一種用于水平井體積壓裂的封隔器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于水平井體積壓裂的封隔器，該封隔器為柱狀壓縮式封隔器，包括上單流閥、反循環(huán)通道、膠筒和機械錨定機構。上單流閥機構配合反循環(huán)通道，滿足了油管內(nèi)和油管環(huán)空同時大排量注入，或僅油管環(huán)空大排量注入，滿足施工排量在10m3/min以上的需求。同時，平衡機構使得封隔器在解封狀態(tài)下也可以進行大排量反循環(huán)作業(yè)，封隔器內(nèi)部的砂粒在反洗過程中被反洗液流帶走，有效降低了整個封隔器內(nèi)部的砂卡風險，同時也有利于封隔器的快速解封。
【專利說明】—種用于水平井體積壓裂的封隔器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及超低滲透油田儲層改造設備領域，特別涉及一種用于水平井體積壓裂的封隔器。
【背景技術】
[0002]油井水平井的體積壓裂技術的特點是大液量、大排量、大砂量，施工排量都在IOmVmin以上，靠油管內(nèi)泵注根本達不到設計排量要求，需要油管內(nèi)和油套環(huán)空同時注入，或者是光套管注入。目前應用于體積壓裂工藝的封隔器工具還沒有較為成熟的產(chǎn)品，不能實現(xiàn)大排量泵注。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決現(xiàn)有技術中水平井的體積壓裂工藝所采用的封隔器不能實現(xiàn)大排量泵注的缺陷，本發(fā)明提供一種用于水平井體積壓裂的封隔器，該封隔器與水力噴射工具配和可以實現(xiàn)水力噴砂射孔，油管內(nèi)和油套環(huán)空同時大排量注入，或僅油套環(huán)空大排量注入，滿足施工排量在10m3/min以上的需求。
[0004]本發(fā)明通過如下技術方案實現(xiàn):
一種用于水平井體積壓裂的封隔器，該封隔器為柱狀壓縮式封隔器，包括上單流閥、反循環(huán)通道、膠筒和機械錨定機構，其中，上單流閥包括上接頭、芯軸和鋼球，上接頭從外側與芯軸螺紋連接，芯軸下部的內(nèi)徑小于上部內(nèi)徑，鋼球一置于芯軸內(nèi)，鋼球一直徑大于芯軸下部內(nèi)徑，小于芯軸上部內(nèi)徑；芯軸外側設有外套，外套尾端從外側與機械錨定機構的中心管螺紋連接，外套頂端從內(nèi)側與卡扣下部螺紋連接，卡扣上部與芯軸貼合，外套與芯軸之間留有空隙；芯軸與外套重合部分沿徑向?qū)ΨQ設有四個通孔，外套與芯軸上的通孔構成反循環(huán)通道；所述膠筒位于外套外側靠近機械錨定結構的凹陷部分。
[0005]進一步的，封隔器還包括平衡機構，所述平衡機構位于芯軸尾端，并與外套貼合密封，包括組合密封組和下單流閥，組合密封組嵌于芯軸與外套之間，下單流閥位于芯軸內(nèi)偵lJ,包括鋼球二和球座，球座嵌于芯軸內(nèi)側，球座內(nèi)徑于中部向后收縮，鋼球二直徑小于球座前部內(nèi)徑，大于球座后部內(nèi)徑；芯軸尾部與卡扣二螺紋連接，卡扣二于芯軸外側壓緊組合密封組，并于芯軸內(nèi)側壓緊下單流閥機構的球座。
[0006]進一步的，上單流閥機構在上接頭內(nèi)側的芯軸端部卡有擋板一，下單流閥機構在芯軸內(nèi)側的球座端部卡有擋板二，所述擋板一和擋板二上沿軸線方向均設有通孔。
[0007]進一步的，機械錨定機構為軌道式錨定機構，包括中心管、限位接頭和防砂結構，限位接頭套在中心管外側，防砂結構為限位接頭尾端的內(nèi)側面沿徑向?qū)ΨQ設置的多個花鍵槽。
