环保型可洗井逐级解封注水封隔器

摘要

本发明公开了一种环保型可洗井逐级解封注水封隔器，包括有中心管、上接头、上心管、上外套、锁套、外心管、胶筒和下接头，其中上接头套设在中心管上，上心管设在上接头与中心管之间的内腔中，上心管上端与中心管之间相连接，上外套套设在上心管上，上外套的上端与上接头之间相连接，锁套套设在上外套的下端，锁套与中心管之间的内腔中设有卡簧，卡簧设在卡簧座上，外心管套设在中心管上，外心管的上端与卡簧座相连接，胶筒设在锁套和下接头之间，有益效果：实现封隔器胶筒防卡，大大提高了封隔器解封的安全可靠性。所以该环保型可洗井逐级解封封隔器防卡机构具有操作简单、结构新颖、安全环保的特点。

权利要求

1.一种环保型可洗井逐级解封注水封隔器，包括有中心管、上接头、上心管、上外套、锁套、外心管、胶筒和下接头，其中上接头套设在中心管上，上心管设在上接头与中心管之间的内腔中，上心管上端与中心管之间相连接，上外套套设在上心管上，上外套的上端与上接头之间相连接，锁套套设在上外套的下端，锁套与中心管之间的内腔中设有卡簧，卡簧设在卡簧座上，外心管套设在中心管上，外心管的上端与卡簧座相连接，胶筒设在锁套和下接头之间，胶筒的上下两端分别设有上胶筒座和下胶筒座，下接头连接在中心管上，其特征在于：所述的上心管与上外套之间的空腔中设有脱节套和平衡活塞，其中脱节套设置在前，平衡活塞设置在后，脱节套前端的台面上设有钢球，通过钢球锁定上接头和上心管，上外套的下端开设有第一进液孔，上外套与卡簧座之间设有固定销钉进行固定连接，所述的卡簧上设有外卡牙，锁套的上端设有内卡牙，外卡牙与内卡牙相匹配，外卡牙与内卡牙之间能够卡紧锁定，所述的上接头、上心管、平衡活塞、上外套、卡簧座和下接头与中心管之间密封，上外套与上接头之间、卡簧座与锁套之间、上胶筒座与外心管之间以及下胶筒座与外心管之间均为密封。

2.根据权利要求1所述的环保型可洗井逐级解封注水封隔器，其特征在于：所述的锁套与外心管之间的空腔中设有坐封活塞，坐封活塞设在卡簧座的下端，坐封活塞设在锁套下端的支撑台面上，上胶筒座设在锁套的下端，上胶筒座下端开设有第二进液孔。

3.根据权利要求1所述的环保型可洗井逐级解封注水封隔器，其特征在于：所述的外心管与上胶筒座之间的空腔中设有洗井阀，洗井阀的位置与上胶筒座上第二进液孔的位置相应。

4.根据权利要求1所述的环保型可洗井逐级解封注水封隔器，其特征在于：所述的胶筒设有数个，胶筒之间设有隔环。

5.根据权利要求1所述的环保型可洗井逐级解封注水封隔器，其特征在于：所述的下胶筒座与下接头之间通过锁块固定连接，锁块设在锁簧座上，下接头的上端开设有出水孔。

6.根据权利要求1所述的环保型可洗井逐级解封注水封隔器，其特征在于：所述的外心管上开设有第三进液孔、第四进液孔和第五进液孔，其中第三进液孔设在外心管的上部，第三进液孔的位置与坐封活塞的位置对应，第四进液孔的位置与洗井阀的位置对应，第五进液孔设在外心管的下部，胶筒被压缩后，第五进液孔能够与上胶筒座下端的第二进液孔相贯通，第二进液孔、第五进液孔、外心管下部与中心管之间的空腔和下接头上端的出水孔形成为洗井通道。

7.根据权利要求1所述的环保型可洗井逐级解封注水封隔器，其特征在于：所述的中心管上开设有上进液孔、中进液孔和下进液孔，其中上进液孔对应于脱节套和平衡活塞位置处，中进液孔的位置与外心管上部的第三进液孔位置对应，下进液孔的位置与外心管上的第四进液孔位置对应。

