CN111005700B - 一种快速解封液控封隔器及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种快速解封液控封隔器及施工方法，封隔器包括中心管、坐封机构、泄压机构，所述坐封机构、泄压机构均套装在中心管上，还包括解封助力机构，所述坐封机构上端通过连接套与泄压机构连接，所述连接套与中心管之间构成的环空内套装解封助力机构。所述解封助力机构为聚合物类记忆材料解封助力套或刚性弹簧。该装置通过设置助力解封机构，帮助坐封活塞回位，同时增设泄压装置，实现井下压力的快速释放，达到快速解封的目的。
Description
技术领域
本发明涉及石油开采井下分层工具，具体地说是一种快速解封液控封隔器及施工方法。
背景技术
目前液控测调一体注水技术是胜利海上油田注水开发主导方式，它具有地面压力控制、监测、动态补压的多重优势。随着应用规模的进一步增长，液控封隔器存在不同程度的解封不彻底现象，尤其对于地层亏空严重的地层，情况尤为突出，其主要原因为液控管线液柱压力难以释放，坐封活塞难以回到初始位置。据统计现场施工时，液控封隔器解封时间基本在24h以上，对于低压区块依靠胶筒自身弹性，克服管线摩阻，需要更长的解封时间。这对于海上作业施工来说，需要耗用大量的人力、物力运行。因此，设计一种快速解封液控封隔器，实现各种油藏环境下封隔器能够快速解封尤为重要。
聚合物类记忆材料也就是形状记忆聚合物，(Shape Memory Polymer，简称SMP),又称为形状记忆高分子，是指具有初始形状的制品在一定的条件下改变其初始条件并固定后，通过外界条件(如热、电、光、化学感应等)的刺激又可恢复其初始形状的高分子材料。形状记忆高分子(SMP)是一类新型的功能高分子材料，是高分子材料研究、开发、应用的一个新的分支点，它同时兼具有塑料和橡胶的特性。随着对高分子结构和特性认识的深化，以及高分子合成技术的发展，使高分子材料通过分子设计得到预期结构和性能成为现实。形状记忆高分子就是运用现代高分子物理学理论和高分子合成及改性技术，对通用高分子材料进行分子组合和改性获得的一类高分子材料，如聚乙烯、聚异戊二烯、聚酯、共聚酯、聚酰胺、共聚酰胺、聚氨酯等高分子材料进行分子设计及分子结构的调整，使它们在一定条件下，被赋予一定的形状(起始态)，当外部条件发生变化时，它可相应地改变形状并将其固定(变形态)。如果外部环境以特定的方式和规律再次发生变化，它们便可逆的恢复至起始态。至此，完成“记忆起始态-固定变形态-恢复起始态”的循环。日本已拥有4种SMP的工业化生产技术.即聚降冰片烯、聚氨酯、高反式聚异戊二烯，以及苯乙烯，7-丁二烯共聚物。其他品种还有含氟树脂、聚己酸内酯、聚酰胺等。
经过检索，发现2015年6月10日公开的专利申请号201310739228.8公开了一种独立液控式压缩封隔器，包括中心管以及分别安装在中心管上下端的上接头和下接头，连接成整体后内腔形成贯通的注水通道，中心管外部套装一个支撑套，与中心管形成环空通道，上下接头分别设有液控管线通道，与环空通道连通。该封隔器的泄压通道与注水通道独立，大大降低了作业过程中胶筒刮破后液控失效的风险，但是该封隔器在实际应用中，封隔器胶筒存在老化现象，容易造成残余变形，解封较为困难，达不到大排量清洗井筒的目的。
