CN219974456U - 一种层间封隔装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种层间封隔装置，包括：基管，其设有供流体流通的中心通道；套装在所述基管外且具有延伸性的金属密封筒；设置在所述金属密封筒的两端的第一端环和第二端环，第一端环、第二端环分别与所述基管固定连接，且在所述金属密封筒与所述基管的径向之间形成有环空密封腔；以及设置在所述基管上且连通所述中心通道与所述环空密封腔的入口单元；其中，通过井内憋压能够使所述中心通道内的流体通过所述入口单元单向注入所述环空密封腔内，进而在液力作用下使所述金属密封筒沿径向向外膨胀，直至紧贴套管内壁或者裸眼壁，从而使所述层间封隔装置实现永久封隔。

Description

一种层间封隔装置

技术领域

本实用新型属于石油工业中完井技术领域，具体涉及一种层间封隔装置。

背景技术

为了实现井筒中不同层之间的分隔，普遍采用裸眼封隔器来实现，主要包括压缩式裸眼封隔器、自膨胀裸眼封隔器和钢带式扩张裸眼封隔器。

压缩式裸眼封隔器胶筒较短，受胶筒本身性能的限制，其膨胀率一般，主要在套管内和裸眼扩大率小且规则井中应用。自膨胀裸眼封隔器膨胀率高，但为了实现较大的承压，通常尺寸较大，下入性能受限且不耐高温。钢带式扩张裸眼封隔器具有较大扩张比和承压能力，但是钢带叠片之间的密封始终是个难题，承压可靠性受限。

因此，随着深井和超深井的开发，亟需一种既能实现大扩张比也能耐高温承高压的层间封隔装置。

实用新型内容

针对如上所述的技术问题，本实用新型旨在提出一种层间封隔装置，该层间封隔装置能够显著提高耐温性能，大大提高承压的可靠性，能够实现大扩张比、高承压、高耐温的效果。

为此，根据本实用新型提供了一种层间封隔装置，包括：基管，其设有供流体流通的中心通道；套装在所述基管外且具有延伸性的金属密封筒；套装在所述基管上且分别处于所述金属密封筒两端的第一端环和第二端环，所述基管与所述第一端环、第二端环之间分别形成密封连接，从而在所述金属密封筒与所述基管的径向之间形成有环空密封腔；以及设置在所述基管上且连通所述中心通道与所述环空密封腔的入口单元；其中，通过井内憋压能够使所述中心通道内的流体通过所述入口单元单向注入所述环空密封腔内，进而在液力作用下使所述金属密封筒沿径向向外膨胀，直至紧贴套管内壁或者裸眼壁，从而使所述层间封隔装置实现永久封隔。

在一个实施例中，所述金属密封筒包括主管体和处于所述主管体的两端的固定部，各所述固定部分别与所述第一端环、第二端环固定连接，

所述主管体构造成能够沿径向和/或轴向膨胀。

在一个实施例中，所述主管体构造成波纹管状。

在一个实施例中，所述主管体的截面构造成沿周向呈波浪形延伸，从而形成梅花形管状。

在一个实施例中，所述主管体构造成螺纹管状。

在一个实施例中，在所述第一端环、所述第二端环与相应的所述固定部之间分别设有压环。

在一个实施例中，在所述主管体的外表面上包裹有一层柔性密封材料层。

在一个实施例中，所述入口单元采用单向阀，其包括球座、用于与所述球座适配的球体，以及用于将所述球体抵靠在所述球座上的弹性件。

在一个实施例中，所述金属密封筒通过焊接方式与所述第一端环、所述第二端环形成固定连接。

在一个实施例中，在所述第一端环、所述第二端环与所述基管之间分别设有密封件。

与现有技术相比，本申请的优点之处在于：

根据本实用新型的层间封隔装置具有较少甚至无密封件，能够显著提高耐温性能，同时通过采用金属-橡胶协同密封技术或金属-金属密封技术，实现不同层之间的分隔，相较于钢带式扩张裸眼封隔器，大大提高了承压的可靠性。此外，基于现场对扩张比的要求，可选择不同类型的金属密封筒结构，实现大扩张比、高承压、高耐温的目标。另外，利用入口单元的单向流通性，确保环空密封腔内的液体不泄漏，进一步为层间封隔装置承受压差时提供密封筒的鼓胀力，提高密封可靠性。

