耐高溫套管外封隔器的製作方法
2023-10-23 21:18:02 1
專利名稱：耐高溫套管外封隔器的製作方法
技術領域：
本發明涉及應用於稠油熱採分段完井，解決需要分段改造或分段注汽的稠油水平
井中的套管外封隔問題的熱採封隔器，屬於石油開採設備技術領域。
背景技術：
稠油水平井選擇性完井及分段完井工藝中套管外封隔問題是一直困擾完井工作 者的一大難題。這主要是因為在稠油水平井選擇性完井及分段完井過程中，需要向井下注 入大量高溫高壓的氣體，以使井下待開採的稠油稀釋從而便於開採。因此，該種稠油熱採開 採方式的開採效率有賴於保證井下開採環境的絕對密封，這樣才能使注入的高溫高壓氣體 有效地保持井下的高溫高壓環境。所以，用以實現井下密封的套管外封隔器的密封性是否 良好成為了該種開採方式的關鍵問題。 然而，現所普遍採用的熱採封隔器主要是設置有一層耐高溫高壓的橡膠套桶，通 過對該層橡膠套桶的擠壓、膨脹變形實現對井下環境的密封。這種實現方式的主要問題在 於過於依賴該層橡膠套桶中橡膠材料本身的耐高溫高壓的性能。但是，在實際使用中，由於 井下環境複雜，現有的熱採封隔器中所使用的橡膠套桶往往難以長時間的保持其良好的密 封特性。這一問題嚴重影響了該熱採封隔器的使用效率。 鑑於以上問題，本發明設計了一種全新結構的熱採封隔器，使之可以適應在熱採 井中長時間的工作，而同時保持良好的密封特性。
發明內容
本發明的主要目的在於解決現有技術中存在的問題，提供一種應用於稠油熱採分 段完井中，解決需要分段改造或分段注汽的稠油水平井中的套管外封隔問題的熱採封隔 器，使之可以適應在井下高溫工況下長時間的工作，而同時保持良好的密封特性。
本發明的目的是通過下述技術方案予以實現的 耐高溫套管外封隔器，其特徵在於包括上接頭、一級液缸、第一膠桶、第二膠 桶、二級液缸、第三膠桶、三級液缸和下接頭； 所述上接頭和下接頭分別上下連接套管；該一級液缸一端與上接頭相連，另一端 與所述第一膠桶相連接；該三級液缸一端與下接頭相連，另一端與所述第三膠桶相連接； 所述第一膠桶與第二膠桶之間通過一檔環緊密相連；所述二級液缸用以連接所述第二膠桶 和第三膠桶。 所述一級液缸和三級液缸採用的是單向液缸；所述二級液缸採用的是雙向液缸； 該一級液缸的固定端與上接頭相連，活動端與第一膠桶相連；該三級液缸的固定端與下接 頭相連，活動端與第三膠桶相連。 所述第三膠桶的橡膠硬度大於第一和第二膠桶的橡膠硬度。 還設有一個坐封工具；所述坐封工具包括油管、定壓開關、油管絲堵和兩個管內 膨脹工具；
所述油管用以向坐封工具內輸入高壓液體；所述油管絲堵設置在油管的尾端，用 以實現油管密封；所述定壓開關設置在該油管上；所述兩個管內膨脹工具分別設置在定壓 開關兩側；該定壓開關為一個根據設置壓力進行開關控制的開關器件，當其受到的壓力大 於設定壓力時則打開閥門，否則其閥門將處於關閉狀態；該管內膨脹工具為一個液壓式膨 脹工具，當其內所充入液體壓力超過啟動壓力後會使該液壓式膨脹工具膨脹變形；該坐封 工具設置在所述熱採封隔器的中心管內；該兩個管內膨脹工具分別位於所述上接頭和下接 頭處，該定壓開關設置於熱採封隔器內；所述管內膨脹工具的啟動壓力小於該定壓開關的 設定壓力。 本發明的有益效果是 1、該耐高溫套管外封隔器通過在第三膠桶的上側設置兩層起輔助作用的膠桶，以 提高熱採封隔器的密封性能和延長膠皮的壽命。 2、該耐高溫套管外封隔器通過對其內坐封工具的巧妙設計和應用，提高該熱採封 隔器使用的靈活性，坐封工具不屬於原管串，能下深至任何指定位置，保證封隔器能完全充 分脹封，可實現分段熱採等工藝作業。
