一种闭式扩张式自解封封隔器的制作方法

本发明涉及一种封隔器，尤其是一种闭式扩张式自解封封隔器。

背景技术：

管内封隔器分段压裂改造是实现低渗透、致密油气藏有效动用的重要技术之一，具有压裂层段针对性强，压裂过程连续的特点。特别是老井的重复压裂，套管内封隔器分段改造是唯一的技术手段。

套管内封隔器分段压裂，封隔器是该技术的核心，要满足封得住、起得出的基本要求。现有的扩张式封隔器，其坐封方式是，当油管的内压高于油管外压力时，封隔器坐封，当油管内压力与外部压力相等时封隔器解封，以这种封隔器组成的压裂管柱存在两个问题：一是封隔器必须与节流喷砂器配套才能使用，靠节流喷砂器的节流压差使封隔器保持坐封，压裂液由于节流作用产生很高的流速，对套管造成破坏；二是压完一段后，封隔器立即解封，对压完的层段没有隔离作用了，如果两个已压完的层段的压力值差别大，会存在窜层，返吐的压裂砂会堆积在管柱外部，造成取出压裂管柱困难，特别是水平井的分段压裂，问题会更加突出。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种闭式扩张式自解封封隔器，其在压裂完成后不立即解封，以避免压后层段间的窜层，其能在需要解封时自动解封，以便于取出压裂管柱。

为达到上述目的，本发明提出一种闭式扩张式自解封封隔器，其包括：筒体，具有沿轴向设置的内腔，所述筒体的外侧壁上凹设有环形凹槽，所述筒体的侧壁内开设有至少一个与所述环形凹槽连通且位于所述环形凹槽下方的安装孔，所述筒体的内侧壁上凹设有与所述安装孔连通的液流孔；胶筒，嵌设在所述环形凹槽内，且封闭所述环形凹槽的槽口，所述胶筒能在流体从所述液流孔经由所述安装孔流入所述环形凹槽后径向扩张，并能在所述环形凹槽中的流体经由所述安装孔从所述液流孔流出后收回；液流开关，安装在所述安装孔内，通过所述液流开关控制所述液流孔与所述环形凹槽之间的连通和断开；内滑套，能轴向滑动地穿设在所述筒体的内腔中，并能通过轴向滑动封堵或打开所述液流孔。

如上所述的闭式扩张式自解封封隔器，其中，所述筒体包括：上接头，所述上接头的外侧壁上具有环形台阶；第一套筒，其上端套接在所述上接头的下端外侧，所述安装孔开设在所述第一套筒顶端的侧壁内，所述液流孔凹设于所述第一套筒的内侧壁上，所述内滑套套设在所述第一套筒的内侧；第二套筒，套接在所述第一套筒外，所述第二套筒的顶端与所述上接头的环形台阶之间围成所述环形凹槽，所述第二套筒顶端的内侧壁与所述上接头的外侧壁之间形成液流通道，所述安装孔通过所述液流通道与所述环形凹槽连通。

如上所述的闭式扩张式自解封封隔器，其中，所述液流开关包括控制流体从所述液流孔向所述环形凹槽单向流动的单向阀、以及由可溶解材料制成的溶解阀，所述安装孔为两个以上，且所述溶解阀和所述单向阀分别设于不同的所述安装孔内，所述溶解阀能在溶解前阻止所述环形凹槽内的流体流出，并能在溶解后允许所述环形凹槽内的流体经由所述溶解阀所在的所述安装孔从所述液流孔流出。

如上所述的闭式扩张式自解封封隔器，其中，所述溶解阀为由可溶解材料制成的单向阀。

如上所述的闭式扩张式自解封封隔器，其中，所述溶解阀为由可溶解材料制成且能堵塞所述安装孔的封堵件。

如上所述的闭式扩张式自解封封隔器，其中，所述溶解阀由镁铝合金材料或镁锌合金材料制成。

如上所述的闭式扩张式自解封封隔器，其中，所述液流开关为由可溶解材料制成的单向阀结构，所述液流开关能在溶解前控制流体从所述液流孔向所述环形凹槽单向流动，并能在溶解后允许所述环形凹槽内的流体经由所述安装孔从所述液流孔流出。

