一種帶壓縮保護機構的自膨脹封隔器的制造方法
【專利摘要】本發明提供了一種帶壓縮保護機構的自膨脹封隔器，包括封隔器本體，其上半部外壁上設置有接頭和中心管，接頭外壁上連接有防撞頭，防撞頭下端通過坐封剪釘連接有鎖環座，環座下端連接有連接頭，連接頭下端連接有活塞，中心管上設有進液孔，進液孔與活塞的活塞腔相通，活塞下端的中心管外壁上由上至下依次活動連接有上支撐塊、錐體和下支撐塊，上支撐塊和下支撐塊表面硫化有橡膠，下支撐塊下端中心管外壁上設有擋環，擋環下端中心管外壁上設置有膨脹膠筒，封隔器本體下半部與上半部以膨脹膠筒為中心兩端對稱。該發明利用可擴張保護塊的保護和膨脹膠筒的封隔，提升封隔器承壓能力，為水平井分段壓裂提供段間有效封隔，提高壓裂效果。
【專利說明】一種帶壓縮保護機構的自膨脹封隔器
【技術領域】
[0001]本發明屬于油氣井壓裂【技術領域】，具體涉及一種帶壓縮保護機構的自膨脹封隔器，采用鉆桿下入井內，適用于Φ152.4_鉆頭裸眼水平井的分段改造。
【背景技術】
[0002]隨著世界石油資源的不斷開采，儲層物性較好、相對容易開采的油氣資源越來越少，因此大量的儲層物性復雜、單井產量低的低品位油氣資源正在成為石油、天然氣上產的主體，儲層物性差的油氣田要得到有效開發，提高產量是關鍵，水平井已經成為近年來提高低滲油氣田單井產量的一種有效手段。其中裸眼水平井以與地層接觸面積大而成為一種重要的水平井完井方式；裸眼水平井分段改造多采用裸眼封隔器進行，其中壓縮式裸眼封隔器以其工具承壓高、長度小、下入風險低被廣泛應用。
[0003]由于壓縮式裸眼封隔器是依靠膠筒的軸向壓縮產生的徑向變形填充油套環空間隙而密封的，所以其在不規則裸眼段的密封能力受到一定影響，從而使分段改造效果無法完全達到設計目的，影響油氣井的產量。
[0004]目前國際上石油技術服務公司如哈里伯頓采用遇油膨脹封隔器系統進行裸眼水平井的分段壓裂，其中的關鍵工具遇油膨脹封隔器膠筒變形量大且易填充不規則井段，段間封隔效果較好。同時由于該類型的封隔器完全依靠膠筒吸入某種特殊液體自行膨脹而實現段間封隔的，所以其膠筒的長度對封隔器承壓性能起決定性作用。然而，該封隔器坐封后承受高壓差時，由于端部沒有支撐機構保護，膠筒膨脹后變軟易發生流變而失去密封作用，所以只有通過增加膠筒長度來提高其承壓能力。由于封隔器長度較大，在需要改造段數較多時，管柱下入難度將大幅增加，易造成復雜井下事故，影響到該工具的使用范圍。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種帶壓縮保護機構的自膨脹封隔器，克服現有技術中封隔器端部沒有支撐機構保護，膠筒膨脹后變軟易發生流變而失去密封作用的問題。
[0006]為此，本發明提供的一種帶壓縮保護機構的自膨脹封隔器，包括封隔器本體，所述封隔器本體上半部外壁上設置有接頭和中心管，所述中心管與接頭下端連接，所述接頭外壁上連接有防撞頭，所述防撞頭下端通過坐封剪釘連接有鎖環座，所述鎖環座下端連接有連接頭，所述鎖環座上設置有鎖環，所述連接頭下邊的接頭上設置有防退螺紋，所述連接頭下端連接有活塞，所述中心管上設有進液孔，所述進液孔與活塞的活塞腔相通，所述活塞下端的中心管外壁上由上至下依次活動連接有上支撐塊、錐體和下支撐塊，所述錐體的底面與中心管連接，錐體的兩斜面分別與上支撐塊和下支撐塊相貼合，所述上支撐塊和下支撐塊表面硫化有橡膠，所述下支撐塊下端中心管外壁上設有擋環，所述擋環下端中心管外壁上設置有膨脹膠筒，所述封隔器本體下半部與上半部以膨脹膠筒為中心兩端對稱。
