水平井堵水装置的制作方法

本发明涉及油田堵水技术领域，尤其涉及一种至少具有两种解封方式的水平井堵水装置。

背景技术：

注水开发是陆相多油层砂岩油田开发中成熟而且成功的好方法。但在注水开发过程中，随着油田开发时间的延长，分均质多油层注水开发的砂岩油田会进入高含水后期开发阶段，这时将会产生一部分高水淹层，若使这部分油层继续生产，层间矛盾将日益突出，原物性好、吸水能力强的油层成为高压、高含水油层，压制低压、低含水油层产油能力的发挥，将造成油井产液剖面不均衡，进而给低水淹油层的开采带来不利影响。而且由于产水量的增加，也会影响油田开发的经济效益。因此必须采取有效措施，封堵高含水层位，解放低含水层位，进行层间矛盾调整，改善平面水驱效果。

机械堵水就是使用装置及其配套的控制工具来封堵高含水层，阻止水流入井内，实现堵水增油的目的，它适用于多油层开采，暂时封堵高含水层，生产低含水层，并且被封堵的油层在条件许可时解封后可继续采油。

目前，水平井采取堵水工艺所使用的现有堵水装置存在的主要问题表现为：1、胶筒长度不足，封堵效率低下；2、水平井堵水装置解封时传递力、力矩困难，解封阶段容易出现问题；3、由于水平段的存在，在下入过程中工具与管柱的碰撞，易产生激荡，导致装置提前坐封；4、产品组装完成后，无法有效测试装置是否合格。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种水平井堵水装置，以克服现有技术的缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种水平井堵水装置，克服现有技术的不足，提高坐封、解封效率，达到高效节能、减少维护成本、提高运行效率的目的。

本发明的目的是这样实现的，一种水平井堵水装置，包括中心管，所述中心管的一端套设连接有上接头，所述中心管的另一端密封连接有下接头，所述下接头远离所述中心管的一端密封连接有球座，所述中心管的外壁靠近所述上接头的一端滑动套设有液缸式坐封机构，所述液缸式坐封机构远离所述上接头的一端密封连接有套设于所述中心管上的长胶筒封堵结构，所述液缸式坐封机构与所述上接头之间设有至少具有两种解封方式的解封机构。

在本发明的一较佳实施方式中，所述液缸式坐封机构包括液缸本体，所述液缸本体的内壁与所述中心管的外壁之间设有沿轴向设置的液缸内腔，所述液缸本体靠近所述上接头的一端的外壁上滑动套设有上液缸，所述上液缸靠近所述上接头的一端滑动套设于所述中心管上，所述液缸本体的侧壁上贯通设置有能连通所述上液缸的内腔和所述液缸内腔的本体通孔；所述中心管的侧壁上贯通设置有坐封过孔，所述上液缸的内壁远离所述上接头的一端与所述液缸本体的外壁之间设置有能径向伸缩的卡环；所述中心管的侧壁上、且位于所述坐封过孔远离所述上接头的一侧设置有长键槽，所述液缸本体靠近所述上接头的一端的外壁上套设连接有位于所述上液缸的径向外侧的液缸外套，所述液缸外套和所述上液缸之间设置有坐封销钉，所述液缸外套的侧壁上、且位于所述坐封销钉靠近所述上接头的一端贯通设置有稳压孔，所述液缸外套的内壁上、且与所述上液缸靠近所述上接头一端的端面轴向间隔设置有向径向内侧凸出的外套台阶部，所述液缸外套靠近所述上接头的一侧滑动套设于所述上接头的外壁上。

在本发明的一较佳实施方式中，所述长胶筒封堵结构的内壁远离所述下接头的一端密封套设连接于所述液缸本体的外壁上，所述长胶筒封堵结构的内壁与所述中心管的外壁之间设置有胶筒环空，所述坐封过孔、所述上液缸的内腔、所述液缸内腔和所述胶筒环空构成坐封液通道，所述长胶筒封堵结构的靠近所述下接头的一端密封固定连接有能滑动地套设于所述中心管的外壁上、且能对所述坐封液通道进行封堵的封堵接头。

