一種復(fù)合型液壓溶脹封隔器及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及井筒作業(yè)的工具制造領(lǐng)域，特別涉及一種復(fù)合型液壓溶脹封隔器及其使用方法，所述復(fù)合型液壓溶脹封隔器包括：中心管，其具有截面為圓形的管壁，所述管壁圍成可供流體流過的管腔，所述中心管伸入到井中作業(yè)；坐封執(zhí)行機構(gòu)，其套設(shè)在所述中心管上；復(fù)合膠筒，其套設(shè)在所述中心管上，位于所述坐封執(zhí)行機構(gòu)的中間；所述復(fù)合膠筒包括至少一個壓縮式膠筒和至少一個溶脹膠筒。所述使用方法包括替液、打壓坐封、泄壓和溶脹密封。本發(fā)明提供的一種復(fù)合型液壓溶脹膠筒，既具備較好的下入性又具備可靠的密封性，既具有即時作業(yè)的可操作性又具有對復(fù)雜井壁的密封能力，使用方法簡單，可操作性強。
【專利說明】一種復(fù)合型液壓溶脹封隔器及其使用方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及井筒作業(yè)的工具制造領(lǐng)域，特別涉及一種復(fù)合型液壓溶脹封隔器及其使用方法。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)在市場上常用的管外封隔器主要有:液壓壓縮式裸眼封隔器、液壓膨脹式裸眼封隔器和遇液膨脹式裸眼封隔器，這三種封隔器的操作方式和密封機理上是截然不同的。遇液膨脹式封隔器較長、直徑較大下入作業(yè)時風(fēng)險較大，操作時間長，同時價格較貴，不利于大規(guī)模使用；液壓壓縮式封隔器密封段較短，措施壓裂時易出現(xiàn)竄層，壓裂效果較差，解封比較困難。
[0003]基于以上問題，本發(fā)明提供一種復(fù)合型液壓溶脹封隔器及其方法，以滿足井筒作業(yè)的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決密封性更好，使產(chǎn)品具有良好的下入性和操作性等上述問題，本發(fā)明提供了一種復(fù)合型液壓溶脹封隔器，包括:
[0005]中心管，其具有截面為圓形的管壁，所述管壁圍成可供流體流過的管腔，所述中心管伸入到井中作業(yè)；
[0006]坐封執(zhí)行機構(gòu)，其套設(shè)在所述中心管上；
[0007]復(fù)合膠筒，其套設(shè)在所述中心管上，位于所述坐封執(zhí)行機構(gòu)的中間；所述復(fù)合膠筒包括至少一個壓縮式膠筒和至少一個溶脹膠筒。
[0008]優(yōu)選的是，所述的復(fù)合型液壓溶脹封隔器中，所述復(fù)合膠筒包括一個壓縮式膠筒和兩個溶脹膠筒；并且所述兩個溶脹膠筒位于所述壓縮式膠筒的兩側(cè)。
[0009]優(yōu)選的是，所述的復(fù)合型液壓溶脹封隔器中，所述溶脹膠筒包括上溶脹膠筒和下溶脹膠筒，其均為遇液膨脹膠筒；所述溶脹膠筒通過一金屬支撐套筒套設(shè)在所述中心管上;
[0010]所述壓縮式膠筒包括兩個邊膠筒和一個中間膠筒，所述兩個邊膠筒分布在所述中間膠筒的兩側(cè)；所述邊膠筒的一端通過膠筒保護環(huán)和所述金屬支撐套筒與所述溶脹膠筒連接，另一端通過隔環(huán)與所述中間膠筒連接。
[0011]優(yōu)選的是，所述的復(fù)合型液壓溶脹封隔器中，還包括上接頭和下接頭，所述上接頭和所述下接頭分別通過螺紋與所述中心管連接，其中，所述上接頭設(shè)置在所述中心管的上端，所述下接頭設(shè)置在所述中心管的下端。
[0012]優(yōu)選的是，所述的復(fù)合型液壓溶脹封隔器中，所述坐封執(zhí)行機構(gòu)包括活塞、剪切銷釘、鎖緊環(huán)和防轉(zhuǎn)鍵；所述活塞的一端通過剪切銷釘和防轉(zhuǎn)鍵與所述上接頭連接，另一端通過所述金屬支撐套筒與上溶脹膠筒連接，所述鎖緊環(huán)設(shè)置在所述活塞上，所述活塞、所述上接頭和所述管壁的一部分圍成一個空腔；所述管壁上開設(shè)有一通孔，其位于所述空腔附近，作為液體從中心管進入空腔的通道。
