一种复合型液压溶胀封隔器及其使用方法
【专利摘要】本发明涉及井筒作业的工具制造领域，特别涉及一种复合型液压溶胀封隔器及其使用方法，所述复合型液压溶胀封隔器包括：中心管，其具有截面为圆形的管壁，所述管壁围成可供流体流过的管腔，所述中心管伸入到井中作业；坐封执行机构，其套设在所述中心管上；复合胶筒，其套设在所述中心管上，位于所述坐封执行机构的中间；所述复合胶筒包括至少一个压缩式胶筒和至少一个溶胀胶筒。所述使用方法包括替液、打压坐封、泄压和溶胀密封。本发明提供的一种复合型液压溶胀胶筒，既具备较好的下入性又具备可靠的密封性，既具有即时作业的可操作性又具有对复杂井壁的密封能力，使用方法简单，可操作性强。
【专利说明】一种复合型液压溶胀封隔器及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及井筒作业的工具制造领域，特别涉及一种复合型液压溶胀封隔器及其使用方法。
【背景技术】
[0002]现在市场上常用的管外封隔器主要有:液压压缩式裸眼封隔器、液压膨胀式裸眼封隔器和遇液膨胀式裸眼封隔器，这三种封隔器的操作方式和密封机理上是截然不同的。遇液膨胀式封隔器较长、直径较大下入作业时风险较大，操作时间长，同时价格较贵，不利于大规模使用；液压压缩式封隔器密封段较短，措施压裂时易出现窜层，压裂效果较差，解封比较困难。
[0003]基于以上问题，本发明提供一种复合型液压溶胀封隔器及其方法，以满足井筒作业的需求。
【发明内容】
[0004]为了解决密封性更好，使产品具有良好的下入性和操作性等上述问题，本发明提供了一种复合型液压溶胀封隔器，包括:
[0005]中心管，其具有截面为圆形的管壁，所述管壁围成可供流体流过的管腔，所述中心管伸入到井中作业；
[0006]坐封执行机构，其套设在所述中心管上；
[0007]复合胶筒，其套设在所述中心管上，位于所述坐封执行机构的中间；所述复合胶筒包括至少一个压缩式胶筒和至少一个溶胀胶筒。
[0008]优选的是，所述的复合型液压溶胀封隔器中，所述复合胶筒包括一个压缩式胶筒和两个溶胀胶筒；并且所述两个溶胀胶筒位于所述压缩式胶筒的两侧。
[0009]优选的是，所述的复合型液压溶胀封隔器中，所述溶胀胶筒包括上溶胀胶筒和下溶胀胶筒，其均为遇液膨胀胶筒；所述溶胀胶筒通过一金属支撑套筒套设在所述中心管上;
[0010]所述压缩式胶筒包括两个边胶筒和一个中间胶筒，所述两个边胶筒分布在所述中间胶筒的两侧；所述边胶筒的一端通过胶筒保护环和所述金属支撑套筒与所述溶胀胶筒连接，另一端通过隔环与所述中间胶筒连接。
[0011]优选的是，所述的复合型液压溶胀封隔器中，还包括上接头和下接头，所述上接头和所述下接头分别通过螺纹与所述中心管连接，其中，所述上接头设置在所述中心管的上端，所述下接头设置在所述中心管的下端。
[0012]优选的是，所述的复合型液压溶胀封隔器中，所述坐封执行机构包括活塞、剪切销钉、锁紧环和防转键；所述活塞的一端通过剪切销钉和防转键与所述上接头连接，另一端通过所述金属支撑套筒与上溶胀胶筒连接，所述锁紧环设置在所述活塞上，所述活塞、所述上接头和所述管壁的一部分围成一个空腔；所述管壁上开设有一通孔，其位于所述空腔附近，作为液体从中心管进入空腔的通道。
[0013]一种液压溶胀封隔器的封隔方法，其中，液压溶胀封隔器包括中心管，其具有截面为圆形的管壁，所述管壁围成可供流体流过的管腔，坐封执行机构，其套设在所述中心管上；至少一个封隔器，其套设在所述中心管上，所述封隔器包括至少一个坐封封隔器和至少一个溶胀封隔器；所述方法包括以下步骤:
[0014]步骤一、将液压溶胀封隔器与管道连接，下到所述油井、气井的设计位置后，用无固相盐水进行替液；
[0015]步骤二、通过所述管道向所述中心管内打压，压力达到预设值后，使所述坐封封隔器膨胀，与井壁贴合；
[0016]步骤三、泄压，然后通过锁紧环锁紧所述坐封执行机构，使所述坐封封隔器固定保持在坐封状态；
[0017]步骤四、所述溶胀封隔器遇液体后逐步溶胀，直至与井壁贴合，完成密封，记录溶胀时间。
