CN117489293B - 一种具有双密封结构封隔器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有双密封结构封隔器，包括芯管；套设在芯管外周壁上的胶筒、设置在芯管外表面上的增压活塞组件，以及设置在增压活塞组件两端的增压上行组件和增压下行组件；增压上行组件被构造成响应于外力而朝向所述胶筒移动，以使得胶筒受力发生径向膨胀；还包括：第二密封构件，其套设在芯管外周壁上，位于增压下行组件的下游；沿受力方向由上而下，第二密封构件包括膨胀锥、膨胀密封环和止推环；膨胀锥响应于增压下行组件的推力朝向止推环移动，使得密封环发生径向扩张，实现一级密封。本发明封隔器采用了双密封结构，确保密封可靠性，上下分布的密封单元还可以平衡注、采气时封隔器内部构件应力，提高封隔器长期密封可靠性。

Description

一种具有双密封结构封隔器

技术领域

本发明涉及用于储气库井使用的井下封隔器技术领域，具体为一种具有双密封结构封隔器。

背景技术

封隔器是一种井下工具，用于在井筒中把不同的油层以及不同的水层分隔开，并需要承受一定的压差。封隔器需要满足采油工艺的要求。既能下到井筒预定位置，封隔严密，且在井下需要具有耐久性，又可在需要时顺利起出。

基于封隔器施工环境及技术参数要求，现有技术中封隔器存在以下难点：

1.需要大尺寸封隔器，国内外无相应尺寸成熟产品，有加工难度；

2.密封空间大，在注采气井底压力7-9MPa时，封隔器承受向上载荷约为46-59t，综合考虑13寸套管自重48.8t，套管保护液500m下压力32.5t。长期承受交变载荷对卡瓦锚定可靠性有很大挑战；

3.注采气压力的变化容易引起封隔器轻微蠕动，容易造成密封组件失效；4.现有带压起下管柱设备无法满足其大尺寸要求，且无大跨度变径封堵工具(13-3/8”管柱内下入，封堵18-5/8”井筒)用以暂堵井筒。

因此，如何解决上述问题 ，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种具有双密封结构封隔器，其包括：

芯管；套设在所述芯管外周壁上的胶筒、设置在所述芯管外表面上的增压活塞组件，以及设置在所述增压活塞组件两端的增压上行组件和增压下行组件；所述增压上行组件被构造成响应于外力而朝向所述胶筒移动，以使得所述胶筒受力发生径向膨胀；其中，还包括：第二密封构件，其套设在所述芯管外周壁上，位于所述增压下行组件的下游；沿受力方向由上而下，所述第二密封构件包括膨胀锥、膨胀密封环和止推环；所述膨胀锥密封套设在所述芯管上，所述膨胀密封环套设在所述膨胀锥的下游端上；所述止推环抵接所述膨胀密封环的下游端；所述膨胀锥响应于所述增压下行组件的推力朝向所述止推环移动，使得所述密封环发生径向扩张，实现一级密封。

在某些实施方式中，所述的具有双密封结构封隔器还包括：锚定卡瓦组件，其设置所述胶筒和所述第二密封构件之间。

在某些实施方式中，所述的具有双密封结构封隔器中，所述增压下行组件包括：卡爪推筒和第一锁环；所述卡爪推筒，其套设在所述芯管外表面上；一端抵接所述膨胀锥，另一端受力于所述增压活塞组件输出的推力而朝向所述膨胀锥移动；所述第一锁环为阶梯状结构，设置在所述芯管和所述膨胀锥之间，防止所述膨胀锥发生远离所述膨胀密封环的移动。

在某些实施方式中，所述的具有双密封结构封隔器中，还包括外筒，其套设在所述卡爪推筒的外表面上，通过第一剪钉与所述卡爪推筒部分连接；其中，所述第一剪钉在达到第一压力阈值时被剪断，释放所述卡爪推筒推动所述膨胀锥，移向所述膨胀密封环，并使所述膨胀密封环径向扩张贴合套管内壁。

在某些实施方式中，所述的具有双密封结构封隔器中，所述第二密封构件还包括：支撑环，其设置在所述止推环与所述芯管之间，用于支撑所述止推环；和扶正器，其一端螺栓连接所述止推环，另一端螺栓连接所述支撑环。