如上所述的闭式扩张式自解封封隔器，其中，所述内滑套通过剪切销钉与所述筒体的侧壁连接，且所述内滑套封堵所述液流孔，所述内滑套具有供钢球坐封的球座结构，通过向所述筒体的内腔中投球并打压驱动所述内滑套剪断所述剪切销钉并朝下滑动，所述内滑动通过朝下滑动将所述液流孔打开。

如上所述的闭式扩张式自解封封隔器，其中，所述球座结构为弹簧爪，所述弹簧爪位于所述内滑套的底端，所述弹簧爪能在向下滑出所述筒体后张开并释放所述钢球。

如上所述的闭式扩张式自解封封隔器，其中，所述筒体下方还连接有下接头，所述下接头与所述筒体的内腔连通，所述下接头的内径大于所述筒体的内径。

本发明的闭式扩张式自解封封隔器的特点和优点是：

1、本发明的闭式扩张式自解封封隔器，通过液流开关控制封隔器的坐封和解封，坐封安全，与现有封隔器相比，不依赖于喷砂器的节流压差保持坐封状态，在压完对应层段后，不会因失去节流压差立即解封，而是继续对压完的层段进行隔离，避免压裂后层段间的窜层和卡砂，有利于压裂管柱的取出，封隔器在液流开关打开后，自动解封，即可取出压裂管柱；

2、本发明的闭式扩张式自解封封隔器，采用单向阀和溶解阀作为液流开关，结构简单，成本低，无需人工控制，安全可靠；

3、本发明的闭式扩张式自解封封隔器，结构简单，操作方便，可以代替普通扩张式封隔器，减少井下作业过程中砂卡的风险。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是本发明的闭式扩张式自解封封隔器的一个实施例的示意图；

图2是图1的闭式扩张式自解封封隔器在投球后的示意图；

图3是图1的闭式扩张式自解封封隔器处于坐封状态的示意图；

图4是本发明的闭式扩张式自解封封隔器的另一个实施例的示意图。

主要元件标号说明：

1 上接头

11 环形凹槽 12 环形台阶

2 胶筒

3 液流开关

31 单向阀 32 溶解阀

4 内滑套

41 球座结构

5 第一套筒

51 液流孔 52 安装孔

53 剪切销钉

6 第二套筒

61 液流通道 62 固定销钉

7 下接头

8 钢球

9 套管

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1、图3所示，本发明提供一种闭式扩张式自解封封隔器，其包括筒体、胶筒2、液流开关3和内滑套4，筒体具有沿轴向设置的内腔，筒体的外侧壁上凹设有环形凹槽11，筒体的侧壁内开设有至少一个与环形凹槽11连通且位于环形凹槽11下方的安装孔52，安装孔52例如与筒体的内腔平行设置，也就是安装孔52沿轴向(纵向)开设在第一筒体的侧壁中，筒体的内侧壁上凹设有与安装孔52连通的液流孔51，也就是液流孔51沿径向(横向)开设在第一筒体的内侧壁上，液流孔51位于安装孔52下方；

胶筒2嵌设在环形凹槽11内，且封闭环形凹槽11的槽口，胶筒2能在流体从液流孔51经由安装孔52流入环形凹槽11后径向扩张(径向膨胀)，并紧贴套管9，以密封油套环空，使封隔器坐封，并能在环形凹槽11中的流体经由安装孔52从液流孔51流出后收回环形凹槽11内，使封隔器解封，且能使胶筒2上不会出现沉沙；