经过检索,发现2018年4月17日公开的专利申请号201610885077.0公开了一种独立液控封隔器控压阀，包括中心管、外套、单向阀、泄压装置，外套空套在中心管外侧且两者之间形成液控油流环空，中心管上端外壁设置外凸的环形台，外套上端连接在环形台外壁，环形台设置单独的轴向上液压油通道，外套下端开设单独的轴向下液压油通道，上液压油通道、下液压油通道均与液控油流环空连通，上液压油通道下端口连接只能向下流的单向阀，中心管外壁还设置有泄压装置。该种装置跟本发明最为相似，但是该发明存在很大的缺陷。一是单流阀关闭之后，环形空腔内会形成高压，此时即使从环空注入液体，由于液体压缩系数很小，很难通过活塞开启泄压通道，单纯靠这种方式，达不到泄压的目的；二是该种结构密封连接处较多，还需要增加一套装置，额外增加了作业成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种快速解封液控封隔器及施工方法，该装置通过设置助力解封机构，帮助坐封活塞回位，同时增设泄压装置，实现井下压力的快速释放，达到快速解封的目的。
为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种快速解封液控封隔器，包括中心管、坐封机构、泄压机构，所述坐封机构、泄压机构均套装在中心管上，还包括解封助力机构，所述坐封机构上端通过连接套与泄压机构连接，所述连接套与中心管之间构成的环空内套装解封助力机构。
所述解封助力机构为聚合物类记忆材料解封助力套或刚性弹簧。
所述坐封机构包括活塞、胶筒、调节环，所述活塞滑动式套装在中心管外壁，所述胶筒套装在活塞外壁，胶筒上端连接调节环，调节环上端与连接套丝扣式连接，胶筒下端顶在活塞外壁开设的变径台阶上，所述活塞上端伸入所述连接套与中心管之间构成的环空内。
所述胶筒包括两级及两级以上胶筒，胶筒两两之间设置隔环；中心管下端连接下接头，下接头开设偏心轴向贯通的下接头轴向传压通道，下接头轴向传压通道上端连通至活塞下端面；所述活塞下端伸入下接头内壁，所述活塞还通过坐封剪钉固定在下接头上，所述活塞外壁与下接头内壁之间设置聚四氟乙烯垫圈以及密封O圈。
所述泄压机构包括上接头、柱塞、滑套、小弹簧，所述下接头下端丝扣式连接中心管，所述下接头分别开设偏心轴向的液压通道、泄压通道，所述液压通道底部与泄压通道底部为连通状态，且所述液压通道底部也连通所述连接套与中心管之间构成的环空，所述柱塞、滑套均滑动密封式设置在泄压通道中，滑套下端连接小弹簧，滑套上方为柱塞，泄压通道上端口为泄压通道接口，泄压通道接口内壁设置顶丝，顶丝用来连接泄压管线，液压通道上端口为液控管线接口，液控管线接口连接液压管线，所述下接头开设径向贯通的泄压出口，泄压出口连通泄压通道，滑套对泄压出口进行封堵和释放，所述滑套开设泄压通孔，泄压通孔下端连通泄压通道，泄压通孔上端径向拐弯连通至滑套外界。
所述上接头上端连接接箍。
为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种快速解封液控封隔器的施工方法，液压通道里的液体推动活塞上移，剪断坐封剪钉，继续上移压缩胶筒，完成所有液控封隔器的坐封，实现分层注水，此时当需要反洗井时，地面液控管线泄压，由于液控封隔器胶筒未解封彻底，从油套环空注入水在最上端封隔器处节流，最终形成湍流，推动柱塞，压缩小弹簧，带动滑套下移，当柱塞内部的泄压通孔与泄压出口重合时，泄压通道里的液体就会从此处流向地层，直至内部压力和油套压力达到平衡状态，此时观察反洗压力是否降低，初步判断液控封隔器是否解封彻底，如果未达到理想效果，可以通过向井筒内注入氯化钾高温井下触发液，当井下温度达到120℃时，快速解封液控封隔器内部的聚合物类记忆材料开始材料形成触变，恢复其开始的记忆形状，即记忆材料在环形空间内轴向拉伸，径向收缩，靠这种形状变化稳步推动活塞下移，助力封隔器胶筒解封。