圖1為耐高溫套管外封隔器的結構示意圖； 圖2為耐高溫套管外封隔器坐封工具的結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述。 圖1為本發明所設計的耐高溫套管外封隔器的結構示意圖。該耐高溫套管外封隔 器包括上接頭1、一級液缸2、第一膠桶3、第二膠桶4、二級液缸5、第三膠桶6、三級液缸7 和下接頭8。 如圖所示，該耐高溫套管外封隔器在使用時呈豎直方向放置在裸眼中，所述上接 頭1和下接頭8分別上下連接套管。該一級液缸2 —端與上接頭1相連，另一端與所述第一 膠桶3相連接。該三級液缸7—端與下接頭8相連，另一端與所述第三膠桶6相連接。所 述第一膠桶3與第二膠桶4之間通過一檔環9緊密相連。所述二級液缸5用以連接所述第 二膠桶4和第三膠桶6。 在上述結構的耐高溫套管外封隔器中，本發明不僅設置了等效於傳統熱採封隔器 中膠桶的第三膠桶6用以實現對裸眼的封隔，還在其上方設置了緊密相接的第一膠桶3和 第二膠桶4兩層膠桶。通過增設第一膠桶3和第二膠桶4兩層膠桶起到協助第三膠桶6起 到了完全封隔和耐高溫的作用。 在使用時，第一膠桶3、第二膠桶4和第三膠桶6三層膠桶在各個液缸的推動作用 下產生形變，實現對裸眼的封隔作用。相較於現有單層膠桶實現封隔的結構而言，本發明所 設計的熱採封隔器在第三膠桶6因高溫高壓作用密封性能下降的情況下，仍然具有第一和 第二膠桶實現封隔，從而保證了熱採作業的正常進行，還確保該熱採封隔器可以在井下長 時間的保持有效的封隔作用。另外值得一提的是，該增設的第一和第二膠桶是通過一檔環9 緊密相連的，其位置十分接近。這樣的結構可以更為有效的阻隔由第三膠桶漏封的壓力氣體向上洩漏。 由於，上述各個膠桶主要是依靠受液缸的擠壓力變形實現封隔的。而由橡膠材質 的變形規律可知，其在兩側同時受力的情況下形變較為明顯。據此，本發明所設計的耐高溫 套管外封隔器其中一級液缸2和三級液缸7採用的是單向液缸，所述二級液缸5採用的是 雙向液缸。該一級液缸2的固定端與上接頭1相連，活動端與第一膠桶3相連。該三級液 缸7的固定端與下接頭8相連，活動端與第三膠桶6相連。 由上述可知，本發明中所述第三膠桶6為起主要作用的封隔膠桶，而第一膠桶3和
第二膠桶4具有作為對第三膠桶6的進一步補充。由於，橡膠材料的物理性質是硬度越大
其抗溫抗壓能力越強，但形變彈性越差；反之硬度越小其抗溫抗壓能力越差，但形變彈性越
強。鑑於橡膠材料的這一物理特性，以及前述各個膠桶的不同作用，因此本發明中第三膠桶
6的橡膠硬度和耐高溫程度要大於第一和第二膠桶的橡膠硬度和耐高溫程度。 除了通過液缸施加擠壓力使膠桶形變實現封隔外，現有技術一般還會在熱採封隔
器的中心管內設置有坐封工具，用以向熱採封隔器內充入高壓液體，推動液缸移動，使其對
膠桶施加橫向壓力，進一步膨脹膠皮。傳統的坐封工具的結構也有類似的結構，我們將此類
坐封工具充分應用於膨脹熱採封隔器，這個坐封方式可以達到分層熱採的目的，在不同的
井深位置，可以精確的將坐封工具下到指定位置，對封隔器進行坐封。 而在本發明中，我們充分應用了此坐封工具將其應用到坐封熱採封隔器中。圖2 為該耐高溫套管外封隔器坐封工具的結構示意圖。如圖所示，該坐封工具包括油管21、定 壓開關22、油管絲堵23和兩個管內膨脹工具24。所述油管21用以向坐封工具內輸入高壓 液體。所述油管絲堵23設置在油管21的尾端，用以實現油管密封。所述定壓開關22設置 在該油管21上。所述兩個管內膨脹工具24分別設置在定壓開關22兩側。該定壓開關22 為一個根據設置壓力進行開關控制的開關器件，當其受到的壓力大於某一設定壓力時則打 開閥門將其內的高壓液體放出，否則其閥門將處於關閉狀態。該管內膨脹工具24為一個液 壓式膨脹工具，當其內所充入液體壓力超過一定的啟動壓力後會使該液壓式膨脹工具膨脹 變形。該坐封工具設置在所述熱採封隔器的中心管內。該兩個管內膨脹工具24分別位於 所述上接頭1和下接頭8處，該定壓開關22設置於熱採封隔器內。