專利名稱：自定壓擴(kuò)張式裸眼封隔器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及油田油氣井壓裂、酸化技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種裸眼封隔專用工 具，是一種自定壓擴(kuò)張式裸眼封隔器。采用油管下入井內(nèi)，適用于152. 4mm裸眼井的封隔器。
背景技術(shù)：
在油氣分層壓裂中，封隔器是井下必不可少的專用工具之一，封隔器能否在裸眼 油氣井高壓、高溫下正常工作，是保證裸眼油氣井壓裂施工的關(guān)鍵。在使用過程中發(fā)現(xiàn)，對 裸眼油氣井進(jìn)行分層壓裂時，擴(kuò)張式封隔器都不同程度存在如下問題一是因油管壓力波 動引起坐封不可靠；二是因裸眼井眼不規(guī)則難以達(dá)到有效封隔的目的；三是因壓裂施工時 油管壓力過高，封隔器膠筒擴(kuò)張過量而遭破壞。中國專利公開號C擬651433Y，提供了 “一種小直徑擴(kuò)張式注水套變井用封隔器”。 上接頭與中心管螺紋連接，連接套與上膠筒座螺紋連接，單向閥與該連接套螺紋連接，膠筒 一端與上膠筒座螺紋連接，另一端與下膠筒座螺紋連接，座封活塞與溢缸套滑動連接，該溢 缸套與下接頭滑動連接，該下接頭與中心管螺紋連接，解封銷釘與溢缸套固定連接。采用縱 向壓縮和徑向擴(kuò)張兩種方式同時擴(kuò)張膠筒。原理和使用方法下入井內(nèi)預(yù)定工作深度后， 由地面向油管內(nèi)泵入清水，水由中心管進(jìn)入單向閥內(nèi)，再進(jìn)入膠筒內(nèi)，膠筒在液體壓差作用 下擴(kuò)張，同時水由中心管下端進(jìn)入液腔內(nèi)，推動活塞頭上行，活塞頭通過解封銷釘拉動鎖套 上行，至指定位置，這時膠筒在壓差作用下，繼續(xù)脹封。當(dāng)?shù)孛嫱Ｖ棺⑺畷r，油管內(nèi)水壓降下 來，此時單向閥關(guān)閉。膠筒內(nèi)水被封閉，完成座封。當(dāng)工作結(jié)束、需用解封時，向上提管柱， 剪斷解封鎖釘，膠筒內(nèi)液體推動活塞頭下移，越過下連接套后，膠筒內(nèi)液體流回油管內(nèi)，膠 筒在壓差作用下收縮，完成解封。由于沒有膨脹限制結(jié)構(gòu)，當(dāng)中心管內(nèi)液體不停進(jìn)入，膠筒 不停擴(kuò)張膨脹，能把膠筒脹破，造成座封失敗。尤其是在井眼直徑不規(guī)范的裸眼井應(yīng)用時， 很容易發(fā)生膠筒脹破座封失敗。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種自定壓擴(kuò)張式裸眼封隔器，用于裸眼井分層壓裂 井下封隔。利用單向閥，使膠筒內(nèi)腔高壓液體不會倒流，封隔器保持穩(wěn)定密封狀態(tài)；采用限 位環(huán)封堵進(jìn)液孔，使膠筒膨脹達(dá)到限定直徑后，液體無法進(jìn)入膠筒內(nèi)腔，避免膠筒無限制擴(kuò) 張，起到保護(hù)膠筒的作用。本實用新型采用的技術(shù)方案是自定壓擴(kuò)張式裸眼封隔器，主要由上接頭、坐封機(jī) 構(gòu)、密封機(jī)構(gòu)、解封機(jī)構(gòu)、中心管和下接頭組成。其特征在于在上接頭的下端有內(nèi)螺紋，上 接頭下端內(nèi)螺紋連接一個中心管；中心管的下端螺紋連接一個下接頭。在中心管上套有密 封機(jī)構(gòu)。密封機(jī)構(gòu)主要由上壓帽、上連接體、膠筒、下壓帽和下連接體組成。上連接體和下 連接體分別硫化在膠筒兩端內(nèi)壁上；上壓帽內(nèi)螺紋與上連接體上端外螺紋相連，上壓帽下端環(huán)形筒套在膠筒上端外壁上；下壓帽內(nèi)螺紋與下連接帽內(nèi)螺紋連接，下壓帽上端套在膠 筒下端外壁上；上連接體、膠筒和下連接體套在中心管的外壁上，上連接體、膠筒和下連接 體能在中心管上滑動，并且與中心管外壁保持一定間隙。