[0018]优选的是，所述的液压溶胀封隔器的封隔方法中，所述溶胀时间为3-20天。
[0019]优选的是，所述的液压溶胀封隔器的封隔方法中，所述无固相盐水为2% -10%KCl溶液。
[0020]本发明的有益效果
[0021]1、本发明采用压缩式胶筒和遇液膨胀胶筒的复合结构，使封隔器具备较长的密封段，减少在压裂过程中出现的地层窜层问题；
[0022]2、本发明的遇液膨胀胶筒经过足够的膨胀时间能对不规则井壁进行有效密封；
[0023]3、本发明在井筒中的承受压力差超过15000psi ；
[0024]4、本发明实现了多级保护、多级支撑和多级密封，其密封效果高于任一单独使用胶筒的效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是本发明所述的复合型液压溶胀封隔器的整体结构示意图；
[0026]图2是本发明所述的复合型液压溶胀封隔器的左部分结构示意图；
[0027]图3是本发明所述的复合型液压溶胀封隔器的中部分结构示意图；
[0028]图4是本发明所述的复合型液压溶胀封隔器的右部分结构示意图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0030]本发明提供了一种复合型液压溶胀封隔器，包括:
[0031]中心管16，其具有截面为圆形的管壁，所述管壁围成可供流体流过的管腔，所述中心管伸入到井中作业；
[0032]坐封执行机构，其套设在所述中心管上；所述坐封执行机构用来实现坐封，通过切断坐封剪切销钉来实现坐封；
[0033]复合胶筒，其套设在所述中心管上，位于所述坐封执行机构的中间；所述复合胶筒包括至少一个压缩式胶筒和至少一个溶胀胶筒。
[0034]所述的溶胀胶筒为遇液膨胀胶筒，遇到水或者油后膨胀。
[0035]所述复合胶筒包括一个压缩式胶筒和两个溶胀胶筒；并且所述两个溶胀胶筒位于所述压缩式胶筒的两侧。
[0036]所述溶胀胶筒包括上溶胀胶筒7和下溶胀胶筒13，其均为遇液膨胀胶筒；所述溶胀胶筒通过一金属支撑套筒18套设在所述中心管16上；所述压缩式胶筒包括两个边胶筒9和一个中间胶筒11，所述两个边胶筒分布在所述中间胶筒的两侧；所述边胶筒的一端通过胶筒保护环8和所述金属支撑套筒与所述溶胀胶筒连接，另一端通过隔环10和内环12与所述中间胶筒连接。
[0037]所述的复合型液压溶胀封隔器中，还包括上接头I和下接头17，所述上接头和所述下接头分别通过螺纹与所述中心管16连接，其中，所述上接头设置在所述中心管的上端，所述下接头设置在所述中心管的下端。所述中心管的两端分别螺纹连接所述上接头和所述下接头，同时，所述上接头和所述下接头也连接管道。
[0038]所述的复合型液压溶胀封隔器中，所述坐封执行机构包括活塞5、剪切销钉2、锁紧环3和防转键4 ;所述活塞的一端通过剪切销钉和防转键与所述上接头连接，另一端通过所述金属支撑套筒与上溶胀胶筒连接，所述锁紧环设置在所述活塞上，所述活塞、所述上接头和所述管壁的一部分围成一个空腔；所述管壁上开设有一通孔19，其位于所述空腔附近，作为液体从中心管进入空腔的通道。
[0039]复合型液压溶胀封隔器与油管连接，通过油管向所述中心管内打压，液体通过中心管上的通孔进入所述空腔推动所述活塞，液体达到预设压力后剪断所述剪切销钉，从而活塞能带动锁紧环向压缩式胶筒方向移动，待压缩式胶筒完成坐封。
[0040]所述下接头通过设置在一键套15上的连接键14与所述金属支撑套筒连接，与所述锁紧环、防转键、止退销钉、连接键和键套组成锁紧机构，在锁紧环的作用下，锁紧活塞，防止活塞反向移动，使坐封封隔器固定保持在坐封状态，此时，封隔器的上下两端呈现密封隔断状态。
[0041]由于两个遇液膨胀胶筒使封隔器具备较长的密封段，在所述压缩式胶筒在压力作用下膨胀的时候，压裂过程中，较长的密封段使得压力分散，不容易压裂地层，出现窜层问题，即使出现窜层问题，那么遇液膨胀胶筒也会膨胀，把窜层的杂质密封在一定得空间内，不会使其到处喷射污染所取的油或者气。
