可调节坐封力值压裂封隔器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种可调节坐封力值压裂封隔器，包括依次连接的上接头、胶筒中心管，所述胶筒中心管外设有至少两个胶筒，胶筒与胶筒中心管的同轴并列设置，相邻胶筒之间以隔环相隔，所述胶筒中心管下端连接有弹簧中心管，所述弹簧中心管外设有弹簧，弹簧外套装有弹簧滑套，所述弹簧中心管的下端依次连接有第一滑块中心管、第二滑块中心管；滑块中心管外设有滑块，液压腔；所述隔环为45°的双面楔形。本发明通过双动力液压腔、弹簧、楔面组合，控制封隔器在油管内压达到3Mpa左右时坐封，达到施工最佳要求，通过调制弹簧预紧力，对坐封、解封压力动态调制，满足不同情况下的施工要求。
【专利说明】可调节坐封力值压裂封隔器
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及石油钻采机械设备领域，尤其涉及是一种可调节坐封力值压裂封隔器。
[0003]
【背景技术】
[0004]改革开放以来，国民经济得到快速增长，“科技创新，自主创新”已成为目前国内工业发展的主流，我国工业正逐步向集约型、节能减排、低碳的方向发展。石油是我国现代工业发展的“血液”及经济命脉，是一种重要的战略资源，影响国家能源的稳定与安全。石油开采中，油井经过长期生产，储层流体的有机质沉淀和出砂，必然造成井底附近的储层孔隙的堵塞，造成孔隙度和渗透度下降，影响石油井的产量。因此在石油井开采后期，常采用压裂酸化进行处理，以改变低产状态。压裂酸化施工管柱中需用封隔器来对相关地层进行上下封隔，来压裂酸化相应油层。
[0005]现在国内市场常见的有K344扩张型封隔器和Y344压缩型封隔器，K344扩张型封隔器坐封压力为IMpa，坐封压力小，但是由于启动坐封压力过小，内部受压易坐封，导致压裂前期低压洗井困难，甚至在工具下井过程中提前坐封，与油井套管壁接触而摩擦损坏，并且由于结构性的弊端，胶筒的塑性变形、以及在井下复杂情况下，回弹解封困难，常产生砂堵现象，为油气井后期工具的回收，存在较多的风险及麻烦。另一种Y344压缩型封隔器，其圆柱形胶筒克服了回弹困难、便于洗井程序的进行，但是需要的坐封压力为8-10Mpa，大大超过最佳的3Mpa左右的坐封压力要求。
[0006]
【申请人】于2015年5月16日申请了一项名为《非节流坐封Y344型压裂封隔器》的发明专利，公开了一种非节流坐封Y344型压裂封隔器，含有上接头、胶筒、滑块中心管、动力滑块、弹簧中心管、弹簧、弹簧驱动外壳、液压腔、空气腔、密封圈，上接头外依次设有三组胶筒与隔环，其末端接有滑块中心管，滑块中心管外设动力滑块，下接弹簧中心管，由滑块中心管、动力滑块构成的密封腔称为空气腔，由动力滑块、滑块中心管、弹簧中心管构成的空腔为液压腔，动力滑块下接弹簧驱动头，在弹簧驱动头与弹簧中心管之间设有弹簧，滑块中心管、弹簧中心管、动力滑块之间设有三组密封圈。
[0007]在此发明的基础上，
【申请人】对节流坐封的压缩型封隔器进行了改进，解决了现有封隔器存在的缺点，坐封压力初始值过大或过小、解封困难或不完全等问题。
[0008]
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于将封隔器坐封压力控制在现场使用的最佳状态3Mpa左右;压裂施工后，泄压能完全解封，避免现有工具不完全解封导致的砂埋工具现象，提供了一种可调节坐封力值压裂封隔器。
[0010]为实现上述发明目的，本发明的技术方案是:一种可调节坐封力值压裂封隔器，包括依次连接的上接头、胶筒中心管，所述胶筒中心管外设有至少两个胶筒，胶筒与胶筒中心管的同轴并列设置，相邻胶筒之间以隔环相隔，所述胶筒中心管下端连接有弹簧中心管，所述弹簧中心管外设有弹簧，弹簧外套装有弹簧滑套，所述弹簧中心管的下端依次连接有第一滑块中心管、第二滑块中心管；
所述第一滑块中心管外设有第一滑块，第一滑块与第一滑块中心管同轴滑动配合，配合面设有第一液压腔，所述第一液压腔对应的第一滑块中心管上设有加压割缝，所述加压割缝为长条状，沿第一滑块中心管母线方向设置，加压割缝中部设有圆形通道，所述加压割缝=0.2mm;
所述第二滑块中心管与第一滑块中心管结构相同，包括第二滑块、第二液压腔；
所述第二滑块、第一滑块、弹簧滑套、胶筒依次接触；
所述隔环为45°的双面楔形，所述胶筒与隔环接触的端面，与楔形面形状相符；