坐封機(jī)構(gòu)主要由上環(huán)形鉤帽、限位環(huán)、坐封剪釘、坐封活塞、液缸和單向閥組成。上 環(huán)形鉤帽套在上接頭的下端外壁上，上接頭外壁下端有徑向向外凸起的環(huán)形臺階，上環(huán)形 鉤帽內(nèi)壁上端有徑向向內(nèi)凸起的環(huán)形臺階，當(dāng)上環(huán)形鉤帽向下滑動，并且上環(huán)形鉤帽端環(huán) 形臺階接觸到上接頭下端環(huán)形臺階后，上環(huán)形鉤帽不能繼續(xù)滑動。上環(huán)形鉤帽的下端內(nèi)螺 紋連接液缸上端；液缸內(nèi)壁與中心管外壁之間形成環(huán)形空間；在液缸與中心管之間的環(huán)形 空間內(nèi)有環(huán)形限位環(huán)和環(huán)形坐封活塞；限位環(huán)上端通過螺紋與液缸固定在一起，限位環(huán)的 下端通過坐封剪釘連接坐封活塞，坐封活塞與中心管之間有環(huán)形密封空間；在中心管上有 進(jìn)液孔，進(jìn)液孔使環(huán)形密封空間與中心管聯(lián)通，中心管內(nèi)的液體能通過進(jìn)液孔進(jìn)入到環(huán)形 密封空間內(nèi)，推動座封活塞剪斷坐封剪釘，并且座封活塞在液缸與中心管之間的環(huán)形空間 內(nèi)向下滑動。液缸下端有外螺紋，液缸通過外螺紋與上壓帽上端環(huán)形筒連接，在液缸的下端 有單流閥；當(dāng)座封活塞向下滑動后，高壓液體能通過單流閥進(jìn)入膠筒與中心管之間的縫隙 內(nèi)，使膠筒膨脹座封。單流閥是由鋼球、彈簧和閥座組成，在液缸的下端有軸向孔，軸向孔上端通過小孔 與液缸和中心管之間的環(huán)形空間聯(lián)通，在軸向孔內(nèi)有鋼球和壓縮彈簧，在軸向孔的端部螺 紋固定有閥座，閥座壓緊彈簧，閥座上有液體通過孔。為了限位環(huán)與中心管之間的密封性，在限位環(huán)的內(nèi)壁上有密封圈；為了提高限位 環(huán)與液缸的密封性，在限位環(huán)的外壁上有密封圈；為了提高坐封活塞的密封性，在坐封活塞 的內(nèi)壁上和坐封活塞的外壁上分別有活塞密封圈。為了提高液缸與中心管之間的密封性， 在液缸內(nèi)壁上有密封圈；在液缸與上壓帽之間有密封圈。為了座封活塞向下滑動后，高壓液體能到達(dá)座封活塞的下部，在座封活塞壁上有 孔；并且座封活塞下部的液缸與中心管之間的環(huán)形空間的寬度大于座封活塞上部的環(huán)形空 間寬度；在坐封活塞的下平面上有一個環(huán)形凸起。解封機(jī)構(gòu)主要由下壓帽、解封銷釘、下鉤帽組成。下壓帽的下端內(nèi)壁套在中心管 上，在下壓帽的下端外壁有螺紋，下壓帽下端螺紋連接下環(huán)形鉤帽；下環(huán)形鉤帽內(nèi)壁套在中 心管上，并且下環(huán)形鉤帽與中心管之間通過解封銷釘固定；下環(huán)形鉤帽的下端面與下接頭 上端面之間有距離，解封銷釘被剪斷后，下環(huán)形鉤帽能向下滑動；解封銷釘下部的中心管外 徑小于解封銷釘上部中心管的外徑，當(dāng)下環(huán)形鉤帽和下壓帽向下滑動時，液體能流出。簡述自定壓擴(kuò)張式裸眼封隔器的工作原理。參閱圖1。該封隔器采用液壓坐封和 上提管柱解封工作方式。將該封隔器連接在油管上，下入裸眼井筒中，從井口投球，油管內(nèi) 液體壓力升高。首先，高壓液體從進(jìn)液孔21進(jìn)入坐封活塞7與中心管3之間的環(huán)形空間，壓力升 高剪斷坐封剪釘5，坐封活塞7向下滑動，高壓液體進(jìn)入到坐封活塞7下部，推開單向閥的鋼 球10，高壓液體進(jìn)入膠筒15內(nèi)腔，膠筒15擴(kuò)張至裸眼井內(nèi)壁，實現(xiàn)環(huán)形空間的封隔。其次， 當(dāng)膠筒15擴(kuò)張至一定尺寸時，帶動液缸8、上環(huán)形鉤帽2和限位環(huán)4下行，限位環(huán)4下行至 中心管3上的進(jìn)液孔21，并封堵進(jìn)液孔21 ；中心管內(nèi)高壓液體再無法進(jìn)入膠筒15內(nèi)腔，起 到保護(hù)膠筒15的作用。