说明书

环保型可洗井逐级解封注水封隔器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种注水封隔器，特别涉及一种环保型可洗井逐级解封注水封隔器。

背景技术

[0002] 目前，随着油田的开发，在同一井内需要更多的油层注水，以提高采收率。这就是油田的细分层注水，细分层注水就需要在注水井管柱上连接较多数量的封隔器，通过封隔器封隔油层，而采用的封隔器多为逐级解封封隔器，逐级解封封隔器在解封时解封力作用在单级封隔器上，不传导下一级封隔器上，单级解封力小，解封效果好。当前，各油田注水分层作业组合管柱所采用的逐级解封封隔器的逐级解封机构普遍是销钉控制，这种封隔器是通过上提管柱剪断销钉实现胶筒释放完成解封，然后继续上提管柱剪断下一级封隔器的销钉从而实现逐级解封功能。在多年的使用过程中一直存在这样的问题，如果销钉小一些，封隔器下井过程中遇阻，销钉会自动剪断使封隔器解封，进而造成管柱失效，导致无法正常分层注水；为了保证封隔器可靠，采用加大销钉的办法，这就又产生了另一个技术问题，销钉剪切力增大，使每一级封隔器解封力增大，注水管柱上连接这种封隔器使管柱成为一个整体，管柱上提力为全部封隔器解封力之和，使管柱上提力逐渐增加，致使解封困难，逐级解封功能失效，再有，这种封隔器的逐级解封机构没有密闭空间保护，在井下工作时，各零部件必然会生锈、结垢，导致逐级解封机构锈死，上提管柱时销钉不会被剪断，逐级解封功能失效。这种结构的逐级解封封隔器层间耐压能力低，套管压力大时会自动剪断解封销钉解封，使封隔器与管柱失效，既不适应细分层注水也不满足高压注水井。目前，各油田分层注水井作业所用封隔器的坐封方式多为从下向上推动活塞压缩胶筒，这种封隔器的中心管下部有进液孔，坐封时水通过进液孔进入封隔器内推动活塞压缩外心管上的胶筒完成坐封，坐封后，外心管与活塞的内、表面暴露在井内的液体中，上提管柱时，活塞和胶筒同时回到原位，封隔器完成解封。在多年的使用过程中一直出现这样的问题，由于油田井下环境复杂，水质条件差，暴露在液体中的外心管与活塞的内、外表面必然会生锈、结垢，且封隔器的使用寿命为3年以上，这就导致这种封隔器的外心管与活塞的内、外表面生锈、结垢问题更加严重，解封时，因为活塞内外表面生锈、结垢而导致不能回到原位，同时胶筒也不能回到原位，所以胶筒会卡住不动，使胶筒一直处于涨封状态，上提管柱时胶筒与套管内壁的摩擦力继续变大，导致胶筒卡井，封隔器不能解封，多级封隔器分层注水时，上提力等于全部封隔器胶筒与套管内壁的摩擦力之和，如果继续上提管柱，极易造成胶筒的损坏、破碎，并脱落于井内造成污染，在浅井分层注水时，封隔器胶筒卡井后，整体组合管柱形成柱塞，封隔器提出井口后会带出井内大量液体污染井场，在深井分层注水时，上提力过大使管柱拔不动，容易造成重大事故，增加了井场作业的安全隐患，导致大型修井，提高了作业成本，并造成很大的资源浪费。

发明内容

[0003] 本发明的主要目的是为了解决现有的逐级解封封隔器在使用过程中无法正常分层注水以及解封困难的问题；

[0004] 本发明的另一个目的是为了解决现有的逐级解封封隔器在使用过程中零部件容易生锈、结垢而无法使用的问题；

[0005] 本发明的再一个目的是为了解决现有的逐级解封封隔器在使用过程中常常出现胶筒卡井，封隔器不能解封的问题；

[0006] 本发明为了达到上述目的，解决上述问题而提供的一种环保型可洗井逐级解封注水封隔器。

[0007] 本发明提供的环保型可洗井逐级解封注水封隔器包括有中心管、上接头、上心管、上外套、锁套、外心管、胶筒和下接头，其中上接头套设在中心管上，上心管设在上接头与中心管之间的内腔中，上心管上端与中心管之间相连接，上外套套设在上心管上，上外套的上端与上接头之间相连接，锁套套设在上外套的下端，锁套与中心管之间的内腔中设有卡簧，卡簧设在卡簧座上，外心管套设在中心管上，外心管的上端与卡簧座相连接，胶筒设在锁套和下接头之间，胶筒的上下两端分别设有上胶筒座和下胶筒座，下接头连接在中心管上。