附图说明

下面将参照附图对本实用新型进行说明。

图1示意性地显示了根据本实用新型的层间封隔装置的结构。

图2是图1中A区域的放大图。

图3示意性地显示了图1所示层间封隔装置中的金属密封筒的第一实施例的结构。

图4和图5示意性地显示了图1所示层间封隔装置中的金属密封筒的第二实施例的结构。

图6示意性地显示了图1所示层间封隔装置中的金属密封筒的第三实施例的结构。

图7示意性地显示了图1所示层间封隔装置中的入口单元的结构。

在本申请中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本实用新型的原理，并且未按实际比例绘制。

具体实施方式

下面通过附图来对本实用新型进行介绍。

为方便理解，在本申请中，将靠近井口的一端定义为上端、上游端或相似用语，例如图1中的左端，而将远离井口的一端定义为下端、下游端或相似用语，例如图1中的右端。同时，将沿着层间封隔装置的长度方向称为纵向方向、轴向方向或类似用语，而与之垂直的方向称为横向方向、径向方向或类似用语。

图1示意性地显示了根据本实用新型的层间封隔装置100的结构。如图1所示，层间封隔装置100包括基管1、金属密封筒2、设置在金属密封筒2的两端的第一端环3和第二端环4，以及设置在基管1上且连通中心通道11与环空密封腔5的入口单元6。基管1设有供流体(如钻井液)流通的中心通道11，中心通道11沿轴向延伸。金属密封筒2套装在基管1外，金属密封筒2优选采用具有易变形、高强度、高延伸率特性的金属材质管。第一端环3和第二端环4与基管1的外表面固定连接，用于固定安装金属密封筒2。如图2所示，金属密封筒2的内壁、基管1外壁、第一端环3和第二端环4共同围绕形成了环空密封腔5。入口单元6构造成仅能使中心通道11内的流体流向环空密封腔5。

在实际工作时，层间封隔装置100随完井管串进入井筒后，通过管内憋压，能够使中心通道11内的流体通过入口单元6单向注入环空密封腔5内，进而在液力作用下使金属密封筒2沿径向向外膨胀，直至紧贴套管内壁或者裸眼壁，使得金属密封筒2发生永久塑性变形，从而使层间封隔装置100实现永久封隔。

如图1所示，基管1的两端设有连接扣，优选为螺纹连接扣，用于连接其他井下工具。

根据本实用新型，如图3所示，金属密封筒2包括主管体21和处于主管体21的两端的固定部22，各固定部22分别与第一端环3、第二端环4固定连接。主管体21构造成能够沿径向和/或轴向膨胀。

在一个实施例中，如图3所示，金属密封筒2的主管体21构造成波纹管状。主管体21的这种波纹管状结构使得金属密封筒2在径向和/或轴向上能够实现更大的变形，实现层间封隔装置100的大扩张比要求。

在一个实施例中，如图4和图5所示，金属密封筒20的主管体210的截面构造成沿周向呈波浪形延伸，从而形成梅花形管状。同样地，主管体210的这种梅花形管状结构使得金属密封筒20在径向和/或轴向上能够实现更大的变形，实现层间封隔装置100的大扩张比要求。

在一个实施例中，如图6所示，金属密封筒200的主管体2100构造成螺纹管状。同样地，主管体2100的这种螺纹管状结构使得金属密封筒200在径向和/或轴向上能够实现更大的变形，实现层间封隔装置100的大扩张比要求。