當(dāng)中心管3內(nèi)壓力下降后，由于單向閥作用，膠筒15內(nèi)腔高壓液體不會流出，即使油管壓力變動，封隔器還能保持密封狀態(tài)。封隔器坐封完成后，能進(jìn)行油井 壓裂施工作業(yè)。參閱圖2。壓裂施工完成后，需要封隔器解封時，上提管柱帶動中心管4向上運(yùn)動； 依靠膠筒15與井壁間的摩擦力，使中心管4與膠筒15有相對移動，解封銷釘18被剪斷，膠 筒15內(nèi)腔的高壓液體從下環(huán)形鉤帽19的下端流出，膠筒15外徑收縮，膠筒15脫離井壁實 現(xiàn)封隔器解封。本實用新型的有益效果本實用新型自定壓擴(kuò)張式裸眼封隔器，能實現(xiàn)環(huán)形空間 的封隔，夠滿足裸眼油氣井單層壓裂、酸化分層改造的要求。一、不僅能夠滿足裸眼油氣井單層壓裂、酸化分層改造的要求，而且也可滿足不動 管柱一次分層壓裂多層施工要求，降低了多層段改造的成本。二、限位環(huán)使該封隔器具有 自我保護(hù)膠筒防止膨脹過度的特點，當(dāng)膠筒擴(kuò)張至一定尺寸時，由于限位環(huán)封堵了進(jìn)液孔， 油管內(nèi)高壓液體再無法進(jìn)入膠筒內(nèi)腔，避免膠筒在裸眼無限制擴(kuò)張，起到保護(hù)膠筒的作用。 三、單向閥提高該封隔器的密封穩(wěn)定性，不受油管壓力波動影響的特點，與傳統(tǒng)的擴(kuò)張式封 隔器相比，該封隔器坐封后，由于單向閥的作用，即使油管壓力變動，膠筒內(nèi)腔高壓液體不 會流出，封隔器還能保持穩(wěn)定密封狀態(tài)。

圖1是本實用新型自定壓擴(kuò)張式裸眼封隔器上半部分結(jié)構(gòu)剖面示意圖。圖2是本實用新型自定壓擴(kuò)張式裸眼封隔器下半部分結(jié)構(gòu)剖面示意圖。圖中，1.上接頭，2.上環(huán)形鉤帽，3.中心管，4.限位環(huán)，5.坐封剪釘，6.活塞密封 圈，7.坐封活塞，8.液缸，9.密封圈，10.鋼球，兒.彈簧，12.閥座，13.上壓帽，14.上連接 體，15.膠筒，16.下壓帽，17.下連接體，18.解封銷釘，19.下環(huán)形鉤帽，20.下接頭，21.進(jìn) 液孔，22.環(huán)形凸起。
具體實施方式
實施例1 以一個應(yīng)用于井徑為152. 4mm裸眼井的自定壓擴(kuò)張式裸眼封隔器為例， 對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。參閱圖1。自定壓擴(kuò)張式裸眼封隔器，主要由上接頭1、坐封機(jī)構(gòu)、密封機(jī)構(gòu)、解封 機(jī)構(gòu)、中心管3和下接頭20組成。在上接頭1的下端有內(nèi)螺紋，上接頭1下端內(nèi)螺紋連接 一個中心管3;中心管3的下端螺紋連接一個下接頭20。在中心管3上套有密封機(jī)構(gòu)。中 心管3內(nèi)徑60mm。密封機(jī)構(gòu)主要由上壓帽13、上連接體14、膠筒15、下壓帽16和下連接體17組成。 膠筒15外徑146mm。上連接體14和下連接體17分別硫化在膠筒15兩端內(nèi)壁上；上壓帽 13中部的內(nèi)螺紋與上連接體14上端外螺紋相連，上壓帽13下端環(huán)形筒套在膠筒15上端外 壁上；下壓帽16內(nèi)螺紋與下連接帽17中部的內(nèi)螺紋連接，下壓帽16上端套在膠筒15下端 外壁上；上連接體14、膠筒15和下連接體17套在中心管3的外壁上。坐封機(jī)構(gòu)主要由上環(huán)形鉤帽2、限位環(huán)4、坐封剪釘5、坐封活塞7、液缸8和單向閥 組成。上環(huán)形鉤帽2套在上接頭1的下端外壁上，上接頭1外壁下端有徑向向外凸起的環(huán) 形臺階，上環(huán)形鉤帽2內(nèi)壁上端有徑向向內(nèi)凸起的環(huán)形臺階。上環(huán)形鉤帽2的下端內(nèi)螺紋
