一种高温高压可取式试油封隔器的制作方法

本实用新型涉及一种高温高压可取式试油封隔器，属于压裂施工领域。

背景技术：

目前部分低渗透油气井通常采用机械分层+射孔枪方式进行试油压裂施工，这种模式要求首先利用射孔抢对目的层段进行射孔，以形成井筒与储层连通通道，再取出射孔枪下可起出的机械分层试油压裂管柱，分段对各目的层段进行试油压裂作业，然后放喷排液，完井投产。这种可起出的机械分层试油压裂管柱采用K344扩张式封隔器对其进行油、套环空密封和卡位锚定，该K344扩张式封隔器有4项缺点：（1）整体承受压差低，一旦施工过程中井筒某一层段出现异常高压，很可能造成管柱失稳；（2）耐温不高，由于受胶筒的加工、材质及合成橡胶材料化学成分的影响，胶筒承受的温度不是很高，有时无法适应地层温度，加之管柱轴向窜动动载作用，胶筒容易产生疲劳损坏；（3）抗腐蚀性差，考虑气井酸化措施或含H₂S气体因素，封隔器钢材和胶筒长时间受腐蚀严重；（4）锚定管柱能力差，封隔器下端、上端无卡瓦、水力锚等承受管柱重量的机构，即使在封隔器上部加水力锚辅助锚定，有时也无法起到有效的锚定效果，这是由于现有水力锚设计缺陷造成的。因此，为确保机械分层压试油压裂施工管柱安全，解决上述K344扩张式封隔器设计缺陷，特设计了一种高温高压可取式试油封隔器。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种高温高压可取式试油封隔器，通过采用不同硬度耐高温耐高压组合胶筒，实现了试油压裂管柱密封和定位良好。具有井下使用时间长，应用效果良好，极大地提高了机械分层试油压裂效率和成功率。

本实用新型的技术方案是：一种高温高压可取式试油封隔器，其特征是：至少包括：上接头、本体、镶硬质合金水力锚、上胶筒、中胶筒、下胶筒、镶硬质合金分瓣式卡瓦、中心轨迹管、旋转式扶正器、下扶正接头；上接头和下扶正接头位于本体两端，本体上设置有镶硬质合金水力锚，上、中、下胶筒直接内套在中心轨迹管上，镶硬质合金分瓣式卡瓦与中心轨迹管上的卡瓦座通过卡瓦槽连接，并与楔形体下端接触，旋转式扶正器与中心轨迹管连接，可以沿中心轨迹管上下移动。

所述镶硬质合金水力锚锚整体为圆筒柱结构，轴向绕锚体外壁按120度分布有3道压板槽，每道压板槽长度方向均匀分布有3个固定螺钉孔；两个螺钉孔之间有一个锚爪孔，共有六个锚爪孔；每一个锚爪孔固定一个锚爪；锚爪由锚爪活塞和硬质合金锚爪头组成；锚爪活塞环向有一环形密封槽，O形密封圈套接在锚爪活塞的环形密封槽内；锚爪通过压板固定在锚体的锚爪孔上，在锚爪前端位于压板与锚爪之间装复位双弹簧，固定螺钉将压板固定在锚体上。

所述镶硬质合金水力锚长度450mm，锚爪直径40mm，最大锚定力550kN, 硬质合金牙齿数24个，爪牙楔角10.5°。

所述上胶筒、中胶筒和下胶筒相同，包括胶筒本体、左肩部保护套和右肩部保护套，左肩部保护套和右肩部保护套套接在胶筒本体两端肩部；所述胶筒本体的外径112mm，内径48mm，高度80mm。

所述胶筒本体采用氢化丁腈橡胶材料。

所述的镶硬质合金分瓣式卡瓦位于中心轨迹管的卡瓦座上，与卡瓦座固联，包括卡瓦本体、硬质合金牙齿，所述的卡瓦本体为一种楔形体，在卡瓦本体上有六个镶嵌硬质合金牙齿的镶嵌孔，六个硬质合金牙齿分别镶嵌在六个镶嵌孔内。

