CN104563953A - 双层钢管膨胀式管外封隔器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双层钢管膨胀式管外封隔器，包括膨胀基管、封隔单元、上接头和下接头，膨胀基管两端加工有上接头和下接头，其中：所述封隔单元由一个或一个以上封隔单元间隔设在膨胀基管的外部，每个封隔单元包括膨胀外管、连接在膨胀外管两端的上下固定短节和连接在膨胀外管外部的橡胶筒；膨胀基管和膨胀外管均采用可膨胀钢管材料，膨胀外管的上下端通过上下固定短节连接在膨胀基管上，膨胀外管与膨胀基管之间预设膨胀腔。本发明通过双层钢管的膨胀，实现钢管和橡胶筒紧贴地层，具有封隔封隔外径大、强度高、能顺应井眼封隔等优势，可广泛用于分段完井和层间封隔等完井领域。

Description

双层钢管膨胀式管外封隔器

技术领域

本发明涉及钻井完井工具领域，特别是为分段完井和层间封隔提供一种双层钢管膨胀式管外封隔器。

背景技术

管外封隔器是石油固井、选择性完井作业过程中的重要工具，与套管相连，是用来封隔套管与井壁之间环空的井下工具，通过依靠管外封隔实施层段的分隔，它可以按层段进行作业和生产控制，从而有效实现对油气井分段开采和复杂地层的层间封隔。

现有的套管外封隔器主要由胶筒胀封和遇油遇水自膨胀两种方式实现管外封隔。胶筒胀封方式通过进入胶筒膨胀腔内的高压流体作用，使封隔器膨胀变形与井壁紧密接触形成密封，实现封闭和分隔环形空间。水力膨胀式管外封隔器通常以钻井液为膨胀介质，在高温高压、套管偏心等复杂井下环境下，容易封隔失效；水泥浆膨胀式管外封隔器采用水泥浆作为膨胀介质，但其施工工艺较为复杂，造成严重施工事故；遇油/遇水自膨胀管外封隔器采用遇油/遇水自膨胀橡胶，通过后期胶筒的遇油/遇水后发生膨胀以封隔地层，但其在高温高压条件下封隔效果有限，同时橡胶发生自膨胀后封隔强度也受到限制，难以封隔复杂地层。

常规套管外封隔器现已广泛应用于石油完井领域，进行筛管分段完井、层间封隔，保护并减少油层污染，并在一定程度上延缓水平井底水锥进；但仍存在封隔效果有限、封隔橡胶易损坏、封隔时效短等难题。

发明内容

本发明的目的是针对现有的套管外封隔器技术通过密封胶筒膨胀进行封隔的方式所存在的不足，提出一种双层钢管膨胀式管外封隔器，通过双层钢管的膨胀，实现钢管和橡胶筒紧贴地层，具有封隔封隔外径大、强度高、能顺应井眼封隔等优势，可广泛用于分段完井和层间封隔等完井领域。

本发明是这样实现的：

双层钢管膨胀式管外封隔器，包括膨胀基管、封隔单元、上接头和下接头，膨胀基管两端加工有上接头和下接头，其中：所述封隔单元由一个或一个以上封隔单元间隔设在膨胀基管的外部，每个封隔单元包括膨胀外管、连接在膨胀外管两端的上下固定短节和连接在膨胀外管外部的橡胶筒；膨胀基管和膨胀外管均采用可膨胀钢管材料，膨胀外管的上下端通过上下固定短节连接在膨胀基管上，膨胀外管与膨胀基管之间预设膨胀腔。

上述方案还包括：

膨胀腔内注入液体。

在膨胀外管两端分别通过连接短节与上下固定短节相连，连接短节同截面的膨胀基管外侧设有可膨胀密封环，上固定短节上径向加工有进液孔。

所述密封环采用具有一定延伸性能的金属材料，并加工为环形结构。

膨胀外管相对膨胀基管壁厚较薄，其形状包括圆管或者波浪形圆管。

所述橡胶筒为一段或多段，采用的密封橡胶直接硫化在膨胀外管外表面，或嵌入式加工在膨胀外管外侧，或者采用遇油/遇水自膨胀橡胶。

本发明的优点在于：

（1）通过双层钢管的膨胀，实现钢管和橡胶筒紧贴地层密封，将膨胀管的理念引入管外封隔器，封隔强度明显高于常规单纯胶筒封隔，有效提供地层封隔能力。

（2）本发明依靠双层钢管膨胀，橡胶筒也随之膨胀，因此本发明膨胀后具有更大的外径，其封隔井眼环空间隙范围更大，可紧贴于井眼顺应井壁封隔，同时可以调节封隔单元长度及数量来提高封隔效果。

（3）本发明胀封后不会发生橡胶回缩现象，封隔时效长，适用于筛管分段完井、膨胀筛管完井、选择性完井和层间封隔等领域。

附图说明

图1 一种双层钢管膨胀式管外封隔器结构示意图

图2a 膨胀关闭进液孔时封隔单元示意图

图2b 封隔单元膨胀示意图

图2c 膨胀后的封隔单元示意图

图3 膨胀坐封后的管外封隔器结构示意图

图中：1.膨胀基管，2.膨胀外管，3.连接短节，4.上固定短节，5.下固定短节，6. 橡胶筒，7.膨胀密封环，8.上接头，9.下接头，10.进液孔 11.内管，12.变径膨胀工具，13膨胀腔，14.封隔单元。

