一种裸眼完井管柱用悬挂封隔器.pdf

1、10申请公布号CN103195389A43申请公布日20130710CN103195389ACN103195389A21申请号201310137198322申请日20130419E21B33/12620060171申请人四机赛瓦石油钻采设备有限公司地址434024湖北省荆州市荆州区西环路72发明人陈方利谭莲香邹刚卢刚高红平周丰74专利代理机构武汉天力专利事务所42208代理人冯卫平54发明名称一种裸眼完井管柱用悬挂封隔器57摘要本发明涉及油气田裸眼水平井多段压裂技术领域，特别涉及一种裸眼完井管柱用悬挂封隔器。本发明提供一种裸眼完井管柱用悬挂封隔器，包括中心管、上导环、紧盯销钉、上卡瓦、上锥体、

2、剪切销钉、外背圈、内背圈、上橡胶套挡圈、胶筒承留环、胶筒、上橡胶套挡圈、下锥体、下卡瓦、锁环、锁环套、上活塞、“O”型圈、劈环套、劈环、下活塞、上坐封套、下坐封套、下导环和下接头组成。本发明主要应用于裸眼水平井多层压裂中，具有锚定性能可靠，保证封隔器耐高温高压，可靠密封大尺寸套管，最大内通径能保证通过20个压裂球达到压裂层数最大化。51INTCL权利要求书1页说明书4页附图4页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图4页10申请公布号CN103195389ACN103195389A1/1页21一种裸眼完井管柱用悬挂封隔器，包括中心管和设置于中心管上的胶筒，其

3、特征在于所述中心管的下端与下接头螺纹连接，并且用紧盯销钉固定；中心管和下接头连成的整体从上到下依次装有上导环、上卡瓦、上锥体、上外背圈、上内背圈、下内背圈、下外背圈、下锥体、下卡瓦、锁环套、上活塞、劈环套、劈环、下活塞、上坐封套、下坐封套和下导环；所述上导环与中心管螺纹连接且用紧盯销钉固定；所述上卡瓦和上锥体轴向套在中心管上，上卡瓦一端接触上导环和中心管台阶，另一端与上锥体接触，上锥体通过剪切销钉固定在中心管上；所述中心管和胶筒之间设有承留环，该承留环在胶筒中部且与中心管用“O”型圈密封，胶筒两端分别套入上内背圈、下内背圈、上外背圈、下外背圈构成胶筒总成，该胶筒总成套于中心管上，上外背圈与上锥

4、体接触，下锥体和下卡瓦轴向套在中心管上，下锥体一端与下外背圈接触且通过剪切销钉固定在中心管上；所述锁环套通过锁环与中心管连接，并由剪切销钉与中心管固定，锁环套上端面与下卡瓦端面接触；所述上活塞与中心管之间通过“O”型圈滑动密封连接；所述劈环套与下活塞通过劈环固定在中心管上，下活塞通过“O”型圈密封中心管；所述上坐封套与上活塞螺纹连接，上坐封套、上活塞和下活塞均通过“O”型圈与中心管滑动密封连接；所述下坐封套与上坐封套螺纹连接，下坐封套与上坐封套、下接头之间均为滑动密封连接；所述下导环与中心管螺纹连接且用紧盯销钉固定。2根据权利要求1所述的一种裸眼完井管柱用悬挂封隔器，其特征在于所述中心管上具有

5、径向的第一传压孔和第二传压孔，第一传压孔位于上活塞和劈环套之间，第二传压孔位于上坐封套和下接头之间。3根据权利要求1所述的一种裸眼完井管柱用悬挂封隔器，其特征在于所述中心管上端为马牙扣内螺纹结构。4根据权利要求1所述的一种裸眼完井管柱用悬挂封隔器，其特征在于所述上锥体和上卡瓦锥面配合，下锥体和下卡瓦锥面配合。5根据权利要求1所述的一种裸眼完井管柱用悬挂封隔器，其特征在于所述胶筒总成的上内背圈和下内背圈之间设有上橡胶套挡圈和下橡胶套挡圈；所述胶筒总成的上外背圈和上内背圈构成软金属环背圈，所述胶筒总成的下外背圈和下内背圈构成软金属环背圈。6根据权利要求1或5所述的一种裸眼完井管柱用悬挂封隔器，其特