[0013]一種液壓溶脹封隔器的封隔方法，其中，液壓溶脹封隔器包括中心管，其具有截面為圓形的管壁，所述管壁圍成可供流體流過的管腔，坐封執(zhí)行機構(gòu)，其套設(shè)在所述中心管上；至少一個封隔器，其套設(shè)在所述中心管上，所述封隔器包括至少一個坐封封隔器和至少一個溶脹封隔器；所述方法包括以下步驟:
[0014]步驟一、將液壓溶脹封隔器與管道連接，下到所述油井、氣井的設(shè)計位置后，用無固相鹽水進行替液；
[0015]步驟二、通過所述管道向所述中心管內(nèi)打壓，壓力達到預(yù)設(shè)值后，使所述坐封封隔器膨脹，與井壁貼合；
[0016]步驟三、泄壓，然后通過鎖緊環(huán)鎖緊所述坐封執(zhí)行機構(gòu)，使所述坐封封隔器固定保持在坐封狀態(tài)；
[0017]步驟四、所述溶脹封隔器遇液體后逐步溶脹，直至與井壁貼合，完成密封，記錄溶脹時間。
[0018]優(yōu)選的是，所述的液壓溶脹封隔器的封隔方法中，所述溶脹時間為3-20天。
[0019]優(yōu)選的是，所述的液壓溶脹封隔器的封隔方法中，所述無固相鹽水為2% -10%KCl溶液。
[0020]本發(fā)明的有益效果
[0021]1、本發(fā)明采用壓縮式膠筒和遇液膨脹膠筒的復(fù)合結(jié)構(gòu)，使封隔器具備較長的密封段，減少在壓裂過程中出現(xiàn)的地層竄層問題；
[0022]2、本發(fā)明的遇液膨脹膠筒經(jīng)過足夠的膨脹時間能對不規(guī)則井壁進行有效密封；
[0023]3、本發(fā)明在井筒中的承受壓力差超過15000psi ；
[0024]4、本發(fā)明實現(xiàn)了多級保護、多級支撐和多級密封，其密封效果高于任一單獨使用膠筒的效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明所述的復(fù)合型液壓溶脹封隔器的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2是本發(fā)明所述的復(fù)合型液壓溶脹封隔器的左部分結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3是本發(fā)明所述的復(fù)合型液壓溶脹封隔器的中部分結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖4是本發(fā)明所述的復(fù)合型液壓溶脹封隔器的右部分結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。
[0030]本發(fā)明提供了一種復(fù)合型液壓溶脹封隔器，包括:
[0031]中心管16，其具有截面為圓形的管壁，所述管壁圍成可供流體流過的管腔，所述中心管伸入到井中作業(yè)；
[0032]坐封執(zhí)行機構(gòu)，其套設(shè)在所述中心管上；所述坐封執(zhí)行機構(gòu)用來實現(xiàn)坐封，通過切斷坐封剪切銷釘來實現(xiàn)坐封；
[0033]復(fù)合膠筒，其套設(shè)在所述中心管上，位于所述坐封執(zhí)行機構(gòu)的中間；所述復(fù)合膠筒包括至少一個壓縮式膠筒和至少一個溶脹膠筒。
[0034]所述的溶脹膠筒為遇液膨脹膠筒，遇到水或者油后膨脹。
[0035]所述復(fù)合膠筒包括一個壓縮式膠筒和兩個溶脹膠筒；并且所述兩個溶脹膠筒位于所述壓縮式膠筒的兩側(cè)。
