一种柔性自密封防肩突压缩式封隔器.pdf

本发明公开了一种柔性自密封防肩突压缩式封隔器，解决了现有封隔器耐压能力低的问题。具体包括中心管、传动缸体、活塞套及压缩塞等，其中传动缸体的下端沿周向均设若干卡爪，传动缸体下方的中心管上设有凸台，传动缸体与中心管凸台之间设有弹簧，凸台下方中心管上依次套有承压胶筒、中胶筒及施压胶筒，中心管凸台外设置台肩，台肩与承压胶筒之间放置有防护罩，施压胶筒下方的中心管外套有活塞套，所述中胶筒内设置沿其基体周向的环形空腔，环形空腔内充入液体；压缩塞的锥状部插入到施压胶筒的下端口内，压缩塞的基体表面设置若干条环形流道及纵向流道。本发明上述结构共同作用提高封隔器的耐压能力，满足深井压裂与大规模缝网压裂的需求。

1.  一种柔性自密封防肩突压缩式封隔器，包括上接头、上挡环、传动缸体、中心管、弹簧、防护罩、承压胶筒、中胶筒、施压胶筒、活塞套、下挡环及下接头，上接头的内螺纹与中心管的外螺纹连接，中心管上分别设置上液孔及下液孔，上液孔及下液孔处的中心管外分别设置过滤套，中心管的下端螺纹连接下接头，上接头的外螺纹与上挡环的内螺纹连接，上挡环的下方螺纹连接传动缸体，其特征在于：所述传动缸体的下端沿周向均设若干卡爪，传动缸体下方的中心管上设有凸台，传动缸体与中心管凸台之间设有弹簧，凸台下方中心管上依次套有承压胶筒、中胶筒及施压胶筒，相邻两胶筒之间设置隔环，中心管凸台外设置台肩，台肩与承压胶筒之间放置有防护罩，施压胶筒下方的中心管外套有活塞套，活塞套与下接头之间还螺纹连接下挡环。

2.  根据权利要求1所述的柔性自密封防肩突压缩式封隔器，其特征在于：所述中胶筒内设置沿其基体周向的环形空腔，环形空腔内充入液体。

3.  根据权利要求1所述的柔性自密封防肩突压缩式封隔器，其特征在于：所述施压胶筒的下端口内为锥面，下端面上设置密封唇；且封隔器还包括压缩塞，所述压缩塞的基体上部为锥状，下部为圆柱状，压缩塞的锥状部插入到施压胶筒的下端口内，压缩塞的基体表面设置若干条环形流道及纵向流道。