在某些实施方式中，所述的具有双密封结构封隔器中，所述膨胀锥为锥体构件，所述膨胀锥的尖端部分内表面通过O型密封圈密封连接所述芯管；所述膨胀锥的尖端部分外表面滑动贴合所述膨胀密封环；所述膨胀密封环为金属和橡胶复合密封环。

在某些实施方式中，所述的具有双密封结构封隔器中，还包括设置在所述胶筒一端的上接头，所述胶筒通过第一锁紧帽密封连接所述上接头，所述上接头固定在所述芯管上。

在某些实施方式中，所述的具有双密封结构封隔器中，所述增压上行组件包括：下接头、上椎体、下椎体、接头、第二锁环和第二锁紧帽；所述下接头设置在所述胶筒的另一端；所述胶筒通过第二锁紧帽密封连接所述下接头；所述下椎体，其被构造成适于径向向外推动所述锚定卡瓦组件，所述下椎体与所述接头螺纹连接；所述上椎体设置在所述下接头和所述下椎体之间；所述上椎体响应于所述下椎体传递的推力，推动所述下接头朝向所述胶筒移动，所述胶筒受所述上接头和所述下接头的挤压而发生径向膨胀，贴合在套管内壁，实现二级密封；所述第二锁环，其为阶梯状结构，设置在所述下椎体和所述芯管之间，用于阻止所述下椎体发生反向移动。

在某些实施方式中，所述的具有双密封结构封隔器中所述锚定卡瓦组件为笼式卡瓦组件组成，其通过第二剪钉固定至所述下椎体上，所述第二剪钉在达到第二压力阈值时被剪短，释放所述锚定卡瓦组件。

在某些实施方式中，所述的具有双密封结构封隔器中，所述增压活塞组件还包括：输入管，其用于注入打压液体或气体；所述输入管用于连通所述增压活塞组件的活塞腔，增加活塞腔的压力从而能够驱动增压上行组件和增压下行组件向相反方向移动。

本发明的有益效果是：

本发明公开一种具有双密封结构封隔器，封隔器采用了一级密封和二级密封，确保密封可靠性，一级密封采用可膨胀锥与橡胶密封环组成的复合密封环结构；二级密封采用组合式压缩胶筒结构，可进一步增强封隔器整体的密封性能；一级密封与二级密封将卡瓦组件包在中间，可以完全阻隔腐蚀环境与卡瓦组件接触、有效保护卡瓦组件，增加封隔器锚定的可靠性，上下分布的密封单元还可以平衡注、采气时封隔器内部构件应力，提高封隔器长期密封可靠性。

附图说明

图1为本发明所述的具有双密封结构封隔器的第一结构示意图；

图2为本发明所述的具有双密封结构封隔器中输入管的结构示意图；

图3为本发明所述的具有双密封结构封隔器的第二结构示意图。

图中：1-芯管，2-增压活塞组件，3-膨胀锥，4-膨胀密封环，5-止推环，6-胶筒，7-输入管，8-输入孔，9-外筒，10-卡爪推筒，11-第一剪钉，12-第一锁环，13-上接头，14-下接头，15-上椎体，16-下椎体，17-接头，18-第二锁环，19-锚定卡瓦组件，20-第二剪钉，21-第一锁紧帽，22-第二锁紧帽，23-扶正器，24-支撑环。

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。

如图1至图3所示，一种具有双密封结构封隔器，其包括：芯管1；套设在所述芯管1外周壁上的胶筒6、设置在所述芯管1外表面上的增压活塞组件2，以及设置在所述增压活塞组件2两端的增压上行组件和增压下行组件；所述增压上行组件被构造成响应于外力而朝向所述胶筒6移动，以使得所述胶筒6受力发生径向膨胀；所述封隔器包括：第二密封构件，其套设在所述芯管1外周壁上，位于所述增压下行组件的下游；沿受力方向由上而下，所述第二密封构件包括膨胀锥3、膨胀密封环4和止推环5；所述膨胀锥3密封套设在所述芯管1上，所述膨胀密封环4套设在所述膨胀锥3的下游端上；所述止推环5抵接所述膨胀密封环4的下游端；所述膨胀锥3响应于所述增压下行组件的推力朝向所述止推环5移动，使得所述膨胀密封环4发生径向扩张，实现一级密封。所述膨胀锥3为上粗下细的锥体结构，当所述膨胀锥3响应于所述增压下行组件的推力朝向所述止推环5移动时，将所述密封环4挤压变大实现径向扩张，从而实现一级密封。

