投球式可重复坐封扩张式封隔装置的制作方法

1.本发明涉及石油用封隔装置技术领域，是一种投球式可重复坐封扩张式封隔装置。


背景技术：

2.油田井下工具特别是井下封隔器是油田开发、油田增产施工、修井作业、机械采油等工程类施工中必不可少的工具。井下用封隔器主要有压缩式、扩张式和自封时三种形式，随着油田开发的不断深入，水平井、定向井和侧钻井的数量不断的增加，为满足对这些井段进行有效安全和满足工艺要求的重复封隔，就要求封隔器具备以下性能：（1）封隔器密封段长外径小，能适应套变、套损和裸眼井；（2）封隔器无卡瓦，保证封隔器在水平井和定向井中的安全性；（3）能满足重复坐封要求；（4）最重要的是坐封无级数限制，无缩径；（5）坐封后球不能堵塞油液通道；（6）封隔器是水力坐封，且泄压后不解封；（7）坐封解封可靠安全。
3.目前可用于水平井和定向井的如y111、y211、y341、k344、z331和自膨胀封隔器，这些封隔器虽可满足某些的使用要求，但均存在一项或多项不足，在使用过程中存在一定的风险。如y111封隔器是通过管柱压重坐封，上提解封，但由于水平井的特殊结构，使得传递到封隔器上的管柱重量不可控制，且该封隔器尾部需要支撑、外径大，使得封位的准确性和安全性均受到一定影响。y211同样使用压重坐封，上提解封的方式，但因其具有卡瓦结构，使其只能用于小于45度的定向井。y341采用打压坐封，上提解封的方式，但其外径较大，且只能满足一次坐封，不具备重复坐封的能力。最通用的k344通过打压坐封，当油管内泄压后，封隔器随之解封，不具备泄压后继续封隔层位的能力。有相关论文和专利文献提出在k344 封隔器进液孔处安装单流阀，并在下部安装有滑套实现封隔器重复坐封，但这种滑套式的封隔器坐封球座受到级数限制，管内节流压差大，且球会堵塞油管通道等缺陷。z331也常用于水平井找水等工艺，但该封隔器靠内胶套的过盈与套管密封，在下入过程中，内胶套密封面常常被磨损，失去密封能力。油水自膨胀封隔器是一种永久式封隔器，该封隔器只能实现一次坐封，而且后期处理难度大，在油田并未得到大量应用；同时现有封隔器还存在成本高、上产周期长、操作繁琐等缺陷；因此现有封隔器已不能满足油田井下封隔工艺的要求。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种投球式可重复坐封扩张式封隔装置，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有封隔器只能实现一次坐封、成本高、上产周期长和操作繁琐，已不能满足油田井下封隔工艺要求的问题。
5.本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种投球式可重复坐封扩张式封隔装置，包括上接头，从上至下固定安装在一起的副中心管、中心管、过渡接头、连接筒和下接头，从上至下固定安装在一起的弹簧座、缸套、胶桶上护套、胶桶和胶桶下护套；上接头的下部内侧和副中心管的上部外侧固定安装在一起，上接头的下部外侧和弹簧座的上端内侧通