[0008] 上心管与上外套之间的空腔中设有脱节套和平衡活塞，其中脱节套设置在前，平衡活塞设置在后，脱节套前端的台面上设有钢球，通过钢球锁定上接头和上心管，上外套的下端开设有第一进液孔，上外套与卡簧座之间设有固定销钉进行固定连接。

[0009] 卡簧上设有外卡牙，锁套的上端设有内卡牙，外卡牙与内卡牙相匹配，外卡牙与内卡牙之间能够卡紧锁定。

[0010] 锁套与外心管之间的空腔中设有坐封活塞，坐封活塞设在卡簧座的下端，坐封活塞设在锁套下端的支撑台面上，上胶筒座设在锁套的下端，上胶筒座下端开设有第二进液孔。

[0011] 外心管与上胶筒座之间的空腔中设有洗井阀，洗井阀的位置与上胶筒座上第二进液孔的位置相应。

[0012] 胶筒设有数个，胶筒之间设有隔环。

[0013] 下胶筒座与下接头之间通过锁块固定连接，锁块设在锁簧座上，下接头的上端开设有出水孔。

[0014] 外心管上开设有第三进液孔、第四进液孔和第五进液孔，其中第三进液孔设在外心管的上部，第三进液孔的位置与坐封活塞的位置对应，第四进液孔的位置与洗井阀的位置对应，第五进液孔设在外心管的下部，胶筒被压缩后，第五进液孔能够与上胶筒座下端的第二进液孔相贯通，第二进液孔、第五进液孔、外心管下部与中心管之间的空腔和下接头上端的出水孔形成为洗井通道。

[0015] 中心管上开设有上进液孔、中进液孔和下进液孔，其中上进液孔对应于脱节套和平衡活塞位置处，中进液孔的位置与外心管上部的第三进液孔位置对应，下进液孔的位置与外心管上的第四进液孔位置对应。

[0016] 上接头、上心管、平衡活塞、上外套、卡簧座和下接头与中心管之间密封，上外套与上接头之间、卡簧座与锁套之间、上胶筒座与外心管之间以及下胶筒座与外心管之间均为密封。

[0017] 本发明的工作原理：

[0018] 先把本发明提供的环保型可洗井逐级解封封隔器连接在注水管柱上，下入注水井内，各操作过程如下：

[0019] 坐封操作过程：通过地面连接泵车向油管内加压，水经油管进入封隔器中心管的上进液孔推动脱节套上行的同时上平衡活塞下行，使被钢球锁定的的上接头与上心管解锁，继续加压至水经中心管中进液孔、外心管上的第三进液孔进入，使坐封活塞推动锁套和上胶筒座下行，水经中心管上的下进液孔、外心管上的第四进液孔进液，洗井阀下行被关闭，同时洗井阀也推动上胶筒座直至卡簧外卡牙与锁套内卡牙相结合实现锁定，完成胶筒压缩膨胀，此时上接头与上心管完成脱开，卡簧与锁套完成锁定，坐封操作完成。

[0020] 正常注水：注水压力对脱节套始终产生向上的力，脱节套的上端面顶靠在上心管下端面，对平衡活塞始终产生向下的力，两者压力平衡，中心管与上心管为螺纹连接，所以中心管的位置也就保持不变，反之套管压力大，水经上外套下端的第一进液孔将平衡活塞向上推至前端面顶靠在上心管下端面处，此时平衡活塞与上外套内端面产生压力平衡，只要保持有注水压力逐级解封机构就一直被锁定，最终保证了逐级解封机构与坐封机构的安全性和可靠性。

[0021] 洗井操作过程：经泵车从套管反加压，由于封隔器坐封完成，胶筒被向下压缩，则上胶筒座下端的第二进液孔与外心管下端的第五进液孔相贯通，水经第二进液孔、第五进液孔、外心管下部与中心管之间的空腔、下接头上端的出水孔流出并进入下一级环形空间，最后经管柱底部实现反洗井循环，达到洗井目的。