为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种快速解封液控封隔器的施工方法，液压通道里的液体推动活塞上移，剪断坐封剪钉以及克服刚性弹簧的弹力，继续上移压缩胶筒，完成所有液控封隔器的坐封，实现分层注水，此时当需要反洗井时，地面液控管线泄压，在刚性弹簧作用下，推动活塞下移，此时油套环空注水观察油管出口情况，如果出口情况较小或者不出，液控封隔器胶筒未解封彻底，继续提高油套环空注入压力，注入水在最上端封隔器处节流，最终形成湍流，推动柱塞，压缩小弹簧，带动滑套下移，当柱塞内部的泄压通孔与泄压出口重合时，泄压通道里的液体就会从此处流向地层，直至内部压力和油套压力达到平衡状态。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
(1)该装置设置解封助力机构+滑套泄压组合的方式，能够实现快速解封的目的；
(2)该封隔器将坐封与快速解封集成于一体，提高工具的使用性能；
(3)优选地某聚合物类记忆材料的记忆力和恢复力保持95％以上，转变温度控制在120℃左右，温度适应性较好。
附图说明
图1为本发明的快速解封液控封隔器结构示意图；
图2为本发明的快速解封液控封隔器的A-A剖视图；
图3为本发明的快速解封液控封隔器的B处放大图；
图4为本发明聚合物类记忆材料安装时的结构示意图；
图5为本发明聚合物类记忆材料高于转变温度时的结构示意图；
图6为本发明的快速解封液控封隔器另一结构示意图。
图中：接箍1、上接头2、聚合物类记忆材料解封助力套(或刚性弹簧)3、中心管4、连接套5、调节环6、胶筒7、隔环8、活塞9、坐封剪钉10、聚四氟乙烯垫圈11、密封O圈12、下接头13、液控管线接口201、泄压通道接口202、液压通道203、顶丝204、柱塞205、泄压通孔206、泄压出口207、滑套208、小弹簧209、泄压通道210。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1至图5，本发明提供一种技术方案：一种快速解封液控封隔器，包括坐封机构、泄压机构、解封助力机构。所述坐封机构、泄压机构均套装在中心管4上，还包括解封助力机构，所述坐封机构上端通过连接套5与泄压机构连接，所述连接套与中心管之间构成的环空内套装解封助力机构。
所述解封助力机构为聚合物类记忆材料解封助力套或刚性弹簧3。
所述坐封机构包括活塞9、胶筒7、调节环6，所述活塞滑动式套装在中心管外壁，所述胶筒套装在活塞外壁，胶筒上端连接调节环，调节环上端与连接套丝扣式连接，胶筒下端顶在活塞外壁开设的变径台阶上，所述活塞上端伸入所述连接套与中心管之间构成的环空内。
所述胶筒包括两级及两级以上胶筒，胶筒两两之间设置隔环8；中心管下端连接下接头13，下接头开设偏心轴向贯通的下接头轴向传压通道，下接头轴向传压通道上端连通至活塞下端面；所述活塞下端伸入下接头内壁，所述活塞还通过坐封剪钉10固定在下接头上，所述活塞外壁与下接头内壁之间聚四氟乙烯垫圈11以及密封O圈12。
所述泄压机构包括上接头2、柱塞205、滑套208、小弹簧209，所述下接头下端丝扣式连接中心管4，所述下接头分别开设偏心轴向的液压通道203、泄压通道210，所述液压通道底部与泄压通道底部为连通状态，且所述液压通道底部也连通所述连接套与中心管之间构成的环空，所述柱塞、滑套均滑动密封式设置在泄压通道中，滑套下端连接小弹簧，滑套上方为柱塞，泄压通道上端口为泄压通道接口202，泄压通道接口内壁设置顶丝204，顶丝用来连接泄压管线，液压通道上端口为液控管线接口201，液控管线接口201连接液压管线，所述下接头开设径向贯通的泄压出口207，泄压出口连通泄压通道，滑套对泄压出口进行封堵和释放，所述滑套开设泄压通孔206，泄压通孔下端连通泄压通道，泄压通孔上端径向拐弯连通至滑套外界。
所述上接头上端连接接箍1。