过至少一个的剪切销钉连接在一起，在过渡接头的下部内侧固定安装有能够向内收缩的割缝钢套，在下接头上有与连接筒的内腔相连通的液流孔，在缸套的中部内侧一体固定有环形挡块，环形挡块套装在中心管的外侧，在上接头和环形挡块之间的副中心管外侧安装有弹簧；胶桶上护套、缸套、环形挡块和中心管之间形成进液腔，在进液腔的下部固定安装有单流凡尔，在中心管上设有至少一个与进液腔的上部相连通的进液孔，胶桶下护套的下部套装在中心管上，胶桶下护套与过渡接头之间有间距，对应胶桶下护套下部位置的中心管上设有至少一个的解封孔，胶桶与中心管之间有间距并形成液流通道，在胶桶下护套的中部设有与液流通道相连通的注水孔，在注水孔上固定安装有注水塞，在胶桶上护套的上部设有连通通道，连通通道分别与单流凡尔的出液端和液流通道相连通。
6.下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：上述在弹簧座的上部内侧一体固定有上限位块，在副中心管的下端外侧一体固定有下限位块，在上限位块和下限位块之间的副中心管外侧安装有弹簧。
7.上述胶桶上护套的上部外侧和缸套的下部内侧固定安装在一起，胶桶上护套的上部套装在中心管的外侧，在胶桶上护套的上端面上设有安装槽，在胶桶上护套的安装槽内固定安装有单流凡尔。
8.上述在胶桶上护套的中部和下部内侧设有中部内径小下部内径大的阶梯上环槽，在胶桶上护套的阶梯上环槽内固定安装有上胶桶头，在上胶桶头的下部外侧沿轴向间隔设有至少三个的上环形凹槽，在胶桶的上端内侧设有与上环形凹槽数量相等的上环形卡块，胶桶的上端内侧和上胶桶头的下部外侧通过上环形凹槽和上环形卡块固定安装在一起，胶桶的上端外侧和胶桶上护套的下部内侧固定连接在一起；在胶桶下护套的上部和中部内侧设有上部内径大中部内径小的阶梯下环槽，在胶桶下护套的阶梯下环槽内固定安装有下胶桶头，在下胶桶头的上部外侧沿轴向间隔设有至少三个的下环形凹槽，在胶桶的下端内侧设有与下环形凹槽数量相等的下环形卡块，胶桶的下端内侧和下胶桶头的上部外侧通过下环形凹槽和下环形卡块固定安装在一起，胶桶的下端外侧和胶桶下护套的上部内侧固定连接在一起，上胶桶头和下胶桶头分别与中心管之间有间距并与液流通道相连通。
9.上述连接筒的下端内侧和下接头的上部外侧固定安装在一起，在割缝钢套的上部内侧固定安装有内钢套，在内钢套的下部固定安装有内胶套，内胶套的下部外侧与割缝钢套的下部内侧固定连接在一起，内钢套的内径大于下接头的内径；或/和，在中心管上沿圆周对称设有两个与进液腔相连通倾斜向上的进液孔，进液孔与竖直中心线的夹角为四十五度，进液孔的孔径为6毫米，在下接头的上部沿圆周对称设有至少八个与连接筒的内腔相连通倾斜向上的液流孔，液流孔与竖直中心线的夹角为三十度至四十五度，液流孔的孔径为16毫米至20毫米。
10.上述在割缝钢套的下部和内胶套上分别沿圆周间隔设置有至少三个相对应的竖直割缝，割缝钢套的下部呈上大下小的锥形。
11.上述副中心管的下部内侧和中心管的上端外侧通过螺纹固定安装在一起，中心管的下端外侧和过渡接头的上部内侧通过螺纹固定安装在一起，过渡接头的下部外侧和连接筒的上端内侧通过螺纹固定安装在一起，连接筒的下端内侧和下接头的上部外侧通过螺纹固定安装在一起，弹簧座的下部外侧和缸套的上部内侧通过螺纹固定安装在一起，缸套的下部内侧和胶桶上护套的上部外侧通过螺纹固定安装在一起；或/和，在副中心管和中心管
之间安装有密封圈，在环形挡块和中心管之间安装有密封圈，在缸套和胶桶上护套之间安装有密封圈，在胶桶上护套和中心管之间安装有密封圈，在胶桶下护套和中心管之间安装有密封圈，在过渡接头和连接筒之间安装有密封圈，在连接筒和下接头之间安装有密封圈。
12.本发明结构合理而紧凑，使用方便，通过上接头、中心管、连接筒、下接头、弹簧座、缸套和胶桶的配合使用，实现可重复封隔的目的，具有安全可靠的特点，方便了操作，提高了工作效率，大大节约了成本，缩短了上产周期，能够很好的满足现有工艺要求。