[0036]所述溶脹膠筒包括上溶脹膠筒7和下溶脹膠筒13，其均為遇液膨脹膠筒；所述溶脹膠筒通過一金屬支撐套筒18套設(shè)在所述中心管16上；所述壓縮式膠筒包括兩個邊膠筒9和一個中間膠筒11，所述兩個邊膠筒分布在所述中間膠筒的兩側(cè)；所述邊膠筒的一端通過膠筒保護環(huán)8和所述金屬支撐套筒與所述溶脹膠筒連接，另一端通過隔環(huán)10和內(nèi)環(huán)12與所述中間膠筒連接。
[0037]所述的復(fù)合型液壓溶脹封隔器中，還包括上接頭I和下接頭17，所述上接頭和所述下接頭分別通過螺紋與所述中心管16連接，其中，所述上接頭設(shè)置在所述中心管的上端，所述下接頭設(shè)置在所述中心管的下端。所述中心管的兩端分別螺紋連接所述上接頭和所述下接頭，同時，所述上接頭和所述下接頭也連接管道。
[0038]所述的復(fù)合型液壓溶脹封隔器中，所述坐封執(zhí)行機構(gòu)包括活塞5、剪切銷釘2、鎖緊環(huán)3和防轉(zhuǎn)鍵4 ;所述活塞的一端通過剪切銷釘和防轉(zhuǎn)鍵與所述上接頭連接，另一端通過所述金屬支撐套筒與上溶脹膠筒連接，所述鎖緊環(huán)設(shè)置在所述活塞上，所述活塞、所述上接頭和所述管壁的一部分圍成一個空腔；所述管壁上開設(shè)有一通孔19，其位于所述空腔附近，作為液體從中心管進入空腔的通道。
[0039]復(fù)合型液壓溶脹封隔器與油管連接，通過油管向所述中心管內(nèi)打壓，液體通過中心管上的通孔進入所述空腔推動所述活塞，液體達到預(yù)設(shè)壓力后剪斷所述剪切銷釘，從而活塞能帶動鎖緊環(huán)向壓縮式膠筒方向移動，待壓縮式膠筒完成坐封。
[0040]所述下接頭通過設(shè)置在一鍵套15上的連接鍵14與所述金屬支撐套筒連接，與所述鎖緊環(huán)、防轉(zhuǎn)鍵、止退銷釘、連接鍵和鍵套組成鎖緊機構(gòu)，在鎖緊環(huán)的作用下，鎖緊活塞，防止活塞反向移動，使坐封封隔器固定保持在坐封狀態(tài)，此時，封隔器的上下兩端呈現(xiàn)密封隔斷狀態(tài)。
[0041]由于兩個遇液膨脹膠筒使封隔器具備較長的密封段，在所述壓縮式膠筒在壓力作用下膨脹的時候，壓裂過程中，較長的密封段使得壓力分散，不容易壓裂地層，出現(xiàn)竄層問題，即使出現(xiàn)竄層問題，那么遇液膨脹膠筒也會膨脹，把竄層的雜質(zhì)密封在一定得空間內(nèi)，不會使其到處噴射污染所取的油或者氣。
[0042]而且，遇液膨脹膠筒可塑性強，經(jīng)過足夠的膨脹時間能對不規(guī)則井壁進行有效密封，只有單個的壓縮式膨脹膠筒就不能達到這個目的，這種復(fù)合膠筒能對不規(guī)則的油井或者氣井密封的更好，效果更佳。
[0043]單個遇液膨脹膠筒的工作承受壓差為800psi，一個壓縮式膨脹膠筒的工作承受壓差為1000psi，理論上說，兩個遇液膨脹膠筒和一個壓縮式膨脹膠筒的組合，其工作承受壓差為11600psi，但是，本發(fā)明在多次測定去平均值后，平均值有15000psi，效果遠遠大于兩種膨脹膠筒的疊加，有突出的進步和顯著的效果。
[0044]一種液壓溶脹封隔器的封隔方法，其中，液壓溶脹封隔器包括中心管，其具有截面為圓形的管壁，所述管壁圍成可供流體流過的管腔，坐封執(zhí)行機構(gòu)，其套設(shè)在所述中心管上；至少一個封隔器，其套設(shè)在所述中心管上，所述封隔器包括至少一個坐封封隔器和至少一個溶脹封隔器；所述方法包括以下步驟:
[0045]步驟一、將液壓溶脹封隔器與管道連接，下到所述油井、氣井的設(shè)計位置后，用無固相鹽水，本實施例舉例用2% KCl溶液對封隔器和井壁間進行替液；
[0046]步驟二、通過所述管道向所述中心管內(nèi)打壓，液體通過中心管上的通孔進入空腔，推動活塞，壓力達到預(yù)設(shè)值后，剪斷剪切銷釘，活塞帶動鎖緊環(huán)移動，使所述坐封封隔器膨脹，與井壁貼合，使壓縮式膠筒完成坐封；