[0008]本發(fā)明的上單流閥機構配合反循環(huán)通道，滿足了油管內(nèi)和油管環(huán)空同時大排量注入，或僅油管環(huán)空大排量注入，滿足施工排量在10m3/min以上的需求。同時，平衡機構使得封隔器在解封狀態(tài)下也可以進行大排量反循環(huán)作業(yè)，封隔器內(nèi)部的砂粒在反洗過程中被反洗液流帶走，有效降低了整個封隔器內(nèi)部的砂卡風險，同時也有利于封隔器的快速解封。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明所在管柱的結構示意圖；
圖2為本發(fā)明的結構示意圖；
圖3為本發(fā)明平衡機構的局部放大圖；
圖4為本發(fā)明坐封狀態(tài)下的反循環(huán)示意圖；
圖5為本發(fā)明解封狀態(tài)下的反循環(huán)示意圖；
圖6為本發(fā)明機械錨定機構的結構示意圖；
圖7為圖5的A-A剖視圖。
[0010]其中，1:上接頭；2:擋板一 ；3:鋼球一 ；4:卡扣一 ；5:芯軸；6:外套；7:組合密封組；8:擋板二 ；9:鋼球二 ；10:球座；11:膠筒；12:中心管；13:銷釘；14:限位接頭；15:卡扣二 ；16:花鍵槽；17:反循環(huán)通道；18:平衡機構；19:機械錨定機構；21:油管；22:油管環(huán)空；23:水力噴射工具；24:封隔器；25:其他輔助工具；1:反循環(huán)液流方向。
【具體實施方式】
[0011]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0012]如圖1所示，本發(fā)明所述的封隔器24與水力噴射工具23相結合，利用水力噴砂射孔、油管21內(nèi)和油管環(huán)空22同時注入，或僅油管環(huán)空22注入、油管21內(nèi)小排量伴注，由封隔器24封隔已施工層，配合其他輔助工具25，如壓裂閥工具等，進行自下而上逐層分層的大排量體積壓裂施工。
[0013]實施例1
本發(fā)明提供一種用于水平井體積壓裂的封隔器，參照圖2所示，該封隔器24為柱狀壓縮式封隔器，包括上單流閥、反循環(huán)通道17、膠筒11和機械錨定機構19，其中，上單流閥包括上接頭1、芯軸5和鋼球一 3，上接頭I從外側與芯軸5螺紋連接，芯軸5下部的內(nèi)徑小于上部內(nèi)徑，鋼球一 3置于芯軸5內(nèi)，鋼球一 3直徑大于芯軸5下部內(nèi)徑，小于芯軸5上部內(nèi)徑，使得鋼球一 3卡在芯軸5內(nèi)。上單流閥機構可以阻止上單流閥機構的上部液流向下流動，確保射孔作業(yè)正常進行；同時，允許上單流閥機構的下部液流向上推開鋼球一 3，進入管柱內(nèi)部。所述管柱是指井筒內(nèi)油管21和工具串共同構成的柱狀結構。
[0014]芯軸5外側設有外套6，外套6尾端從外側與機械錨定機構19的中心管12螺紋連接，外套6頂端從內(nèi)側與卡扣一 4下部螺紋連接，卡扣一 4上部與芯軸5貼合，用于限制芯軸5的徑向移動，保證芯軸5沿軸向移動時不會脫出外套。
[0015]芯軸5與外套6重合部分沿徑向?qū)ΨQ設有四個通孔，外套6與芯軸5之間留有空隙，外套6與芯軸5上的通孔構成反循環(huán)通道17。大過流面積的反循環(huán)通道17，配合外套6與芯軸5之間的空隙，保證反循環(huán)作業(yè)不受外套6和芯軸5之間的相對轉(zhuǎn)動和軸向位移的影響。
[0016]如圖4所示，I為反循環(huán)液流的方向。當封隔器24處于座封狀態(tài)時，油管環(huán)空22中的液流經(jīng)過外套6和芯軸5上的反循環(huán)通道17，自下而上推開上單流閥的鋼球一 3進入管柱內(nèi)，并由井口返出，實現(xiàn)了大排量反循環(huán)作業(yè)，小部分液流可經(jīng)水力噴射工具23的噴嘴進入管柱內(nèi)部。
