本實(shí)用新型涉及一種高溫高壓可取式試油封隔器，屬于壓裂施工領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前部分低滲透油氣井通常采用機(jī)械分層+射孔槍方式進(jìn)行試油壓裂施工，這種模式要求首先利用射孔搶對(duì)目的層段進(jìn)行射孔，以形成井筒與儲(chǔ)層連通通道，再取出射孔槍下可起出的機(jī)械分層試油壓裂管柱，分段對(duì)各目的層段進(jìn)行試油壓裂作業(yè)，然后放噴排液，完井投產(chǎn)。這種可起出的機(jī)械分層試油壓裂管柱采用K344擴(kuò)張式封隔器對(duì)其進(jìn)行油、套環(huán)空密封和卡位錨定，該K344擴(kuò)張式封隔器有4項(xiàng)缺點(diǎn)：（1）整體承受壓差低，一旦施工過(guò)程中井筒某一層段出現(xiàn)異常高壓，很可能造成管柱失穩(wěn)；（2）耐溫不高，由于受膠筒的加工、材質(zhì)及合成橡膠材料化學(xué)成分的影響，膠筒承受的溫度不是很高，有時(shí)無(wú)法適應(yīng)地層溫度，加之管柱軸向竄動(dòng)動(dòng)載作用，膠筒容易產(chǎn)生疲勞損壞；（3）抗腐蝕性差，考慮氣井酸化措施或含H₂S氣體因素，封隔器鋼材和膠筒長(zhǎng)時(shí)間受腐蝕嚴(yán)重；（4）錨定管柱能力差，封隔器下端、上端無(wú)卡瓦、水力錨等承受管柱重量的機(jī)構(gòu)，即使在封隔器上部加水力錨輔助錨定，有時(shí)也無(wú)法起到有效的錨定效果，這是由于現(xiàn)有水力錨設(shè)計(jì)缺陷造成的。因此，為確保機(jī)械分層壓試油壓裂施工管柱安全，解決上述K344擴(kuò)張式封隔器設(shè)計(jì)缺陷，特設(shè)計(jì)了一種高溫高壓可取式試油封隔器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種高溫高壓可取式試油封隔器，通過(guò)采用不同硬度耐高溫耐高壓組合膠筒，實(shí)現(xiàn)了試油壓裂管柱密封和定位良好。具有井下使用時(shí)間長(zhǎng)，應(yīng)用效果良好，極大地提高了機(jī)械分層試油壓裂效率和成功率。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：一種高溫高壓可取式試油封隔器，其特征是：至少包括：上接頭、本體、鑲硬質(zhì)合金水力錨、上膠筒、中膠筒、下膠筒、鑲硬質(zhì)合金分瓣式卡瓦、中心軌跡管、旋轉(zhuǎn)式扶正器、下扶正接頭；上接頭和下扶正接頭位于本體兩端，本體上設(shè)置有鑲硬質(zhì)合金水力錨，上、中、下膠筒直接內(nèi)套在中心軌跡管上，鑲硬質(zhì)合金分瓣式卡瓦與中心軌跡管上的卡瓦座通過(guò)卡瓦槽連接，并與楔形體下端接觸，旋轉(zhuǎn)式扶正器與中心軌跡管連接，可以沿中心軌跡管上下移動(dòng)。

所述鑲硬質(zhì)合金水力錨錨整體為圓筒柱結(jié)構(gòu)，軸向繞錨體外壁按120度分布有3道壓板槽，每道壓板槽長(zhǎng)度方向均勻分布有3個(gè)固定螺釘孔；兩個(gè)螺釘孔之間有一個(gè)錨爪孔，共有六個(gè)錨爪孔；每一個(gè)錨爪孔固定一個(gè)錨爪；錨爪由錨爪活塞和硬質(zhì)合金錨爪頭組成；錨爪活塞環(huán)向有一環(huán)形密封槽，O形密封圈套接在錨爪活塞的環(huán)形密封槽內(nèi)；錨爪通過(guò)壓板固定在錨體的錨爪孔上，在錨爪前端位于壓板與錨爪之間裝復(fù)位雙彈簧，固定螺釘將壓板固定在錨體上。

