一种柱塞式扩张封隔器

摘要

本发明涉及油气钻井、完井、固井或者测井技术领域，具体涉及一种柱塞式扩张封隔器，扩张管的两端分别与上套管和下套管固定连接，和中心管的两端分别与上套管和下套管固定连接，启动阀芯通过启动钉固定在启动柱形腔中，封堵阀芯通过封堵钉固定在封堵柱形腔中，贯穿中心管的进流孔连通中心管内腔和启动腔，封堵柱形腔下端设置有连通扩张腔的通孔，中间通道贯穿封堵柱形腔的侧壁并连通启动腔和扩张腔，并分别在封堵柱形腔侧壁和启动柱形腔侧壁形成封堵口和启动口，启动阀芯被启动钉固定时启动阀覆盖启动口，封堵阀芯被封堵钉固定时中间通道畅通，封堵钉断裂后，封堵阀芯能够移动覆盖封堵口，封堵性能好。

权利要求

1.一种柱塞式扩张封隔器，其特征在于，包括中心管（2）、扩张管（5）、上套管（1）、下套管（8）和坐封阀（3），所述扩张管（5）套设在所述中心管（2）上，所述扩张管（5）的两端分别与所述上套管（1）和下套管（8）固定连接，和所述中心管（2）的两端分别与所述上套管（1）和下套管（8）固定连接，所述中心管（2）、上套管（1）、扩张管（5）和下套管（8）配合形成扩张腔（4），所述坐封阀（3）包括启动阀芯（32）、启动钉（34）、封堵阀芯（31）、封堵钉（33）、启动柱形腔（36）和封堵柱形腔（35），所述启动阀芯（32）通过启动钉（34）固定在所述启动柱形腔（36）中，并将所述启动柱形腔（36）分割为启动腔（362）和启动解封腔（361）两部分，所述封堵阀芯（31）通过封堵钉（33）固定在封堵柱形腔（35）中，并将所述封堵柱形腔（35）分割为封堵腔和封堵解封腔（351）两部分，贯穿所述中心管（2）的进流孔（21）连通所述中心管（2）内腔和所述启动腔（362），所述封堵柱形腔（35）下端设置有连通所述扩张腔（4）的通孔（38），使得所述扩张腔（4）的流体能够通过所述通孔（38）压持所述封堵阀芯（31）的下端面，中间流道（37）贯穿所述封堵柱形腔（35）的侧壁并连通所述启动腔（362）和所述扩张腔（4），并分别在所述封堵柱形腔（35）侧壁和所述启动柱形腔（36）侧壁形成封堵口（372）和启动口（371），所述启动阀芯（32）被启动钉（34）固定时所述启动阀覆盖所述启动口（371），所述封堵阀芯（31）被所述封堵钉（33）固定时所述中间流道（37）畅通，所述封堵钉（33）断裂后，所述封堵阀芯（31）能够移动覆盖所述封堵口（372）。

2.根据权利要求1所述的封隔器，其特征在于，所述坐封阀（3）还包括筒状的阀套（30），所述阀套（30）套设在所述中心管（2）和所述扩张管（5）之间，所述启动柱形腔（36）和所述封堵柱形腔（35）设置在所述阀套（30）内，两者依次沿所述阀套（30）的周向布置。

3.根据权利要求2所述的封隔器，其特征在于，所述启动柱形腔（36）和所述封堵柱形腔（35）数量为至少两个，所述启动柱形腔（36）和所述封堵柱形腔（35）沿所述阀套（30）周向间隔布置。

4.根据权利要求2所述的封隔器，其特征在于，所述阀套（30）外表面设置有向直径方向凹陷的凹部，所述凹部沿所述阀套（30）的轴线延直至贯穿所述阀套（30）的下端面，所述中间流道（37）的一端贯穿所述凹部的壁面，使得中间流道（37）与扩张腔（4）连通。

5.根据权利要求4所述的封隔器，其特征在于，所述阀套（30）包括大径段（391）和小径段（392），所述小径段（392）外表面形成所述凹部。

6.根据权利要求2所述的封隔器，其特征在于，所述中心管（2）包括大管段（23）和小管段（22），所述阀套（30）套设在所述小管段（22）上，所述阀套（30）的内径小于所述大管段（23）的外径。

7.根据权利要求1所述的封隔器，其特征在于，还包括封堵解封流道（6），所述封堵解封流道（6）连通所述封堵解封腔（351）和设置在地面的第一泵压设备。

8.根据权利要求1所述的封隔器，其特征在于，还包括启动解封流道（7），所述启动解封流道（7）连通所述启动解封腔（361）和设置在地面的第二泵压设备。

说明书

一种柱塞式扩张封隔器

技术领域

[0001] 本发明涉及油气钻井、完井、固井或者测井技术领域，具体涉及一种柱塞式扩张封隔器。

背景技术

[0002] 在油气田开发井下作业中，及钻井、固井、测试、完井等作业中，现有的封隔器容易出现因变形扭曲引起发卡，或无法解封，坐封不稳定，胶筒易被破坏等状况，目前的封隔器多采用机械挤压胶筒使胶筒膨胀来实现分割，存在上述问题。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于：针对目前机械挤压式胶筒存在发卡、无法解封或者坐封不稳定的问题，提供一种柱塞式扩张封隔器，利用工作过程中压力的变化使金属管扩张来进行坐封，能够有效缓解上述问题。