在本发明的一较佳实施方式中，所述液缸外套与所述上接头之间设置所述解封机构，所述解封机构包括能拆卸地连接于所述上接头靠近所述中心管的一端的外壁上的解封环，所述液缸外套和所述解封环之间设置有解封销钉。

在本发明的一较佳实施方式中，所述解封环通过反向梯形螺纹套设连接于所述上接头的外壁上。

在本发明的一较佳实施方式中，所述液缸外套的侧壁上贯通地设置有外套第一通孔，所述解封环的外壁与所述外套第一通孔对应的位置设置有第一剪切槽，所述解封销钉的一端穿设通过所述外套第一通孔并卡止于所述第一剪切槽中。

在本发明的一较佳实施方式中，所述液缸外套的侧壁上还贯通地设置有外套第二通孔，所述上液缸的外壁与所述外套第二通孔对应的位置设置有第二剪切槽，所述坐封销钉的一端穿设通过所述外套第二通孔、且与第二剪切槽221的侧壁和槽底间隔设置。

在本发明的一较佳实施方式中，所述上接头远离所述中心管的一端密封连接有能调节解封距离的解封距调整机构。

在本发明的一较佳实施方式中，所述解封距调整机构包括一端套设连接于所述液缸外套的外壁上的上连接管，所述上连接管的侧壁上贯通设置有连接管通孔，所述上连接管的另一端套设连接于一上封堵接头上，所述上封堵接头与所述上接头呈轴向间隔设置，所述上封堵接头的内部能滑动地套设有一调节短接，所述调节短接的一端密封套设连接于所述上接头的一端，所述调节短接远离所述中心管的一端的外壁上密封套设连接有一接箍。

在本发明的一较佳实施方式中，所述长胶筒封堵结构包括密封连接于所述液缸本体远离所述上接头的一端的外壁上的胶筒上接头，所述胶筒上接头远离所述上接头的一端嵌设于一能径向伸缩的长胶筒的一端，所述长胶筒的另一端嵌有胶筒下接头，所述胶筒上接头的内壁上设置有胶筒第一台阶部，所述胶筒第一台阶部的内侧壁与所述中心管的外壁之间设有第一连通间隙，所述胶筒上接头的内壁和所述中心管的外壁之间固定套设有胶筒上堵头，所述胶筒上堵头的远离所述上接头的一端的端面抵靠于所述胶筒第一台阶部上，所述胶筒上堵头上设置有轴向贯通的第一堵头通孔；

所述胶筒下接头的内壁上设置有胶筒第二台阶部，所述胶筒下接头的内壁和所述中心管的外壁之间固定套设有胶筒下堵头，所述胶筒下堵头靠近所述上接头的一端的端面抵靠于所述胶筒第二台阶部上，所述胶筒第二台阶部的内侧壁与所述中心管的外壁之间设有第二连通间隙，所述胶筒下堵头上设置有轴向贯通的第二堵头通孔。

在本发明的一较佳实施方式中，所述封堵接头的侧壁上、且与所述胶筒下接头轴向间隔地设置有贯通的堵头泄压孔，所述封堵接头的内壁与所述中心管的外壁之间设有环空间隙，所述堵头泄压孔的一端与所述环空间隙连通设置，所述环空间隙中、且位于所述堵头泄压孔靠近下接头的一侧密封设置有能封堵所述环空间隙的封堵接头密封圈，所述堵头泄压孔中能拆卸地密封设置有试验泄压钉。

