一种双向胀封机构及其双向胀封封隔器的制作方法

本发明涉及油田机械设备技术领域，特别是涉及一种双向胀封机构及其双向胀封封隔器。

背景技术：

随着油井生产到一定阶段后，产能和渗透率都逐渐降低，为了增强排油能力，提高油井产量，通常会采用压裂技术，压裂技术中常采用水力压裂，即通过高压大排量的泵，利用液体传压的原理，将压裂液以大于油层的吸收能力的压力向油层注入，并使井筒内压力升高，井底附近地层产生裂缝，然后继续注入带有支撑剂的携砂液，裂缝向前延伸并填以支撑剂，关井后裂缝闭合在支撑剂上，从而在井底附近地层内形成具有一定几何尺寸和高导流能力的填砂裂缝，达到增产增注的目的。

但由于地层每段强度参数不一样，必须采用分段压裂，进行压裂施工作业，分段压裂时通常会采用压裂封隔器进行分层，如专利号“cn201710129952.7”，名称为“一种封隔器自锁机构及封隔器”的发明专利中所公开的封隔器包括中心管，中心管两端分别安装有与油管连接的上接头、和喷砂器连接的下接头，中心管外侧套接有套管，套管与中心管之间固定连接有锥体、胶筒、卡瓦；封隔器坐封时，中心管下行，卡瓦于锥体的下推作用下伸出，与套管内壁支撑配合挤压胶筒下端，然后上接头下行挤压胶筒上端，在轴向上挤压胶筒使其外径涨大，实现坐封，解封时上提封隔器中心管，锥体上移，卡瓦缩回，胶筒失去挤压作用外径减小，完成解封。如专利号为“cn201710129952.7”，名称为“一种可溶封隔器”的发明专利中的封隔器上设有推动活塞，在工作时，压裂液剪断推动活塞上的销钉，推动活塞下行带动移动套、导向环、上锥体、卡瓦、下锥体、隔环下行，下锥体上的销钉二被剪断，在轴向上挤压压缩胶筒，使其径向膨胀完成胀封，当压裂液持续加压至一定压力时，下锥体上的销钉一被剪断，在活塞推动下，移动套、导向环、上椎体、卡瓦继续下行，卡瓦径向膨胀完成锁紧。压裂封隔器作为油井压裂工具串中必不可少的一环，其性能直接决定压裂作业的成效。而上述封隔器胶筒坐封时，均是从胶筒的轴向上挤压胶筒，然后使胶筒径向膨胀，但上述胀封方式，很容易出现压力不足，封隔不严的问题，继而导致封层压裂失败；同时在压裂过程有砂沉会在封隔器上部聚集，形成“砂桥”，积压的砂沉具有一定强度，即便封隔器已经解封，但上提压裂管时仍容易卡住，造成“卡井”现象。

技术实现要素：

本发明的目的是解决上述技术问题，提供一种双向胀封机构及其双向胀封封隔器，压裂液能够在径向和轴向上同时挤压封堵结构，使其膨胀封堵，相对只是单一轴向上挤压封堵机构，双向扩张挤压方式可提供足够的压力，来保证封堵的严密性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种双向胀封机构，包括一端保持不动另一端滑动连接在封堵器中心管上的封堵机构，所述封堵机构与所述中心管之间设有可供压裂液在径向、轴向上分别挤压所述封堵机构使其膨胀封堵的第一进液腔、第二进液腔，所述中心管上设有分别与所述第一进液腔、第二进液腔连通的第一进液口、第二进液口。

优选的，所述封堵机构包括端头带有连接套的膨胀胶筒以及轴向挤压所述膨胀胶筒的推动机构，所述第一进液腔设置在所述膨胀胶筒与所示中心管之间，所述推动机构包括螺纹套接在所述中心管上的密封套、同时滑动套接在所述中心管、所述密封套上的推动滑套，所述第二进液腔设置在所述推动滑套、所述密封套以及所述中心管之间，所述推动滑套与所述膨胀胶筒可滑动一端的所述连接套螺纹连接。

