一种用于砾石开采的防砂、压裂顶部封隔器的制作方法

1.本实用新型属于石油开采辅助工具，尤其涉及一种用于砾石开采的防砂、压裂顶部封隔器。


背景技术：

2.随着石油天然气勘探开发技术的不断深入，对于疏松砂岩结构的油藏防砂完井时比不可少的环节，通过多年的防砂的经验和各类防砂效果对比，砾石充填加筛管防砂比单独筛管防砂在防砂效果和防砂周期有明显优势。随着砾石充填的增多，为提高油井产量，小型压裂和砾石充填配合，不仅在产量取得较好的收益，砾石充填防砂效果也显著增加。随着小型压裂加砾石充填工艺的推进，该工具串上的顶部封隔器在性能和可靠性上都需进一步提高，满足在施工过程中的耐压要求和锚定要求。常规顶部封隔器锚定性能和承压性能偏低，有些不具备解封回取功能，在后期打捞过程中存在一定的风险，应用在防砂、压裂充填管柱上存在较大风险。目前随油井防砂领域的发展和油藏充填防砂和压裂防砂趋于常规防砂工艺，针对现有独立筛管防砂用顶部封隔器，在封隔器密封性能和锚定性能均不能满足充填防砂工艺要求。封隔器的中心管非密封面设计不能满足充填防砂压裂过程与服务管柱密封，服务管柱与封隔器失封后会导致充填作业过程中砾石出现在封隔器上部环空，起钻过程中会产生砂卡风险，导致充填失败、服务管柱留井风险。
3.封隔器在防砂、压裂作业时，封隔器锚定能力至关重要，在防砂、压裂充填时，服务管柱需通过下压一定力来确定充填位置，封隔器不仅需承受防砂筛管的重量还要承受服务管柱定位时带来的外力，如封隔器锚定不住造成管柱下滑，在无法进行定位的情况下，无法实现砾石充填作业，下滑过程也会造成封隔器胶筒与套管间的密封失效。用于砾石充填作业的封隔器的中心管内孔需要与充填工具上的密封杆滑动密封，目前因加工成本的限制，较多封隔器只是用于单独的筛管悬挂防砂，封隔器只承受筛管重量，封隔器中心管也不需要配合密封，在加工精度上不需要较高的要求，不适合用于砾石充填作业的。砾石充填时会产生高压，所用的封隔器需要拥有较高的承压能力，普通封隔器悬挂筛管防砂，封隔器只需承受筛管内外的压差，压差较小，封隔器的承压性能要求较低，在充填防砂或压裂防砂过程中存在密封隐患，不适合应用在循环充填防砂或压裂防砂上。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种用于砾石开采的防砂、压裂顶部封隔器，该封隔器改变了常规独立筛管防砂、循环充填和压裂充填工艺上顶部封隔器整体性能，提高防砂顶部封隔器的使用范围，尤其在砾石充填防砂和压裂防砂工艺中，封隔器的锚定性能和密封性能有着较好的体现，整体提高了防砂工具的可靠性，在防砂完井中应用效果良好，从而实现广泛应用。
5.本实用新型为了解决现有技术问题，本实用新型采用如下技术方案:
6.一种用于砾石开采的防砂、压裂顶部封隔器，由带中心管的封隔器本体构成，所述
封隔器还包括：坐封锁定机构、胶筒密封机构、锚定机构和解封机构，其中：
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所述坐封锁定机构包括：压环、护套、第一铜环；所述中心管通过固定件与所述压环连接；所述第一铜环通过定位螺钉与所述护套连接；
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所述密封机构包括：由第一边胶筒、中胶筒和第二边胶筒构成的胶筒；所述胶筒上设置有铜伞；所述第一边胶筒与第二边胶筒之间设置有中胶筒；所述中胶筒与第一边胶筒、第二边胶筒之间设置有隔环；
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所述锚定机构包括：上锥体、挡环、第二铜环；所述挡环套设在所述中心管上；所述第二铜环套入所述挡环中；所述挡环通过螺纹与所述上锥体连接。