5連接液缸8上端；液缸8內(nèi)壁與中心管3外壁之間形成環(huán)形空間，液缸8的下端內(nèi)壁套在中 心管3上，在液缸8內(nèi)壁上有兩道密封圈9。在液缸8與中心管3之間的環(huán)形空間內(nèi)有一個 環(huán)形限位環(huán)4和一個環(huán)形坐封活塞7 ；在限位環(huán)4的內(nèi)壁上有密封圈。在限位環(huán)4的外壁 上有密封圈。在坐封活塞7的內(nèi)壁上和坐封活塞7的外壁上分別有活塞密封圈6。限位環(huán) 4上端通過螺紋與液缸8固定在一起，限位環(huán)4的下端通過坐封剪釘5連接坐封活塞7，坐 封剪釘5有四個并均勻分布。坐封活塞7與中心管3之間有一個環(huán)形密封空間；在中心管 3上對稱分布有兩個進(jìn)液孔21，進(jìn)液孔21使環(huán)形密封空間與中心管3聯(lián)通。液缸8下端有 外螺紋，液缸8通過外螺紋與上壓帽13上端環(huán)形筒連接，在液缸8與上壓帽13之間有密封 圈9。在液缸8的下端對稱分布有兩個單流閥。單流閥是由鋼球10、彈簧11和閥座12組成，在液缸8的下端有軸向孔，軸向孔上 端通過小孔與液缸8和中心管3之間的環(huán)形空間聯(lián)通，在軸向孔內(nèi)有鋼球10和壓縮彈簧 11，在軸向孔的端部螺紋固定有閥座12，閥座12壓緊彈簧11，閥座12上有液體通過孔。在座封活塞7壁上有孔；并且座封活塞7下部的液缸8與中心管3之間的環(huán)形空 間的寬度大于座封活塞7上部的環(huán)形空間寬度3毫米；在坐封活塞7的下平面上有一個高 度為5mm的環(huán)形凸起22。環(huán)形凸起22不能堵塞單向閥的小孔。小孔直徑5mm。參閱圖2。解封機(jī)構(gòu)主要由下壓帽16、解封銷釘18、下鉤帽19組成。下壓帽16的 下端內(nèi)壁套在中心管3上，在下壓帽16的下端外壁有螺紋，下壓帽16下端螺紋連接下環(huán)形 鉤帽19 ；下環(huán)形鉤帽19內(nèi)壁套在中心管3上，并且下環(huán)形鉤帽19與中心管3之間通過均 勻分布的四個解封銷釘18固定；下環(huán)形鉤帽19的下端面與下接頭20上端面之間有200mm 的距離。這個距離應(yīng)當(dāng)使下環(huán)形鉤帽19下滑到下接頭20上端面后，膠筒15內(nèi)的液體能從 下壓帽16與中心管外壁之間流出。
權(quán)利要求1.一種自定壓擴(kuò)張式裸眼封隔器，主要由上接頭(1)、坐封機(jī)構(gòu)、密封機(jī)構(gòu)、解封機(jī)構(gòu)、 中心管C3)和下接頭00)組成；其特征在于在上接頭(1)的下端有內(nèi)螺紋，上接頭(1)下 端內(nèi)螺紋連接一個中心管(3)；中心管(3)的下端螺紋連接一個下接頭(20)，在中心管(3) 上套有密封機(jī)構(gòu)；密封機(jī)構(gòu)主要由上壓帽(13)、上連接體(14)、膠筒(15)、下壓帽(16)和下連接體(17) 組成，上連接體(14)和下連接體(17)分別硫化在膠筒(1 兩端內(nèi)壁上；上壓帽(1 內(nèi)螺 紋與上連接體(14)上端外螺紋相連，上壓帽(1 下端環(huán)形筒套在膠筒(1 上端外壁上； 下壓帽(16)內(nèi)螺紋與下連接帽(17)內(nèi)螺紋連接，下壓帽(16)上端套在膠筒(1 下端外 壁上；上連接體(14)、膠筒(1 和下連接體(17)套在中心管(3)的外壁上；坐封機(jī)構(gòu)主要由上環(huán)形鉤帽O(jiān))、限位環(huán)0)、坐封剪釘(5)、坐封活塞(7)、液缸(8)和 單向閥組成，上環(huán)形鉤帽( 套在上接頭(1)的下端外壁上，上接頭(1)外壁下端有徑向向 外凸起的環(huán)形臺階，上環(huán)形鉤帽O(jiān))內(nèi)壁上端有徑向向內(nèi)凸起的環(huán)形臺階；上環(huán)形鉤帽(2) 的下端內(nèi)螺紋連接液缸(8)上端；液缸(8)內(nèi)壁與中心管C3)外壁之間形成環(huán)形空間；在液 