一种用于分层的封隔器及分层注水工艺管柱的制作方法

本实用新型涉及井下作业的技术领域，特别涉及一种用于分层的封隔器，及具有该封隔器的分层注水工艺管柱。

背景技术：

封隔器将两层管柱之间的环形通道加以分隔，从而可以对位于封隔器上方和下方的两个地层进行分层采油、分层注水、分层压裂酸化等作业。通常封隔器只能通过中心管柱将封隔器上下加以沟通。经过特殊设计，封隔器可以将环形空间与中心管柱连通，形成可进行反洗井的通道。

现有技术中还有一种“桥式偏心分层注水工艺管柱”，该管柱包括Y341可洗井封隔器、桥式偏心配水器、堵塞器、水力循环阀等。桥式偏心配水器配水器在常规偏心配水器基础上增加了桥式通道，桥式偏心配水器的主体上有直径20毫米的偏孔，用以坐入配水堵塞器，周围有五个桥式过流通道，主体中心是直径46毫米的主通道，用于投捞工具及测试仪器的通过。桥式偏心分层注水工艺需要下入井下电动测调仪，对每一注水层的注水流量进行测调，并对封隔器是否有效坐封进行检测。

此外，还有一种四管分层注水工艺管柱，先由下往上分别下入下部桥塞、中部桥塞和上部桥塞，然后再由大直径到小直径下入三根同心管柱，三根同心管柱分别插入上部桥塞、中部桥塞和下部桥塞，至此，三个桥塞和三根同心管柱将井筒分隔成为四段；四管分层注水工艺在地面即可对桥塞是否有效坐封、以及各注水层的注水流量进行测调。

由上可知，现有方法中对多个地层进行分层作业时，井下测调作业繁琐，容易出现作业事故，井下管柱复杂，作业强度大。

技术实现要素：

为解决对多个地层进行分层作业时，井下测调作业繁琐，井下管柱复杂，作业强度大的技术问题，本实用新型提出一种用于分层的封隔器及分层注水工艺管柱，用于分层的封隔器具有至少两个轴向通道，并能在井下形成可靠的封隔。本实用新型还提出一种分层注水工艺管柱，其结构简单，操作方便，能够在井下形成多个从上至下分别连通到不同注水层的注水通道，通过不同的注水通道可以实现分层注水，并能方便地对各封隔器的坐封效果进行检测。

本实用新型提出一种用于分层的封隔器，所述用于分层的封隔器包括中心管，在所述中心管的管壁上沿其轴向开设上下贯通的至少两个轴向通道，外界的注水管或密封堵头能拆卸地连接在各所述轴向通道的两端开口处；在所述中心管的管壁的下部沿其径向开设贯通的至少一个径向通道，所述径向通道与所述轴向通道互不连通；

所述用于分层的封隔器还包括从上到下依次套装在所述中心管的外壁上的胶筒组件和活塞组件，所述胶筒组件的下端面抵靠在所述活塞组件的上端面上；在所述活塞组件的内壁与所述中心管的外壁之间密封设置有液压腔，所述液压腔通过所述径向通道与所述中心管的内腔连通。

进一步地，各所述轴向通道的端部开口与对应的所述注水管分别通过一连接卡套连接。

作为一种可实施的方式，所述活塞组件包括从上到下依次设置的上活塞、上活塞套、下活塞、下活塞套和压套；

所述上活塞密封且滑动套装在所述中心管的外壁上，且所述上活塞的上端面与所述胶筒组件的下端面相抵靠；所述压套密封且固定套装在所述中心管的外壁上；

所述上活塞套的上端密封且固定套装在所述上活塞的外侧，所述上活塞套的下端密封且固定套装在所述下活塞的外侧；所述下活塞套的上端密封且固定套装在所述下活塞的外侧，所述下活塞套的下端密封套装在所述压套的外侧，所述下活塞套的下端通过剪切销钉与所述压套能分离地连接；

所述液压腔包括第一腔和第二腔，所述上活塞、所述下活塞、所述中心管的外壁与所述上活塞套的内壁围成所述第一腔，所述第一腔通过对应的至少一个所述径向通道与所述中心管的内腔连通；所述下活塞、所述压套、所述中心管的外壁与所述下活塞套的内壁围成所述第二腔，所述第二腔通过对应的至少一个所述径向通道与所述中心管的内腔连通。