附图说明
13.附图1为本发明最佳实施例的主视半剖视结构示意图。
14.附图2为本发明上半部分的主视半剖视放大结构示意图。
15.附图3为本发明下半部分的主视半剖视放大结构示意图。
16.附图中的编码分别为：1为上接头，2为副中心管，3为中心管，4为过渡接头，5为连接筒，6为下接头，7为弹簧座，8为缸套，9为胶桶上护套，10为胶桶，11为胶桶下护套，12为剪切销钉，13为割缝钢套，14为液流孔，15为环形挡块，16为弹簧，17为进液腔，18为单流凡尔，19为进液孔，20为解封孔，21为液流通道，22为注水塞， 23为连通通道，24为上限位块，25为下限位块，26为阶梯上环槽，27为上胶桶头，28为上环形卡块，29为阶梯下环槽，30为下胶桶头，31为下环形卡块，32为内钢套，33为内胶套，34为竖直割缝，35为密封圈。
具体实施方式
17.本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
18.在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图1的布图方向来确定的。
19.下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：如附图1、2、3所示，该投球式可重复坐封扩张式封隔装置包括上接头1，从上至下固定安装在一起的副中心管2、中心管3、过渡接头4、连接筒5和下接头6，从上至下固定安装在一起的弹簧座7、缸套8、胶桶上护套9、胶桶10和胶桶下护套11；上接头1的下部内侧和副中心管2的上部外侧固定安装在一起，上接头1的下部外侧和弹簧座7的上端内侧通过至少一个的剪切销钉12连接在一起，在过渡接头4的下部内侧固定安装有能够向内收缩的割缝钢套13，在下接头6上有与连接筒5的内腔相连通的液流孔14，在缸套8的中部内侧一体固定有环形挡块15，环形挡块15套装在中心管3的外侧，在上接头1和环形挡块15之间的副中心管2外侧安装有弹簧16；胶桶上护套9、缸套8、环形挡块15和中心管3之间形成进液腔17，在进液腔17的下部固定安装有单流凡尔18，在中心管3上设有至少一个与进液腔17的上部相连通的进液孔19，胶桶下护套11的下部套装在中心管3上，胶桶下护套11与过渡接头4之间有间距，对应胶桶下护套11下部位置的中心管3上设有至少一个的解封孔20，胶桶10与中心管3之间有间距并形成液流通道21，在胶桶下护套11的中部设有与液流通道21相连通的注水孔，在注水孔上固定安装有注水塞22，在胶桶上护套9的上部设有连通通道23，连通通道23分别与单流凡尔18的出液端和液流通道21相连通。胶桶10为内置钢带式骨架的胶桶；弹簧16及弹
簧座7组成弹簧推力机构，当解封时中心管3相对上移压缩弹簧16而蓄能，一旦解封，胶桶10与套管不存在摩擦力时，在弹簧16辅助下实现了解封后可恢复至坐封前的状态，为再次坐封做好了准备；因此本发明可重复多次坐封，使用本发明投球式可重复坐封扩张式封隔装置较现有封隔器节省费用2/3以上，缩短上产周期5天至10天。本发明较现有坐封活塞和弹簧相结合的方式，具有体积小、开启和关闭灵活，密封性好而不易漏失。这样，通过上接头1、中心管3、连接筒5、下接头6、弹簧座7、缸套8和胶桶10的配合使用，实现可重复封隔的目的，具有安全可靠的特点，方便了操作，提高了工作效率，大大节约了成本，缩短了上产周期，能够很好的满足现有工艺要求。注水塞22的作用是在坐封前向液流通道21（胶桶腔体）灌满水，排出空气，因胶桶腔体内有空气存在的话，空气具有可压缩性，使得坐封不严或者承压能力受到影响；本发明较现有其他打开下接头注水的方式，这种注水方式具有不需要拆卸工具油管丝扣（因在施工现场拆卸工具丝扣，可能出现丝扣上紧力矩不够，检验合格的工具出厂后质量受到影响）。