所述管內膨脹工具24 的啟動壓力小於該定壓開關22的設定壓力。 上述結構的坐封工具在坐封過程中，首先由油管向其內充入壓力液體。當液體壓 力大於管內膨脹工具24的啟動壓力時，高壓液體首先會使其液壓式膨脹工具膨脹變形，從 而密封熱採封隔器的上下接口，使得熱採封隔器內形成一封閉環境。當液體壓力進一步提 高超過定壓開關22的設定壓力時，定壓開關22的閥門被打開，油管內通入的高壓液體注入 熱採封隔器內，從而實現對前述各個膠桶的坐封。 這種結構的坐封工具的好處在於操作簡單，可在任何井深，下入到精確位置，坐封 完畢後提出，不影響原管串結構，不需要改變原施工工藝。 綜上所述，本發明所設計的耐高溫套管外封隔器首先是通過在第三膠桶的上側設 置兩層耐高溫和保證密封作用的膠桶，以提高熱採封隔器的密封性能和使用壽命。其次，還 通過對其內坐封工具的結構進行改造，進一步提高該熱採封隔器的密封性，只要井徑變化 率小於10%即可獲得良好的密封性能。坐封工具自成體系，與完井留井管串不相連，具有可 靠性和準確性。能在275-36(TC的原油、水蒸汽環境下可靠長時間工作。
因此，本領域一般技術人員在上述設計思想之下，所做的任何不具有創造性的改 造均應視為在本發明的保護範圍之內。
權利要求
耐高溫套管外封隔器，其特徵在於包括上接頭、一級液缸、第一膠桶、第二膠桶、二級液缸、第三膠桶、三級液缸和下接頭；所述上接頭和下接頭分別上下連接套管；該一級液缸一端與上接頭相連，另一端與所述第一膠桶相連接；該三級液缸一端與下接頭相連，另一端與所述第三膠桶相連接；所述第一膠桶與第二膠桶之間通過一檔環緊密相連；所述二級液缸用以連接所述第二膠桶和第三膠桶。
2. 如權利要求1所述的耐高溫套管外封隔器，其特徵在於所述一級液缸和三級液 缸採用的是單向液缸；所述二級液缸採用的是雙向液缸；該一級液缸的固定端與上接頭相 連，活動端與第一膠桶相連；該三級液缸的固定端與下接頭相連，活動端與第三膠桶相連。
3. 如權利要求1所述的耐高溫套管外封隔器，其特徵在於所述第三膠桶的橡膠硬度 大於第一和第二膠桶的橡膠硬度。
4. 如權利要求l所述的耐高溫套管外封隔器，其特徵在於還設有一個坐封工具；所述 坐封工具包括油管、定壓開關、油管絲堵和兩個管內膨脹工具；所述油管用以向坐封工具內輸入高壓液體；所述油管絲堵設置在油管的尾端，用以實 現油管密封；所述定壓開關設置在該油管上；所述兩個管內膨脹工具分別設置在定壓開關 兩側；該定壓開關為一個根據設置壓力進行開關控制的開關器件，當其受到的壓力大於設 定壓力時則打開閥門，否則其閥門將處於關閉狀態；該管內膨脹工具為一個液壓式膨脹工 具，當其內所充入液體壓力超過啟動壓力後會使該液壓式膨脹工具膨脹變形；該坐封工具 設置在所述熱採封隔器的中心管內；該兩個管內膨脹工具分別位於所述上接頭和下接頭 處，該定壓開關設置於熱採封隔器內；所述管內膨脹工具的啟動壓力小於該定壓開關的設 定壓力。
全文摘要
本發明提供了一種耐高溫套管外封隔器，其特徵在於包括上接頭、一級液缸、第一膠桶、第二膠桶、二級液缸、第三膠桶、三級液缸和下接頭；所述上接頭和下接頭分別上下連接油管；該一級液缸一端與上接頭相連，另一端與所述第一膠桶相連接；該三級液缸一端與下接頭相連，另一端與所述第三膠桶相連接；所述第一膠桶與第二膠桶之間通過一檔環緊密相連；所述二級液缸用以連接所述第二膠桶和第三膠桶。該耐高溫套管外封隔器通過在第三膠桶的上側增加兩層起加強作用的膠桶，以提高熱採封隔器的密封性能和使用效率。
文檔編號E21B43/24GK101699023SQ200910235270
公開日2010年4月28日 申請日期2009年9月29日 優先權日2009年9月29日
發明者仝文科, 盧國助, 曹雪洪, 王述銀 申請人:安東石油技術(集團)有限公司