所述鑲硬質(zhì)合金水力錨長(zhǎng)度450mm，錨爪直徑40mm，最大錨定力550kN, 硬質(zhì)合金牙齒數(shù)24個(gè)，爪牙楔角10.5°。

所述上膠筒、中膠筒和下膠筒相同，包括膠筒本體、左肩部保護(hù)套和右肩部保護(hù)套，左肩部保護(hù)套和右肩部保護(hù)套套接在膠筒本體兩端肩部；所述膠筒本體的外徑112mm，內(nèi)徑48mm，高度80mm。

所述膠筒本體采用氫化丁腈橡膠材料。

所述的鑲硬質(zhì)合金分瓣式卡瓦位于中心軌跡管的卡瓦座上，與卡瓦座固聯(lián)，包括卡瓦本體、硬質(zhì)合金牙齒，所述的卡瓦本體為一種楔形體，在卡瓦本體上有六個(gè)鑲嵌硬質(zhì)合金牙齒的鑲嵌孔，六個(gè)硬質(zhì)合金牙齒分別鑲嵌在六個(gè)鑲嵌孔內(nèi)。

所述的卡瓦本體的六個(gè)鑲嵌孔3分兩排，每排三個(gè)，兩排鑲嵌孔錯(cuò)位排列，左邊排列的鑲嵌孔靠楔形體厚的一邊，右邊排列的鑲嵌孔靠楔形體薄的一邊；所述的卡瓦本體厚的一端從外向中心線有兩個(gè)對(duì)稱槽。

所述卡瓦長(zhǎng)度150mm，齒面長(zhǎng)度120mm，齒面寬度30mm，楔角15°，厚度24mm；每排三個(gè)中的相鄰兩個(gè)硬質(zhì)合金牙齒間距10mm，每個(gè)硬質(zhì)合金牙齒底部圓直徑8mm，牙齒齒尖高度1.94mm。

所述旋轉(zhuǎn)式扶正器包括扶正本體、鋼制彎彈簧片、硬質(zhì)合金活動(dòng)扶正塊，扶正本體是中心空芯結(jié)構(gòu)，兩端有端蓋，兩端蓋之間為筒體，筒體沿圓周120度有一個(gè)硬質(zhì)合金活動(dòng)扶正塊為把手結(jié)構(gòu)，硬質(zhì)合金活動(dòng)扶正塊沿筒體長(zhǎng)度方向平行固定，所述硬質(zhì)合金活動(dòng)扶正塊把手的下面有鋼制彎彈簧片。

所述旋轉(zhuǎn)式扶正器長(zhǎng)度110mm，外徑114mm，內(nèi)徑78mm。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是：在扶正器結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)了旋轉(zhuǎn)伸出、在卡瓦片和錨爪頭上設(shè)計(jì)了鑲硬質(zhì)合金牙齒，采用不同硬度耐高溫耐高壓組合膠筒，實(shí)現(xiàn)了試油壓裂管柱密封和定位良好。旋轉(zhuǎn)式扶正器提供卡瓦伸出錨定的支點(diǎn)，鑲硬質(zhì)合金分瓣式卡瓦與套管接觸產(chǎn)生較高的擠壓應(yīng)力，可承受較高的管柱軸向壓縮力；鑲硬質(zhì)合金水力錨在較小的液壓活塞力作用下，可承受較高的管柱軸向上頂力。通過(guò)上提、下放、旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)坐封解封，可單獨(dú)使用，可重復(fù)坐封，井下使用時(shí)間長(zhǎng)，應(yīng)用效果良好，極大地提高了機(jī)械分層試油壓裂效率和成功率。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合實(shí)施例附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明：