进一步地，在所述第一腔中设置一分隔件，所述分隔件的内壁与所述中心管的外壁固定连接，所述分隔件的外壁与所述上活塞套的内壁密封且滑动配合，所述第一腔通过所述分隔件在所述上活塞与所述分隔件之间分隔形成第一推动腔，所述第一推动腔通过对应的至少一个所述径向通道与所述中心管的内腔连通。

更进一步地，在所述压套的上端固定设置一密封件，所述密封件的内壁与与所述中心管的外壁固定连接，所述密封件的外壁与所述下活塞套的内壁密封且滑动配合，所述第二腔通过所述密封件在所述下活塞与所述密封件之间分隔形成第二推动腔，所述第二推动腔通过对应的至少一个所述径向通道与所述中心管的内腔连通。

更进一步地，所述密封件的下部外壁设置轴肩，所述密封件的上部外壁与所述下活塞套的内壁密封且滑动配合；

所述压套的上端套装在所述轴肩的外侧，所述压套的下端密封且套装在所述中心管的外壁上；在所述压套的上端沿其径向设置通孔，在所述轴肩上沿其径向设置通孔；一锁止件的一端依次穿过所述压套的通孔和所述密封件的通孔，并固定在所述中心管的外壁上。

更进一步地，所述压套的下端的外侧套装一调节环，在所述调节环上沿其径向设置通孔，一止退销钉的一端穿过所述调节环的通孔固定在所述压套的外壁上。

进一步地，在所述中心管的外壁的上端设置环形的挡止凸台，所述胶筒组件的上端面抵靠在所述挡止凸台的下端面上。

进一步地，所述胶筒组件包括从上到下依次设置的上胶筒、中胶筒和下胶筒，在所述上胶筒与所述中胶筒之间、所述中胶筒与所述下胶筒之间分别设置隔环。

本实用新型还提出一种分层注水工艺管柱，所述分层注水工艺管柱包括：

油管，其下放到井内的套管中；

坐封阀，能坐封在所述油管的底部；

至少三个封隔器，所述封隔器为上述的用于分层的封隔器，所述封隔器均置于所述套管内且间隔套装在所述油管外，所述封隔器能坐封在所述套管的内腔中，并在相邻的所述封隔器之间形成对应的注水层；

管道组件，沿所述油管的轴向设置在所述油管与所述套管之间，所述管道组件的数量与所述注水层的数量相同；各所述管道组件分别包括从上到下依次设置的至少两根注水管，各所述管道组件中的所述注水管的数量互不相同；各所述管道组件中最下方的所述注水管的下开口分别连通对应的所述注水层；所述封隔器上未连接所述注水管的所述轴向通道的端部开口上设置密封堵头；各所述管道组件中，各所述注水管与连接在相邻所述注水管之间的所述封隔器的轴向通道上下连通，分别形成各注水层的注水通道。

本实用新型相比于现有技术的有益效果在于：本实用新型的用于分层的封隔器具有至少两个轴向通道；通过轴向通道可分别连通不同地层，对位于用于分层的封隔器上方和下方的两个地层分别进行采油、注水、压裂酸化等作业，将多个用于分层的封隔器运用于管柱上，可以实现对多个地层进行分层，从而对各个地层分别进行采油、注水、压裂酸化等作业。

本实用新型的用于分层的封隔器还能通过胶筒组件和活塞组件的相互配合，在井下形成可靠的封隔。将液压腔通过下活塞分隔成两部分(即第一腔和第二腔)，中心管的内腔中的流体可以均匀地流到中心管的外侧的不同位置，活塞组件能从不同位置受力，提高了整体的受力均匀性，使活塞组件的滑移运动平稳。

本实用新型的用于分层的封隔器通过分隔件和密封件分别使第一腔和第二腔的体积减小，使流体的作用于及时地作用于上活塞和下活塞，避免了流体在第一腔和第二腔中过多地淤积，提高了活塞组件运动的及时性。

本实用新型的分层注水工艺管柱的结构简单，操作方便，能够在井下形成多个从上至下分别连通到不同注水层的注水通道，通过不同的注水通道可以实现分层注水，并能方便地对各封隔器的坐封效果进行检测。