管内注入流体，流体通过割缝进入第一液压腔、第二液压腔，流体加压，第一滑块、第二滑块受压滑动，推动弹簧滑套，弹簧滑套受推力移动，弹簧压缩，推力部分转化为弹簧弹性势能，部分传递至胶筒，胶筒受轴向力，与隔环接触一端沿楔形面爬升变形，外径增加，实现坐封;管内流体减压，第一滑块、第二滑块推力消失，弹簧、胶筒弹性势能释放，弹簧滑套、第一滑块、第二滑块回位，胶筒恢复原状，外径减小，实现解封。
[0011]作为本发明的一种优选，所述弹簧为碟簧。
[0012]作为本发明的一种改进，所述第一滑块与弹簧滑套通过动力分配环连接，动力分配环还与弹簧连接，调制弹簧的预紧力。
[0013]本发明的有益效果是:
1、该封隔器在本系列发明的基础上，通过双动力液压腔、弹簧、楔面组合，控制封隔器在油管内压达到3Mpa时坐封，达到实际使用的最佳状态。
[0014]2、通过调制弹簧预紧力，使胶筒达到最佳坐封力值，同时协调好弹簧预紧力与反向摩擦力，(摩擦力是指动力腔的动力块与中心管存在的反向摩擦力，及动力块外部砂子造成的阻力)给胶筒一个完全自由的空间，在胶筒分子力作用下，达到完全回弹解封的施工要求。
[0015]
【附图说明】
[0016]图1为本发明的总体结构示意图；
图2为图中I处的局部放大图。
【具体实施方式】
[0017]下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0018]如图1所示，一种可调节坐封力值压裂封隔器，包含依次连接的上接头1、胶筒中心管2、弹簧中心管3、第一滑块中心管4，所述胶筒中心管2外设有至少两个胶筒6，多个胶筒6沿胶筒中心管2轴向排列，相邻胶筒6之间以隔环7相隔，所述隔环7为45°双面楔形，所述胶筒6与隔环7接触的端面，与楔形面形状相符，也为45°斜面。在坐封压力推动下，胶筒6沿隔环楔形面爬升，更易产生径向膨胀，完成坐封，从而减小了坐封压力。
[0019]所述弹簧中心管3外设有弹簧滑套11，第一滑块中心管4外设有第一滑块14，所述胶筒中心管2外套装有胶筒驱动环8，胶筒驱动环8紧抵在所述胶筒6的端面上，胶筒驱动环8挤压胶筒6，胶筒6受力变形。
[0020]胶筒驱动环8连接有沿胶筒中心管3滑动的弹簧滑套11。
[0021]所述弹簧中心管3与弹簧滑套11之间的环形密封腔内设有弹簧10，弹簧10为碟簧，弹簧10—端与所述胶筒中心管2端面接触，另一端设有弹簧驱动环12，所述弹簧中心管3外还设有动力分配环13，所述动力分配环13分别与所述弹簧滑套11、弹簧驱动环12螺纹连接，弹簧滑套11与弹簧驱动环12通过动力分配环13固定，通过调整弹簧滑套11、弹簧驱动环12与动力分配环13的配合的螺纹长度，可以调整弹簧10预紧长度，从而提供不同的弹簧回复力。
[0022]如图1、2所示，所述第一滑块14一端与所述动力分配环13连接，所述第一滑块14与第一滑块中心管4配合面设有第一液压腔18，所述第一液压腔18为环形。
[0023]所述第一液压腔18对应的第一滑块中心管4上设有加压割缝9，所述加压割缝9为长条状，沿第一滑块中心管4母线方向设置，加压割缝9中部设有圆形通道(图中未标出)，所述加压割缝9尺寸多0.2mm，所述第一滑块14沿第一滑块中心管4滑动，所述第一液压腔18的体积变化。
[0024]第一滑块中心管4下接第二滑块中心管5，第二滑块中心管5与第一滑块中心管4结构相同，第二滑块中心管5外设第二滑块15，第二滑块15和第一滑块14结构相同，第二滑块中心管5与第二滑块15配合面设有第二液压腔20，所述第二滑块15沿第二滑块中心管5滑动。
[0025]所述第二滑块15与第一滑块14连接。
[0026]所述第一液压腔18、第二液压腔20内部压强增加，所述第一液压腔18、第二液压腔20受力同向移动，第一滑块14、第二滑块15受叠加力。
[0027]所述第一滑块14、第二滑块15推动动力分配环13，动力分配环13推动弹簧滑套11移动，同时使弹簧10受力压缩，弹簧滑套11推动胶筒驱动环8，胶筒驱动环8轴向挤压胶筒6，胶筒6受轴向力作用，产生径向膨胀，实现坐封。
[0028]管内注入流体，流体通过割缝9进入第一液压腔18、第二液压腔20，流体加压，第一滑块14、第二滑块15受压滑动，推动弹簧滑套11，弹簧滑套11受推力移动，弹簧10压缩，推力部分转化为弹簧10弹性势能，部分传递至胶筒6，胶筒6受轴向力，与隔环7接触一端沿楔形面爬升变形，外径增加，实现坐封;管内流体减压，第一滑块14、第二滑块15推力消失，弹簧10、胶筒6弹性势能释放，弹簧滑套11、第一滑块14、第二滑块15回位，胶筒6恢复原状，外径减小，实现解封。