所述的小弹簧置于泄压通道的底端，上端放置所述的滑套，所述的滑套设有径向的泄压通孔，所述的上接头外部设置所述的泄压出口，所述的柱塞置于滑套的上端，所述的顶丝与上接头螺纹连接。
请按照图3，液压通道203和泄压通道210都与环空连通，当柱塞内部的泄压通孔与泄压出口重合时，泄压通道里的液体就会从此处流向地层，达到泄压目的。
所述的坐封机构包括活塞、调节环、隔环等；所述的解封助力机构可以为常用的刚性弹簧，尤其可以为优选聚合物类记忆材料，该种材料在封隔器坐封时保持自由状态，但是需要解封时，通过提高井内温度，达到该种材料的转变温度，恢复自身的记忆形状，能够伸展一定的长度，通过伸展后，推动活塞复位，达到助力解封目的；所有的密封连接处、活塞、柱塞以及滑套都设置所述的聚四氟乙烯垫圈以及密封O圈密封；所述的上接头配钻液控管线接口以及泄压通道接口；所述的下接头配钻液控管线接口。
所述的接箍与上接头螺纹连接，所述的上接头与所述的中心管螺纹连接，所述的连接套与上接头螺纹连接，所述的聚合物类记忆材料(或刚性弹簧)置于连接套内部，所述的调节环与连接套螺纹连接，所述的胶筒、隔环、胶筒依次置于活塞外部，所述的活塞置于中心管外端，所述的下接头与中心管螺纹连接，同时活塞与下接头通过坐封剪钉临时固定。
按照上述要求将快速解封液控封隔器组装完整，将该封隔器和普通类液封隔器一块下至井内，该封隔器下至所有工具串的顶端，地面液压控制柜打压，泄压通道里的液体推动活塞上移，达到一定压力时剪断坐封剪钉，继续上移压缩胶筒，完成所有液控封隔器的坐封，实现分层注水，此时当需要反洗井时，地面液控管线泄压，由于液控封隔器胶筒未解封彻底，从油套环空注入水在最上端封隔器处节流，最终形成湍流，当达到一定压力时，推动柱塞，压缩小弹簧，带动滑套下移，当柱塞内部的泄压通孔与泄压出口重合时，泄压通道里的液体就会从此处流向地层，直至内部压力和油套压力达到平衡状态，此时观察反洗压力是否降低，初步判断液控封隔器是否解封彻底，如果未达到理想效果，可以通过向井筒内注入氯化钾等高温井下触发液，当井下温度达到120℃时，快速解封液控封隔器内部的聚合物类记忆材料开始材料形成触变，恢复其开始的记忆形状，即记忆材料在环形空间内轴向拉伸，径向收缩，靠这种形状变化稳步推动活塞下移，助力封隔器胶筒解封。由于优选地该聚合物类记忆材料转变温度控制在120℃左右，而海上油田井下温度基本在60℃-100℃之间，该种助力解封方式不需要太高的转变温度，能够确保密封材料的可靠性能，同时，使用记忆材料作为助力解封机构，不会增加额外的液控坐封力，又能够实现当井内温度发生异常变化时，聚合物类记忆材料能够及时发生转变，确保液控***不会及时憋压导致封隔器失效。
根据图6所示，作为本发明的另一实施形式，将聚合物类记忆材料替换为刚性弹簧，将该封隔器和普通类液封隔器一块下至井内，该封隔器下至所有工具串的顶端，地面液压控制柜打压，液压通道里的液体推动活塞上移，达到一定压力时剪断坐封剪钉以及克服刚性弹簧的弹力，继续上移压缩胶筒，完成所有液控封隔器的坐封，实现分层注水，此时当需要反洗井时，地面液控管线泄压，在刚性弹簧作用下，推动活塞下移，此时油套环空注水观察油管出口情况，如果出口情况较小或者不出，液控封隔器胶筒未解封彻底，继续提高油套环空注入压力，注入水在最上端封隔器处节流，最终形成湍流，当达到一定压力时，推动柱塞，压缩小弹簧，带动滑套下移，当柱塞内部的泄压通孔与泄压出口重合时，泄压通道里的液体就会从此处流向地层，直至内部压力和油套压力达到平衡状态。