[0022] 解封操作过程：停止注水，上提管柱最上面的封隔器最先受力，脱节套上行，支撑的钢球脱开，使其上接头与上心管解锁，所以上提管柱时由于逐级解封机构、防卡机构均处于密闭腔不与外界接触，不腐蚀、不结垢、不生锈，上接头则带动上外套、钢球、脱节套、平衡活塞上行至平衡活塞的上端面顶靠在上心管下端面时，上外套与卡簧座在胶筒的摩擦力支撑下，由较小的力将固定销钉剪断，逐级解封机构将带动上心管、中心管、下接头上行，此时处在防卡机构的锁块脱开，使下胶筒座与锁簧座解锁，胶筒(由反弹力得到充分向下释放。)因逐级解封机构、防卡机构均处于密闭腔内，解封时逐级解封机构能顺利脱开，胶筒得到充分释放，不损坏、丢失井内，达到安全环保要求，从而管柱的上提拉力为单一封隔器解封力，所以能够增加管柱连接封隔器的数量，保证作业操作的安全可靠性。

[0023] 本发明的有益效果：

[0024] 该环保型可洗井逐级解封封隔器具有独特的由上向下推动活塞压缩胶筒的坐封方式，其坐封机构位于胶筒上端，采用坐封活塞置于外心管与锁套之间的空腔内，洗井阀置于外心管中端和上胶筒座下端的空腔内，坐封时由于锁套下端有台面，坐封活塞推动锁套下行，锁套推动上胶筒座下行，同时洗井阀也推动上胶筒座下行，下行至卡簧外牙与锁套内牙锁定，使胶筒压缩膨胀，将环套封隔，封隔器完成坐封，封隔器独特的由上向下推动活塞压缩胶筒的坐封方式，其目的为了封隔器胶筒下端的密闭防卡机构功能的实现，使坐封机构与解封机构不再联立，进而使坐封机构设计独特新颖、操作简单且任务单一，提高了坐封机构的安全可靠性；

[0025] 压力平衡机构采用平衡活塞置于中心管与上外套之间的空腔内，油管注水坐封时，脱节套上行至上心管下端面，锁住上接头和上心管，中心管的钢球脱开，平衡活塞下行至上外套内端面处，因上下压力平衡，致中心管位置保持不动，保护了逐级解封机构使其无法解封；坐封操作完成后，如套管压力大，压力作用在胶筒上时，易造成封隔器解封失效，此时水则从上外套下端进液孔将平衡活塞向上推至上心管下端面处，平衡活塞与上外套内端面形成压力平衡，既保护了逐级解封机构与坐封机构，同时作用在胶筒上的压力得到平衡，使封隔器无法解封，由于具有独立的压力平衡机构从而极大地保证了封隔器工作的安全可靠性，同时适应高压注水井；

[0026] 逐级解封机构采用上接头与上外套上端通过螺纹连接，上接头下端有通孔，中心管上端与上心管上端通过螺纹连接，上心管外有半圆环形凹槽，脱节套置于上心管与上外套之间的空腔内，并通过脱节套上端台面支撑钢球，锁定上接头与上心管，由于上述部件凹槽内均填充有密封圈，解封机构处于密闭状态，因此组成了密闭式逐级解封机构，不与外界接触，不腐蚀、不结垢、不生锈。由于油管内加压，水经中心管上进液孔进入封隔器，推动逐级解封机构内脱节套上移，致锁住上接头与中心管的钢球脱开，解封时逐级解封机构部分上移，并不带动整个管柱，封隔器解封可单独受力，管柱的上提力为单一封隔器解封力，大大降低了整体管柱的上提拉力，由于逐级解封机构处于密闭腔内，因此该封隔器解封时安全可靠，从而实现了多级封隔器的逐级解封。注水管柱连接封隔器的数量增加，上提管柱力降低，解封操作简单和结构新颖，而且适应细分注水、高压水井。所以该环保型可洗井逐级解封封隔器具有在细分层注水、高压条件下安全可靠，增加注水管柱上连接数量，上提管柱力降低，解封操作简单和结构新颖的特点；