芯管1下入到井中预定位置，响应所述增压活塞组件2的推力所述增压下行组件向第二密封构件移动，膨胀锥3使得膨胀密封环4径向扩张，实现一级密封。

在一个实施例中，所述芯管1由2507双向不锈钢组成，有良好的耐腐蚀及机械性能。

在另一个实施例中，所述封隔器包括锚定卡瓦组件19，其设置所述胶筒6和所述第二密封构件之间。

在一个实施例中，锚定卡瓦组件件19采用桶状双向卡瓦结构，锚牙与套管的接触面积大且均匀，具有锚定力高，锚定可靠，承受负荷大且对套管损伤小，可同时防上顶与下蹿，并且采用渗碳淬火热处理，提高金属表面硬度，抗磨性能和抗腐蚀性。

在一个实施例中，胶筒6采用(氢化丁腈橡胶)HNBR、PTFE压缩式组合保护胶筒6，设计端面斜角，防突结构和垫圈(PTFE)，防止胶筒6在膨胀过程中向间隙两边扩张，让它尽可能地往中心挤压，密封效果更好，增加压缩距，提高和保持套管的接触应力，以获得良好的密封性。

在一个实施例中，所述增压下行组件包括：卡爪推筒10和第一锁环12；所述卡爪推筒10，其套设在所述芯管1外表面上；一端抵接所述膨胀锥3，另一端受力于所述增压活塞组件2输出的推力而朝向所述膨胀锥3移动；所述第一锁环12为阶梯状结构，设置在所述芯管1和所述膨胀锥3之间，防止所述膨胀锥3发生远离所述膨胀密封环4的移动。

在一个实施例中，所述增压上行组件包括：外筒9，其套设在所述卡爪推筒10的外表面上，通过第一剪钉11与所述卡爪推筒10部分连接；其中，所述第一剪钉11在达到第一压力阈值时被剪断，释放所述卡爪推筒10推动所述膨胀锥3，移向所述膨胀密封环4，并使所述膨胀密封环4径向扩张贴合套管内壁。

在一个实施例中，第一压力阈值为7MPa~8MPa，当达到第一压力阈值时，一级密封开始启动直至完全实现一级密封。

在另一个实施例中，所述第二密封构件还包括：支撑环24，其设置在所述止推环5与所述芯管1之间，用于支撑所述止推环5；和扶正器23，其一端螺栓连接所述止推环5，另一端螺栓连接所述支撑环24。

在本发明公开的一个或多个实施例中，所述膨胀锥3为锥体构件，所述膨胀锥3的尖端部分内表面通过O型密封圈密封连接所述芯管1；所述膨胀锥3的尖端部分外表面滑动贴合所述膨胀密封环4。

在本发明公开的一个或多个实施例中，所述膨胀密封环为金属和橡胶复合密封环。

在本发明公开的一个或多个实施例中，所述上接头13设置在所述胶筒6的一端，所述胶筒6通过第一锁紧帽21密封连接所述上接头13，所述上接头13固定在所述芯管1上。

在本发明公开的一个或多个实施例中，所述增压上行组件还包括：下接头14、上椎体15、下椎体16、接头17、第二锁环18和第二锁紧帽22；所述下接头14设置在所述胶筒6的另一端；所述胶筒6通过第二锁紧帽22密封连接所述下接头14；所述下椎体16，其被构造成适于径向向外推动所述锚定卡瓦组件19，所述下椎体16与所述接头17螺纹连接；所述上椎体15设置在所述下接头14和所述下椎体16之间；所述上椎体15响应于所述下椎体16传递的推力，推动所述下接头14朝向所述胶筒6移动，所述胶筒6受所述上接头13和所述下接头14的挤压而发生径向膨胀，贴合在套管内壁，实现二级密封；所述第二锁环18，其为阶梯状结构，设置在所述下椎体16和所述芯管1之间，用于阻止所述下椎体16发生反向移动。