20.可根据实际需要，对上述投球式可重复坐封扩张式封隔装置作进一步优化或/和改进：如附图1、2所示，在弹簧座7的上部内侧一体固定有上限位块24，在副中心管2的下端外侧一体固定有下限位块25，在上限位块24和下限位块25之间的副中心管2外侧安装有弹簧16。这样，上限位块24和下限位块25便于对弹簧16进行限位，解封时上提油管，上接头1和弹簧座7连接在一起的剪切销钉12剪断（第一次解封时），弹簧座7下行，弹簧16被压缩，解封后在弹簧16的作用下，弹簧座7、缸套8、胶桶上护套9、胶桶10和胶桶下护套11一起上移，恢复至坐封前的状态。
21.如附图1、2所示，胶桶上护套9的上部外侧和缸套8的下部内侧固定安装在一起，胶桶上护套9的上部套装在中心管3的外侧，在胶桶上护套9的上端面上设有安装槽，在胶桶上护套9的安装槽内固定安装有单流凡尔18。这样，可拆卸的单流凡尔18（微型凡尔）较现有封隔器具有精度高，承压高，动作灵敏，闭合的瞬间内部高压液体漏失量小，而且这种可更换的单流凡尔18使得本发明在检验合格的情况下可重复利用，利于节省材料和保护环境。
22.如附图1、2、3所示，在胶桶上护套9的中部和下部内侧设有中部内径小下部内径大的阶梯上环槽26，在胶桶上护套9的阶梯上环槽26内固定安装有上胶桶头27，在上胶桶头27的下部外侧沿轴向间隔设有至少三个的上环形凹槽，在胶桶10的上端内侧设有与上环形凹槽数量相等的上环形卡块28，胶桶10的上端内侧和上胶桶头27的下部外侧通过上环形凹槽和上环形卡块28固定安装在一起，胶桶10的上端外侧和胶桶上护套9的下部内侧固定连接在一起；在胶桶下护套11的上部和中部内侧设有上部内径大中部内径小的阶梯下环槽29，在胶桶下护套11的阶梯下环槽29内固定安装有下胶桶头30，在下胶桶头30的上部外侧沿轴向间隔设有至少三个的下环形凹槽，在胶桶10的下端内侧设有与下环形凹槽数量相等的下环形卡块31，胶桶10的下端内侧和下胶桶头30的上部外侧通过下环形凹槽和下环形卡块31固定安装在一起，胶桶10的下端外侧和胶桶下护套11的上部内侧固定连接在一起，上胶桶头27和下胶桶头30分别与中心管3之间有间距并与液流通道21相连通。胶桶10的上端内侧和上胶桶头27的下部外侧通过上环形凹槽和上环形卡块28固定安装在一起，胶桶10的下端内侧和下胶桶头30的上部外侧通过下环形凹槽和下环形卡块31固定安装在一起，胶桶10与上胶桶头27和下胶桶头30这种连接方式，使胶桶10连接的更牢靠，而不会因重复使用而发
生形变和脱离上胶桶头27和下胶桶头30。胶桶上护套9的中部内侧和上胶桶头27的上部外侧通过螺纹固定安装在一起，胶桶下护套11的中部内侧和下胶桶头30的下部外侧通过螺纹固定安装在一起；这样便于安装和拆卸，同时也更牢靠。