优选的，所述推动滑套和所述膨胀胶筒连接处包裹有导向护套，所述导向护套螺纹连接在所述推动滑套上。

优选的，所述推动滑套上设有防止所述推动滑套在所述压裂液推动下脱离所述密封套的限位销钉。

优选的，所述中心管与所述密封套、所述推动滑套之间均设有密封圈，所述密封套和所述推动滑套之间也设有密封圈。

还提供了一种双向胀封封隔器，包括与油管连接的上接头、与喷砂器连接的下接头、端头螺纹连接在所述上接头和所述下接头内的中心管，所述封堵机构设置在所述中心管上，所述封堵机构的不动端通过固定机构保持在所述上接头不动。

优选的，所述固定机构包括与所述膨胀胶筒保持不动一端的所述连接套螺纹连接的脱离滑套，所述脱离滑套通过可断销钉套接在所述上接头上，所述密封套遇油液可溶解。

优选的，所述下接头的最大外径小于所述限位销钉之间的内接圆。

优选的，所述脱离滑套和所述膨胀胶筒连接处外套设有夹紧护套，所述夹紧护套螺纹连接在所述脱离滑套上。

优选的，所述脱离滑套和所述上接头之间设有密封圈。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1.本发明中的封堵机构可设置在封堵器中心管上，当压裂液流过中心管时，会从第一进液口进入一进液腔之中，在压力液会从径向上向外挤压封堵机构，封堵机构此时一端保持不动，另一端会向中心滑动，从而封堵机构向外膨胀，实现封堵目的，同时压裂液会从第二进液口进入第二进液腔，在第二进液腔内从膨胀封堵轴向上挤压膨胀封堵，继而使膨胀封堵进一步向外膨胀，在双向扩张压力合力下，大大提高了封堵机构的封隔效果，密封性能更可靠，解封时，只需停止注入压裂液即可，封堵机构会自然恢复未膨胀前的状态。

2.本发明中的双向胀封封隔器采用了双向胀封机构，在进行压裂工艺时，本双向胀封封隔器随同油管管柱下到井下设定位置，压裂车开始压裂作业后，压裂液自油管内进入喷砂器，通过喷砂器喷嘴进入油管外对应压裂层段，由于喷砂器喷头的节流作用，使双向胀封封隔器内压力大于双向胀封封隔器外压力，利用压差，封堵机构会同时受到来自径向的扩张压力和轴向的挤压压力，二者合力使封堵机构胀封力进一步增强，大大提高了双向胀封封隔器的封隔效果，密封性能更可靠，保证了压裂功效，降低了压裂成本，解决了胀封不严的问题，同时当压裂完成，内外压力平衡，封堵机构自然收缩完成解封。

3.本发明中的双向胀封封隔器的密封套采用了遇到油液可溶解的材质，同时固定封堵机构的固定机构采用了可断销钉固定在上接头上，当压裂完成出现“砂桥”时，持续上拉油管，可断销钉在一定拉力下被剪断，从而固定机构中的脱离滑套会脱离上接头，从而使固定机构、封堵机构全部脱离中心管，由于“砂桥”挤压下，固定机构、封堵机构虽然脱离了中心管，但却被“砂桥”夹在原位不动，此时继续上提油管，由于密封套遇油已经溶解，此时下接头会冲击封堵机构的推动滑套，继而使整个封堵机构、固定机构产生振动，继而使“砂桥”松动，然后下放油管，在上接头冲击下脱离滑套作用下，继续产生振动，然后在反复的上提下放所带来的向上和向下的震荡中，“砂桥”被彻底破坏形成砂碎并掉落油井的下方，继而可将油管和封隔器提出油井，解决了其他封隔器在“砂桥卡井”状况下无法上提油管管柱，无法取出封隔器的问题，通过震荡解卡，步骤简单且效率高，解卡效果更可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为双向胀封封隔器的结构示意图；