由上所述，本发明提供的水平井堵水装置具有如下有益效果：

(1)本发明的水平井堵水装置设置有具备至少两种解封方式的解封机构，避免解封困难，提高了解封效率；

(2)本发明的水平井堵水装置采用了液缸式坐封机构，液缸式坐封机构稳定，避免在下入过程中的激荡坐封，提高了坐封效率；

(3)本发明的水平井堵水装置中采用长胶筒封堵结构，满足水平井封堵需求，提高了水平井堵水效率；

(4)本发明的水平井堵水装置中设置解封距调整机构，能够根据不同的封堵情况调节解封距离，以应对不同管柱内径堵水时，胶筒膨胀系数不同造成的解封距离的变化；

(5)本发明的水平井堵水装置，在组装完成准备出厂前，可以提前打压测试装置的可靠性，并且不影响日后使用；

(6)使用本发明的水平井堵水装置进行堵水开发时，高效节能，减少了维护成本，提高了开采运行效率。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1：为本发明的水平井堵水装置的结构示意图。

图2：为图1中A-B段放大图。

图3：为图1中B-C段放大图。

图4：为图1中C-D段放大图。

图5：为图3中Ⅰ处放大图。

图中：

100、水平井堵水装置；

1、中心管；

11、上接头；

12、下接头；

13、球座；131、球座销钉；132、球座密封圈；

14、坐封过孔；

15、长键槽；

2、液缸式坐封机构；

20、液缸内腔；

21、液缸本体；211、本体通孔；212、本体第一台阶部；

22、上液缸；221、第二剪切槽；222、锥形端面；223、本体密封圈；

23、液缸外套；231、稳压孔；232、外套第一通孔；233、外套第二通孔；234、外套台阶部；

24、坐封销钉；

25、卡环；

26、长胶筒封堵结构；

260、胶筒环空；

261、胶筒上接头；2611、胶筒第一台阶部；

262、长胶筒；

263、胶筒下接头；2631、胶筒第二台阶部；

264、胶筒上堵头；2641、第一堵头通孔；

265、胶筒下堵头；2651、第二堵头通孔；

27、封堵接头；271、堵头泄压孔；272、试验泄压钉；

3、解封机构；

31、解封环；311、第一剪切槽；

32、解封销钉；

4、解封距调整机构；

41、上连接管；411、连接管通孔；

42、上封堵接头；

43、调节短接；

5、接箍。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1至图5所示，本发明提供的水平井堵水装置100，包括中心管1，中心管1的一端套设连接有上接头11，中心管1的另一端密封连接有下接头12，下接头12远离所述中心管的一端密封连接有球座13，在本实施方式中，球座13与下接头12之间通过球座销钉131实现固定连接，下接头12的内壁与球座13的外壁之间设置球座密封圈132实现密封。中心管1的外壁靠近上接头11的位置滑动套设有液缸式坐封机构2，液缸式坐封机构2远离上接头11的一端密封连接有长胶筒封堵结构26，长胶筒封堵结构26套设于中心管1上，液缸式坐封机构2与上接头11之间设有至少具有两种解封方式的的解封机构3。本发明的水平井堵水装置100设置有具备至少两种解封方式的解封机构3，避免解封困难，提高了解封效率；液缸式坐封机构稳定，避免在下入过程中的激荡坐封，提高了坐封效率；本发明的水平井堵水装置中采用长胶筒封堵结构，满足水平井封堵需求，提高了水平井堵水效率。