一种柔性自密封防肩突压缩式封隔器
技术领域
本发明涉及一种油田注水、堵水、压裂作业中，用于分隔地层的封隔器。
背景技术
常用压缩式封隔器的零部件主要包括中心管、胶筒组（包括一只中胶筒、两只边胶筒）、三级活塞套等，封隔器通过螺纹连接到井下管柱上，下至预定井深后，由地面泵组将液体泵入管柱内，流体经中心管上的孔道进入活塞套内使其上行，胶筒受到轴向压缩后发生径向扩张变形，将中心管和套管内壁之间的环形间隙封堵。流体压力愈大，胶筒与套管和中心管之间产生接触压力愈大，当接触压力高于流体压力时，封隔器实现座封，流体进入封隔器所分隔的地层空间，为油井分层采油、堵水、注水注气等工艺提供保障。
随着油田开采进入中后期，深井压裂与大规模缝网压裂势在必行，超深井、大排量的需求导致压裂作业压力的升高，常规封隔器座封压力等级低，从而易发生座封失效。现有的胶筒刚度较大，若要提高常规压缩式封隔器的座封能力，唯有增大压缩胶筒的轴向动力，即增加活塞缸套的级数，这样才能提供足够大的径向接触压力，从而完成封隔地层的任务。现有的封隔器为三级活塞缸，再增加活塞缸级数会导致封隔器整体长度大幅度增加，从而带来下井时通过能力差以及压力波动而发生封隔器蠕动的问题。
封隔器钢体与套管间有一定间隙，当轴向压力过大时，则会产生胶筒“肩突”现象，从而引起胶筒强度超过其抗撕裂强度损坏而失效。目前针对这一现象进行的防突结构改进就是在胶筒的端部安放某种阻挡环、支撑件、限制装置和保护件等，用以阻止和限制封隔器座封时胶筒朝油套环形空间“突出”或“流动”，从而提高和保持接触应力，以获得良好的密封性。目前在现场实际投入使用的“防突”结构较少，主要有铜碗固化型和钢网或钢带固化型两种。但是随着压力增加，胶筒的护肩发生了翻转，受损严重，导致胶筒与护肩之间剥落，刺伤胶筒。这也反应了现在应用的护肩在低压力情况下能起到一定的保护作用，但是随着压力的增加，普通的防突装置已经不能满足井下作业需要，所以，耐高压的防突装置的研究势在必行。
发明内容
为了解决背景技术中的问题，本发明提供一种柔性自密封防肩突压缩式封隔器，该封隔器设置的耐高压防肩突结构可有效保护承压胶筒，同时避免因井底压力波动而发生封隔器窜动现象的发生，保障封隔器有效座封；另外，本发明封隔器还增加了提高其密封性能的结构设计，从而提高封隔器的耐压能力，满足深井压裂与大规模缝网压裂的需求。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种柔性自密封防肩突压缩式封隔器，包括上接头、上挡环、传动缸体、中心管、弹簧、防护罩、承压胶筒、中胶筒、施压胶筒、活塞套、下挡环及下接头，上接头的内螺纹与中心管的外螺纹连接，中心管上分别设置上液孔及下液孔，上液孔及下液孔处的中心管外分别设置过滤套，中心管的下端螺纹连接下接头，上接头的外螺纹与上挡环的内螺纹连接，上挡环的下方螺纹连接传动缸体，其特征在于：所述传动缸体的下端沿周向均设若干卡爪，传动缸体下方的中心管上设有凸台，传动缸体与中心管凸台之间设有弹簧，凸台下方中心管上依次套有承压胶筒、中胶筒及施压胶筒，相邻两胶筒之间设置隔环，中心管凸台外设置台肩，台肩与承压胶筒之间放置有防护罩，施压胶筒下方的中心管外套有活塞套，活塞套与下接头之间还螺纹连接下挡环。
优选所述中胶筒内设置沿其基体周向的环形空腔，环形空腔内充入液体。
优选所述施压胶筒的下端口内为锥面，下端面上设置密封唇；且封隔器还包括压缩塞，所述压缩塞的基体上部为锥状，下部为圆柱状，压缩塞的锥状部插入到施压胶筒的下端口内，压缩塞的基体表面设置若干条环形流道及纵向流道。
本发明的有益效果：
1、具有可靠的防肩突设计