[0047]步驟三、泄壓，然后鎖緊所述坐封執(zhí)行機構(gòu)，在鎖緊環(huán)的作用下，鎖緊活塞，防止活塞反向移動，所述坐封封隔器固定保持在坐封狀態(tài)；
[0048]步驟四、所述溶脹封隔器遇液體后逐步溶脹，直至與井壁貼合，完成密封，記錄溶脹時間。
[0049]在實際溶脹膠筒的外徑為5.85英寸、密封處直徑尺寸為6.25英寸、井下溫度為100°C的條件下，兩側(cè)的溶脹膠筒逐步溶脹至與井壁貼合，也就是完全和井壁貼合，通過軟件對溶脹膠筒的溶脹曲線進行模擬，記錄完全溶脹時間為3天。
[0050]其中，當復(fù)合型液壓溶脹封隔器承受上部或下部液體壓力時，液體首先作用在上部或下部的遇水溶脹膠筒上，此時膠筒受力會向相反一側(cè)發(fā)生相對位移，而壓縮式膠筒已經(jīng)全完坐封，支撐在井壁上達到密封，遇液溶脹膠筒和壓縮式膠筒之間形成密封的“液體支撐”，這樣就有了遇液溶脹膠筒+液體支撐+壓縮式膠筒+液體支撐+遇液溶脹膠筒組成的多級保護、多級支撐和多級密封，其密封效果高于任一單獨使用膠筒的效果。
[0051]再一個實施例，一種液壓溶脹封隔器的封隔方法，其中，液壓溶脹封隔器包括中心管，其具有截面為圓形的管壁，所述管壁圍成可供流體流過的管腔，坐封執(zhí)行機構(gòu)，其套設(shè)在所述中心管上；至少一個封隔器，其套設(shè)在所述中心管上，所述封隔器包括至少一個坐封封隔器和至少一個溶脹封隔器；所述方法包括以下步驟:
[0052]步驟一、將液壓溶脹封隔器與管道連接，下到所述油井、氣井的設(shè)計位置后，用無固相鹽水，本實施例舉例用5% KCl溶液對封隔器和井壁間進行替液；
[0053]步驟二、通過所述管道向所述中心管內(nèi)打壓，液體通過中心管上的通孔進入空腔，推動活塞，壓力達到預(yù)設(shè)值后，剪斷剪切銷釘，活塞帶動鎖緊環(huán)移動，使所述坐封封隔器膨脹，與井壁貼合，使壓縮式膠筒完成坐封；
[0054]步驟三、泄壓，然后鎖緊所述坐封執(zhí)行機構(gòu)，在鎖緊環(huán)的作用下，鎖緊活塞，防止活塞反向移動，所述坐封封隔器固定保持在坐封狀態(tài)；
[0055]步驟四、所述溶脹封隔器遇液體后逐步溶脹，直至與井壁貼合，完成密封，記錄溶脹時間。
[0056]在實際溶脹膠筒的外徑為5.75英寸、密封處直徑尺寸為6.25英寸、井下溫度為100°C的條件下，兩側(cè)的溶脹膠筒逐步溶脹至與井壁貼合，也就是完全和井壁貼合，通過軟件對溶脹膠筒的溶脹曲線進行模擬，記錄完全溶脹時間為13天。
[0057]又一個實施例，一種液壓溶脹封隔器的封隔方法，其中，液壓溶脹封隔器包括中心管，其具有截面為圓形的管壁，所述管壁圍成可供流體流過的管腔，坐封執(zhí)行機構(gòu)，其套設(shè)在所述中心管上；至少一個封隔器，其套設(shè)在所述中心管上，所述封隔器包括至少一個坐封封隔器和至少一個溶脹封隔器；所述方法包括以下步驟:
[0058]步驟一、將液壓溶脹封隔器與管道連接，下到所述油井、氣井的設(shè)計位置后，用無固相鹽水，本實施例舉例用10% KCl溶液對封隔器和井壁間進行替液；
[0059]步驟二、通過所述管道向所述中心管內(nèi)打壓，液體通過中心管上的通孔進入空腔，推動活塞，壓力達到預(yù)設(shè)值后，剪斷剪切銷釘，活塞帶動鎖緊環(huán)移動，使所述坐封封隔器膨脹，與井壁貼合，使壓縮式膠筒完成坐封；
[0060]步驟三、泄壓，然后鎖緊所述坐封執(zhí)行機構(gòu)，在鎖緊環(huán)的作用下，鎖緊活塞，防止活塞反向移動，所述坐封封隔器固定保持在坐封狀態(tài)；
[0061]步驟四、所述溶脹封隔器遇液體后逐步溶脹，直至與井壁貼合，完成密封，記錄溶脹時間。
[0062]在實際溶脹膠筒的外徑為5.85英寸、密封處直徑尺寸為6.25英寸、井下溫度為100°C的條件下，兩側(cè)的溶脹膠筒逐步溶脹至與井壁貼合，也就是完全和井壁貼合，通過軟件對溶脹膠筒的溶脹曲線進行模擬，記錄完全溶脹時間為20天。盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細節(jié)和這里示出與描述的圖例。