进一步，如图1、图3所示，液缸式坐封机构2包括液缸本体21，液缸本体21的内壁与中心管1的外壁之间设有沿轴向设置的液缸内腔20，液缸本体21靠近上接头11的一端的外壁上滑动套设有上液缸22，在本实施方式中，上液缸22的内壁与液缸本体21的外壁之间设置有本体密封圈223，上液缸22的内腔靠近上接头11的一端设置有锥形端面222；上液缸22靠近上接头11的一端滑动套设于中心管1上，液缸本体21的侧壁上贯通设置有能连通上液缸22的内腔和液缸内腔20的本体通孔211；中心管1的侧壁上贯通设置有与上液缸22的内腔、液缸内腔20连通的坐封过孔14，上液缸22的内壁远离所述上接头的一端与液缸本体21的外壁之间设置有能径向伸缩的卡环25；中心管1的侧壁上、且位于坐封过孔14远离上接头11的一侧设置有长键槽15，液缸本体21靠近上接头11的一端的外壁上套设连接有位于上液缸22的径向外侧的液缸外套23，液缸外套23和上液缸22之间设置有坐封销钉24，液缸外套23的侧壁上、且位于坐封销钉24靠近上接头11的一端贯通设置有稳压孔231，液缸外套23靠近上接头11的一端滑动套设于上接头11的外壁上，液缸外套23的内壁上、且与上液缸22靠近上接头11一端的端面轴向间隔设置有向径向内侧凸出的外套台阶部234。如图5所示，油井内液体经稳压孔231进入液缸外套23的内腔、并作用于上液缸22靠近上接头11一端的外端面上，在坐封前，油井内液体作用于上液缸22的靠近上接头11一端的外端面上的、远离上接头11方向的压力F1大于上液缸22内部受到的注入液体朝向上接头11方向的作用力F2，上液缸22远离上接头11的一端端面抵靠于液缸本体21外壁上的本体第一台阶部212上。

进一步，如图1、图4所示，长胶筒封堵结构26远离下接头12的一端密封套设连接于液缸本体21的外壁上，长胶筒封堵结构26的内壁与中心管1的外壁之间设置有胶筒环空260，坐封过孔14、上液缸22的内腔、液缸内腔20和胶筒环空260构成坐封液通道，长胶筒封堵结构26的靠近下接头12的一端密封固定连接有封堵接头27，封堵接头27能滑动地套设于中心管1的外壁上，并且能够对坐封液通道进行封堵。

进一步，如图1、图3所示，液缸外套23与上接头11之间设置前述的至少具有两种解封方式的解封机构3，解封机构3包括能拆卸地连接于上接头11靠近中心管1的一端的外壁上的解封环31，液缸外套23和解封环31之间设置有解封销钉32。上接头11与解封环31之间松动实现解封是第一种解封方式，第一种解封方式失效时，解封销钉32剪切断开实现解封是第二种解封方式。

进一步，如图1、图3所示，解封环31通过反向梯形螺纹套设连接于上接头11的外壁上。解封环31与上接头11之间采用反向梯形螺纹，工艺性好，压根强度高，对中性好，不易卡扣。当需要对封堵层进行解封时，在油井井口将与中心管1连接的上部管柱进行正向旋转(正向旋转时，中心管1随上接头11一起与上部管柱同时同向旋转，不会发生连接松动)，上接头11与解封环31之间的反向梯形螺纹将会松动直至松开。

进一步，如图3所示，液缸外套23的侧壁上贯通地设置有外套第一通孔232，解封环31的外壁与外套第一通孔232对应的位置设置有第一剪切槽311，解封销钉32的一端穿设通过外套第一通孔232并卡止于第一剪切槽311中。在水平井堵水装置100下入油井过程中，液缸式坐封机构2和长胶筒封堵结构26通过解封销钉32轴向固定在中心管1的外壁上。

进一步，如图3所示，液缸外套23的侧壁上还贯通地设置有外套第二通孔233，上液缸22的外壁与外套第二通孔233对应的位置设置有第二剪切槽221，坐封销钉24的一端穿设通过外套第二通孔233、且与第二剪切槽221的侧壁和槽底间隔设置，即坐封销钉24的钉头截面尺寸小于第二剪切槽221的截面尺寸，因此在水平井堵水装置100注液坐封前，坐封销钉24不承受沿中心管轴向的剪切力，在水平井堵水装置100下入油井过程中的激荡力全部缓冲在液缸本体21上，不会传递至坐封销钉24的钉头处造成坐封销钉24的提前剪断，避免因坐封销钉剪断带来的提前坐封问题。