6、征在于所述胶筒的中间部位设置胶筒承留环，该胶筒承留环的内孔中间设有“O”型圈，胶筒承留环是铸铁材质。7根据权利要求1所述的一种裸眼完井管柱用悬挂封隔器，其特征在于所述中心管上与锁环套接触的部分设有引导锁环套上行的锯齿状螺纹。8根据权利要求7所述的一种裸眼完井管柱用悬挂封隔器，其特征在于所述锁环采用单切口的内外齿结构，锁环套通过剪切销钉固定在锁环的切口槽内。9根据权利要求1所述的一种裸眼完井管柱用悬挂封隔器，其特征在于所述劈环为开口C环或2片C环组成。10根据权利要求1所述的一种裸眼完井管柱用悬挂封隔器，其特征在于所述上坐封套、上活塞和下活塞与中心管滑动密封连接的“O”型圈两端具有“O”型圈背圈

7、，该“O”型圈背圈是聚四氟乙烯材质。权利要求书CN103195389A1/4页3一种裸眼完井管柱用悬挂封隔器技术领域0001本发明涉及油气田裸眼水平井多段压裂技术领域，特别涉及一种裸眼完井管柱用悬挂封隔器。背景技术0002裸眼水平井多层压裂技术是一项先进的完井技术,是低压、低渗透油气藏开发的重要增产措施之一，它具有封堵效果好、井下工具少、作业针对性强、施工成本低等优点。裸眼完井可以更好地实现全水平段的泄油气，该技术目前已在国外得到广泛应用。水平裸眼井多级压裂目前已经是北美页岩气压裂开采主要技术手段。0003裸眼水平井多级压裂技术一般采用裸眼封隔器分段封隔。根据页岩气储层开发的需要，使用封隔器将

8、水平井段分隔成若干段，水力压裂施工时水平段最尾端滑套为压力开启式滑套，其它滑套通过投球打开，从水平段尾端第二级开始逐级投球，进行有针对性的压裂施工。0004在裸眼压裂完井管柱中，悬挂封隔器在悬挂整个尾管串的同时还要保证其在直井段套管内耐温耐压性能，达到悬挂尾管重量和密封的目的，同时悬挂封隔器需要保持最大内通径以便尽可能多的通过压裂球达到压裂的层数最大化。0005而普通的封隔器的产品性能不能满足悬挂尾管及密封大尺寸套管和保持最大内通径的要求。为此，研制了适用于裸眼水平井完井管柱直井段新型的悬挂封隔器，使其在裸眼水平井分段压裂改造中更具实用性。发明内容0006本发明的目的在于克服上述不足，提供一种

9、裸眼完井管柱用悬挂封隔器，其锚定性能可靠，保证封隔器耐高温高压，能可靠地密封大尺寸套管，最大内通径能保证通过20个压裂球达到压裂层数最大化。0007为实现上述技术目的，本发明提供的方案是一种裸眼完井管柱用悬挂封隔器，包括中心管和设置于中心管上的胶筒，其中，所述中心管的下端与下接头螺纹连接，并且用紧盯销钉固定；中心管和下接头连成的整体从上到下依次装有上导环、上卡瓦、上锥体、上外背圈、上内背圈、下内背圈、下外背圈、下锥体、下卡瓦、锁环套、上活塞、劈环套、劈环、下活塞、上坐封套、下坐封套和下导环；所述上导环与中心管螺纹连接且用紧盯销钉固定；所述上卡瓦和上锥体轴向套在中心管上，上卡瓦一端接触上导环和中

10、心管台阶，另一端与上锥体接触，上锥体通过剪切销钉固定在中心管上；所述中心管和胶筒之间设有承留环，该承留环在胶筒中部且与中心管用“O”型圈密封，胶筒两端分别套入上内背圈、下内背圈、上外背圈、下外背圈构成胶筒总成，该胶筒总成套于中心管上，上外背圈与上锥体接触，下锥体和下卡瓦轴向套在中心管上，下锥体一端与下外背圈接触且通过剪切销钉固定在中心管上；所述锁环套通过锁环与中心管连接，并由剪切销钉与中心管固定，锁环套上端面与下卡瓦端面接触；所述上活塞与中心管之间通过“O”型圈滑动密封连接；所述劈环套与下活塞通说明书CN103195389A2/4页4过劈环固定在中心管上，下活塞通过“O”型圈密封中心管；所述上