液流开关3安装在安装孔52内，通过液流开关3控制液流孔51与环形凹槽11的连通和断开，即当液流开关3打开后，流体能流入环形凹槽11，使封隔器坐封，当液流开关3关闭后，能将流体封堵在环形凹槽11内，使封隔器保持坐封状态，不会立即解封，当液流开关3再次打开后，环形凹槽11内的流体能流出，使封隔器自动解封；

内滑套4能轴向滑动地穿设在筒体的内腔中，并能通过轴向滑动封堵或打开液流孔51，当封隔器不需要坐封时，内滑套4将液流孔51封堵关闭，当封隔器需要坐封时，通过滑动内滑套4将液流孔51打开，以使流体能经由液流孔51进入环形凹槽11内。

本发明的闭式扩张式自解封封隔器，通过液流开关控制封隔器的坐封和解封，与现有封隔器相比，不依赖于喷砂器的节流压差保持坐封状态，在压完对应层段后，不会因节流压差消失立即解封，而是继续对压完的层段进行隔离，避免压裂后层段间的窜层和压裂砂返吐，防止出现卡砂，也不会出现胶筒沉沙，有利于压裂管柱的取出，在液流开关打开后，封隔器自动解封，即可取出压裂管柱。

再如图1所示，在一个具体实施例中，筒体包括上接头1、第一套筒5和第二套筒6，上接头1的外侧壁上具有环形台阶12；第一套筒5的上端套接在上接头1的下端外侧，安装孔52开设在第一套筒5顶端的侧壁内，液流孔51凹设于第一套筒5的内侧壁上，内滑套4密封套设在第一套筒5的内侧；

第二套筒6密封套接在第一套筒5外，第二套筒6的顶端与上接头1的环形台阶12之间围成环形凹槽11，即胶筒2的顶端与环形台阶12密封连接，胶筒2的底端与第二套筒6的顶端面密封连接，第二套筒6顶端的内侧壁与上接头1的外侧壁之间形成液流通道61，安装孔52通过液流通道61与环形凹槽11连通。其中，第二套筒6与第一套筒5例如通过固定销钉62连接。

如图1所示，在一个优选的实施例中，液流开关3包括控制流体从液流孔51向环形凹槽11单向流动的单向阀31、以及由可溶解材料制成的溶解阀32，安装孔52为两个以上，且沿周向间隔排列，单向阀31和溶解阀32分别设于不同的安装孔52内，单向阀31为普通不可溶解的单向阀，溶解阀32能在溶解前阻止环形凹槽11内的流体流出，并能在溶解后允许环形凹槽11内的流体经由溶解阀所在的安装孔52从液流孔51流出。因此，流体能从液流孔51经由单向阀31、液流通道61进入环形凹槽11内，单向阀31和溶解阀32均阻止环形凹槽11内的流体流出，溶解阀32溶解后，环形凹槽11内的流体经由液流通道61、溶解阀32所在的安装孔52从液流孔51流出，使封隔器自动解封，无需下入专门的解封工具进行解封，解封简单有效。

其中，单向阀的数量为一个以上，溶解阀的数量为一个以上，单向阀31和溶解阀32的总数量等于安装孔52的数量。

在一个可行的技术方案中，溶解阀32为由可溶解材料制成的单向阀结构，该单向阀结构控制流体从液流孔51向环形凹槽11单向流动。

在另一个可行的技术方案中，溶解阀32为由可溶解材料制成且能堵塞(封堵)安装孔52的封堵件，封堵件呈柱状，以与安装孔52的形状相匹配。

如图4所示，在另一个优选的实施例中，液流开关3为由可溶解材料制成的单向阀结构，液流开关3能在溶解前控制流体从液流孔51向环形凹槽11单向流动，并能在溶解后允许环形凹槽11内的流体经由安装孔52从液流孔51流出。液流开关3溶解前，流体能从液流孔51经由液流开关3、液流通道61进入环形凹槽11内，且液流开关3阻止环形凹槽11内的流体流出，液流开关3溶解后，环形凹槽11内的流体经由液流通道61、安装孔52从液流孔51流出。