[0017]所述膠筒11位于外套6外側靠近機械錨定結構19的凹陷部分，膠筒11受擠壓凸出外套6外側平面，封堵油管環(huán)空22，與機械錨定機構19配合進行座封。
[0018]實施例2
作為對實施例1所述封隔器的改進，如圖1、圖3所示，還包括平衡機構18，該平衡機構18位于芯軸5尾端，并與外套6貼合密封，包括組合密封組7和下單流閥，組合密封組7嵌于芯軸5與外套6之間，可以實現(xiàn)密封。下單流閥位于芯軸5內(nèi)側，包括鋼球二 9和球座10,球座10嵌于芯軸5內(nèi)側,球座10內(nèi)徑于中部向后收縮,鋼球二 9直徑小于球座10前部內(nèi)徑，大于球座10后部內(nèi)徑，使得鋼球二 9卡在球座10內(nèi)。下單流閥機構可以阻止管柱內(nèi)液流向封隔器24的下環(huán)空流動，此時可以進行油管21內(nèi)和油管環(huán)空22大排量注入壓裂施工，允許液流從下環(huán)空向上流動。芯軸5尾部與卡扣二 15螺紋連接，卡扣二 15于芯軸5外側壓緊組合密封組7，并于芯軸5內(nèi)側壓緊下單流閥機構的球座10。該卡扣二 15可隨芯軸5 —同沿軸向移動，一方面壓緊組合密封組7，保證芯軸5移動過程中組合密封組7不會脫出芯軸5外，另一方面壓緊下單流閥機構，使得下單流閥機構也能隨芯軸5 —同沿軸向移動。
[0019]所述上環(huán)空為上單流閥機構與下單流閥機構之間的空腔，下環(huán)空為下單流閥機構以下的空腔。平衡機構18能夠平衡封隔器24上環(huán)空壓力與下環(huán)空壓力。壓裂施工結束，放噴、反沖結束后，當上環(huán)空壓力高于下環(huán)空壓力時，如圖5所示，上提管柱，對封隔器24進行解封。上提力經(jīng)管柱、上接頭I傳遞至芯軸5，將芯軸5上提與外套6產(chǎn)生軸向的相對位移，將組合密封組7拉出外套6的內(nèi)密封面，上部環(huán)空的高壓可經(jīng)過外套6的內(nèi)側進入下中心管12，最終進入下環(huán)空，實現(xiàn)上、下環(huán)空壓力平衡。當下環(huán)空壓力高于上環(huán)空壓力時，下環(huán)空的高壓液流經(jīng)過中心管12推開鋼球二 9，進入芯軸5內(nèi)部，進入到封隔器24上環(huán)空，實現(xiàn)上、下環(huán)空壓力平衡。另外，平衡機構18也有利于封隔器24的快速解封。封隔器24座封后，上提管柱，將芯軸5拉出，由于上、下環(huán)空壓力平衡，使得膠筒11縮回，回復原始狀態(tài)，實現(xiàn)封隔器24的快速解封。
[0020]同時，如圖5中I所示的反循環(huán)液流方向，平衡機構18配合上單流閥機構使得封隔器24處于解封狀態(tài)時，反循環(huán)液流經(jīng)過外套6上的反循環(huán)通道17進入封隔器24的下環(huán)空，依次推開下單流閥機構的鋼球二 9和上單流閥機構的鋼球一 3進入管柱內(nèi)，并由井口返出，實現(xiàn)了大排量反循環(huán)作業(yè)。
[0021]實施例3
作為實施例2的改進，上單流閥機構在上接頭I內(nèi)側的芯軸5端部卡有擋板一 2，下單流閥機構在芯軸5內(nèi)側的球座10端部卡有擋板二 8，所述擋板一 2和擋板二 8上沿軸線方向均設有通孔。該通孔保證液流能夠通過，而鋼球則被擋板阻擋，不會因為被液流推開而隨液流一同流入管柱。
[0022]實施例4