23.如附图1、2、3所示，连接筒5的下端内侧和下接头6的上部外侧固定安装在一起，在割缝钢套13的上部内侧固定安装有内钢套32，在内钢套32的下部固定安装有内胶套33，内胶套33的下部外侧与割缝钢套13的下部内侧固定连接在一起，内钢套32的内径大于下接头6的内径；或/和，在中心管3上沿圆周对称设有两个与进液腔17相连通倾斜向上的进液孔19，进液孔19与竖直中心线的夹角为四十五度，进液孔19的孔径为6毫米，在下接头6的上部沿圆周对称设有至少八个与连接筒5的内腔相连通倾斜向上的液流孔14，液流孔14与竖直中心线的夹角为三十度至四十五度，液流孔14的孔径为16毫米至20毫米。这样，设计的进液孔19能满足进液要求，且对中心管3强度的削弱最小；液流孔14的孔径为16毫米至20毫米，才能更好的保证一定的过流量。进液孔19为斜置四十五度小孔，它在坐封时起到进液的目的，解封后不会被缸套8上的环形挡块15所覆盖，此时在弹簧16辅助，液力作用下，很快会回到原坐封状态，为下一步封隔器坐封做好了准备；液流孔14是为内部的液流提供通过的通道，如果钢球掉落到下接头6的中心孔上时，钢球和下接头6会形成单流阀作用堵塞向下的流通通道，下部的洗井、压裂酸化作业就不能完成，只有若干个下接头6上的液流孔14为下部的层位提供了流通通道，下部的层位也就可以完成作业了。本发明的这种方式解决了传统方式不能解决的问题，某些情况下，作为井下管柱系统，不仅仅只有封隔器，而且还可能有喷砂器、节流器、安全接头等工具组成的管柱，如封隔器下部还有其它工具且这些工具的孔径小于钢球的尺寸时，则钢球或者滑套是掉落不下去的，还需要后续的处理，费时费力。
24.如附图1、3所示，在割缝钢套13的下部和内胶套33上分别沿圆周间隔设置有至少三个相对应的竖直割缝34，割缝钢套13的下部呈上大下小的锥形。割缝钢套13采用65mn淬火加回火的处理方式，或者更质优的60si2mn材料，具有一定的弹性变形以满足坐封的兜球要求。内胶套33具有一定的密封和延展性，与割缝钢套13配合，实现了钢球的密封作用；具体原理为投入球后，内胶套33与钢球实现密封，割缝钢套13提供足够的支撑力，直到压力超过某一数值，一般为15mpa,此时已完全坐封，如继续加压则施加到钢球上的力超过割缝钢套13提供的支撑力，钢球下行并脱离割缝钢套13，实现了坐封和让开流通通道的目的。
25.如附图1、2、3所示，副中心管2的下部内侧和中心管3的上端外侧通过螺纹固定安装在一起，中心管3的下端外侧和过渡接头4的上部内侧通过螺纹固定安装在一起，过渡接头4的下部外侧和连接筒5的上端内侧通过螺纹固定安装在一起，连接筒5的下端内侧和下接头6的上部外侧通过螺纹固定安装在一起，弹簧座7的下部外侧和缸套8的上部内侧通过螺纹固定安装在一起，缸套8的下部内侧和胶桶上护套9的上部外侧通过螺纹固定安装在一起；或/和，在副中心管2和中心管3之间安装有密封圈35，在环形挡块15和中心管3之间安装有密封圈35，在缸套8和胶桶上护套9之间安装有密封圈35，在胶桶上护套9和中心管3之间安装有密封圈35，在胶桶下护套11和中心管3之间安装有密封圈35，在过渡接头4和连接筒5之间安装有密封圈35，在连接筒5和下接头6之间安装有密封圈35。 这样，通过螺纹连接便于安装和拆卸；密封圈35能够更好的起到密封的作用，防止液体外泄。
26.本发明在具体实施过程中，首先在地面将胶桶下护套11上的注水孔上的注水塞22打开，通过注水孔向液流通道21注满清水后装回注水塞22，将本发明与油管管串安装在一