11、坐封套与上活塞螺纹连接，上坐封套、上活塞和下活塞均通过“O”型圈与中心管滑动密封连接；所述下坐封套与上坐封套螺纹连接，下坐封套与上坐封套、下接头之间均为滑动密封连接；所述下导环与中心管螺纹连接且用紧盯销钉固定。0008而且，所述中心管上具有径向的第一传压孔和第二传压孔，第一传压孔位于上活塞和劈环套之间，第二传压孔位于上坐封套和下接头之间。0009而且，所述中心管上端为马牙扣内螺纹结构。0010而且，所述上锥体和上卡瓦锥面配合，下锥体和下卡瓦锥面配合。0011而且，所述胶筒总成的上内背圈和下内背圈之间设有上橡胶套挡圈和下橡胶套挡圈；所述胶筒总成的上外背圈和上内背圈构成软金属环背圈，所述胶筒总成的

12、下外背圈和下内背圈构成软金属环背圈。0012而且，所述胶筒的中间部位设置胶筒承留环，该胶筒承留环的内孔中间设有“O”型圈，其支撑胶筒心部利于胶筒膨胀。胶筒承留环是铸铁材质。0013而且，所述中心管上与锁环套接触的部分设有引导锁环套上行的锯齿状螺纹，且只能上行，不能下行。0014而且，所述锁环采用单切口的内外齿结构，锁环套通过剪切销钉固定在锁环的切口槽内。锁环伴随锁环套传递压力，上行且将压力锁定在中心管上。0015而且，所述劈环为开口C环或2片C环组成。0016而且，所述上坐封套、上活塞和下活塞与中心管滑动密封连接的“O”型圈两端具有“O”型圈背圈，可达到良好滑动密封的性能。该“O”型圈背圈是聚

13、四氟乙烯材质。0017本发明的裸眼完井管柱用悬挂封隔器设置了两个液压缸和两个活塞，当封隔器下入到设计层位后，通过管内打压，驱动两级活塞剪断锁环套上剪切销钉同时上行，挤压密封胶筒，撑破卡瓦咬合套管，锁环锁紧压力，实现可靠锚定和密封。该工具保证封隔器耐高温高压，可靠密封大尺寸套管，最大内通径能保证通过20个压裂球达到压裂层数最大化。附图说明0018图1是本发明的结构示意图。0019图2是图1中A部分放大图。0020图3是图1中B部分放大图。0021图4是图1中C部分放大图。0022其中，1、中心管，2、上导环，3、第一紧盯销钉，4、上卡瓦，5、上锥体，6、第一剪切销钉，7、上外背圈，8、上内背圈，

14、9、上橡胶套挡圈，10、胶筒承留环，11、第一“O”型圈，12、胶筒，13、下橡胶套挡圈，14、下内背圈，15、下外背圈，16、下锥体，17、下卡瓦，18、锁环，19、第二紧盯销钉，20、锁环套，21、第二剪切销钉，22、上活塞，23、第二“O”型圈，24、第三“O”型圈，25、“O”型圈背圈，26、劈环套，27、劈环，28、下活塞，29、上坐封套，30、第三紧盯销钉，31、下坐封套，32、下导环，33、下接头，34、第一传压孔，35、第二传压孔。具体实施方式0023下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。说明书CN103195389A3/4页50024本实施例提供一种裸眼完井管柱用悬挂封隔

15、器，包括中心管1和设置于中心管1上的胶筒12，如图1所示，所述中心管1的下端与下接头33螺纹连接，并且用紧盯销钉固定防松；中心管1和下接头33连成的整体从上到下依次装有上导环2、上卡瓦4、上锥体5、上外背圈7、上内背圈8、下内背圈14、下外背圈15、下锥体16、下卡瓦17、锁环套20、上活塞22、劈环套26、劈环27、下活塞28、上坐封套29、下坐封套31和下导环32；所述上导环2与中心管1螺纹连接且用第一紧盯销钉3固定防松；所述上卡瓦4和上锥体5轴向套在中心管1上，上卡瓦4一端接触上导环2和中心管台阶，另一端与上锥体5接触，上锥体5通过第一剪切销钉6固定在中心管1上；所述中心管1和胶筒12之