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位指示或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种快速解封液控封隔器，包括中心管、坐封机构、泄压机构，所述坐封机构、泄压机构均套装在中心管上，其特征在于，还包括解封助力机构，所述坐封机构上端通过连接套与泄压机构连接，所述连接套与中心管之间构成的环空内套装解封助力机构；所述泄压机构包括上接头、柱塞、滑套、小弹簧，下接头下端丝扣式连接中心管，下接头分别开设偏心轴向的液压通道、泄压通道，液压通道底部与泄压通道底部为连通状态，且液压通道底部也连通所述连接套与中心管之间构成的环空，所述柱塞、滑套均滑动密封式设置在泄压通道中，滑套下端连接小弹簧，滑套上方为柱塞，泄压通道上端口为泄压通道接口，泄压通道接口内壁设置顶丝，顶丝用来连接泄压管线，液压通道上端口为液控管线接口，液控管线接口连接液压管线，所述下接头开设径向贯通的泄压出口，泄压出口连通泄压通道，滑套对泄压出口进行封堵和释放，所述滑套开设泄压通孔，泄压通孔下端连通泄压通道，泄压通孔上端径向拐弯连通至滑套外界。
2.根据权利要求1所述的一种快速解封液控封隔器，其特征在于，所述解封助力机构为聚合物类记忆材料解封助力套或刚性弹簧。
3.根据权利要求2所述的一种快速解封液控封隔器，其特征在于，所述坐封机构包括活塞、胶筒、调节环，所述活塞滑动式套装在中心管外壁，所述胶筒套装在活塞外壁，胶筒上端连接调节环，调节环上端与连接套丝扣式连接，胶筒下端顶在活塞外壁开设的变径台阶上，所述活塞上端伸入所述连接套与中心管之间构成的环空内。
4.根据权利要求3所述的一种快速解封液控封隔器及施工方法，其特征在于，所述胶筒包括两级及两级以上胶筒，胶筒两两之间设置隔环；中心管下端连接下接头，下接头开设偏心轴向贯通的下接头轴向传压通道，下接头轴向传压通道上端连通至活塞下端面；所述活塞下端伸入下接头内壁，所述活塞还通过坐封剪钉固定在下接头上，所述活塞外壁与下接头内壁之间设置聚四氟乙烯垫圈以及密封O圈。
5.根据权利要求1所述的一种快速解封液控封隔器，其特征在于，所述上接头上端连接接箍。
6.权利要求4所述一种快速解封液控封隔器的施工方法，其特征在于，液压通道里的液体推动活塞上移，剪断坐封剪钉，继续上移压缩胶筒，完成所有液控封隔器的坐封，实现分层注水，此时当需要反洗井时，地面液控管线泄压，由于液控封隔器胶筒未解封彻底，从油套环空注入水在最上端封隔器处节流，最终形成湍流，推动柱塞，压缩小弹簧，带动滑套下移，当柱塞内部的泄压通孔与泄压出口重合时，泄压通道里的液体就会从此处流向地层，直至内部压力和油套压力达到平衡状态，此时观察反洗压力是否降低，初步判断液控封隔器是否解封彻底，如果未达到理想效果，可以通过向井筒内注入氯化钾高温井下触发液，当井下温度达到120℃时，快速解封液控封隔器内部的聚合物类记忆材料开始材料形成触变，恢复其开始的记忆形状，即记忆材料在环形空间内轴向拉伸，径向收缩，靠这种形状变化稳步推动活塞下移，助力封隔器胶筒解封。
7.权利要求4所述一种快速解封液控封隔器的施工方法，其特征在于，液压通道里的液体推动活塞上移，剪断坐封剪钉以及克服刚性弹簧的弹力，继续上移压缩胶筒，完成所有液控封隔器的坐封，实现分层注水，此时当需要反洗井时，地面液控管线泄压，在刚性弹簧作用下，推动活塞下移，此时油套环空注水观察油管出口情况，如果出口情况较小或者不出，液控封隔器胶筒未解封彻底，继续提高油套环空注入压力，注入水在最上端封隔器处节流，最终形成湍流，推动柱塞，压缩小弹簧，带动滑套下移，当柱塞内部的泄压通孔与泄压出口重合时，泄压通道里的液体就会从此处流向地层，直至内部压力和油套压力达到平衡状态。
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