起，随管串下入水平井内，通过地面投球，球体下落后座在割缝钢套13的下部内侧，由于内胶套33使其达到密封；开始起压，高压液体通过进液孔19进入单流凡尔18，然后顶开单流凡尔18内的钢珠，打开单流凡尔18，通过连通通道23进入液流通道21，在高压液体作用下，胶桶10开始膨胀并紧贴于套管内壁，实现封隔环空，继续打压，球体撑开割缝钢套13的下部竖直割缝34，且内胶套33具有一定的延展性，从而保证了球顺利通过，并座在下接头6上，球体通过割缝钢套13后，油管内突然失压，液流通道21的内部压力推动单流凡尔18内的钢珠向上移动，从而关闭单流凡尔18，实现了液流通道21保压，同时由于下接头6上的液流孔14，使得球体不能堵塞通道。
27.解封时，只需要上提油管，上接头1和弹簧座7连接在一起的剪切销钉12剪断（第一次解封时），弹簧座7、缸套8、胶桶上护套9、胶桶10和胶桶下护套11下移，下移至胶桶下护套11的下端抵在过渡接头4上，此时弹簧16被压缩，同时被胶桶下护套11下部堵住的解封孔20打开，使解封孔20与液流通道21相连通，液流通道21内的高压液体通过解封孔20流出，泄压后胶桶10回缩，在弹簧16的作用下，弹簧座7、缸套8、胶桶上护套9、胶桶10和胶桶下护套11一起上移，恢复至坐封前的状态；若不能恢复至解封时的状态，下次坐封时，内部高压液体通过进液孔19进入进液腔17后，由于缸套8的中部内侧环形挡块15的受力面大于胶桶上护套9的上端受力面，在内部液压的推动下使弹簧座7、缸套8、胶桶上护套9、胶桶10和胶桶下护套11一起上移，完全恢复到坐封前的状态，如继续打压，则封隔器继续坐封。
28.本发明的优点：（1）本发明优于现有封隔器的特点在于无卡瓦设计，解决了现有水力扩张式封隔器不能重复坐封的问题。
29.（2）本发明采用液压推动与弹簧16辅助实现了解封后可恢复至坐封前的状态，为再次坐封做好了准备；同时进液孔19与轴线成一定角度，保证了恢复坐封的灵敏性。
30.（3）本发明采用精密微型的单流凡尔18实现胶桶10内保压，单流凡尔18具有动作灵敏，精度高，反向密封时泄压小等特点。
31.（4）本发明采用剪钉固定方式，防止入井过程中由于内外压差变化导致提前坐封或意外坐封。
32.（5）本发明采用带有钢带式骨架的胶桶10，保证了胶桶10的密封性和回弹性，实现了本发明可多次坐封解封而不变形或损坏。
33.（6）本发明设置有注水塞22，在入井前提前注水，防止因胶桶腔体憋气而坐封不严的情况发生。
34.（7）本发明采用中心管3与胶桶腔体（液流通道21）连通的方式解封，解封可靠方便。
35.（8）本发明采用割缝钢套13实现定压坐封，内胶套33实现球座密封的方式，很好的解决了重复坐封投球限制的问题，本发明可使用同一规格的球体理论上无限次坐封解封而不影响通径。
36.（9）本发明采用的球体为一定强度，具有很高的表面光洁度和硬度，同时密度较低，如尼龙球、树脂球、可溶球等。
37.（10）本发明在下接头6上设置有一定数量的液流孔14，防止球体堵塞油水通道。
38.综上所述，本发明投球式可重复坐封扩张式封隔装置可用于水平井拖动管柱找
水、套管找漏、堵漏、压裂、隔抽等措施；在水平井机械找水中只需要2个本发明一趟管柱即可完成8层至10层找水作业，而常规找水需要下入9个至11个现有封隔器分两趟管柱方可完成；同时本发明可重复多次坐封，使用本发明投球式可重复坐封扩张式封隔装置较现有封隔器节省费用2/3以上，缩短上产周期5天至10天。
39.以上技术特征构成了本发明的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。