在实际工作应用中，当对扩张比要求不大时，金属密封筒2还可构造成圆环形。当对扩张比要求较大时，金属密封筒2可构造成梅花形管状，以提高金属密封筒2的径向变形能力。同样地，金属密封筒2构造成波纹管状，能够提高金属密封筒2的轴向变形能力。金属密封筒2构造成螺纹管状时，可兼顾梅花形管状和波纹管状的特点，同时提高金属密封筒2的径向变形能力以及轴向变形能力。

在一个实施例中，在金属密封筒2构造成梅花形管状的情况下，为便于层间封隔装置100的拆卸保养，第一端环3可通过螺纹与基管1固定连接，而第二端环4套装在基管1的外表面上且可以随着金属密封筒2的变形产生轴向移动，以适应金属密封筒2的变形。由此，能够进一步提高金属密封筒2的变形能力。

在另一个实施例中，当管串在裸眼中下入困难，需要提高装置的下入性能时，在金属密封筒2构造成波纹管状或螺纹管状的情况下，并且第一端环3、第二端环4与基管1之间均可通过焊接方式形成固定连接。此时，整个层间封隔装置100无活动部件，这能够提高层间封隔装置100的下入性能，可降低下入风险，同时提高层间封隔装置100的扩张比。

在一个实施例中，金属密封筒2的两端的固定部22分别通过焊接方式与第一端环3、第二端环4形成固定连接。

优选地，第一端环3、第二端环4设有台阶形接合部，用于与金属密封筒2的两端的固定部22适配连接。为保证焊接时金属密封筒2与第一端环3、第二端环4的同轴度，金属密封筒2首先套装在第一端环3、第二端环4的台阶形接合部上，以提高焊接的操作性和可靠性。

为了保证环空密封腔5的密封性能，提高层间封隔装置100的可靠性，在第一端环3、第二端环4与基管1的连接面之间分别设有密封件9。密封件9例如可以包括但不限于O形圈，O形圈+挡圈组合。

根据本实用新型，在第一端环3、第二端环4与相应的固定部22之间分别设有压环7。优选地，压环7分别套装在金属密封筒2两端的固定部22的外部，用于约束金属密封筒2膨胀时径向变形对焊缝带来的撕裂影响，使焊缝受力主要为拉力，提高焊缝的可靠性，从而提高层间封隔装置100的可靠性。

在一个实施例中，压环7例如可以通过焊接方式与第一端环3、第二端环4形成固定连接。当然，压环7还可以通过螺纹连接方式与第一端环3、第二端环4形成固定连接。

根据本实用新型的层间封隔装置100在井筒套管中应用时，可通过层间封隔装置100与套管内壁之间形成金属-金属密封，以实现不同层之间的封隔。

根据本实用新型的层间封隔装置100在裸眼井中应用时，在一个实施例中，可以在主管体21的外表面上包裹有一层柔性密封材料层8。柔性密封材料层8例如可以为阿夫拉斯、氢化丁腈等材料层。柔性密封材料层8能够显著提高在裸眼中的密封性。由此，可以层间封隔装置100与裸眼井内壁之间形成金属-橡胶密封，以实现不同层之间的封隔。

根据本实用新型入口单元6可以采用单向阀，如图7所示，单向阀包括球座61、用于与球座61适配的球体62，以及用于将球体62抵靠在球座61上的弹性件63。弹性件63例如可以为弹簧。

在基管1的对应于环空密封腔5的侧壁设有贯穿的安装孔，以连通中心通道11和环空密封腔5，入口单元6安装在安装孔内。球座61的一端与中心通道11连通，另一端与环空密封腔5连通，在球座61的内部设有用于与球体62配合的适配锥面，适配锥面朝向环空密封腔5。在未坐封状态下，球体62在弹性件63的作用下抵靠在适配锥面上。在憋压进行坐封时，中心通道11内的流体推动球体62脱离适配锥面，打开入口单元6，使得中心通道11内的流体流向环空密封腔5，通过液力实现金属密封筒2的鼓胀，直至完成坐封。坐封完成后，单向阀使得环空密封腔5内的流体无法倒流回中心通道11，从而使金属密封筒2发生永久塑性变形，从而实现永久密封。入口单元6的单向流通性，能够确保环空密封腔5内的液体不泄漏，进一步为层间封隔装置100承受压差时提供密封筒的鼓胀力，提高密封可靠性。