圖1A為本實(shí)用新型實(shí)施例結(jié)構(gòu)器的左邊部分；

圖1B是本實(shí)用新型實(shí)施例結(jié)構(gòu)器的右邊部分；

圖2為鑲硬質(zhì)合金水力錨示意圖；

圖3為上、中、下膠筒示意圖；

圖4為鑲硬質(zhì)合金分瓣式卡瓦示意圖；

圖5為旋轉(zhuǎn)式扶正器示意圖。

圖中：1、上接頭；2、本體；3、鑲硬質(zhì)合金水力錨；4、上膠筒；5、中膠筒；6、下膠筒；7、鑲硬質(zhì)合金分瓣式卡瓦；8、中心軌跡管；9、旋轉(zhuǎn)式扶正器；10、下扶正接頭；31、錨體；32、固定螺釘；33、復(fù)位雙彈簧；34、O形密封圈；35、壓板；36、鑲硬質(zhì)合金牙錨爪頭；37、錨爪活塞；41、膠筒本體；43、左肩部保護(hù)套；42、右肩部保護(hù)套；70、卡瓦本體；71、硬質(zhì)合金牙齒；73、鑲嵌孔；74、對(duì)稱槽。

具體實(shí)施方式

一種高溫高壓可取式試油封隔器，參見圖1A和圖1B，圖1A是一種高溫高壓可取式試油封隔器的左邊部分，圖1B是一種高溫高壓可取式試油封隔器的右邊部分。

如圖1A和圖1B、圖2所示，一種高溫高壓可取式試油封隔器，至少包括：上接頭1、本體2、鑲硬質(zhì)合金水力錨3、上膠筒4、中膠筒5、下膠筒6、鑲硬質(zhì)合金分瓣式卡瓦7、中心軌跡管8、旋轉(zhuǎn)式扶正器9、下扶正接頭10，上接頭1和下扶正接頭10位于本體2兩端，本體2上有鑲硬質(zhì)合金水力錨3，上膠筒4、中膠筒5、下膠筒6直接內(nèi)套在中心軌跡管8上，鑲硬質(zhì)合金分瓣式卡瓦7與中心軌跡管8上的卡瓦座通過(guò)卡瓦槽連接，并與楔形體下端接觸，旋轉(zhuǎn)式扶正器9與中心軌跡管8連接，可以沿中心軌跡管上下移動(dòng)。

所述鑲硬質(zhì)合金水力錨錨3整體為圓筒柱結(jié)構(gòu)，軸向繞錨體外壁按120度分布有3道壓板槽，每道壓板槽長(zhǎng)度方向均勻分布有3個(gè)固定螺釘孔；兩個(gè)螺釘孔之間有一個(gè)錨爪孔，共有六個(gè)錨爪孔；每一個(gè)錨爪孔固定一個(gè)錨爪；錨爪由錨爪活塞37和硬質(zhì)合金錨爪頭36組成；錨爪活塞37環(huán)向有一環(huán)形密封槽，O形密封圈34套接在錨爪活塞37的環(huán)形密封槽內(nèi)；錨爪通過(guò)壓板35固定在錨體31的錨爪孔上，在錨爪前端位于壓板35與錨爪之間裝復(fù)位雙彈簧33，固定螺釘32將壓板35固定在錨體31上，每個(gè)錨爪上鑲嵌4顆硬質(zhì)合金牙齒（什么位置）。保證其與套管內(nèi)壁有足夠大的錨定力。

所述鑲硬質(zhì)合金水力錨長(zhǎng)度450mm，錨爪直徑40mm，最大錨定力550kN, 硬質(zhì)合金牙齒數(shù)24個(gè)，爪牙楔角10.5°。

如圖3所示，所述上膠筒4、中膠筒5和下膠筒6包括膠筒本體41、左肩部保護(hù)套43和右肩部保護(hù)套42，左肩部保護(hù)套43和右肩部保護(hù)套42套接在膠筒本體41兩端肩部；所述膠筒本體41的外徑112mm，內(nèi)徑48mm，高度80mm。

所述膠筒本體采用氫化丁腈橡膠材料。

所述膠筒本體41的泊松比0.47。

所述膠筒本體41彈性模量為9.2MPa。

所述膠筒本體41具有耐高溫185℃，耐高壓70MPa，耐H₂S/HCl腐蝕，低蠕變率10^-3mm/min。

所述上膠筒4和下膠筒6均采用纖維增強(qiáng)氫化丁腈材料加工，硬度較大；中膠筒5采用復(fù)合氫化丁腈材料加工，硬度比上膠筒4和下膠筒6硬度小，在軸向壓縮載荷下具有較大變形，密封進(jìn)一步壓實(shí)。這種橡膠材料對(duì)酸、硫化氫有極強(qiáng)的抗腐蝕性，使用壽命長(zhǎng)，穩(wěn)定性高。