图2为双向胀封封隔器胀封时示意图；

图3为双向胀封封隔器解封时示意图；

图4为双向胀封封隔器中心管上行时示意图；

图5为双向胀封封隔器中心管下行时示意图；

图6为双向胀封封隔器振荡解堵后示意图。

附图标记说明：1、上接头；2、可断销钉；3、第一密封圈；4、脱离滑套；5、上连接套；6、夹紧护套；7、膨胀胶筒；8、第一进液口；9、中心管；10、导向护套；11、下连接套；12、推动滑套；13、第二密封圈；14、第二进液口；15、第三密封圈；16、密封套；17、限位销钉；18、下接头；19、第二进液腔；20、第一进液腔；21、油管；22、套管；23、砂桥；24、碎砂。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例提供一种双向胀封机构，如图1至图6所示，包括一端保持不动另一端滑动连接在封堵器的中心管9上的封堵机构，封堵机构与中心管9之间具有第一进液腔20、第二进液腔19，同时中心管9的周壁上设有分别与第一进液腔20、第二进液腔19对应连通的第一进液口8、第二进液口14，当压裂液从中心管9流过时，压裂液会通过第一进液口8进入第一进液腔20内，从径向上向外挤压封堵机构，由于封堵机构一端不动，另一端会在压力推动下向中心移动，继而使封堵机构向外膨胀，同时压裂液会通过第二进液口14进入第二进液腔19内，然后从轴向上挤压封堵机构，使封堵机构在径向上进一步膨胀，继而通过轴向、径向双向来挤压封堵机构，以提供足够的挤压力，来保证封堵机构能够封堵到位，实现封隔的目的。当需要解封时，只需停止注入压裂液即可，压裂压力消失，封堵机构内外压力恢复平衡，胀封状态解除并恢复原状，完成解封。

本实施例中，如图1至图6所示，封堵机构包括膨胀胶筒7以及可在轴向上挤压膨胀胶筒7的推动机构，膨胀胶筒7的两端分别溶铸有上连接套5、下连接套11，上连接套5、下连接套11表面带有螺纹，膨胀胶筒7与中心管9之间具有空隙形成第一进液腔20，同时在第一进液腔20所对应的中心管9位置上开设第一进液口8，以供压裂液进入第一进液腔20内。推动机构包括密封套16、推动滑套12，密封套16螺纹连接在中心管9上，推动滑套12同时滑动套在密封套16、中心管9外侧，同时推动滑套12的端头与下连接套11螺纹连接，推动滑套12、中心管9、密封套16之间形成第二进液腔19，中心管9相应位置开设有第二进液口14，当压力液通过第二进液口14进入第二进液腔19中后，压裂液会推动推动滑套12，推动滑套12在压裂液的推动下会沿着膨胀胶筒7的轴向挤压膨胀胶筒7的端头，同时在第一进液腔20内的压裂液会从径向上直接挤压膨胀胶筒7，最终使膨胀胶筒7中心膨胀，如图3所示，为膨胀胶筒7膨胀之后的样子，膨胀胶筒7膨胀后能够实现膨胀封堵。

进一步，为了避免推动滑套12推动膨胀胶筒7时，因膨胀胶筒7膨胀产生偏移，本实施例中，推动滑套12和膨胀胶筒7连接处外紧密包裹有导向护套10，同时导向护套10螺纹连接在推动滑套12上，在导向护套10包裹下，能够帮助推动滑套12稳定的推动膨胀胶筒7的端头。

本实施例中，推动滑套12上设有限位销钉17，密封套16为类台阶状结构，当推动滑套12从密封套16上滑出一段距离后，限位销钉17会卡在密封套16的台阶结构上，继而避免推动滑套12滑动时脱离密封套16。

本实施例中，密封套16与中心管9、推动滑套12与密封套16之间设有第三密封圈15，中心管9与推动滑套12之间设有第第二密封圈13，以避免第二进液腔19内的压裂液外漏。