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)合型液壓溶脹封隔器，其特征在于，包括: 中心管，其具有截面為圓形的管壁，所述管壁圍成可供流體流過的管腔，所述中心管伸入到井中作業(yè)； 坐封執(zhí)行機構(gòu)，其套設(shè)在所述中心管上； 復(fù)合膠筒，其套設(shè)在所述中心管上，位于所述坐封執(zhí)行機構(gòu)的中間；所述復(fù)合膠筒包括至少一個壓縮式膠筒和至少一個溶脹膠筒。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合型液壓溶脹封隔器，其特征在于，所述復(fù)合膠筒包括一個壓縮式膠筒和兩個溶脹膠筒；并且所述兩個溶脹膠筒位于所述壓縮式膠筒的兩側(cè)。
3.如權(quán)利要求2所述的復(fù)合型液壓溶脹封隔器，其特征在于，所述溶脹膠筒包括上溶脹膠筒和下溶脹膠筒，其均為遇液膨脹膠筒；所述溶脹膠筒通過一金屬支撐套筒套設(shè)在所述中心管上； 所述壓縮式膠筒包括兩個邊膠筒和一個中間膠筒，所述兩個邊膠筒分布在所述中間膠筒的兩側(cè)；所述邊膠筒的一端通過膠筒保護環(huán)和所述金屬支撐套筒與所述溶脹膠筒連接，另一端通過隔環(huán)與所述中間膠筒連接。
4.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合型液壓溶脹封隔器，其特征在于，還包括上接頭和下接頭，所述上接頭和所述下接頭分別通過螺紋與所述中心管連接，其中，所述上接頭設(shè)置在所述中心管的上端，所述下接頭設(shè)置在所述中心管的下端。
5.如權(quán)利要求4所述的復(fù)合型液壓溶脹封隔器，其特征在于，所述坐封執(zhí)行機構(gòu)包括活塞、剪切銷釘、鎖緊環(huán)和防轉(zhuǎn)鍵；所述活塞的一端通過剪切銷釘和防轉(zhuǎn)鍵與所述上接頭連接，另一端通過所述金屬支撐套筒與上溶脹膠筒連接，所述鎖緊環(huán)設(shè)置在所述活塞上，所述活塞、所述上接頭和所述管壁的一部分圍成一個空腔；所述管壁上開設(shè)有一通孔，其位于所述空腔附近，作為液體從中心管進入空腔的通道。
6.一種液壓溶脹封隔器的封隔方法，其中，液壓溶脹封隔器包括中心管，其具有截面為圓形的管壁，所述管壁圍成可供流體流過的管腔，坐封執(zhí)行機構(gòu)，其套設(shè)在所述中心管上；至少一個封隔器，其套設(shè)在所述中心管上，所述封隔器包括至少一個坐封封隔器和至少一個溶脹封隔器；所述方法包括以下步驟: 步驟一、將液壓溶脹封隔器與管道連接，下到所述油井、氣井的設(shè)計位置后，用無固相鹽水進行替液； 步驟二、通過所述管道向所述中心管內(nèi)打壓，壓力達到預(yù)設(shè)值后，使所述坐封封隔器膨脹，與井壁貼合； 步驟三、泄壓，然后鎖緊所述坐封執(zhí)行機構(gòu)，使所述坐封封隔器固定保持在坐封狀態(tài)； 步驟四、所述溶脹封隔器遇液體后逐步溶脹，直至與井壁貼合，完成密封，記錄溶脹時間。
7.如權(quán)利要求6所述的液壓溶脹封隔器的封隔方法，其特征在于，根據(jù)實際溶脹膠筒外徑、密封處直徑尺寸、溫度等井況參數(shù)，所述溶脹時間為3-20天。
8.如權(quán)利要求6所述的液壓溶脹封隔器的封隔方法，其特征在于，所述無固相鹽水為2% -10% KCl 溶液。
【文檔編號】E21B33/122GK104481448SQ201410740263
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月5日
【發(fā)明者】藺恒利, 張育星, 李一村 申請人:諾斯石油工具(天津)有限公司