缸(8)與中心管(3)之間的環(huán)形空間內(nèi)有環(huán)形限位環(huán)(4)和環(huán)形坐封活塞(7)；限位環(huán)(4) 上端通過螺紋與液缸(8)固定在一起，限位環(huán)的下端通過坐封剪釘( 連接坐封活塞 (7)，坐封活塞(7)與中心管C3)之間有環(huán)形密封空間；在中心管C3)上有進(jìn)液孔(21)，進(jìn) 液孔使環(huán)形密封空間與中心管⑶聯(lián)通；液缸⑶下端有外螺紋，液缸⑶通過外螺 紋與上壓帽(1 上端環(huán)形筒連接，在液缸(8)的下端有單流閥；解封機(jī)構(gòu)主要由下壓帽(16)、解封銷釘(18)、下鉤帽(19)組成，下壓帽(16)的下端內(nèi) 壁套在中心管C3)上，在下壓帽(16)的下端外壁有螺紋，下壓帽(16)下端螺紋連接下環(huán)形 鉤帽(19)；下環(huán)形鉤帽(19)內(nèi)壁套在中心管(3)上，并且下環(huán)形鉤帽(19)與中心管(3)之 間通過解封銷釘(18)固定；下環(huán)形鉤帽(19)的下端面與下接頭OO)上端面之間有距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自定壓擴(kuò)張式裸眼封隔器，其特征是單流閥是由鋼球(10)、 彈簧(11)和閥座(1 組成，在液缸(8)的下端有軸向孔，軸向孔上端通過小孔與液缸(8) 和中心管(3)之間的環(huán)形空間聯(lián)通，在軸向孔內(nèi)有鋼球(10)和壓縮彈簧(11)，在軸向孔的 端部螺紋固定有閥座(1 ，閥座(1 壓緊彈簧(11)，閥座(1 上有液體通過孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自定壓擴(kuò)張式裸眼封隔器，其特征是在限位環(huán)的內(nèi)壁 上有密封圈；在限位環(huán)(4)的外壁上有密封圈；在坐封活塞(7)的內(nèi)壁上和坐封活塞(7)的 外壁上分別有活塞密封圈(6)；在液缸⑶內(nèi)壁上有密封圈(9)；在液缸⑶與上壓帽(13) 之間有密封圈(9)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的自定壓擴(kuò)張式裸眼封隔器，其特征是在座封活塞(7) 壁上有孔；并且座封活塞(7)下部的液缸(8)與中心管(3)之間的環(huán)形空間的寬度大于座 封活塞(7)上部的環(huán)形空間寬度；在坐封活塞(7)的下平面上有一個環(huán)形凸起02)。
專利摘要自定壓擴(kuò)張式裸眼封隔器，應(yīng)用于油田油氣井壓裂、酸化技術(shù)領(lǐng)域。上接頭下端連接中心管；中心管的下端連接一個下接頭，在中心管上套有密封機(jī)構(gòu)；密封機(jī)構(gòu)上連接體和下連接體分別硫化在膠筒兩端內(nèi)壁上；坐封機(jī)構(gòu)上環(huán)形鉤帽套在上接頭的下端外壁上；上環(huán)形鉤帽的下端連接液缸上端；在液缸與中心管之間的環(huán)形空間內(nèi)有環(huán)形限位環(huán)和環(huán)形坐封活塞；液缸下端與上壓帽，在液缸的下端有單流閥；解封機(jī)構(gòu)下壓帽的下端內(nèi)壁套在中心管上，下壓帽下端螺紋連接下環(huán)形鉤帽；下環(huán)形鉤帽內(nèi)壁套在中心管上，下環(huán)形鉤帽與中心管通過解封銷釘固定。效果是能夠滿足裸眼油氣井單層壓裂、酸化分層改造要求。避免膠筒在裸眼無限制擴(kuò)張，起到保護(hù)膠筒作用。
文檔編號E21B43/26GK201883994SQ20102062544
公開日2011年6月29日 申請日期2010年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月23日
發(fā)明者馮長青, 劉江波, 巨亞鋒, 張麗娟, 王效明, 王治國, 胡相君, 趙粉霞 申請人:中國石油天然氣股份有限公司