如圖4所示，所述的鑲硬質(zhì)合金分瓣式卡瓦7包括卡瓦本體71、硬質(zhì)合金牙齒72，所述的卡瓦本體71為一種楔形體，在卡瓦本體71上有六個(gè)鑲嵌硬質(zhì)合金牙齒72的鑲嵌孔73，六個(gè)硬質(zhì)合金牙齒72分別鑲嵌在六個(gè)鑲嵌孔73內(nèi)。

所述的卡瓦本體71的六個(gè)鑲嵌孔3分兩排，每排三個(gè)，兩排鑲嵌孔錯(cuò)位排列，左邊排列的鑲嵌孔靠楔形體厚的一邊，右邊排列的鑲嵌孔靠楔形體薄的一邊。

所述的卡瓦本體71厚的一端從外向中心線有兩個(gè)對(duì)稱槽74。

所述卡瓦長(zhǎng)度150mm，齒面長(zhǎng)度120mm，齒面寬度30mm，楔角15°，厚度24mm。

每排三個(gè)中的相鄰兩個(gè)硬質(zhì)合金牙齒間距10mm，每個(gè)硬質(zhì)合金牙齒底部圓直徑8mm，牙齒齒尖高度1.94mm。

所述卡瓦本體71采用抗腐蝕35CrMo材料。

所述硬質(zhì)合金牙齒72表面滲氮處理，處理層深度0.43mm。

如圖5所示，所述旋轉(zhuǎn)式扶正器9包括扶正本體91、鋼制彎彈簧片92、硬質(zhì)合金活動(dòng)扶正塊93，扶正本體91是中心空芯結(jié)構(gòu)，兩端有端蓋94，兩端蓋之間為筒體95，筒體95沿圓周120度有一個(gè)硬質(zhì)合金活動(dòng)扶正塊93為把手結(jié)構(gòu)，硬質(zhì)合金活動(dòng)扶正塊93沿筒體95長(zhǎng)度方向平行固定，所述硬質(zhì)合金活動(dòng)扶正塊93把手的下面有鋼制彎彈簧片92。

所述旋轉(zhuǎn)式扶正器長(zhǎng)度110mm，外徑114mm，內(nèi)徑78mm。

在井口懸掛管柱后緩慢旋轉(zhuǎn)管柱，活動(dòng)旋轉(zhuǎn)式扶正器9沿著中心軌跡管上S型軌道的下死點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到上死點(diǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)式扶正器9恰好在鋼制彎彈簧片92彈力作用下伸出并與套管內(nèi)壁接觸卡死，形成鑲硬質(zhì)合金卡瓦啟動(dòng)支撐點(diǎn)。

所述封隔器最大鋼體外徑114mm，最小通徑48mm，長(zhǎng)度1650mm，工作溫度145℃，工作壓差70MPa，連接接箍為2-7/8″ EUE外加厚油管標(biāo)準(zhǔn)接箍。

本實(shí)用新型的工作方式是：

1.首先油氣井利用下電纜帶射孔槍形成井筒與儲(chǔ)層連通通道后，取出電纜射孔槍，再根據(jù)機(jī)械分層施工管柱結(jié)構(gòu)圖，將高溫高壓可取式試油封隔器安裝在機(jī)械分層施工管柱的底部，組裝連接好機(jī)械分層試油壓裂管柱。

2.將上述機(jī)械分層試油壓裂管柱下入到預(yù)定的井深位置。

3.下入預(yù)定位置后，利用井口液壓管鉗緩慢旋轉(zhuǎn)試油壓裂管柱，旋轉(zhuǎn)1/2~1圈，使旋轉(zhuǎn)式扶正器的硬質(zhì)合金活動(dòng)扶正塊通過(guò)中心軌跡管上S型軌道的下死點(diǎn)上行至上死點(diǎn)位置，在鋼制彎彈簧片的彈力作用下伸出并與套管內(nèi)壁接觸，形成卡瓦坐封的支撐點(diǎn)，繼續(xù)釋放20~40kN試油壓裂管柱懸重，壓縮彈簧鋼制片，確保支點(diǎn)穩(wěn)定。