本实施例提供了一种双向胀封封隔器，如图1至图6所示，包括上接头1、下接头18，以及与上接头1、下接头18螺纹连的中心管9，封堵机构设置在中心管9上，同时封堵机构的不动端通过固定机构保持在上接头1上不动。在下接头18接上喷砂器后，双向胀封封隔器的上接头1与油管21连接，并随同油管21下到油井设定位置，油井口接通压裂管汇，压裂车开始压裂作业，压裂液自油管21内进入喷砂器，通过喷砂器喷嘴进入油管21外对应压裂层段，由于喷砂器喷头的节流作用，使油管21内压力大于油管21外压力，双向胀封封隔器利用这一压差实现封堵机构的胀封。如图3所示，当油管21内的压裂液由上接头1进入中心管9中后，压裂液从第一进液口8进入第一进液腔20，由于双向胀封封隔器内外存在压差，封堵机构在第一进液腔20内压裂液压力作用下径向上向外膨胀扩张，并胀紧油井的套管22内壁，同时中心管9内压裂液由第二进液口14进入第二进液腔19，向上挤压封堵机构，从轴向上进一步挤压封堵机构，二者合力使封堵机构胀封效果进一步增强，大大提高了封隔器的封隔性能，实现了双向胀封的功能。当压裂完成后，停止注入压裂液，压裂压力消失，封堵机构内外压力恢复平衡，胀封状态解除并恢复原状，完成解封。

由于含砂压裂液在压裂工艺完成后，会在膨胀胶筒7的上部环套空间聚集沉淀，并形成砂桥23，如图3至图6所示，阻塞双向封隔器周边，继而使油管21管柱无法上提以及下放，造成“卡井现象”，为了解决这个问题，本实施例中，密封套16由遇油液可溶解的材质制成，优选的密封套16采用可溶合金，该合金具有溶解于油液的特性，在压裂液工艺完成后，在油液进入油井之后，密封套16会逐渐溶解，同时固定机构包括脱离滑套4，脱离滑套4一端与膨胀胶筒7保持不动的一端上的上连接套5螺纹连接，脱离滑套4另一端与上接头1通过可断销钉2连接，当上提油管21时，在一定拉力下，可断销钉2会断开，继而脱离滑套4能够脱离上接头1的固定，使得膨胀胶筒7、上连接套5、夹紧护套6、导向护套10、下连接套11、推动滑套12与中心管9分离，但是上述结构在砂桥23挤压下，都保持在原位不动，此时拉动油管21上行，中心管9和下接头18都上行，由于密封套16已经溶解，下接头18会冲击推动滑套12，继而产生振动，松动砂桥23，然后通过不断上提下放油管21，脱离滑套4会不断振荡砂桥23，使砂桥23松动并破碎掉形成碎砂24，掉落油井内。

具体流程如下：

第一步，如图3所示，为压裂工艺刚完成时刻，双向胀封封隔器上部分产生砂桥23，此时上提油管21，由于砂桥23的堵塞，导致油管21管柱无法上提，继续上提油管21拉力持续增大时，可断销钉2被剪断；如图4所示，脱离滑套4、膨胀胶筒7等结构由于已经脱离了中心管9，油管21管柱可以带动上接头1、中心管9、下接头18上行，并在上行一段距离后，下接头18会冲击脱离滑套4等结构，继而产生震荡冲击砂桥23，此振荡冲击能够减弱砂桥23的充塞密实度，使砂桥23结构趋向松散；

第二步，如图5所示，下放油管21管柱，脱离滑套4、膨胀胶筒7等结构部件保持原位，上接头1随着中心管9的下行，然后上接头1的冲击脱离滑套4，再次使脱离滑套4、膨胀胶筒7等结构部件产生震荡，然后冲击砂桥23，使其结构愈发松动；

第三步，重复上述动作，反复提放油管21管柱数次后，砂桥23在上、下方向的双向振荡冲击下，其结构完全松动破碎形成碎砂24并脱落到井下，“卡井”现象随之解除，双向胀封封隔器受阻状态消失，随同油管21管柱上提出井，实现了振荡解卡的功能。

本实施例中，下接头18的最大外径小于限位销钉17之间的内接圆，如图4和图6所示，从而可使下接头18伸入推动滑套12内，不会受到限位销钉17的阻碍，方便冲击推动滑套12，产生振动。

本实施例中，脱离滑套4和膨胀胶筒7连接处外套设有夹紧护套6，夹紧护套6螺纹连接在脱离滑套4上，以避免膨胀胶筒7与脱离滑套4发生错位。

本实施例中，脱离滑套4和上接头1之间设有第一密封圈3，以避免第一进液腔20内压裂液从脱离滑套4和上接头1连接处外泄。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。