[0007]上述防撞頭與接頭之間設有防轉銷釘。
[0008]上述上支撐塊和下支撐塊外表面均設置有箍簧。
[0009]上述錐體兩斜面的斜面角度不同，上支撐塊一端的斜面角度大于下支撐塊一端的斜面角度。
[0010]上述上支撐塊下端面為斜面，且斜面角度與錐體上端面的斜面角度相同。
[0011]上述下支撐塊上端面為斜面，且斜面角度與錐體下端面的斜面角度相同。
[0012]本發明的有益效果:
(I)本發明使用的膨脹膠筒更適應不規則的裸眼井段，相對于壓縮式封隔器來說，封隔可靠性高。
[0013](2)本發明中膨脹膠筒兩端的支撐塊保護機構可有效減小或填充環空間隙，避免膨脹膠筒在承受高壓差時發生流變導致封隔器失效。
[0014](3)本發明的膨脹膠筒保護機構可有效縮短膨脹封隔器長度，大幅降低工具下入風險。
[0015](4)本發明利用可擴張保護塊的保護和膨脹膠筒的封隔，提升封隔器承壓能力，為裸眼水平井分段壓裂提供段間有效封隔，提高壓裂效果。
[0016]以下將結合附圖對本發明做進一步詳細說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明帶壓縮保護機構的自膨脹封隔器上半部的結構示意圖。
[0018]圖2是本發明帶壓縮保護機構的自膨脹封隔器下半部的結構示意圖。
[0019]圖3是本發明中上支撐塊的結構示意圖。
[0020]圖4是本發明帶壓縮保護機構的自膨脹封隔器坐封后上支撐塊和下支撐塊的狀態示意圖。
[0021]圖5是本發明帶壓縮保護機構的自膨脹封隔器坐封后膨脹膠筒狀態示意圖。
[0022]圖6是本發明帶壓縮保護機構的自膨脹封隔器分段壓裂管柱示意圖。
[0023]附圖標記說明:1、接頭；2、防轉銷釘；3、防撞頭；4、坐封剪釘；5、鎖環座；6、鎖環；
7、連接頭；8、防退螺紋；9、進液孔；10、活塞；11、上支撐塊；12、箍簧；13、支撐塊橡膠；14、錐體；15、下支撐塊；16、擋環；17、膨脹膠筒；18、中心管；19、導向頭篩管；20、浮箍；21、壓差滑套；22、帶壓縮保護機構的自膨脹隔器一 ；23、投球滑套一 ；24、帶壓縮保護機構的自膨脹隔器二 ；25、投球滑套二 ；26、帶壓縮保護機構的自膨脹隔器三；27、投球滑套三；28、懸掛器。
【具體實施方式】
[0024]實施例1:
為了克服現有技術中封隔器端部沒有支撐機構保護，膠筒膨脹后變軟易發生流變而失去密封作用的問題，本實施例提供了一種如圖1、圖2、圖3所示的帶壓縮保護機構的自膨脹封隔器，包括封隔器本體，所述封隔器本體上半部外壁上設置有接頭I和中心管18，所述中心管18與接頭I下端連接，所述接頭I外壁上連接有防撞頭3，所述防撞頭3下端通過坐封剪釘4連接有鎖環座5，所述鎖環座5下端連接有連接頭7，所述鎖環座5上設置有鎖環6，所述連接頭7下邊的接頭I上設置有防退螺紋8，所述連接頭7下端連接有活塞10，所述中心管18上設有進液孔9，所述進液孔9與活塞10的活塞腔相通，所述活塞10下端的中心管18外壁上由上至下依次活動連接有上支撐塊11、錐體14和下支撐塊15，所述錐體14的底面與中心管18連接，錐體14的兩斜面分別與上支撐塊11和下支撐塊15相貼合，所述上支撐塊11和下支撐塊15表面硫化有橡膠13，所述下支撐塊15下端中心管18外壁上設有擋環16，所述擋環16下端中心管18外壁上設置有膨脹膠筒17，所述封隔器本體下半部與上半部以膨脹膠筒17為中心兩端對稱。
[0025]該發明利用可擴張保護塊的保護和自膨脹膠筒的封隔，提升封隔器承壓能力，為裸眼水平井分段壓裂提供段間有效封隔，提高壓裂效果。
