一种抗冲蚀高温高压封隔器的制作方法

本发明涉及油井压裂施工技术领域，特别涉及一种抗冲蚀高温高压封隔器。

背景技术：

随着勘探开发的不断深入，逐渐将勘探开发对象由常规油气藏转向非常规油气藏，目的层由中浅层转向深层甚至超深层快速延伸，如何实现新地区、新层位尤其是深层的油气突破，寻找和扩大油田含油气范围及领域，已成为顺利实现中国油气资源接替目标的主要手段。近年来我国西部地区油气资源的接替能力逐渐增强，主要分布在新疆的塔里木、准格尔、吐哈盆地和青海、玉门等地区，其中绝大部分油气资源埋深在5000米以内。深层油气资源开发已经成为我国石油领域未来勘探开发的重要战略实现领域。深层油气资源开发具有储层构造应力复杂多变、温度高、施工压力高等特点，压裂施工难度大，对封隔器性能要求高。目前封隔器胶筒主要采用丁晴橡胶、氢化丁晴橡胶和氟橡胶等材料，随着温度的提高，胶筒的强度会受到影响，胶筒的耐温性能与选用材质和橡胶配方调比密切相关，而要实现理想的耐压性能则与合理的结构和可靠的保护有关。在高温高压条件下，胶筒肩部容易突出增大，而封隔器本体与套管之间始终存在环形空间，在很高的单向压力作用下，胶筒肩部突出部分甚至本体会受迫延环形空间挤压游移，进而出现胶筒撕裂、击穿等现象。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种抗冲蚀高温高压封隔器。

为此，本发明技术方案如下：

一种抗冲蚀高温高压封隔器，包括设置在中心管上部的锚定机构、套设在中心管上的密封机构和设置在中心管底部的座封/解封机构；

所述的锚定机构包括水力锚和设置在水力锚内部的防冲管；所述防冲管的下部顶紧中心管顶端；

密封机构包括胶筒调节环和自上而下套在中心管上的合金保护环-上、胶筒定位环-上、支撑胶筒-上、上隔环、主封胶筒、下隔环、支撑胶筒-下、胶筒定位环-下、合金保护环-下；所述合金保护环-上上端面顶住胶筒调节环的下缘，下端与胶筒定位环-上的锥形面配合；合金保护环-下的上、下端分别与胶筒定位环-下和座封/解封机构配合；

所述的座封/解封机构包括座封活塞、启动剪钉、控制座、分瓣限位环、解封剪钉、进液孔、中心管、活塞筒；分瓣限位环套在控制座下端，利用解封剪钉固定，控制座套在中心管上，与中心管采用丝扣配合连接，控制座和分瓣限位环均设置在座封活塞底端内，并利用启动剪钉固定。

进一步的，所述合金保护环-上和合金保护环-下均由弹性模量不同的两种钛基合金材质制成，且其内部均加工有三角形凹槽，凹槽内部由比合金保护环-上和合金保护环-下弹性模量略低的钛基合金环填入配合。

进一步的，所述合金保护环-上和合金保护环-下分别与胶筒定位环-上、胶筒定位环-下、座封活塞的配合锥形面角度为35°～45°。

进一步的，所述的胶筒调节环的底端与胶筒定位环-上的顶端之间、所述的胶筒定位环-下的底端与座封活塞的顶端之间均设计有3-5mm的间距。

进一步的，所述的防冲管本体有割缝，缝宽为0.1-0.2mm。

进一步的，所述上隔环、下隔环的材质均为铜基合金。

与现有技术相比，该抗冲蚀高温高压封隔器结构简单，能实现座封控制、座封锁死和解封控制，还能够实现大排量施工和可靠密封，在座封状态下让密封胶筒两端保护装置能够尽量贴近井壁。

附图说明

图1是本发明提供的抗冲蚀高温高压封隔器的整体结构示意图。

图2是未座封状态下封隔器在套管内密封机构和座封/解封机构的示意图。

图3是座封状态下封隔器在套管内密封机构和座封/解封机构的示意图。

图4是未座封状态下封隔器在套管内座封/解封控制机构的示意图。

图5是座封状态下封隔器在套管内座封/解封控制机构的示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。

一种抗冲蚀高温高压封隔器，如图1所示，包括设置在中心管19上部的锚定机构、套设在中心管19上的密封机构和设置在中心管19底部的座封/解封机构；

所述的锚定机构包括水力锚1和设置在水力锚1内部的防冲管2；所述防冲管2的下部顶紧中心管19顶端；

密封机构包括胶筒调节环3和自上而下套在中心管上的合金保护环-上4、胶筒定位环-上5、支撑胶筒-上6、上隔环7、主封胶筒8、下隔环9、支撑胶筒-下10、胶筒定位环-下11、合金保护环-下12；所述合金保护环-上4上端面顶住胶筒调节环3的下缘，下端与胶筒定位环-上5的锥形面配合；合金保护环-下12的上、下端分别与胶筒定位环-下11和座封/解封机构配合；

所述的座封/解封机构包括座封活塞13、启动剪钉14、控制座15、分瓣限位环16、解封剪钉17、进液孔18、中心管19、活塞筒20；分瓣限位环16套在控制座15下端，利用解封剪钉17固定，控制座15套在中心管上，与中心管19采用丝扣配合连接，控制座15和分瓣限位环16均设置在座封活塞13底端内，并利用启动剪钉14固定。