[0029]第一滑块14与第二滑块15组合构成双动力腔组，所述碟簧可以为多组，构成碟簧组，多组胶筒构成胶筒组。
[0030]在滑块与胶筒中，叠加了一个重要的碟簧或者碟簧组，产生了以下重要功能:
A:碟簧组与胶筒组配合(二个内倒角胶筒，中间是一个双面楔隔件)达到任意调整初始坐封力的功能；
B:碟簧组与双动力腔组配合(二个动力腔串联叠加，实际增加了动力腔的内截面积，在相同压强下，压力倍增。)在安装过程中，碟簧组被预压蓄积了一定能量，足够大于动力滑块与动力腔中心管之间的摩擦力与井下存在砂堵以及其它阻力的合并力，能使动力滑块强行回位，达到完全解封功能。
[0031]根据实验显示，圆柱形胶筒产生3_4mm的径向膨胀才能实现坐封，而胶筒产生这种形变需外界给予6-8吨的轴向力，按照现有结构，油管内压力需要达到20Mpa，才能是滑块产生足够的轴向力。受限于封隔器使用环境，液压腔有效压力面积最大为30cm2。双动力腔的采用，能够在不改变液压腔的大小的情况下，增加有效压力面积，相同环境下，只需要1Mpa的内压，就能坐封。
[0032]但此种情况下仍高于现场3Mpa的使用要求，现有技术中有将胶筒、隔环加工出坡面，使胶筒前期坐封时，沿坡面上升，向外扩张。达到坐封效果，其物理结构决定了坐封力很小就能实现，比起圆柱形胶筒要克服分子间的较大的范德华力，更能实现低压力状态下坐封。实验证明，应用此种结构，在双动力腔的推动下，初始坐封压力直降至IMpa，同时又带来新问题，内倒角胶筒解封存在一定的不完全性，回弹力比纯圆柱形胶筒要小，在外力及空间的限制下不能完全回弹而解封。
[0033]本发明通过双动力液压腔、弹簧、楔面胶筒隔环组合，可以实现封隔器坐封压力的调节预置。在双动力液压腔、楔面胶筒隔环组合中间增加弹簧装置，一方面可以在坐封时吸收双动力液压腔产生的动能，仅向胶筒提供相当于3Mpa坐封压力下产生的轴向力，另一方面在解封时，依靠坐封时压缩存储的弹性势能推动弹簧滑套、滑块快速回位，为胶筒的恢复原状提供空间，实现顺利解封。
[0034]所述胶筒中心管和动力分配环间设有密封圈，第一滑块和第一滑块中心管间设有内嵌密封圈的凹槽;所述第二滑块和第一滑块间设有密封圈，第二滑块和第二滑块中心管间设有内嵌密封圈的凹槽。
[0035]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。
【主权项】
1.一种可调节坐封力值压裂封隔器，包括依次连接的上接头、胶筒中心管，所述胶筒中心管外设有至少两个胶筒，胶筒与胶筒中心管的同轴并列设置，相邻胶筒之间以隔环相隔，其特征在于，所述胶筒中心管下端连接有弹簧中心管，所述弹簧中心管外设有弹簧，弹簧外套装有弹簧滑套，所述弹簧中心管的下端依次连接有第一滑块中心管、第二滑块中心管； 所述第一滑块中心管外设有第一滑块，第一滑块与第一滑块中心管同轴滑动配合，配合面设有第一液压腔，所述第一液压腔对应的第一滑块中心管上设有加压割缝，所述加压割缝为长条状，沿第一滑块中心管母线方向设置，加压割缝中部设有圆形通道； 所述第二滑块中心管与第一滑块中心管结构相同，包括第二滑块、第二液压腔； 所述第二滑块、第一滑块、弹簧滑套、胶筒依次接触； 所述隔环为45°的双面楔形，所述胶筒与隔环接触的端面，与楔形面形状相符； 管内注入流体，流体通过割缝进入第一液压腔、第二液压腔，流体加压，第一滑块、第二滑块受压滑动，推动弹簧滑套，弹簧滑套受推力移动，弹簧压缩，推力部分转化为弹簧弹性势能，部分传递至胶筒，胶筒受轴向力，与隔环接触一端沿楔形面爬升变形，外径增加，实现坐封;管内流体减压，第一滑块、第二滑块推力消失，弹簧、胶筒弹性势能释放，弹簧滑套、第一滑块、第二滑块回位，胶筒恢复原状，外径减小，实现解封。2.根据权利要求1所述可调节坐封力值压裂封隔器，其特征在于，所述弹簧为碟簧。3.根据权利要求1或2任一所述可调节坐封力值压裂封隔器，其特征在于，所述第一滑块与弹簧滑套通过动力分配环连接，动力分配环还与弹簧连接，调制弹簧的预紧力。
【文档编号】E21B33/128GK106089147SQ201610749579
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月29日
【发明人】王书海
【申请人】盐城市畅海精密机械有限公司