本发明的防肩突结构主要由传动缸体、弹簧及防护罩三个零件构成，传动缸体上的卡爪沿着弹簧挡圈外表面向下爬，当卡爪完全打开时，正好顶在防护罩上，其卡爪外表面与井壁完全接触，保证其不能继续扩张，当泄压时，弹簧便支撑起卡爪回收，封隔器解封。此设计一是有效的保护了承压胶筒，避免发生胶筒肩突现象，二是将封隔器卡紧在套管壁上，避免因井底压力波动而发生封隔器窜动，保障封隔器有效座封；
2、具有自密封性能
本发明封隔器上的施压胶筒采用了密封唇设计，随着流体压力的提高，三个胶筒的基体与套管壁的接触压力会增加，在流体作用下，施压胶筒的密封唇与套管壁的接触压力也随之提高，具有自密封性；
3、具有压力转换功能，提高座封性能
本发明封隔器采用的中胶筒，由于中间有液体囊，胶筒的刚度降低，想获得同样的径向接触压力，不需要提供很大的轴向力，从而可以节省活塞缸套的级数及减小工具长度。另外，在保证解封时的回弹刚度的情况下，液体囊的存在使得中胶筒在较小的液压下即可以启动密封。由于液体的不可压缩性和传递压力的性能，当胶筒座封后，当流体压力提高时，可将所受的轴向压力转化为径向压力作用在套管上，从而提高胶筒与套管的接触压力，达到有效座封的目的。
附图说明
图1是本发明柔性自密封防肩突压缩式封隔器的结构示意图。
图2是柔性自密封防肩突压缩式封隔器在初始密封状态下的结构示意图。
图3是柔性自密封防肩突压缩式封隔器在完全密封状态下的结构示意图。
图4是中胶筒的结构示意图。
图5是传动缸体的结构示意图。
图6是施压胶筒与压缩塞连接在一起的结构示意图。
图7是压缩塞的结构示意图。
图8是图1中的I部局部放大图。
具体实施方式
由图1所示：一种柔性自密封防肩突压缩式封隔器，包括上接头1、上挡环2、传动缸体3、中心管4、弹簧5、防护罩7、承压胶筒8、中胶筒10、施压胶筒11、活塞套15、下挡环16及下接头14，上接头1的内螺纹与中心管4的外螺纹连接，中心管4上分别设置上液孔及下液孔，上液孔及下液孔处的中心管4外分别设置过滤套13，中心管4的下端螺纹连接下接头14，上接头1的外螺纹与上挡环2的内螺纹连接，上挡环2的下方螺纹连接传动缸体3，由图5所示：所述传动缸体3的下端沿周向均设若干卡爪31，传动缸体3下方的中心管上设有凸台6，传动缸体3与中心管凸台6之间设有弹簧5，凸台6下方中心管上依次套有承压胶筒8、中胶筒10及施压胶筒11，相邻两胶筒之间设置隔环9，由图8所示：中心管凸台6外设置台肩，台肩与承压胶筒8之间放置有防护罩7，施压胶筒11下方的中心管外套有活塞套15，活塞套15与下接头14之间还螺纹连接下挡环16。
由图4所示：所述中胶筒10内设置沿其基体周向的环形空腔101，环形空腔101内充入液体。
由图6结合图7所示：所述施压胶筒11的下端口内为锥面，下端面上设置密封唇；且封隔器还包括压缩塞12，所述压缩塞12的基体上部为锥状，下部为圆柱状，压缩塞12的锥状部插入到施压胶筒11的下端口内，压缩塞12的基体表面设置若干条环形流道122及纵向流道121。
由图2所示：封隔器下井后，地面泵组注液，在启封压力作用下，进入中心管4的压裂液推动传动缸体3向下运动，传动缸体3在弹簧5作用下发生较小位移，因此卡爪31尚未与防护罩7接触。压裂液进入中心管4，推动活塞套15向上运动，充液中胶筒10由于刚度较小，因此压缩变形与套管17内壁先行接触，达到初密封状态。
由图3所示：当压力继续逐渐增大后，卡爪31沿着中心管凸台6外锥面下行外伸，当胶筒行程达到压缩距与井壁完全接触起密封作用时，卡爪31完全打开，其侧壁与井壁完全接触，底端与中心管凸台7接触，保证其不能继续上爬，顶端支撑防护罩7，保护承压胶筒8防止其肩突。承压胶筒8、中胶筒10、施压胶筒11三个胶筒都完全压缩，具有导流作用的压缩塞12将流体通过环形流道122及纵向流道121引向施压胶筒11内侧，使其密封唇紧紧贴在井壁上，达到封隔地层的效果。
压裂结束后，泄压，弹簧5支撑传压缸体3向上运动至上接头1位置，三个胶筒回复初始下井状态，解封起管柱。