进一步，如图1、图2所示，上接头11远离中心管1的一端密封连接有能调节解封距离的解封距调整机构4。

进一步，如图1、图2所示，解封距调整机构4包括一端套设连接于液缸外套23的外壁上的上连接管41，上连接管41的侧壁上贯通设置有连接管通孔411，上连接管41的另一端套设连接于一上封堵接头42上，上封堵接头42与上接头11呈轴向间隔设置，上封堵接头42与上接头11相对的端面之间的间隔距离为解封距离L，上封堵接头42的内部能滑动地套设有一调节短接43，调节短接43的一端密封套设连接于上接头11的一端，调节短接43远离中心管1的一端的外壁上密封套设连接有一接箍5，接箍5用于连接上部管柱。本发明的水平井堵水装置100中采用长胶筒封堵结构对高含水层进行封堵，不同外径尺寸导致长胶筒262膨胀率发生变化，进而导致膨胀后的长胶筒262的长度不同，为了适应因长胶筒262膨胀后的长度变化，避免解封上提中心管时，上封堵接头42靠近中心管1的一端的端面与上接头11远离中心管1的一端的端面提前发生碰撞，无法实现水平井堵水装置100的解封，必须确保合理的解封距离L，解封距离L的调整通过调节(或更换)上连接管41的长度实现，不同长度的上连接管41满足不同外径尺寸时上提中心管1解封的需要。

进一步，如图3、图4所示，长胶筒封堵结构26包括密封连接于液缸本体21远离上接头11的一端的外壁上的胶筒上接头261，胶筒上接头261远离上接头11的一端嵌设于一能径向伸缩的长胶筒262的一端，长胶筒262的另一端嵌有胶筒下接头263，胶筒上接头261的内壁上设置有胶筒第一台阶部2611，胶筒第一台阶部2611的内侧壁与中心管1的外壁之间设有第一连通间隙，胶筒上接头261的内壁和中心管1的外壁之间固定套设有胶筒上堵头264，胶筒上堵头264的远离上接头11的一端的端面抵靠于胶筒第一台阶部2611上，胶筒上堵头264上设置有轴向贯通的第一堵头通孔2641，第一堵头通孔2641连通液缸内腔20和第一连通间隙、胶筒环空260；

胶筒下接头263的内壁上设置有胶筒第二台阶部2631，胶筒第二台阶部2631的内侧壁与中心管1的外壁之间设有第二连通间隙，胶筒下接头263的内壁和中心管1的外壁之间固定套设有胶筒下堵头265，胶筒下堵头265靠近上接头11的一端的端面抵靠于胶筒第二台阶部2631上，胶筒下堵头265上设置有轴向贯通的第二堵头通孔2651，第二堵头通孔2651与第二连通间隙、胶筒环空260连通。

进一步，如图1、图4所示，封堵接头27的侧壁上、且与所述胶筒下接头263轴向间隔地设置有贯通的堵头泄压孔271，封堵接头27的内壁与中心管1的外壁之间设有环空间隙，堵头泄压孔271的一端与环空间隙连通设置，封堵接头27的内壁与中心管1的外壁之间、且位于堵头泄压孔271靠近下接头12的一侧密封设置有封堵接头密封圈，封堵接头密封圈对环空间隙进行密封封堵，确保封堵接头27对坐封液通道进行密封封堵，堵头泄压孔271中能拆卸地密封设置有试验泄压钉272，在水平井堵水装置100正常使用过程中，试验泄压钉272密封设置于堵头泄压孔271中，确保封堵接头27对坐封液通道进行密封封堵。在水平井堵水装置100组装完成出厂前，需要将水平井堵水装置100中注满液体检验密封性，首先向中心管1中投入钢球将球座13封堵，并在堵头泄压孔271中密封安装试验泄压钉272，向中心管1内注入液体，注意注入液体的压力应小于坐封压力，保证坐封销钉24完整无损。注液后，如果水平井堵水装置100能够保持压力稳定，则表示密封性良好，反之，则装置密封性存在问题，需要进一步检测维修。密封性检验合格后，自堵头泄压孔271中拆下试验泄压钉272，坐封液通道中的液体经过环空间隙和堵头泄压孔271排出装置，液体排放完毕后，在堵头泄压孔271中密封安装试验泄压钉272，保证封堵接头27的完整、密封性。本发明的水平井堵水装置100通过在封堵接头27上设置堵头泄压孔271和试验泄压钉272，可以提前打压测试装置的可靠性，并且不影响日后使用，实现了出厂前试验的目的。