[0026]實施例2:
在實施例1的基礎上，本實施例以一個應用于Φ152.4_鉆頭裸眼水平井的帶壓縮保護機構的自膨脹封隔器為例，對本發明作進一步的詳細說明。
如圖1所示，接頭I下端內螺紋連接中心管18，活塞10上端有內螺紋，通過內螺紋與下端有外螺紋的連接頭7連接，連接頭7上端有內螺紋，與下端有外螺紋的鎖環座5連接，鎖環座5通過坐封剪釘4與防撞頭3連接，而防撞頭3有內螺紋，與接頭I外螺紋連接，防撞頭3與接頭I之間設有防轉銷釘2，依靠防轉銷釘2防止防撞頭3轉動。
[0027]中心管18上有進液孔9，中心管18外面硫化膨脹膠筒17，上支撐塊11、下支撐塊15表面硫化有橡膠13，錐體14可以沿中心管18軸向移動，上支撐塊11和下支撐塊15可以沿著錐體14的斜面徑向擴張，支撐到井壁，給膨脹膠筒17提供支撐。
[0028]所述上支撐塊11和下支撐塊15外表面均設置有箍簧12，防止封隔器在下井過程中上支撐塊11和下支撐塊15張開。當封隔器坐封后，鎖環6和防退螺紋8鎖定。
[0029]密封機構由膨脹膠筒17、上支撐塊11和下支撐塊15組成，其中上支撐塊11和下支撐塊15在活塞10推動下，沿著錐體14的斜面徑向擴張至井壁，其作用是為膨脹后的膨脹膠筒17提供支撐，同時，其表面硫化的橡膠13可以貼緊井壁，起到密封作用；而在上支撐塊11和下支撐塊15張開過程中，下支撐塊15受擋環16作用不能產生軸向移動，只能徑向擴張，從而不會使膨脹膠筒17受壓縮，膨脹膠筒17依靠吸入鉆井液KCl溶液或清水而膨脹，封隔器完成坐封。
[0030]如圖4和圖5所示，封隔器內部加壓時，液體從進液孔9進入活塞10的活塞腔，在高壓液體推動下，坐封剪釘4被剪斷，活塞10帶動連接頭7、鎖環座5、鎖環6 —起移動，推動上支撐塊11沿軸向移動，而所述錐體14兩斜面的斜面角度不同，上支撐塊11 一端的斜面角度大于下支撐塊15 —端的斜面角度，有利于在液缸推動下錐體14的下斜面推動下支撐塊15張開；上支撐塊11下端面為斜面，且斜面角度與錐體14上端面的斜面角度相同；下支撐塊15上端面為斜面，且斜面角度與錐體14下端面的斜面角度相同；在上支撐塊11的軸向推動下，錐體14沿中心管18向膨脹膠筒17方向移動，而在擋環16作用下，下支撐塊15只能沿錐體14的斜面徑向擴張支撐到井壁，而不能發生軸向移動，避免膨脹膠筒17被壓縮，同時，下支撐塊15表面硫化的橡膠13貼緊井壁；下支撐塊15支撐到位后，上支撐塊11繼續沿軸向移動，同時在軸向力的推動下，沿錐體14的斜面徑向擴張，支撐到井壁，其表面硫化的橡膠13緊貼井壁，保護機構完成動作；在上支撐塊11和下支撐塊15都支撐到位后，其表面的橡膠會形成一道初步密封；在上支撐塊11移動到位后，鎖環6會和防退螺紋8鎖定，防止在壓差作用下活塞10復位而造成支撐塊失效。在井下環境條件下，膨脹膠筒17吸入鉆井液或某種特殊液體后自行膨脹，填充環空間隙，封隔器完成坐封。
[0031]如圖6所示，水平井裸眼封隔器四段分段壓裂管柱，根據壓裂設計需要可增加至更多段數或減少段數。按井底至井口順序:由導向頭篩管19、浮箍20、壓差滑套21、帶壓縮保護機構的自膨脹隔器一 22、投球滑套一 23、帶壓縮保護機構的自膨脹隔器二 24、投球滑套二 25、帶壓縮保護機構的自膨脹隔器三26、投球滑套三27、懸掛器28與密封插入對接組成。