所述的卡瓦本体的六个镶嵌孔3分两排，每排三个，两排镶嵌孔错位排列，左边排列的镶嵌孔靠楔形体厚的一边，右边排列的镶嵌孔靠楔形体薄的一边；所述的卡瓦本体厚的一端从外向中心线有两个对称槽。

所述卡瓦长度150mm，齿面长度120mm，齿面宽度30mm，楔角15°，厚度24mm；每排三个中的相邻两个硬质合金牙齿间距10mm，每个硬质合金牙齿底部圆直径8mm，牙齿齿尖高度1.94mm。

所述旋转式扶正器包括扶正本体、钢制弯弹簧片、硬质合金活动扶正块，扶正本体是中心空芯结构，两端有端盖，两端盖之间为筒体，筒体沿圆周120度有一个硬质合金活动扶正块为把手结构，硬质合金活动扶正块沿筒体长度方向平行固定，所述硬质合金活动扶正块把手的下面有钢制弯弹簧片。

所述旋转式扶正器长度110mm，外径114mm，内径78mm。

本实用新型的优点是：在扶正器结构上设计了旋转伸出、在卡瓦片和锚爪头上设计了镶硬质合金牙齿，采用不同硬度耐高温耐高压组合胶筒，实现了试油压裂管柱密封和定位良好。旋转式扶正器提供卡瓦伸出锚定的支点，镶硬质合金分瓣式卡瓦与套管接触产生较高的挤压应力，可承受较高的管柱轴向压缩力；镶硬质合金水力锚在较小的液压活塞力作用下，可承受较高的管柱轴向上顶力。通过上提、下放、旋转实现坐封解封，可单独使用，可重复坐封，井下使用时间长，应用效果良好，极大地提高了机械分层试油压裂效率和成功率。

附图说明

下面结合实施例附图对本实用新型作进一步说明：

图1A为本实用新型实施例结构器的左边部分；

图1B是本实用新型实施例结构器的右边部分；

图2为镶硬质合金水力锚示意图；

图3为上、中、下胶筒示意图；

图4为镶硬质合金分瓣式卡瓦示意图；

图5为旋转式扶正器示意图。

图中：1、上接头；2、本体；3、镶硬质合金水力锚；4、上胶筒；5、中胶筒；6、下胶筒；7、镶硬质合金分瓣式卡瓦；8、中心轨迹管；9、旋转式扶正器；10、下扶正接头；31、锚体；32、固定螺钉；33、复位双弹簧；34、O形密封圈；35、压板；36、镶硬质合金牙锚爪头；37、锚爪活塞；41、胶筒本体；43、左肩部保护套；42、右肩部保护套；70、卡瓦本体；71、硬质合金牙齿；73、镶嵌孔；74、对称槽。

具体实施方式

一种高温高压可取式试油封隔器，参见图1A和图1B，图1A是一种高温高压可取式试油封隔器的左边部分，图1B是一种高温高压可取式试油封隔器的右边部分。

如图1A和图1B、图2所示，一种高温高压可取式试油封隔器，至少包括：上接头1、本体2、镶硬质合金水力锚3、上胶筒4、中胶筒5、下胶筒6、镶硬质合金分瓣式卡瓦7、中心轨迹管8、旋转式扶正器9、下扶正接头10，上接头1和下扶正接头10位于本体2两端，本体2上有镶硬质合金水力锚3，上胶筒4、中胶筒5、下胶筒6直接内套在中心轨迹管8上，镶硬质合金分瓣式卡瓦7与中心轨迹管8上的卡瓦座通过卡瓦槽连接，并与楔形体下端接触，旋转式扶正器9与中心轨迹管8连接，可以沿中心轨迹管上下移动。