本实用新型的分层注水工艺管柱，每一个注水层分别利用各自的注水通道进行单独注水，有效避免了不同注水层之间的层间干扰。本实用新型通过油管将所有封隔器打压坐封后，分别对其中一根注水通道打压、保压，向对应的注水层注水打压，然后在地面观察其他注水通道的压力是否发生变化，尤其需要观察相邻的注水层的压力，即可判断该注水层使用的封隔器是否坐封，而不需要在井下进行验封。

本实用新型的分层注水工艺管柱可根据油管的外径尺寸，可以实现对五个或五个以上的注水层进行分层注水。只需下入一次管柱，步骤简单，作业效率高。在油管处打压即可坐封所有的封隔器，实现对多个注水层的分层注水。

附图说明

图1为本实用新型的用于分层的封隔器的结构示意图；

图2为本实用新型的用于分层的封隔器的活塞组件与中心管的下部连接关系的局部结构示意图；

图3为本实用新型的分层注水工艺管柱的结构示意图。

附图标记：

1-用于分层的封隔器；

10-中心管；12-轴向通道；14-径向通道；

20-连接卡套；

31-上活塞；32-上活塞套；

33-下活塞；34-下活塞套；

35-压套；352-锁止件；

36-剪切销钉；

37-调节环；372-止退销钉；

42-分隔件；44-第一推动腔；

52-密封件；54-第二推动腔；

62-上胶筒；64-中胶筒；66-下胶筒；68-隔环；

2-注水管；3-密封堵头；

5-油管；6-套管；7-坐封阀；

100-注水层。

具体实施方式

以下结合附图，对本实用新型上述的技术特征和优点进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的部分实施例，而不是全部实施例。

请参阅图1和图2所示，本实用新型提出一种用于分层的封隔器1，用于分层的封隔器1包括中心管10，在中心管10的管壁上沿其轴向开设上下贯通的至少两个轴向通道12，外界的注水管2或密封堵头3能拆卸地连接在各轴向通道12的两端开口处；在中心管10的管壁的下部沿其径向开设贯通的至少一个径向通道14，径向通道14与轴向通道12互不连通。

用于分层的封隔器1还包括从上到下依次套装在中心管10的外壁上的胶筒组件和活塞组件，胶筒组件的下端面抵靠在活塞组件的上端面上；在活塞组件的内壁与中心管10的外壁之间密封设置有液压腔，液压腔通过径向通道14与中心管10的内腔连通。

本实用新型的用于分层的封隔器1具有至少两个轴向通道；通过轴向通道可分别连通不同地层，对位于用于分层的封隔器1上方和下方的两个地层分别进行采油、注水、压裂酸化等作业，将多个用于分层的封隔器1运用于管柱上，可以实现对多个地层进行分层，从而对各个地层分别进行采油、注水、压裂酸化等作业。

本实用新型的用于分层的封隔器1能通过胶筒组件和活塞组件的相互配合，在井下形成可靠的封隔；注入中心管10的内腔中的流体经径向通道14注入液压腔，流体推动活塞组件向上滑移，活塞组件挤压胶筒组件沿中心管10的径向膨胀变形，形成封隔。径向设置的径向通道14位于轴向设置的相邻的轴向通道12之间，也就是说，径向通道14与轴向通道12不相交。

进一步地，各轴向通道12的端部开口与对应的注水管2分别通过一连接卡套20连接。本实用新型可以提供五个或五个以上的轴向通道12，注水管2由专用的连接卡套20连接到需要注水的轴向通道12上。

作为一种可实施的方式，活塞组件包括从上到下依次设置的上活塞31、上活塞套32、下活塞33、下活塞套34和压套35。上活塞31密封且滑动套装在中心管10的外壁上，且上活塞31的上端面与胶筒组件的下端面相抵靠；压套35密封且固定套装在中心管10的外壁上。

上活塞套32的上端密封且固定套装在上活塞31的外侧，上活塞套32的下端密封且固定套装在下活塞33的外侧；下活塞套34的上端密封且固定套装在下活塞33的外侧，下活塞套34的下端密封套装在压套35的外侧，下活塞套34的下端通过剪切销钉36与压套35能分离地连接。