16、间设有承留环10，该承留环10在胶筒12中部且与中心管1用第一“O”型圈11密封，胶筒12两端分别套入上内背圈8、下内背圈14、上外背圈7、下外背圈15构成胶筒总成，该胶筒总成套于中心管1上，上外背圈7与上锥体5接触，下锥体16和下卡瓦17轴向套在中心管1上，下锥体16一端与下外背圈15接触且通过第一剪切销钉6固定在中心管1上；所述锁环套20通过锁环18与中心管1连接，并由第二剪切销钉21与中心管1固定防转，锁环套20上端面与下卡瓦17端面接触；所述上活塞22与中心管1之间通过第二“O”型圈23滑动密封连接；所述劈环套26与下活塞28通过劈环27固定在中心管1上，下活塞28通过第二“O”型圈2

17、3密封中心管1；所述上坐封套29与上活塞22螺纹连接，上坐封套29、上活塞22和下活塞28均与中心管1通过第二“O”型圈23滑动密封连接；所述下坐封套31与上坐封套29螺纹连接，下坐封套31与上坐封套29、下接头33之间均通过第三“O”型圈24与滑动密封连接；所述下导环32与中心管1螺纹连接且用第三紧盯销钉30固定防松。0025进一步的，上述中心管1上具有径向的第一传压孔34和第二传压孔35，第一传压孔34位于上活塞22和劈环套26之间，第二传压孔35位于上坐封套29和下接头33之间。0026进一步的，上述中心管1上端为马牙扣内螺纹结构，便于悬挂封隔器的送入和转为生产管柱的回接。0027进一步

18、的，上述上锥体5和上卡瓦4锥面配合，下锥体16和下卡瓦17锥面配合。0028进一步的，上述胶筒总成的上内背圈8和下内背圈14之间设有上橡胶套挡圈9和下橡胶套挡圈13。0029进一步的，上述胶筒总成的上外背圈7和上内背圈8构成软金属环背圈；所述胶筒总成的下外背圈15和下内背圈14构成软金属环背圈。0030进一步的，上述胶筒12中间部位设置由铸铁材质制作的胶筒承留环10，胶筒承留环10内孔中间设有第一“O”型圈11，其支撑胶筒心部利于胶筒膨胀。0031进一步的，上述中心管1上与锁环套20接触的部分设有引导锁环套20上行的锯齿状螺纹，且只允许锁环套20上行。0032进一步的，上述锁环18采用单切口的

19、内外齿结构，锁环套20通过第二紧盯销钉19固定在锁环18的切口槽内，防止锁环套20上行过程中，锁环18在锁环套20内转动。锁环18伴随锁环套20传递压力，上行且将压力锁定在中心管1上。0033进一步的，上述劈环27为开口C环或2片C环组成，用于固定下活塞28。0034进一步的，上述第三“O”型圈24两端具有由聚四氟乙烯制作的“O”型圈背圈25。第三“O”型圈24两端配有“O”型圈背圈25能达到良好滑动密封的性能。0035本发明的工作原理为利用配套的插管或球座在封隔器内孔处形成密封，从油管说明书CN103195389A4/4页6内打压，液体通过悬挂封隔器的第一传压口和第二传压口在上活塞22和上坐

20、封套29上产生轴向向上的推力，作用于锁环套20，达到启动压力剪断锁环套20上第二剪切销钉21带动锁环18一起上行，上行挤压下卡瓦17，下卡瓦17将力传递给下锥体16，到达一定力值剪断下锥体16上第一剪切销钉6，下锥体16上行挤压胶筒12和上锥体5，到达一定力值剪断上锥体5上的第一剪切销钉6，下锥体16上行挤压上卡瓦4，上卡瓦4破裂咬合套管，胶筒12继续膨胀，下卡瓦17继续上行，上行一定程度后，胶筒12膨胀密封套管，下卡瓦17咬合套管，完成坐封；同时封隔器内部的锁环18锁住坐封力，维持卡瓦和胶套的座封。0036以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进或变形，这些改进或变形也应视为本发明的保护范围。说明书CN103195389A1/4页7图1说明书附图CN103195389A2/4页8图2说明书附图CN103195389A3/4页9图3说明书附图CN103195389A4/4页10图4说明书附图CN103195389A10