[0027] 防卡机构采用下接头与中心管下端通过螺纹连接，下接头上端有台面和出水孔，外心管下端与锁簧座上端通过螺纹连接，锁簧座下端有孔，下胶筒座置于锁簧座外端，下胶筒座下端有凹槽，所述锁块由上接头上端台面支撑，置于锁簧座下端孔和下胶筒座下端凹槽内，锁定锁簧座与下胶筒座，由于上述部件凹槽内均填充有密封圈，防卡机构在上提管柱解封前处于密闭状态，不与外界接触，不腐蚀、不结垢、不生锈。在下胶筒座下端面与下接头防撞台肩之间留有悬空式解封距，解封时配合逐级解封机构，上提管柱，中心管与下接头上行，锁块失去下接头上台面支撑，锁定锁簧座与下胶筒座的锁块脱开，胶筒向下释放，完成解封操作，由于防卡机构处于密闭腔内，解封时胶筒能得到充分释放，解决了目前油田注水井内胶筒损坏、破碎，并脱落于井内污染井场的技术问题，从而达到安全环保要求，因此实现封隔器胶筒防卡，大大提高了封隔器解封的安全可靠性。所以该环保型可洗井逐级解封封隔器防卡机构具有操作简单、结构新颖、安全环保的特点。

附图说明

[0028] 图1为本发明整体结构图。

[0029] 1、中心管    2、上接头    3、上心管    4、上外套   5、锁套[0030] 6、外心管     7、胶筒     8、下接头     9、卡簧     10、卡簧座[0031] 11、上胶筒座    12、下胶筒座    20、脱节套    21、平衡活塞[0032] 22、钢球     23、第一进液孔  24、固定销钉    25、坐封活塞[0033] 26、第二进液孔  27、洗井阀     28、隔环      29、锁块

[0034] 30、锁簧座    31、出水孔     32、第三进液孔  33、第四进液孔[0035] 35、第五进液孔  36、上进液孔    37、中进液孔    38、下进液孔。

具体实施方式

[0036] 请参阅图1所示：

[0037] 本发明提供的环保型可洗井逐级解封注水封隔器包括有中心管1、上接头2、上心管3、上外套4、锁套5、外心管6、胶筒7和下接头8，其中上接头2套设在中心管1上，上心管3设在上接头2与中心管1之间的内腔中，上心管3上端与中心管1之间相螺接，上外套4套设在上心管3上，上外套4的上端与上接头2之间相螺接，锁套5套设在上外套4的下端，锁套5与中心管1之间的内腔中设有卡簧9，卡簧9设在卡簧座10上，外心管6套设在中心管1上，外心管6的上端与卡簧座10相螺接，胶筒7设在锁套5和下接头8之间，胶筒7的上下两端分别设有上胶筒座11和下胶筒座12，下接头8螺接在中心管1上。

[0038] 上心管3与上外套4之间的空腔中设有脱节套20和平衡活塞21，其中脱节套20设置在前，平衡活塞21设置在后，脱节套20前端的台面上设有钢球22，通过钢球22锁定上接头2和上心管3，上外套4的下端开设有第一进液孔23，上外套4与卡簧座10之间设有固定销钉24进行固定连接。

[0039] 卡簧9上设有外卡牙，锁套5的上端设有内卡牙，外卡牙与内卡牙相匹配，外卡牙与内卡牙之间能够卡紧锁定。

[0040] 锁套5与外心管6之间的空腔中设有坐封活塞25，坐封活塞25设在卡簧座10的下端，坐封活塞25设在锁套5下端的支撑台面上，上胶筒座11设在锁套5的下端，上胶筒座11下端开设有第二进液孔26。