液压腔包括第一腔和第二腔，上活塞31、下活塞33、中心管10的外壁与上活塞套32的内壁围成第一腔，第一腔通过对应的至少一个径向通道14与中心管10的内腔连通；下活塞33、压套35、中心管10的外壁与下活塞套34的内壁围成第二腔，第二腔通过对应的至少一个径向通道14与中心管10的内腔连通。

将液压腔通过下活塞33分隔成两部分(即第一腔和第二腔)，第一腔和第二腔分别通过各自对应的径向通道14与中心管10的内腔连通，中心管10的内腔中的流体可以均匀地流到中心管10的外侧的不同位置，本实施例中流体作用于活塞组件的上下两处位置，活塞组件能从不同位置受力，提高了整体的受力均匀性，上活塞31和下活塞33分别受力，从而使活塞组件的滑移运动平稳。

较优地，胶筒组件位于中心管10的上部，活塞组件位于中心管10的下部，压套35位于中心管10的下端。在中心管10的外壁的上端设置环形的挡止凸台，胶筒组件的上端面抵靠在挡止凸台的下端面上，避免胶筒组件在膨胀变形时从中心管10的上端脱落。

进一步地，如图2所示，在第一腔中设置一分隔件42，分隔件42的内壁与中心管10的外壁固定连接，分隔件42的外壁与上活塞套32的内壁密封且滑动配合，第一腔通过分隔件42在上活塞31与分隔件42之间分隔形成第一推动腔44，第一推动腔44通过对应的至少一个径向通道14与中心管10的内腔连通。

更进一步地，如图2所示，在压套35的上端固定设置一密封件52，密封件52的内壁与与中心管10的外壁固定连接，密封件52的外壁与下活塞套34的内壁密封且滑动配合，第二腔通过密封件52在下活塞33与密封件52之间分隔形成第二推动腔54，第二推动腔通过对应的至少一个径向通道14与中心管10的内腔连通。

通过设置分隔件42和密封件52分别使第一腔和第二腔的体积减小，使流体的作用于及时地作用于上活塞31和下活塞33，避免了流体在第一腔和第二腔中过多地淤积，提高了活塞组件运动的及时性。

本实施例中，第一推动腔44所对应的中心管10的管壁上对称设置两个径向通道14，第一推动腔44通过对应的两个径向通道14与中心管10的内腔连通；第二推动腔54所对应的中心管10的管壁上对称设置两个径向通道14，第二推动腔54通过对应的两个径向通道14与中心管10的内腔连通。

较优地，在上活塞31的下端的内壁上设置第一轴肩，第一轴肩与中心管10的外壁之间形成狭长的第一缓冲通道，第一推动腔44对应的径向通道14正对该第一缓冲通道，中心管10的内腔中的高速流体在狭长的第一缓冲通道中被有效减速，避免流体直接冲入位于上活塞31的下端面与分隔件42的上端面之间的第一主腔室。

同理，在下活塞33的下端的内壁上设置第二轴肩，第二轴肩与中心管10的外壁之间形成狭长的第二缓冲通道，第二推动腔54对应的径向通道14正对该第二缓冲通道，中心管10的内腔中的高速流体在狭长的第二缓冲通道中被有效减速，避免流体直接冲入位于下活塞33的下端面与密封件52的上端面之间的第二主腔室。

更进一步地，密封件52的下部外壁设置轴肩，密封件52的上部外壁与下活塞套34的内壁密封且滑动配合。压套35的上端套装在轴肩的外侧，压套35的下端密封且套装在中心管10的外壁上；在压套35的上端沿其径向设置通孔，在轴肩上沿其径向设置通孔；一锁止件352的一端依次穿过压套35的通孔和密封件52的通孔，并固定在中心管10的外壁上。

更进一步地，压套35的下端的外侧套装一调节环37，在调节环37上沿其径向设置通孔，一止退销钉372的一端穿过调节环37的通孔固定在压套35的外壁上，止退销钉372可以防止下活塞套34向下脱出。