优选地，入口单元6可以设有多个。例如，在基管1的对应于环空密封腔5的侧壁设有多个贯穿的安装孔，多个安装孔沿周向和/或轴向均匀间隔开分布，在每个安装孔内分别安装1个入口单元6。这样可以提高坐封成功率和坐封效率。

根据本实用新型的层间封隔装置100具有较少甚至无密封件，能够显著提高耐温性能，同时通过采用金属-橡胶协同密封技术或金属-金属密封技术，实现不同层之间的分隔，相较于钢带式扩张裸眼封隔器，大大提高了承压的可靠性。此外，基于现场对扩张比的要求，可选择不同类型的金属密封筒2结构，实现大扩张比、高承压、高耐温的目标。另外，利用入口单元6的单向流通性，确保环空密封腔5内的液体不泄漏，进一步为层间封隔装置100承受压差时提供密封筒的鼓胀力，提高密封可靠性。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，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一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，在本说明书的描述中，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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

最后应说明的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施方案，并不构成对本实用新型的任何限制。尽管参照前述实施方案对本实用新型进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种层间封隔装置，其特征在于，包括：

基管(1)，其设有供流体流通的中心通道(11)；

套装在所述基管(1)外且具有延伸性的金属密封筒(2)；

套装在所述基管(1)上且分别处于所述金属密封筒(2)两端的第一端环(3)和第二端环(4)，所述基管(1)与所述第一端环(3)、第二端环(4)之间分别形成密封连接，从而在所述金属密封筒(2)与所述基管(1)的径向之间形成有环空密封腔(5)；以及

设置在所述基管(1)上且连通所述中心通道(11)与所述环空密封腔(5)的入口单元(6)；

其中，通过井内憋压能够使所述中心通道(11)内的流体通过所述入口单元(6)单向注入所述环空密封腔(5)内，进而在液力作用下使所述金属密封筒(2)沿径向向外膨胀，直至紧贴套管内壁或者裸眼壁，从而使所述层间封隔装置实现永久封隔。

2.根据权利要求1所述的层间封隔装置，其特征在于，所述金属密封筒(2)包括主管体(21)和处于所述主管体的两端的固定部(22)，各所述固定部(22)分别与所述第一端环(3)、第二端环(4)固定连接，

所述主管体(21)构造成能够沿径向和/或轴向膨胀。

3.根据权利要求2所述的层间封隔装置，其特征在于，所述主管体(21)构造成波纹管状。

4.根据权利要求2所述的层间封隔装置，其特征在于，所述主管体(210)的截面构造成沿周向呈波浪形延伸，从而形成梅花形管状。

5.根据权利要求2所述的层间封隔装置，其特征在于，所述主管体(2100)构造成螺纹管状。

6.根据权利要求2到5中任一项所述的层间封隔装置，其特征在于，在所述第一端环(3)、所述第二端环(4)与相应的所述固定部(22)之间分别设有压环(7)。

7.根据权利要求2到5中任一项所述的层间封隔装置，其特征在于，在所述主管体(21)的外表面上包裹有一层柔性密封材料层(8)。

8.根据权利要求2到5中任一项所述的层间封隔装置，其特征在于，所述入口单元(6)采用单向阀，其包括球座(61)、用于与所述球座(61)适配的球体(62)，以及用于将所述球体(62)抵靠在所述球座(61)上的弹性件(63)。

9.根据权利要求1到5中任一项所述的层间封隔装置，其特征在于，所述金属密封筒(2)通过焊接方式与所述第一端环(3)、所述第二端环(4)形成固定连接。

10.根据权利要求1到5中任一项所述的层间封隔装置，其特征在于，在所述第一端环(3)、所述第二端环(4)与所述基管(1)之间分别设有密封件(9)。