[0041] 外心管6与上胶筒座11之间的空腔中设有洗井阀27，洗井阀27的位置与上胶筒座11上第二进液孔26的位置相应。

[0042] 胶筒7设有三个，胶筒7之间设有隔环28。

[0043] 下胶筒座12与下接头8之间通过锁块29固定连接，锁块29设在锁簧座30上，下接头8的上端开设有出水孔31。

[0044] 外心管6上开设有第三进液孔32、第四进液孔33和第五进液孔35，其中第三进液孔32设在外心管6的上部，第三进液孔32的位置与坐封活塞25的位置对应，第四进液孔33的位置与洗井阀27的位置对应，第五进液孔35设在外心管6的下部，胶筒7被压缩后，第五进液孔
35能够与上胶筒座11下端的第二进液孔26相贯通，第二进液孔26、第五进液孔35、外心管6下部与中心管1之间的空腔和下接头8上端的出水孔31形成为洗井通道。

[0045] 中心管1上开设有上进液孔36、中进液孔37和下进液孔38，其中上进液孔36对应于脱节套20和平衡活塞21位置处，中进液孔37的位置与外心管6上部的第三进液孔32位置对应，下进液孔38的位置与外心管6上的第四进液孔33位置对应。

[0046] 上接头2、上心管3、平衡活塞21、上外套4、卡簧座10和下接头8与中心管1之间密封，上外套4与上接头2之间、卡簧座10与锁套5之间、上胶筒座11与外心管6之间以及下胶筒座12与外心管6之间均为密封。

[0047] 本发明的工作原理：

[0048] 先把本发明提供的可洗井逐级解封封隔器连接在注水管柱上，下入注水井内，各操作过程如下：

[0049] 坐封操作过程：通过地面连接泵车向油管内加压，水经油管进入封隔器中心管1的上进液孔36推动脱节套20上行的同时平衡活塞21下行，使被钢球22锁定的的上接头2与上心管3解锁，继续加压至水经中心管1中进液孔37、外心管6上的第三进液孔32进入，使坐封活塞25推动锁套5和上胶筒座11下行，水经中心管1上的下进液孔38、外心管6上的第四进液孔33进液，洗井阀27下行被关闭，同时洗井阀27也推动上胶筒座11直至卡簧9外卡牙与锁套5内卡牙相结合实现锁定，完成胶筒7压缩膨胀，此时上接头2与上心管3完成脱开，卡簧9与锁套5完成锁定，坐封操作完成。

[0050] 正常注水：注水压力对脱节套20始终产生向上的力，脱节套20的上端面顶靠在上心管3下端面，对平衡活塞21始终产生向下的力，两者压力平衡，中心管1与上心管3为螺纹连接，所以中心管1的位置也就保持不变，反之套管压力大，水经上外套4下端的第一进液孔23将平衡活塞21向上推至前端面顶靠在上心管3下端面处，此时平衡活塞21与上外套4内端面产生压力平衡，只要保持有注水压力逐级解封机构就一直被锁定，最终保证了逐级解封机构与坐封机构的安全性和可靠性。

[0051] 洗井操作过程：经泵车从套管反加压，由于封隔器坐封完成，胶筒7被向下压缩，则上胶筒座11下端的第二进液孔26与外心管6下端的第五进液孔35相贯通，水经第二进液孔26、第五进液孔35、外心管6下部与中心管1之间的空腔、下接头8上端的出水孔31流出并进入下一级环形空间，最后经管柱底部实现反洗井循环，达到洗井目的。

[0052] 解封操作过程：停止注水，上提管柱最上面的封隔器最先受力，脱节套20上行，支撑的钢球22脱开，使其上接头2与上心管3解锁，所以上提管柱时由于逐级解封机构、防卡机构均处于密闭腔不与外界接触，不腐蚀、不结垢、不生锈，上接头2则带动上外套4、钢球22、脱节套20、平衡活塞21上行至平衡活塞21的上端面顶靠在上心管3下端面时，上外套4与卡簧座10在胶筒7的摩擦力支撑下，由较小的力将固定销钉24剪断，逐级解封机构将带动上心管3、中心管1、下接头8上行，此时处在防卡机构的锁块29脱开，使下胶筒座12与锁簧座30解锁，胶筒7由反弹力得到充分向下释放。因逐级解封机构、防卡机构均处于密闭腔内，解封时逐级解封机构能顺利脱开，胶筒7得到充分释放，不损坏、丢失井内，达到安全环保要求，从而管柱的上提拉力为单一封隔器解封力，所以能够增加管柱连接封隔器的数量，保证作业操作的安全可靠性。