使用本发明的水平井堵水装置100进行采油时，先通过接箍5连接上部管柱，利用上部管柱将水平井堵水装置100下入油井内指定的封堵位置，投入钢球密封球座13，由地面开始向中心管1中注入液体。液体进入坐封液通道(坐封过孔14、上液缸22的内腔、液缸内腔20和胶筒环空260)，在胶筒环空260内液体压力的作用下，长胶筒262向径向外侧膨胀，对高含水层进行封堵。注入液体作用于上液缸22的锥形端面222上的、朝向上接头11方向的作用力大于注入液体作用于液缸本体21上的、远离上接头11方向的作用力，二者对上液缸22的内腔形成朝向上接头11方向的作用力F2，继续增大地面注入液体的压力，上液缸22的内腔受到的作用力F2逐渐增大，同时油井内液体作用于上液缸22靠近上接头11一端的端面上的、远离上接头11方向的压力F1与F2合成朝向上接头11方向的作用力，该作用力逐渐增大直到大于坐封销钉24的剪断力时，坐封销钉24产生断裂，上液缸22沿轴向向上接头11的方向移动，直至上液缸22靠近上接头11一端的端面与外套台阶部234相抵靠，此时卡环25径向外弹伸出，上液缸22无法倒退，此时本体通孔211被上液缸22的内壁(或是上液缸22的内壁上的本体密封圈223)所密封，胶筒环空260内的压力稳定在一定数值(该数值由生产实际确定)，保证封堵稳定。

需要进行解封时，在井口将上部管柱进行反向旋转，此时上接头11与解封环31之间的反向梯形螺纹将会松动，在反向梯形螺纹松开后，上提管柱，中心管1上的长键槽15使得胶筒环空260与液缸外套23上的稳压孔231连通，即胶筒环空260与水平井堵水装置100的外部连通，胶筒环空260内的压力释放，长胶筒262径向回缩，继续上提管柱，即可将水平井堵水装置100取出，完成解封，前述为水平井堵水装置100的第一种解封方式。

如果反向梯形螺纹出现故障无法松开，则增大管柱上提力，当上提力大于解封销钉32的剪切力时，解封销钉32产生断裂，继续上提管柱，中心管1上的长键槽15使得胶筒环空260与液缸外套23上的稳压孔231连通，即胶筒环空260与水平井堵水装置100的外部连通，胶筒环空260内的压力释放，长胶筒262径向回缩，继续上提管柱，即可将水平井堵水装置100取出，完成解封，前述为水平井堵水装置100的第二种解封方式。

由上所述，本发明提供的水平井堵水装置具有如下有益效果：

(1)本发明的水平井堵水装置设置有具备至少两种解封方式的解封机构，避免解封困难，提高了解封效率；

(2)本发明的水平井堵水装置采用了液缸式坐封机构，液缸式坐封机构稳定，避免在下入过程中的激荡坐封，提高了坐封效率；

(3)本发明的水平井堵水装置中采用长胶筒封堵结构，满足水平井封堵需求，提高了水平井堵水效率；

(4)本发明的水平井堵水装置中设置解封距调整机构，能够根据不同的封堵情况调节解封距离，以应对不同管柱内径堵水时，胶筒膨胀系数不同造成的解封距离的变化；

(5)本发明的水平井堵水装置，在组装完成准备出厂前，可以提前打压测试装置的可靠性，并且不影响日后使用；

(6)使用本发明的水平井堵水装置进行堵水开发时，高效节能，减少了维护成本，提高了开采运行效率。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。