具体实施方式

现结合说明书附图，对本发明作进一步的描述。

如图1～3所示，一种双层钢管膨胀式管外封隔器，包括膨胀基管1、封隔单元14、上接头8和下接头9等部件组成，膨胀基管1两端加工有上接头8和下接头9，封隔单元14主要由膨胀外管2、连接短节3、上固定短节4，下固定短节5，橡胶筒6，密封件7，进液孔10和膨胀腔13等构成。膨胀基管1和膨胀外管2均采用可膨胀钢管材料，膨胀外管2相对膨胀基管1壁厚较薄，更容易实现水力膨胀，其形状可为圆管，也可为波浪形圆管等异性管。膨胀外管2位于膨胀基管1外侧，上端通过连接短节3和上固定短节4固定连接在膨胀基管1上，下端由连接短节3和下固定短节4与膨胀基管1连接。在与连接短节3同径向截面的膨胀基管1外表面加工有膨胀密封环7，膨胀密封环7可采用具有一定延伸性能的金属材料并制做成环形结构。上固定短节4和下固定短节5分别位于封隔单元14两端，采用可膨胀材料加工而成，可随膨胀基管1同时膨胀，为阶梯状圆管结构，上固定短节4上加工有进液孔10，下固定短节5则不加工进液孔10。

如图1及图2a所示，待工具下入井内所需封隔地层两侧的预定位置，井内液体通过上固定短节4的进液孔10进入膨胀基管1和膨胀外管2之间的环形空间。下入内管11及变径膨胀工具12至封隔单元14两侧，变径膨胀工具12在液压作用下实现变径，变径方式可以为滚轮膨胀方式，也可以为锥片闭合方式。在变径膨胀工具12实现变径的同时，促使膨胀基管1随之发生膨胀。变径膨胀工具在液压及机械配合作用下，由上自下运动，使膨胀基管1的径向变形沿轴向延伸。当膨胀基管1膨胀至膨胀密封环7处时，原本与连接短节3不接触的膨胀密封环7也随之发生膨胀，其外径增大，环紧贴于膨胀基管1和连接短节3之间，形成金属密封，从而关闭进液孔10，使得膨胀基管1和膨胀外管2之间的环形空间形成一个液压膨胀腔13。值得一提的是，上固定短节4也可不加工进液孔10，通过在预先膨胀基管1与膨胀外管2间的膨胀腔13注入液体，预先形成密封膨胀腔13，在膨胀基管1发生膨胀时，实现液体对膨胀外管2的挤压膨胀。

如图2b所示，在上固定短节4上的进液孔10关闭后，变径膨胀工具12继续向下运动，膨胀基管1逐渐完成膨胀，膨胀腔13的空间有被压缩的趋势，但由于膨胀腔13内充填有不可压缩的液体，因此膨胀腔13内的液体必然会促使相对更易变形的膨胀外管2发生膨胀，使得加工在膨胀外管2外表面的密封橡胶筒6被挤压至地层，直至整个封隔单元14完成膨胀坐封。封隔单元14下部的膨胀密封环7膨胀后也和外部与之对应的连接短节3形成金属密封，增强封隔单元14膨胀后膨胀腔13内液体的密封性能，使膨胀腔13内液体无法外流，防止后期膨胀外管2及密封橡胶筒6在地层压力作用下发生回弹或回缩现象。

如图2c及图3所示，变径膨胀工具12使膨胀基管1发生膨胀时，也完成所有封隔单元14的膨胀坐挂，实现层间封隔。当本发明与常规套管、筛管等配合使用时，膨胀坐挂后，上接头8和下接头9附近的膨胀基管1存在部分不发生膨胀的现象，形成两端小、中间大的变径形状；当本发明与膨胀套管、膨胀筛管等后续膨胀的产品配合使用时，则整个膨胀基管1全部发生膨胀。

本发明通过双层钢管的膨胀，封隔单元14具有更大的外径，其封隔井眼环空间隙范围更大，可紧贴于井眼顺应井壁封隔，实现膨胀外管2和橡胶筒6紧贴地层密封，封隔强度明显高于常规单纯橡胶筒6封隔，同时可以调节封隔单元14长度及数量来提高封隔效果。

本发明胀封后不会发生橡胶筒6回缩现象，有效提高了封隔强度并延长封隔时效，具有封隔封隔外径大、强度高、能顺应井眼封隔等优势，可有效封隔油气水层，进行有选择性的开采或者封堵某一层段，保证套管外环空的密封，可广泛用于筛管分段完井、膨胀筛管完井、选择性完井和层间封隔等完井领域。

Claims (5)

1.双层钢管膨胀式管外封隔器，包括膨胀基管、封隔单元、上接头和下接头，膨胀基管两端加工有上接头和下接头，其特征是：所述封隔单元由一个或一个以上封隔单元间隔设在膨胀基管的外部，每个封隔单元包括膨胀外管、连接在膨胀外管两端的上下固定短节和连接在膨胀外管外部的橡胶筒；膨胀基管和膨胀外管均采用可膨胀钢管材料，膨胀外管的上下端通过上下固定短节连接在膨胀基管上，膨胀外管与膨胀基管之间预设膨胀腔。

2.根据权利要求1所述的双层钢管膨胀式管外封隔器，其特征是：膨胀腔内注入液体。

3.根据权利要求1所述的双层钢管膨胀式管外封隔器，其特征是：在膨胀外管两端分别通过连接短节与上下固定短节相连，连接短节同截面的膨胀基管外侧设有可膨胀密封环，上固定短节上径向加工有进液孔。

4.根据权利要求3所述的双层钢管膨胀式管外封隔器，其特征是：所述密封环采用具有一定延伸性能的金属材料，并加工为环形结构。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的双层钢管膨胀式管外封隔器，其特征是：膨胀外管相对膨胀基管壁厚较薄，其形状包括圆管或者波浪形圆管；所述橡胶筒为一段或多段，采用的密封橡胶直接硫化在膨胀外管外表面，或嵌入式加工在膨胀外管外侧，或者采用遇油/遇水自膨胀橡胶。