进一步地，在中心管10的外壁的上端设置环形的挡止凸台，胶筒组件的上端面抵靠在挡止凸台的下端面上，挡止凸台可以防止胶筒组件受挤压向上脱出。

进一步地，胶筒组件包括从上到下依次设置的上胶筒62、中胶筒64和下胶筒66，在上胶筒62与中胶筒64之间、中胶筒64与下胶筒66之间分别设置隔环68。

请参阅图3所示，本实用新型还提出一种分层注水工艺管柱，分层注水工艺管柱包括：油管5、坐封阀7、至少三个封隔器和管道组件。油管5下放到井内的套管6中，坐封阀7能坐封在油管5的底部，封隔器为上述的用于分层的封隔器1，封隔器均置于套管6内且间隔套装在油管5外，封隔器能坐封在套管6的内腔中，并在相邻的封隔器之间形成对应的注水层100。

管道组件沿油管5的轴向设置在油管5与套管6之间，管道组件的数量与注水层100的数量相同；各管道组件分别包括从上到下依次设置的至少两根注水管2，各管道组件中的注水管2的数量互不相同；各管道组件中最下方的注水管2的下开口分别连通对应的注水层100。封隔器上未连接注水管2的轴向通道12的端部开口上设置密封堵头3。各管道组件中，各注水管2与连接在相邻注水管2之间的封隔器的轴向通道12上下连通，分别形成各注水层100的注水通道。

本实用新型的分层注水工艺管柱的结构简单，操作方便，能够在井下形成多个从上至下分别连通到不同注水层的注水通道，通过不同的注水通道可以实现分层注水，并能方便地对各封隔器的坐封效果进行检测。

本实用新型的分层注水工艺管柱，每一个注水层分别利用各自的注水通道进行单独注水，有效避免了不同注水层之间的层间干扰。本实用新型通过油管将所有封隔器打压坐封后，分别对其中一根注水通道打压、保压，向对应的注水层注水打压，然后在地面观察其他注水通道的压力是否发生变化，尤其需要观察相邻的注水层的压力，即可判断该注水层使用的封隔器是否坐封，而不需要在井下进行验封。

如果该压力上升，则说明该注水层所使用的封隔器未完全坐封；如果该压力不变化，则完全坐封。依次向不同的注水层内打压，通过检测与其相邻的注水层所对应的注水管中的压力，即可检验所有的封隔器是否完成坐封，而不需要进行繁琐的井下作业来验封。

根据油管的外径尺寸，可以实现对五个或五个以上的注水层进行分层注水。只需下入一次管柱，步骤简单，作业效率高。在油管处打压即可坐封所有的封隔器，实现对多个注水层的分层注水。

较优地，注水管采用金属连续管制成，具有较好的防腐性能。而且金属材质的注水管本身不容易结垢，即使注水管结垢，对注水量的影响相对较小。

本实用新型的用于分层的封隔器1和分层注水工艺管柱的使用步骤如下：用于分层的封隔器1随油管5下井后，投球至管柱下端的坐封阀7，使坐封阀7密封。由于调节环37通过止退销钉372固定在压套35上，压套35通过锁止件352固定在中心管10上，随着油管5内的液体压力升高，下活塞套34受到调节环37的阻挡作用，上活塞31、下活塞33产生向上的推力。

中心管10壁厚较大，根据具体需要，中心管10的壁厚的取值范围大于或等于16毫米，且小于或等于45毫米，可以提供多个轴向通道12。轴向通道12的两端开口通过连接卡套20与注水管2相连接，未连接注水管2的轴向通道12的端部开口上设置密封堵头3。在中心管10上的径向通道14将流体(高压介质)引导到第一推动腔44和第二推动腔54。

当推力足够大时，剪断剪切销钉3，上活塞31和下活塞33带动上活塞套32和下活塞套34一起向上运动，上胶筒62、中胶筒64和下胶筒66受到挤压，沿径向膨胀变形，形成封隔，达到密封油套环空(油管5和套管6之间的环形空间)的目的。当用于分层的封隔器1需要解封时，只要将中心管10中的介质压力释放，上胶筒62、中胶筒64和下胶筒66就会沿径向收缩复位，沿轴向伸长，释放油套环空。

用于分层的封隔器1随油管5下井后，投球至管柱下端的坐封阀7，使坐封阀7密封。中心管10的内腔与套管6的内腔之间被坐封阀7分隔开。向中心管10的内腔打压，使各用于分层的封隔器1在套管6内坐封，在相邻的用于分层的封隔器1之间形成对应的注水层100。

当需要分层注水时，通过各注水通道向注水层100注水，使各管道组件中最下方的注水管2的下开口对应的注水层100分别注水。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。