防冲管2插入于水力锚1内，中心管19顶端与水力锚1采用油管扣连接，胶筒调节环3套在中心管19上，与水力锚1下端采用丝扣连接，自上而下依次将合金保护环-上4、胶筒定位环-上5、支撑胶筒-上6、隔环-上7、主封胶筒8、隔环-下9、支撑胶筒-下10、胶筒定位环-下11、合金保护环-下12、座封活塞13分别套在中心管19上，将所述的分瓣限位环16套在控制环上，对准解封剪钉孔，从分瓣限位套外部旋紧解封剪钉17，此时分瓣限位套已经固定在控制环上，用管箍将分瓣限位环16上部弹性外控部分收紧，将控制环套在中心管19上，利用工装工具将其旋至座封活塞13内部，并对准启动剪钉孔，从座封活塞13外部将启动剪钉旋紧。将活塞筒20套进中心管19下端，利用丝扣与中心管19下端紧固。

所述的防冲管2上端与水力锚1内螺纹连接，下端顶住中心管19顶端，防冲管2与中心管19内径相同，防冲管2本体有割缝，缝宽0.1-0.2mm。防冲管2本体割缝设计能够保障在施工时起到过滤、阻隔压裂砂进入水力锚1内腔，从而避免影响锚爪回弹，防冲管2下端与中心管19顶端顶住，且内径相同，能够在保障水力锚1在施工时防卡、防冲蚀的同时，防止中心管19上端出现旋流，对中心管19也起到了一定的保护作用。

如图2、图3所示，所述的合金保护环-上4由两种弹性模量不同的钛基合金材质制成，所述合金保护环-上内部加工有凹槽，凹槽内部由弹性模量略低的钛基合金环填入配合。所述合金保护环-上4上端面顶住胶筒调节环3的下缘，下端与胶筒定位环-上5的锥形面配合。施工时在座封力的作用下胶筒定位环-上5挤压合金保护环-上4，此处有锥面配合，因此迫使合金保护环-上4在轴向和径向都产生弹性形变，此时合金保护环-上4外径变大，贴近套管21内壁，因此能够在很大程度上对支撑胶筒-上6提供保护，且随着施工压力的增大，合金保护环与套管21之间的间隙越小，对胶筒的保护作越明显。合金保护环-上4采用两种弹性模量不同的钛基金属合金组成，且其结构为中间割槽填入，因此能够更理想的实现受压外扩、解压回弹恢复。

所述合金保护环-下12由两种弹性模量不同的钛基合金材质制成，所述合金保护环-下12内部加工有凹槽，凹槽内部由弹性模量略低的钛基合金环填入配合。所述合金保护环-下12上、下端分别与胶筒定位环-下11和座封活塞13的锥形面配合。施工时在座封力的作用下，合金保护环-下12受胶筒定位环-下11和座封活塞13二者双向力的挤压，且有锥面配合，因此迫使合金保护环-下12在轴向和径向都产生弹性形变，此时合金保护环-下12外径变大，贴近套管内壁，因此能够在很大程度上对支撑胶筒-下12提供保护，且随着施工压力的增大，合金保护环-下12与套管21之间的间隙越小，对胶筒的保护作越明显。合金保护环-下12采用两种弹性模量不同的钛基金属合金组成，且其结构为中间割槽填入，因此能够更理想的实现受压外扩、解压回弹恢复。

所述隔环-上7、隔环-下9采用铜基合金，机械强度和延展性能等综合性能良好，封隔器座封后能够使支撑胶筒-上6和支撑胶筒-下10有效的贴紧主封胶筒8，从而起到保护作用。铜基合金具有自润滑特性，因此能够避免保护环偏移卡在中心管19上，保障胶筒压缩和回弹顺畅。

如图4、图5所示，所述的所述座封/解封机构，分瓣限位环套16在控制座15下端，利用解封剪钉17固定，控制座15套在中心管19上，与中心管19采用丝扣配合连接，装配时利用特殊工装将控制座15和分瓣限位环16一起旋至座封活塞13底端内，并利用启动剪钉14固定。

所述分瓣限位环16上端延轴心均分为6瓣，且自由状态下每瓣弹性外扩，底端不割缝，且有剪钉丝扣孔与控制座15的剪钉孔相配合，装配时控制座15和分瓣限位环16一起旋至座封活塞13底端内后，分瓣限位环16上端分瓣部分受外径束缚回收，贴紧于座封活塞13底端内壁。座封时，提升油压，压力延中心管19内壁的进液孔进入并推动座封活塞13，当压力达到一定时启动剪钉14被剪断，座封活塞13上行推动挤压密封机构实现座封动作，当上行达到密封机构的理论压缩距时，分瓣限位环16的上端从座封活塞13内露出，分瓣片受自身弹性外扩顶在座封活塞13下端，实现座封锁死；解封时上提压裂管柱，拉力延中心管作用于解封剪钉17上，当拉力达到一定时，解封剪钉17被剪断，分瓣限位环16从控制座15上滑落至中心管19和活塞筒20下部的环形空间内，从而解除座封锁死，座封活塞13可以下行，实现解封动作。