一级密封位于所述锚定卡瓦组件19的下部，采用膨胀锥3和膨胀密封环4的复合密封环结构，膨胀密封环4的橡胶部分径向膨胀永久贴合，锁死在膨胀锥3和套管之间，有效避免橡胶长时间承压后流胶以及老化失封情况，可建立长效可靠的密封环境。二级密封位于所述锚定卡瓦组件19上部，进一步增强封隔器的整体的密封性能。

在本发明公开的一个或多个实施例中，所述胶筒6通过第一锁紧帽21密封连接所述上接头13，通过第二锁紧帽22密封连接所述下接头14。

在本发明公开的一个或多个实施例中，所述锚定卡瓦组件19为笼式卡瓦组件组成，其通过第二剪钉20固定至所述下椎体16上，所述第二剪钉20在达到第二压力阈值时被剪短，释放所述锚定卡瓦组件19。

在一个实施例中，第二压力阈值为128MPa，当达到第二压力阈值时，二级密封开始启动直至完全实现二级密封。

在本发明公开的一个或多个实施例中，所述增压活塞组件2还包括：输入管7，其用于注入打压液体或气体；所述输入管7用于连通所述增压活塞组件的活塞腔，增加活塞腔的压力从而能够驱动增压上行组件和增压下行组件向相反方向移动。如图2所示，所述输入管7上设置有多个输入孔8，当向芯管1内注入增压液体或气体上，增压液体或气体通过输入孔8进入输入管7中，在由输入管7进入增压活塞组件的活塞腔内，从而驱动增压上行组件和增压下行组件向相反方向移动。

如图3所示，本发明提供一种大尺寸的具有双密封结构的封隔器，其具体如下，所述芯管1的长度为5220mm，其外径为340mm，其通径为312mm；所述上接头13的外径为433mm，其内径为340mm；所述第一锁紧帽21的外径为403mm，其内径为363mm；所述胶筒6的长度为429.25mm，最大外径为430mm，最小外径为403mm，内径为363mm；所述下接头14的长度为292mm，其外径为433mm，其最大内径为405mm，最小内径为367mm；所述上椎体15的最大外径为433mm，最小外径为405mm，其内径为370mm；所述锚定卡瓦组件19的长度为420mm，其外径为429mm，最小内径为370mm；所述下椎体16的长度为684mm，最大外径为433mm，其最小内径为343mm；所述接头17的外径为433mm，其最大内径为371mm，其最小内径为343mm；所述增压活塞组件2的长度为290mm，其外径为371mm；所述外筒9的长度为1016mm，其内径为398mm，外径为433mm；所述膨胀锥3的长度为709mm，其内径为372mm。

后期封隔器密封失效补救措施

1.在封隔器下部用电缆或者连续油管下入桥塞，在封隔器上部下入电缆打孔工具打孔；

2.从13-3/8套管注入水泥或化学堵剂封堵封隔器上部一段环空，代替封隔器密封；

3.再用连续油管钻掉13-3/8套管遗留水泥和桥塞，打通注采通道，继续进行生产；

4.在具备修井条件时，也可以选择切割封隔器上部管柱，在上部重新下入封隔器管柱，重新建立密封。

在本实施例中，为了方便使用和制作，所述第一锁紧帽21和所述第二锁紧帽22上下结构对称，所述上椎体15和所述下椎体16上下结构对称。

封隔器的一级密封、二级密封与锚定卡瓦组件19机构均设计有专门的锁定机构进行锁定，锁紧方便，可靠，结构简洁高效、互不干涉，可有效将封隔器永久锁在工作状态，不会因后期注采时的交变载荷影响封隔器工作。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种具有双密封结构封隔器，其特征在于，包括：

芯管（1）；套设在所述芯管（1）外周壁上的胶筒（6）、设置在所述胶筒（6）的一端的上接头（13）、设置在所述芯管（1）外表面上的增压活塞组件（2），以及设置在所述增压活塞组件（2）两端增压上行组件和增压下行组件；所述增压上行组件被构造成响应于外力而朝向所述胶筒（6）移动，以使得所述胶筒（6）受力发生径向膨胀；所述胶筒（6）通过第一锁紧帽（21）密封连接所述上接头（13），所述上接头（13）固定在所述芯管（1）上；