[0042]而且，遇液膨胀胶筒可塑性强，经过足够的膨胀时间能对不规则井壁进行有效密封，只有单个的压缩式膨胀胶筒就不能达到这个目的，这种复合胶筒能对不规则的油井或者气井密封的更好，效果更佳。
[0043]单个遇液膨胀胶筒的工作承受压差为800psi，一个压缩式膨胀胶筒的工作承受压差为1000psi，理论上说，两个遇液膨胀胶筒和一个压缩式膨胀胶筒的组合，其工作承受压差为11600psi，但是，本发明在多次测定去平均值后，平均值有15000psi，效果远远大于两种膨胀胶筒的叠加，有突出的进步和显著的效果。
[0044]一种液压溶胀封隔器的封隔方法，其中，液压溶胀封隔器包括中心管，其具有截面为圆形的管壁，所述管壁围成可供流体流过的管腔，坐封执行机构，其套设在所述中心管上；至少一个封隔器，其套设在所述中心管上，所述封隔器包括至少一个坐封封隔器和至少一个溶胀封隔器；所述方法包括以下步骤:
[0045]步骤一、将液压溶胀封隔器与管道连接，下到所述油井、气井的设计位置后，用无固相盐水，本实施例举例用2% KCl溶液对封隔器和井壁间进行替液；
[0046]步骤二、通过所述管道向所述中心管内打压，液体通过中心管上的通孔进入空腔，推动活塞，压力达到预设值后，剪断剪切销钉，活塞带动锁紧环移动，使所述坐封封隔器膨胀，与井壁贴合，使压缩式胶筒完成坐封；
[0047]步骤三、泄压，然后锁紧所述坐封执行机构，在锁紧环的作用下，锁紧活塞，防止活塞反向移动，所述坐封封隔器固定保持在坐封状态；
[0048]步骤四、所述溶胀封隔器遇液体后逐步溶胀，直至与井壁贴合，完成密封，记录溶胀时间。
[0049]在实际溶胀胶筒的外径为5.85英寸、密封处直径尺寸为6.25英寸、井下温度为100°C的条件下，两侧的溶胀胶筒逐步溶胀至与井壁贴合，也就是完全和井壁贴合，通过软件对溶胀胶筒的溶胀曲线进行模拟，记录完全溶胀时间为3天。
[0050]其中，当复合型液压溶胀封隔器承受上部或下部液体压力时，液体首先作用在上部或下部的遇水溶胀胶筒上，此时胶筒受力会向相反一侧发生相对位移，而压缩式胶筒已经全完坐封，支撑在井壁上达到密封，遇液溶胀胶筒和压缩式胶筒之间形成密封的“液体支撑”，这样就有了遇液溶胀胶筒+液体支撑+压缩式胶筒+液体支撑+遇液溶胀胶筒组成的多级保护、多级支撑和多级密封，其密封效果高于任一单独使用胶筒的效果。
[0051]再一个实施例，一种液压溶胀封隔器的封隔方法，其中，液压溶胀封隔器包括中心管，其具有截面为圆形的管壁，所述管壁围成可供流体流过的管腔，坐封执行机构，其套设在所述中心管上；至少一个封隔器，其套设在所述中心管上，所述封隔器包括至少一个坐封封隔器和至少一个溶胀封隔器；所述方法包括以下步骤:
[0052]步骤一、将液压溶胀封隔器与管道连接，下到所述油井、气井的设计位置后，用无固相盐水，本实施例举例用5% KCl溶液对封隔器和井壁间进行替液；
[0053]步骤二、通过所述管道向所述中心管内打压，液体通过中心管上的通孔进入空腔，推动活塞，压力达到预设值后，剪断剪切销钉，活塞带动锁紧环移动，使所述坐封封隔器膨胀，与井壁贴合，使压缩式胶筒完成坐封；
[0054]步骤三、泄压，然后锁紧所述坐封执行机构，在锁紧环的作用下，锁紧活塞，防止活塞反向移动，所述坐封封隔器固定保持在坐封状态；
[0055]步骤四、所述溶胀封隔器遇液体后逐步溶胀，直至与井壁贴合，完成密封，记录溶胀时间。
[0056]在实际溶胀胶筒的外径为5.75英寸、密封处直径尺寸为6.25英寸、井下温度为100°C的条件下，两侧的溶胀胶筒逐步溶胀至与井壁贴合，也就是完全和井壁贴合，通过软件对溶胀胶筒的溶胀曲线进行模拟，记录完全溶胀时间为13天。
[0057]又一个实施例，一种液压溶胀封隔器的封隔方法，其中，液压溶胀封隔器包括中心管，其具有截面为圆形的管壁，所述管壁围成可供流体流过的管腔，坐封执行机构，其套设在所述中心管上；至少一个封隔器，其套设在所述中心管上，所述封隔器包括至少一个坐封封隔器和至少一个溶胀封隔器；所述方法包括以下步骤:
[0058]步骤一、将液压溶胀封隔器与管道连接，下到所述油井、气井的设计位置后，用无固相盐水，本实施例举例用10% KCl溶液对封隔器和井壁间进行替液；
[0059]步骤二、通过所述管道向所述中心管内打压，液体通过中心管上的通孔进入空腔，推动活塞，压力达到预设值后，剪断剪切销钉，活塞带动锁紧环移动，使所述坐封封隔器膨胀，与井壁贴合，使压缩式胶筒完成坐封；
[0060]步骤三、泄压，然后锁紧所述坐封执行机构，在锁紧环的作用下，锁紧活塞，防止活塞反向移动，所述坐封封隔器固定保持在坐封状态；
[0061]步骤四、所述溶胀封隔器遇液体后逐步溶胀，直至与井壁贴合，完成密封，记录溶胀时间。
[0062]在实际溶胀胶筒的外径为5.85英寸、密封处直径尺寸为6.25英寸、井下温度为100°C的条件下，两侧的溶胀胶筒逐步溶胀至与井壁贴合，也就是完全和井壁贴合，通过软件对溶胀胶筒的溶胀曲线进行模拟，记录完全溶胀时间为20天。尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
【权利要求】
1.一种复合型液压溶胀封隔器，其特征在于，包括: 中心管，其具有截面为圆形的管壁，所述管壁围成可供流体流过的管腔，所述中心管伸入到井中作业； 坐封执行机构，其套设在所述中心管上； 复合胶筒，其套设在所述中心管上，位于所述坐封执行机构的中间；所述复合胶筒包括至少一个压缩式胶筒和至少一个溶胀胶筒。
2.如权利要求1所述的复合型液压溶胀封隔器，其特征在于，所述复合胶筒包括一个压缩式胶筒和两个溶胀胶筒；并且所述两个溶胀胶筒位于所述压缩式胶筒的两侧。
3.如权利要求2所述的复合型液压溶胀封隔器，其特征在于，所述溶胀胶筒包括上溶胀胶筒和下溶胀胶筒，其均为遇液膨胀胶筒；所述溶胀胶筒通过一金属支撑套筒套设在所述中心管上； 所述压缩式胶筒包括两个边胶筒和一个中间胶筒，所述两个边胶筒分布在所述中间胶筒的两侧；所述边胶筒的一端通过胶筒保护环和所述金属支撑套筒与所述溶胀胶筒连接，另一端通过隔环与所述中间胶筒连接。
4.如权利要求1所述的复合型液压溶胀封隔器，其特征在于，还包括上接头和下接头，所述上接头和所述下接头分别通过螺纹与所述中心管连接，其中，所述上接头设置在所述中心管的上端，所述下接头设置在所述中心管的下端。
5.如权利要求4所述的复合型液压溶胀封隔器，其特征在于，所述坐封执行机构包括活塞、剪切销钉、锁紧环和防转键；所述活塞的一端通过剪切销钉和防转键与所述上接头连接，另一端通过所述金属支撑套筒与上溶胀胶筒连接，所述锁紧环设置在所述活塞上，所述活塞、所述上接头和所述管壁的一部分围成一个空腔；所述管壁上开设有一通孔，其位于所述空腔附近，作为液体从中心管进入空腔的通道。
6.一种液压溶胀封隔器的封隔方法，其中，液压溶胀封隔器包括中心管，其具有截面为圆形的管壁，所述管壁围成可供流体流过的管腔，坐封执行机构，其套设在所述中心管上；至少一个封隔器，其套设在所述中心管上，所述封隔器包括至少一个坐封封隔器和至少一个溶胀封隔器；所述方法包括以下步骤: 步骤一、将液压溶胀封隔器与管道连接，下到所述油井、气井的设计位置后，用无固相盐水进行替液； 步骤二、通过所述管道向所述中心管内打压，压力达到预设值后，使所述坐封封隔器膨胀，与井壁贴合； 步骤三、泄压，然后锁紧所述坐封执行机构，使所述坐封封隔器固定保持在坐封状态； 步骤四、所述溶胀封隔器遇液体后逐步溶胀，直至与井壁贴合，完成密封，记录溶胀时间。
7.如权利要求6所述的液压溶胀封隔器的封隔方法，其特征在于，根据实际溶胀胶筒外径、密封处直径尺寸、温度等井况参数，所述溶胀时间为3-20天。
8.如权利要求6所述的液压溶胀封隔器的封隔方法，其特征在于，所述无固相盐水为2% -10% KCl 溶液。
【文档编号】E21B33/122GK104481448SQ201410740263
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月5日 优先权日:2014年12月5日
【发明者】蔺恒利, 张育星, 李一村 申请人:诺斯石油工具(天津)有限公司