上述的可溶解材料例如为镁铝合金材料或镁锌合金材料，但本发明并不以此为限，还可以采用其它现有的能与井液发生反应而溶解的材料。

封隔器坐封后，液流开关3被井液浸泡，由可溶解材料与井液发生反应而在一定时间后溶解，通过计算完全溶解时间，可以确定封隔器解封的时间。

在如图2所示的实施例中，内滑套4通过剪切销钉53(坐封销钉)与筒体的侧壁(即第一套筒5的侧壁)能分离地相连接，且内滑套4封堵液流孔51，内滑套4具有供钢球8坐封的球座结构41，通过向筒体的内腔中投球并打压驱动内滑套4剪断剪切销钉8并朝下滑动，内滑套4通过朝下滑动将液流孔51打开，使液流孔51与筒体的内腔连通。

进一步，球座结构41为弹簧爪，弹簧爪位于内滑套4的底端，弹簧爪能在向下滑出筒体后在轴向压力的作用下张开(被钢球撑开)并释放钢球。

本实施例中，筒体下方还连接有下接头7，下接头7与筒体的内腔连通，下接头7的上端内径大于筒体的内径，以使弹簧爪能在滑入下接头7后张开，下接头7的下端内径小于内滑套4的内径，以能对朝下滑动的内滑套4进行限位。其中，上接头1和下接头7均配有管螺纹，可以与油田其它工具及油套管相连接。

例如，封隔器的外径为110mm，套管9为5 1/2"套管，且套管9的内径为121mm，封隔器的内滑套4的内径为70mm。

本发明的闭式扩张式自解封封隔器的坐封、解封过程如下：

封隔器坐封：首先，向封隔器内部投入一密封钢球，钢球落入封隔器内部的内滑套4的球座结构41上，球座结构41为一个弹簧爪结构，在轴向压力作用下，弹簧爪可以产生径向张开动作；继续向封隔器内部打压，剪切销钉53被剪断，内滑套4朝下滑动，露出第一套筒5的液流孔51，高压液体经第一套筒5的安装孔52，推开单向阀31，经由液流通道61进入环形凹槽11，由于胶筒2内部压力大于外部套管环空压力，高压液体推动胶筒2径向扩张，并紧贴套管9内壁，完成封隔器的坐封；

由于液体经过单向阀31时，只能进不能出，溶解阀32也能起到截流作用，当封隔器内部压力小于外部压力时，也能保证封隔器很好的坐封，而不会立即解封；当内滑套4的弹簧爪朝下滑动到下接头7内(下接头7的径向环空处)时，弹簧爪会径向打开，钢球8向下运动离开内滑套4。

封隔器解封：当封隔器坐封后，由于溶解阀32的材料被井液浸泡，溶解阀32与井液发生反应而溶解；溶解阀32在限定时间溶解后，安装孔52被打开，称为泄压通道，环形凹槽11内的液体从液流孔51流出，胶筒2收回，封隔器解封。

验证本发明的闭式扩张式自解封封隔器坐封、解封的实验操作步骤依次为：

连接打压管道：首先，向闭式扩张式自解封封隔器内部投入一直径例如为68mm的钢球8，并将上接头1与打压管道连接在一起，进行打压；

坐封：当泵压达到20MPa时，剪切销钉53被剪断，内滑套4向下滑动，钢球8落入封隔器的下部。用力从套管9内向外拉封隔器，封隔器不动，证明封隔器的胶筒2已胀封在套管9内壁上，封隔器已坐封完毕；

解封：由于封隔器内部由液体(由油田井下取出的液体)浸泡，每隔2小时，检查封隔器是否解封；48小时后，向外拉动封隔器时发生蠕动，取出封隔器，检查封隔器的溶解阀已经全部溶解，说明封隔器能够顺利解封。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。