作為上述實施例的改進，如圖6、圖7所示，機械錨定機構19為軌道式錨定機構，包括中心管12、限位接頭14和防砂結構，限位接頭14套在中心管12外側，防砂結構為限位接頭14尾端的內(nèi)側面沿徑向?qū)ΨQ設置的多個花鍵槽16。所述機械錨定機構19具有向下錨定功能，用于封隔器24的座封，阻止上環(huán)空的高壓對封隔器24產(chǎn)生的向下液壓作用力。銷釘13附近的中心管12外側面上設有多個軌跡槽，用于銷釘13的換軌。限位接頭14內(nèi)側面上的花鍵槽16用于防砂，當花鍵槽16內(nèi)有砂粒時，沙粒隨液流經(jīng)過花鍵槽16流出，避免沙粒影響銷釘切換軌跡槽，有利于錨定機構重復多次工作。
[0023]本發(fā)明的上單流閥機構配合反循環(huán)通道，利用液流的反循環(huán)作業(yè)實現(xiàn)油管與油管環(huán)空同時大排量注入的需要，滿足了施工排量在10m3/min以上的需求。同時，封隔器的平衡機構一方面保證了封隔器在坐封和解封狀態(tài)下均可進行大排量反循環(huán)作業(yè)，能有效降低整個封隔器內(nèi)部的砂卡風險；另一方面平衡封隔器上、下環(huán)空的壓力差，也有利于快速解封。
[0024]本實施例沒有詳細敘述的部件和結構屬本行業(yè)的公知部件和常用結構或常用手段，這里不一一敘述。
【權利要求】
1.一種用于水平井體積壓裂的封隔器，所述封隔器為柱狀壓縮式封隔器，其特征在于，包括上單流閥、反循環(huán)通道、膠筒和機械錨定機構，其中，上單流閥包括上接頭、芯軸和鋼球，上接頭從外側與芯軸螺紋連接，芯軸下部的內(nèi)徑小于上部內(nèi)徑，鋼球一置于芯軸內(nèi)，鋼球一直徑大于芯軸下部內(nèi)徑，小于芯軸上部內(nèi)徑；芯軸外側設有外套,外套尾端從外側與機械錨定機構的中心管螺紋連接，外套頂端從內(nèi)側與卡扣下部螺紋連接，卡扣上部與芯軸貼合；芯軸與外套重合部分沿徑向?qū)ΨQ設有四個通孔，外套與芯軸之間留有空隙，外套與芯軸上的通孔構成反循環(huán)通道；所述膠筒位于外套外側靠近機械錨定結構的凹陷部分。
2.根據(jù)權利要求1所述的封隔器，其特征在于，所述封隔器還包括平衡機構，所述平衡機構位于芯軸尾端，并與外套貼合密封，包括組合密封組和下單流閥，組合密封組嵌于芯軸與外套之間，下單流閥位于芯軸內(nèi)側，包括鋼球二和球座，球座嵌于芯軸內(nèi)側，球座內(nèi)徑于中部向后收縮，鋼球二直徑小于球座前部內(nèi)徑，大于球座后部內(nèi)徑；芯軸尾部與卡扣二螺紋連接，卡扣二于芯軸外側壓緊組合密封組，并于芯軸內(nèi)側壓緊下單流閥機構的球座。
3.根據(jù)權利要求2所述的封隔器，其特征在于，所述上單流閥機構在上接頭內(nèi)側的芯軸端部卡有擋板，下單流閥機構在芯軸內(nèi)側的球座端部卡有下?lián)醢澹鰮醢搴拖聯(lián)醢迳涎剌S線方向均設有通孔。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的封隔器，其特征在于，所述機械錨定機構為軌道式錨定機構，包括中心管、限位接頭和防砂結構，限位接頭套在中心管外側，所述防砂結構為限位接頭尾端的內(nèi)側面沿徑向?qū)ΨQ設置的多個花鍵槽。
【文檔編號】E21B33/127GK103485746SQ201310472098
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年10月11日 優(yōu)先權日:2013年10月11日
【發(fā)明者】隆世明, 蘇敏文, 韓虎成, 鄧小強, 寧治軍, 張文, 李景彬, 田文超, 李星星, 張敏 申請人:中國石油集團川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術作業(yè)公司