當裸眼水平井鉆完后，經過模擬井下工具通井，保證下入套管的直井段及裸眼水平井段暢通、規則后，井眼大小適合下入分段壓裂工藝管柱后，用鉆桿或油管將分段壓裂工藝管柱下井，通過井口投球憋壓坐封帶壓縮保護機構的自膨脹隔器的保護機構、懸掛封隔器、管柱丟手后，將直井段的送入管柱更換為壓裂管柱，在試壓合格后，自膨脹膠筒通過吸入KCL溶液或清水后膨脹，封隔器完成坐封。井口投入不同大小的球完成各層段的壓裂施工。壓裂時，通過提高井口壓力打開壓差滑套21完成第一段壓裂，投入較小球打開投球滑套22并封堵第一段完成第二段壓裂，投入與第三段配套的球打開投球滑套25并封堵第一、第二段，完成第三段壓裂，依次類推完成多段壓裂施工。
[0032]由于本發明帶壓縮保護機構的自膨脹封隔器坐封后端部保護機構具有承壓功能，同時具有一定的支撐強度，避免自膨脹膠筒在承受高壓時發生流變而導致封隔器失效，可有效增加段間封隔可靠性，提高分段壓裂效果。
[0033]以上例舉僅僅是對本發明的舉例說明，并不構成對本發明的保護范圍的限制，凡是與本發明相同或相似的設計均屬于本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種帶壓縮保護機構的自膨脹封隔器，包括封隔器本體，其特征在于:所述封隔器本體上半部外壁上設置有接頭(I)和中心管(18)，所述中心管(18)與接頭(I)下端連接，所述接頭(I)外壁上連接有防撞頭(3)，所述防撞頭(3)下端通過坐封剪釘(4)連接有鎖環座(5)，所述鎖環座(5)下端連接有連接頭(7)，所述鎖環座(5)上設置有鎖環￠)，所述連接頭(7)下邊的接頭(I)上設置有防退螺紋(8)，所述連接頭(7)下端連接有活塞(10)，所述中心管(18)上設有進液孔(9)，所述進液孔(9)與活塞(10)的活塞腔相通，所述活塞(10)下端的中心管(18)外壁上由上至下依次活動連接有上支撐塊(11)、錐體(14)和下支撐塊(15)，所述錐體(14)的底面與中心管(18)連接，錐體(14)的兩斜面分別與上支撐塊(11)和下支撐塊(15)相貼合，所述上支撐塊(11)和下支撐塊(15)表面硫化有橡膠(13)，所述下支撐塊(15)下端中心管(18)外壁上設有擋環(16)，所述擋環(16)下端中心管(18)外壁上設置有膨脹膠筒(17)，所述封隔器本體下半部與上半部以膨脹膠筒(17)為中心兩端對稱。
2.如權利要求1所述的帶壓縮保護機構的自膨脹封隔器，其特征在于:所述防撞頭(3)與接頭(I)之間設有防轉銷釘(2)。
3.如權利要求1所述的帶壓縮保護機構的自膨脹封隔器，其特征在于:所述上支撐塊(11)和下支撐塊(15)外表面均設置有箍簧(12)。
4.如權利要求1所述的帶壓縮保護機構的自膨脹封隔器，其特征在于:所述錐體(14)兩斜面的斜面角度不同，上支撐塊(11) 一端的斜面角度大于下支撐塊(15) —端的斜面角度。
5.如權利要求1或4所述的帶壓縮保護機構的自膨脹封隔器，其特征在于:所述上支撐塊(11)下端面為斜面，且斜面角度與錐體(14)上端面的斜面角度相同。
6.如權利要求1或4所述的帶壓縮保護機構的自膨脹封隔器，其特征在于:所述下支撐塊(15)上端面為斜面，且斜面角度與錐體(14)下端面的斜面角度相同。
【文檔編號】E21B33/127GK104314510SQ201410632625
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年11月12日 優先權日:2014年11月12日
【發明者】趙廣民, 付鋼旦, 王治國, 桂捷, 趙敏琦, 李旭梅, 郭思文, 張華光 申請人:中國石油天然氣股份有限公司