所述镶硬质合金水力锚锚3整体为圆筒柱结构，轴向绕锚体外壁按120度分布有3道压板槽，每道压板槽长度方向均匀分布有3个固定螺钉孔；两个螺钉孔之间有一个锚爪孔，共有六个锚爪孔；每一个锚爪孔固定一个锚爪；锚爪由锚爪活塞37和硬质合金锚爪头36组成；锚爪活塞37环向有一环形密封槽，O形密封圈34套接在锚爪活塞37的环形密封槽内；锚爪通过压板35固定在锚体31的锚爪孔上，在锚爪前端位于压板35与锚爪之间装复位双弹簧33，固定螺钉32将压板35固定在锚体31上，每个锚爪上镶嵌4颗硬质合金牙齿（什么位置）。保证其与套管内壁有足够大的锚定力。

所述镶硬质合金水力锚长度450mm，锚爪直径40mm，最大锚定力550kN, 硬质合金牙齿数24个，爪牙楔角10.5°。

如图3所示，所述上胶筒4、中胶筒5和下胶筒6包括胶筒本体41、左肩部保护套43和右肩部保护套42，左肩部保护套43和右肩部保护套42套接在胶筒本体41两端肩部；所述胶筒本体41的外径112mm，内径48mm，高度80mm。

所述胶筒本体采用氢化丁腈橡胶材料。

所述胶筒本体41的泊松比0.47。

所述胶筒本体41弹性模量为9.2MPa。

所述胶筒本体41具有耐高温185℃，耐高压70MPa，耐H₂S/HCl腐蚀，低蠕变率10^-3mm/min。

所述上胶筒4和下胶筒6均采用纤维增强氢化丁腈材料加工，硬度较大；中胶筒5采用复合氢化丁腈材料加工，硬度比上胶筒4和下胶筒6硬度小，在轴向压缩载荷下具有较大变形，密封进一步压实。这种橡胶材料对酸、硫化氢有极强的抗腐蚀性，使用寿命长，稳定性高。

如图4所示，所述的镶硬质合金分瓣式卡瓦7包括卡瓦本体71、硬质合金牙齿72，所述的卡瓦本体71为一种楔形体，在卡瓦本体71上有六个镶嵌硬质合金牙齿72的镶嵌孔73，六个硬质合金牙齿72分别镶嵌在六个镶嵌孔73内。

所述的卡瓦本体71的六个镶嵌孔3分两排，每排三个，两排镶嵌孔错位排列，左边排列的镶嵌孔靠楔形体厚的一边，右边排列的镶嵌孔靠楔形体薄的一边。

所述的卡瓦本体71厚的一端从外向中心线有两个对称槽74。

所述卡瓦长度150mm，齿面长度120mm，齿面宽度30mm，楔角15°，厚度24mm。

每排三个中的相邻两个硬质合金牙齿间距10mm，每个硬质合金牙齿底部圆直径8mm，牙齿齿尖高度1.94mm。

所述卡瓦本体71采用抗腐蚀35CrMo材料。

所述硬质合金牙齿72表面渗氮处理，处理层深度0.43mm。

如图5所示，所述旋转式扶正器9包括扶正本体91、钢制弯弹簧片92、硬质合金活动扶正块93，扶正本体91是中心空芯结构，两端有端盖94，两端盖之间为筒体95，筒体95沿圆周120度有一个硬质合金活动扶正块93为把手结构，硬质合金活动扶正块93沿筒体95长度方向平行固定，所述硬质合金活动扶正块93把手的下面有钢制弯弹簧片92。

所述旋转式扶正器长度110mm，外径114mm，内径78mm。

在井口悬挂管柱后缓慢旋转管柱，活动旋转式扶正器9沿着中心轨迹管上S型轨道的下死点运动到上死点时，旋转式扶正器9恰好在钢制弯弹簧片92弹力作用下伸出并与套管内壁接触卡死，形成镶硬质合金卡瓦启动支撑点。

