现有的套管及油管结构，本实用新型不做具体限制。

本实施例提供的注水管柱，通过封隔器在封隔器心轴上开设中心通道，通入液体实现坐封机构的坐封，将油套环空分隔成上部环空和下部环空；在心轴上开设注水通道，且注水通道的进液口与上部环空连通，其出液口出下部环空连通，注水通道内设置有注水阀，通过在上部环空打压液体，液体通过注水通道进行下部环空，液体压力作用在套管内表面，抵消井壁对套管外表面的压力，降低了套管内外压差，从而保护套管。

在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在以上描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种封隔器，所述封隔器用于安装在油管和套管之间，以将所述油管和套管所形成的油套环空分隔成上部环空和下部环空，其特征在于，所述封隔器包括心轴以及坐封机构；所述坐封机构套设在所述心轴的外侧；

所述心轴沿轴向开设有中心通道，用于通入液体以使所述坐封机构坐封；

所述心轴还沿轴向还开设有注水通道，所述注水通道位于所述中心通道的外部；所述注水通道的进液口与上部环空连通；所述注水通道的出液口与下部环空连通；所述注水通道内设置有注水阀。

2.根据权利要求1所述的封隔器，其特征在于，所述注水通道为多个，沿所述中心通道的外边缘间隔设置。

3.根据权利要求2所述的封隔器，其特征在于，所述注水通道和中心通道的横截面为圆形。

4.根据权利要求1所述的封隔器，其特征在于，所述心轴沿轴向还开设有用于穿设电缆的电缆通道，且所述电缆通道位于所述中心通道以及所述注水通道的外部。

5.根据权利要求4所述的封隔器，其特征在于，所述电缆通道的横截面为圆形。

6.根据权利要求5所述的封隔器，其特征在于，所述电缆通道的直径大于所述注水通道的直径、且小于所述中心通道的直径。

7.根据权利要求6所述的封隔器，其特征在于，所述电缆通道的轴心与所述中心通道的轴心位于所述心轴的同一条直径上。

8.根据权利要求6所述的封隔器，其特征在于，所述电缆通道为两个，分别设置在所述注水通道相对的两侧。

9.根据权利要求8所述的封隔器，其特征在于，其中一个电缆通道的直径大于另外一个电缆通道的直径。

10.一种注水管柱，其特征在于，包括套管、油管以及权利要求1-9任一项所述的封隔器；所述封隔器的上端与上部油管连接，所述封隔器的下端与下部油管连接，且所述油管和所述封隔器设置在所述套管内部。