10.进一步，所述第一铜环由内外带螺纹的环体构成，所述内螺纹为细齿状；所述外螺纹为粗齿状；所述第一铜环细齿状的内螺纹与所述中心管连接，所述第一铜环粗齿状的外螺纹与所述护套连接。
11.进一步，所述第二铜环内带细螺纹的环体构成，所述第二铜环通过内细螺纹与所述中心管连接。
12.进一步，所述铜伞为碗状筒体构成。
13.进一步，所述封隔器还包括解封结构，所述解封机构包括锁紧接头、连接筒、下锥体和解封环；其中：所述锁紧接头通过螺纹与所述中心管连接，所述连接筒套在锁紧接头上并与下锥体螺纹连接；所述锁紧接头内安装解封环和解封螺钉。
14.进一步，所述中胶筒由第一橡胶材料制成；所述第一边胶筒、第二边胶筒均由第二橡胶材料制成；所述第二橡胶材料的硬度比所述第一橡胶材料的硬度高。
15.有益效果
16.针对现阶段防砂工艺的不断创新，充填、压裂防砂应用较为广泛，为能满足其施工工艺要求，对防砂顶部封隔器各种性能进行提升，并满足各防砂工艺的悬挂密封性能，降低封隔器在施工过程中高压密封失效和压裂充填或循环充填过程中，封隔器锚定失效导致封隔器下滑造成压裂充填或循环充填工艺施工失败，充填砾石进入筛管内，导致充填服务工具起出时砂卡，导致服务管柱留井。
17.本实用新型主要为解决现阶段能够在循环充填防砂和压裂充填防砂施工作业中，锚定性和密封性能更为可靠的防砂悬挂顶部封隔器。本实用新型的防砂悬挂封隔器通过采用两个边胶筒和一个中胶筒，中胶筒比边胶筒硬度值低，边胶筒的硬度高于中胶筒，边胶筒和中胶筒间采用隔环隔开，边胶筒外侧采用护肩保护，在入井过程中护肩可保护胶筒不被划伤损坏，防砂封隔器坐封后中胶筒起主要密封作用，中胶筒硬度较低可密封套管内壁因井下腐蚀造成的凹坑，在高压密封时，边胶筒在护肩的保护下可防止边胶筒因压力过大进入封隔器和套管之间的环形空间内，造成边胶筒损坏，高压下中胶筒在两边胶筒的保护下，不会在高压下流动变形造成密封失效。
18.本实用新型防砂悬挂封隔器坐封后采用双锁定，胶筒和卡瓦分开锁定，胶筒锁定采用双面铜环锁定，减少封隔器坐封后铜环回退空间小，双面铜环在胶筒高压封隔下，锁定更为可靠，提高胶筒在使用过程中的承压性。当胶筒在井内使用时间较长老化失效或胶筒破损无实体时，防砂悬挂封隔器锚定机构依然可以独立工作，防止因密封失效导致防砂悬挂封隔器在未解封状态下，悬挂器锚定失效。大大提高防砂悬挂封隔器在使用过中的安全性。
附图说明
19.图1是本实用新型一种用于砾石开采的防砂、压裂顶部封隔器结构示意图。
20.图2是本实用新型一种用于砾石开采的防砂、压裂顶部封隔器中结构示意图。
具体实施方式
21.结合附图对本实用新型的技术方案作进一步说明。
22.如图1所示，本实用新型提供一种用于砾石开采防砂、压裂顶部封隔器，所述防砂、压裂顶部封隔器包括：压环1、中心管2、护套3、第一铜环4、铜伞5、边胶筒6、中胶筒7、隔环8、挡环9、第二铜环10、上锥体11、卡瓦罩12、卡瓦13、下锥体14、连接筒15、锁紧接头16、解封环17、下连接筒18、连接接头19、下接头20、连接套21、坐封销钉22、定位螺钉23、紧定螺钉24、锥体滑动螺钉25、剪切螺钉26、卡瓦簧27、卡瓦罩滑动销钉28、解封滑动销钉29、解封螺钉30、紧定螺钉31、o型圈32、o型圈33、o型圈34和o型圈35组成。连接套21与压环1螺纹连接，压环1与中心管2由坐封销钉22和紧定螺钉24连接，第一铜环4根据牙型方向安装在中心管2上，护套3旋合到第一铜环4上并安装定位螺钉23，使第一铜环4的位置位于护套3的旋合螺纹中间，更有利于护套3在第一铜环4锁定后坐封效果更好，以上连接组成了坐封锁定机构，如图2所示。铜伞5、边胶筒6、中胶筒7、隔环8构成密封组件，通过压缩边胶筒6、中胶筒7贴合套管内壁形成密封，隔环8将三个胶筒相对隔离，使每个胶筒形成独立的密封机构，当密封高压时，三个胶筒互相之间辅助密封，避免压力击穿胶筒，当密封高压时铜伞5能够保护两个边胶筒6不因压力过高进入封隔器和套管的环形空间内，导致胶筒损坏，密封失效。其中：所述中胶筒7由第一橡胶材料制成；所述第一边胶筒6、第二边胶筒6均由第二橡胶材料制成；所述第二橡胶材料的硬度比所述第一橡胶材料的硬度高。