所述封隔器最大钢体外径114mm，最小通径48mm，长度1650mm，工作温度145℃，工作压差70MPa，连接接箍为2-7/8″ EUE外加厚油管标准接箍。

本实用新型的工作方式是：

1.首先油气井利用下电缆带射孔枪形成井筒与储层连通通道后，取出电缆射孔枪，再根据机械分层施工管柱结构图，将高温高压可取式试油封隔器安装在机械分层施工管柱的底部，组装连接好机械分层试油压裂管柱。

2.将上述机械分层试油压裂管柱下入到预定的井深位置。

3.下入预定位置后，利用井口液压管钳缓慢旋转试油压裂管柱，旋转1/2~1圈，使旋转式扶正器的硬质合金活动扶正块通过中心轨迹管上S型轨道的下死点上行至上死点位置，在钢制弯弹簧片的弹力作用下伸出并与套管内壁接触，形成卡瓦坐封的支撑点，继续释放20~40kN试油压裂管柱悬重，压缩弹簧钢制片，确保支点稳定。

4.然后继续释放试油压裂管柱压缩距或悬重，镶硬质合金分瓣式卡瓦在卡瓦座锥体的作用下，沿中心轨迹管轴向和径向移动和伸出，直到卡瓦片上的硬质合金牙齿锚定套管内壁，实现可靠锚定，即可承受试油压裂管柱本身的轴向压缩力或动态工况改变下管柱伸长变形所转化的轴向压缩力。

5.卡瓦锚定后，继续释放试油压裂管柱压缩距或悬重，在轴向压缩力作用下，上、中、下胶筒逐渐被压缩并沿径向膨胀至套管内壁，加大悬重，中胶筒继续变形压实密封，从而确保三中不同硬度组合胶筒密封油管、套管环形空间，以封隔油气产层。

6.胶筒密封完好后，从油管内打压，当油管内压力大于环空压力时，压力差推动锚爪活塞启动，同时压缩装在锚爪活塞内的复位双弹簧，复位双弹簧将弹力传递给压板，又反弹推动镶硬质合金锚爪头伸出卡紧在套管壁上，防止管柱位移，实现可靠锚定。

7.油、套压差保持10MPa以上，始终保持水力锚处于工作状态。

8.按照上述步骤，即可完成高温高压可取式试油封隔器在井下的有效密封和定位，从而为压裂施工提供隔层空间。

9.压裂施工时，采用油管压裂模式，利用2000型压裂泵车以排量1.0~2.0m³/min，将砂浓度为350~450kg/m³携砂液沿机械分层试油压裂管柱泵入，大量携砂液通过射孔孔眼进入地层，实现压裂新裂缝的形成和天然裂缝的开启，完成压裂施工。

10．泵车再以排量2.0m³/min注入顶替液，将机械分层试油压裂管柱内携砂液全部替入地层，停泵。

11.压裂结束后关井45min~90min，利用6mm或8mm油嘴有控制地进行放喷排液，若井口压力降至5MPa以下，可进行起管解封作业，否则继续放喷排液。

12.机械分层试油压裂施工完成后，油管内泄压，镶硬质合金水力锚在弹簧力作用下收回，水力锚解封，起出部分管柱悬重，上、中、下胶筒在本身弹力作用下恢复到原位，密封解封，继续起出部分管柱悬重，镶硬质合金分瓣式卡瓦收回解封，井口反向（与坐封相反）旋转机械分层试油压裂管柱，旋转式扶正器收回，即可完成高温高压可取式试油封隔器的解封。

13.待高温高压可取式试油封隔器全部解封后，起出机械分层试油压裂管柱，及时拆卸、检查高温高压可取式试油封隔器（含胶筒、水力锚、卡瓦、中心轨迹管）使用情况，用于保养或更换高温高压可取式试油封隔器，以便后续再次进行机械分层试油压裂施工。