4.然后繼續(xù)釋放試油壓裂管柱壓縮距或懸重，鑲硬質(zhì)合金分瓣式卡瓦在卡瓦座錐體的作用下，沿中心軌跡管軸向和徑向移動(dòng)和伸出，直到卡瓦片上的硬質(zhì)合金牙齒錨定套管內(nèi)壁，實(shí)現(xiàn)可靠錨定，即可承受試油壓裂管柱本身的軸向壓縮力或動(dòng)態(tài)工況改變下管柱伸長(zhǎng)變形所轉(zhuǎn)化的軸向壓縮力。

5.卡瓦錨定后，繼續(xù)釋放試油壓裂管柱壓縮距或懸重，在軸向壓縮力作用下，上、中、下膠筒逐漸被壓縮并沿徑向膨脹至套管內(nèi)壁，加大懸重，中膠筒繼續(xù)變形壓實(shí)密封，從而確保三中不同硬度組合膠筒密封油管、套管環(huán)形空間，以封隔油氣產(chǎn)層。

6.膠筒密封完好后，從油管內(nèi)打壓，當(dāng)油管內(nèi)壓力大于環(huán)空壓力時(shí)，壓力差推動(dòng)錨爪活塞啟動(dòng)，同時(shí)壓縮裝在錨爪活塞內(nèi)的復(fù)位雙彈簧，復(fù)位雙彈簧將彈力傳遞給壓板，又反彈推動(dòng)鑲硬質(zhì)合金錨爪頭伸出卡緊在套管壁上，防止管柱位移，實(shí)現(xiàn)可靠錨定。

7.油、套壓差保持10MPa以上，始終保持水力錨處于工作狀態(tài)。

8.按照上述步驟，即可完成高溫高壓可取式試油封隔器在井下的有效密封和定位，從而為壓裂施工提供隔層空間。

9.壓裂施工時(shí)，采用油管壓裂模式，利用2000型壓裂泵車以排量1.0~2.0m³/min，將砂濃度為350~450kg/m³攜砂液沿機(jī)械分層試油壓裂管柱泵入，大量攜砂液通過(guò)射孔孔眼進(jìn)入地層，實(shí)現(xiàn)壓裂新裂縫的形成和天然裂縫的開啟，完成壓裂施工。

10．泵車再以排量2.0m³/min注入頂替液，將機(jī)械分層試油壓裂管柱內(nèi)攜砂液全部替入地層，停泵。

11.壓裂結(jié)束后關(guān)井45min~90min，利用6mm或8mm油嘴有控制地進(jìn)行放噴排液，若井口壓力降至5MPa以下，可進(jìn)行起管解封作業(yè)，否則繼續(xù)放噴排液。

12.機(jī)械分層試油壓裂施工完成后，油管內(nèi)泄壓，鑲硬質(zhì)合金水力錨在彈簧力作用下收回，水力錨解封，起出部分管柱懸重，上、中、下膠筒在本身彈力作用下恢復(fù)到原位，密封解封，繼續(xù)起出部分管柱懸重，鑲硬質(zhì)合金分瓣式卡瓦收回解封，井口反向（與坐封相反）旋轉(zhuǎn)機(jī)械分層試油壓裂管柱，旋轉(zhuǎn)式扶正器收回，即可完成高溫高壓可取式試油封隔器的解封。

13.待高溫高壓可取式試油封隔器全部解封后，起出機(jī)械分層試油壓裂管柱，及時(shí)拆卸、檢查高溫高壓可取式試油封隔器（含膠筒、水力錨、卡瓦、中心軌跡管）使用情況，用于保養(yǎng)或更換高溫高壓可取式試油封隔器，以便后續(xù)再次進(jìn)行機(jī)械分層試油壓裂施工。