23.如图3所示，本实用新型中挡环9套在2上第二铜环10根据牙型方向放入挡环9内，上锥体11放入卡瓦罩12中套在中心管2上并安装卡瓦13和卡瓦簧27于卡瓦罩12上，上锥体11与挡环9螺纹连接，下锥体14安装在中心管2上，其中上锥体11、挡环9和第二铜环10形成锚定锁定机构，上锥体11、卡瓦罩12、卡瓦13、卡瓦簧27和下锥体14构成封隔器锚定机构；锁紧接头16与中心管2螺纹连接，并安装o型圈32、o型圈33和紧定螺钉31，连接筒15套在锁紧接头16上并与下锥体14螺纹连接，锁紧接头16内安装解封环17并安装解封螺钉30，以上形成解封机构；下连接筒18螺纹连接在连接筒15上，连接接头19和下接头20连接在其下部，由o型圈35、o型圈34实现连接处的密封，并预留下部螺纹与防砂充填工具或直接与防砂筛管等井下工具连接实现防砂悬挂作业。
24.解封时，回取工具的解封机构下入至解封环17以下，回取工具的滑动打捞螺纹与中心管2上的左旋螺纹对接啮合，通过上提回取工具解封环17剪断解封螺钉30，锁紧接头16弹性爪在连接筒15的推力下回缩，下锥体14下滑至锁紧接头16上部限位，卡瓦罩12与下锥体14有卡瓦罩滑动销钉28连接，卡瓦罩12带动卡瓦13下滑，卡瓦13与套管脱离锚定，卡瓦罩12带动上锥体11、挡环9和第二铜环10下行，边胶筒6、中胶筒7失去压缩解封，封隔器解封完成。
25.本实用新型在实际生产实施过程：
26.1)下入循环充填防砂或压裂防砂管柱：管柱的连接顺序从下到上，依次为丝堵、筛管、快速连接装置、定位短节、充填滑套、顶部悬挂封隔器和顶部悬挂封隔器坐封充填工具。
27.2)顶部悬挂封隔器坐封充填工具与顶部悬挂封隔器中心管左旋螺纹连接，坐封工具的坐封活塞推动连接套内台阶，连接套推动压环剪切坐封销钉，压环推动护套和第一铜环在中心管上移动，护套推动胶筒组件，胶筒组件推动挡环、第二铜环和上锥体，上锥体下行支撑卡瓦，卡瓦下行至下锥体，下锥体由连接套和锁紧接头固定，卡瓦在上锥体和下锥体作用下锚定在套管上，坐封工具坐封压力不断升高，卡瓦和胶筒不断外胀至套管，增大卡瓦和胶筒在套管上的接触应力，直至达到防砂悬挂封隔器的额定坐封压力，坐封工具完成坐封后，第一铜环和第二铜环同时锁定在中心管上，上锥体和护套无法回退，保持坐封距离，胶筒和卡瓦保持坐封状态，完成防砂封隔器的坐封。
28.3)顶部封隔器坐封后进行顶部封隔器密封性能验证和双向锚定能力验证，验证后脱手上提管柱至充填位置，充填过程充填工具需下压10-15t，防止循环充填或压裂充填过程中充填服务管柱上窜，充填结束前会有脱砂显示，脱砂压力控制在施工设计要求内，
29.充填过程中，压力不可高于悬挂封隔器的额定承压值。
30.后期若防砂管柱失效或需大型修井作业，可通过专用回取工具对防砂顶部封隔器进行解封，解封时，回取工具的解封机构下入至解封环以下，回取工具的滑动打捞螺纹与中心管上的左旋螺纹对接啮合，通过上提回取工具解封环剪断解封螺钉，锁紧接头弹性爪在连接筒的推力下回缩，下锥体下滑至锁紧接头上部限位，卡瓦罩与下锥体有卡瓦罩滑动销钉连接，卡瓦罩带动卡瓦下滑，卡瓦与套管脱离锚定，卡瓦罩带动上锥体、挡环和第二铜环下行，边胶筒和中胶筒失去压缩解封，封隔器解封完成。解封后将防砂顶部封隔器和下部防砂筛管等全部打捞回地面，在对井内进行其它操作。
31.应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。