其中，还包括：第二密封构件，其套设在所述芯管（1）外周壁上，位于所述增压下行组件的下游；沿受力方向由上而下，所述第二密封构件包括膨胀锥（3）、膨胀密封环（4）和止推环（5）；所述膨胀锥（3）密封套设在所述芯管（1）上，所述膨胀密封环（4）套设在所述膨胀锥（3）的下游端上；所述止推环（5）抵接所述膨胀密封环（4）的下游端；所述膨胀锥（3）响应于所述增压下行组件的推力朝向所述止推环（5）移动，使得所述密封环（4）发生径向扩张，实现一级密封；锚定卡瓦组件（19），其设置所述胶筒（6）和所述第二密封构件之间；

所述增压下行组件包括：卡爪推筒（10）和第一锁环（12）；所述卡爪推筒（10），其套设在所述芯管（1）外表面上；一端抵接所述膨胀锥（3），另一端受力于所述增压活塞组件（2）输出的推力而朝向所述膨胀锥（3）移动；所述第一锁环（12）为阶梯状结构，设置在所述芯管（1）和所述膨胀锥（3）之间，防止所述膨胀锥（3）发生远离所述膨胀密封环（4）的移动；

所述增压上行组件包括：下接头（14）、上椎体（15）、下椎体（16）、接头（17）、第二锁环（18）和第二锁紧帽（22）；所述下接头（14）设置在所述胶筒（6）的另一端；所述胶筒（6）通过第二锁紧帽（22）密封连接所述下接头（14）；所述下椎体（16），其被构造成适于径向向外推动所述锚定卡瓦组件（19），所述下椎体（16）与所述接头（17）螺纹连接；所述上椎体（15）设置在所述下接头（14）和所述下椎体（16）之间；所述上椎体（15）响应于所述下椎体（16）传递的推力，推动所述下接头（14）朝向所述胶筒（6）移动，所述胶筒（6）受所述上接头（13）和所述下接头（14）的挤压而发生径向膨胀，贴合在套管内壁，实现二级密封；所述第二锁环（18），其为阶梯状结构，设置在所述下椎体（16）和所述芯管（1）之间，用于阻止所述下椎体（16）发生反向移动。

2.根据权利要求1所述的具有双密封结构封隔器，其特征在于，还包括外筒（9），其套设在所述卡爪推筒（10）的外表面上，通过第一剪钉（11）与所述卡爪推筒（10）部分连接；

其中，所述第一剪钉（11）在达到第一压力阈值时被剪断，释放所述卡爪推筒（10）推动所述膨胀锥（3），移向所述膨胀密封环（4），并使所述膨胀密封环（4）径向扩张贴合套管内壁。

3.根据权利要求1所述的具有双密封结构封隔器，其特征在于，所述第二密封构件还包括：支撑环（24），其设置在所述止推环（5）与所述芯管（1）之间，用于支撑所述止推环（5）；

和扶正器（23），其一端螺栓连接所述止推环（5），另一端螺栓连接所述支撑环（24）。

4.根据权利要求1所述的具有双密封结构封隔器，其特征在于，所述膨胀锥（3）为锥体构件，所述膨胀锥（3）的尖端部分内表面通过O型密封圈密封连接所述芯管（1）；所述膨胀锥（3）的尖端部分外表面滑动贴合所述膨胀密封环（4）；所述膨胀密封环（4）为金属和橡胶复合密封环。

5.根据权利要求1所述的具有双密封结构封隔器，其特征在于，所述锚定卡瓦组件（19）为笼式卡瓦组件组成，其通过第二剪钉（20）固定至所述下椎体（16）上，所述第二剪钉（20）在达到第二压力阈值时被剪短，释放所述锚定卡瓦组件（19）。

6.根据权利要求1所述的具有双密封结构封隔器，其特征在于，所述增压活塞组件（2）还包括：输入管（7），其用于注入打压液体或气体；所述输入管（7）用于连通所述增压活塞组件的活塞腔，增加活塞腔的压力从而能够驱动增压上行组件和增压下行组件向相反方向移动。