[0004] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

[0005] 一种柱塞式扩张封隔器，包括中心管、扩张管、上套管、下套管和坐封阀，所述扩张管套设在所述中心管上，所述扩张管的两端分别与所述上套管和下套管固定连接，和所述中心管的两端分别与所述上套管和下套管固定连接，所述中心管、上套管、扩张管和下套管配合形成扩张腔，

[0006] 所述坐封阀包括启动阀芯、启动钉、封堵阀芯、封堵钉、启动柱形腔和封堵柱形腔，所述启动阀芯通过启动钉固定在所述启动柱形腔中，并将所述启动柱形腔分割为启动腔和启动解封腔两部分，所述封堵阀芯通过封堵钉固定在封堵柱形腔中，并将所述封堵柱形腔分割为封堵腔和封堵解封腔两部分，封堵解封腔和启动解封腔相互不连通，[0007] 贯穿所述中心管的进流孔连通所述中心管内腔和所述启动腔，所述封堵柱形腔下端设置有连通所述扩张腔的通孔，使得所述扩张腔的流体能够通过所述通孔压持所述封堵阀芯的下端面，

[0008] 中间通道贯穿所述封堵柱形腔的侧壁并连通所述启动腔和所述扩张腔，并分别在所述封堵柱形腔侧壁和所述启动柱形腔侧壁形成封堵口和启动口，

[0009] 所述启动阀芯被启动钉固定时所述启动阀覆盖所述启动口，所述封堵阀芯被所述封堵钉固定时所述中间通道畅通，所述封堵钉断裂后，所述封堵阀芯能够移动覆盖所述封堵口。

[0010] 作为优选，所述坐封阀还包括筒状的阀套，所述阀套套设在所述中心管和所述扩张管之间，所述启动柱形腔和所述封堵柱形腔设置在所述阀套内，两者依次沿所述阀套的周向布置，中间通道也设置在阀套内。

[0011] 作为优选，所述启动柱形腔和所述封堵柱形腔数量为至少两个，所述启动柱形腔和所述封堵柱形腔沿所述阀套周向间隔布置，启动柱形腔与启动阀芯配合，封堵柱形腔与封堵阀芯配合。

[0012] 作为优选，所述阀套外表面设置有向直径方向凹陷的凹部，所述凹部沿所述阀套的轴线延直至贯穿所述阀套的下端面，所述中间流道的一端贯穿所述凹部的壁面，使得中间流道与扩张腔连通。

[0013] 作为优选，所述阀套包括大径段和小径段，所述小径段外表面形成所述凹部。

[0014] 作为优选，所述中心管包括大管段和小管段，所述阀套套设在所述小管段上，所述阀套的内径小于所述大管段的外径。

[0015] 作为优选，封隔器还包括封堵解封流道，所述封堵解封流道连通所述封堵解封腔和设置在地面的第一泵压设备。

[0016] 作为优选，封隔器还包括启动解封流道，所述启动解封流道连通所述启动解封腔和设置在地面的第二泵压设备。

[0017] 综上所述，由于采用了上述技术方案，本申请的有益效果是：能够可靠的实现封隔器坐封，封隔器封隔性能较好。

附图说明

[0018] 图1为本申请封隔器的结构示意图；

[0019] 图2为图1中A的局部放大图；

[0020] 图3为本申请坐封阀的结构示意图；

[0021] 图4为本申请阀套的结构示意图；

[0022] 图中标记：1-上套管，11-上接头，12-上套筒，2-中心管，21-进流孔，22-小管段，23-大管段，3-坐封阀，30-阀套，31-封堵阀芯，32-启动阀芯，33-封堵钉，34-启动钉，35-封堵柱形腔，351-封堵解封腔，36-启动柱形腔，361-启动解封腔，362-启动腔，37-中间流道，
371-启动口，372-封堵口，38-通孔，391-大径段，392-小径段，4-扩张腔，5-扩张管，51-骨架，52-保护层，521-内层，522-外层，6-封堵解封流道，7-启动解封流道，8-下套管，81-下套筒，82-下接头。

具体实施方式

[0023] 下面结合附图，对本发明作详细的说明。

[0024] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0025] 如图1-4所示，一种柱塞式扩张封隔器，包括中心管2、扩张管5、上套管1、下套管8和坐封阀3，扩张管5套设在中心管2上，扩张管5的两端分别与上套管1和下套管8固定连接，和中心管2的两端分别与上套管1和下套管8固定连接，中心管2、上套管1、扩张管5和下套管8配合形成扩张腔4，

[0026] 坐封阀3包括启动阀芯32、启动钉34、封堵阀芯31、封堵钉33、启动柱形腔36和封堵柱形腔35，启动阀芯32通过启动钉34固定在启动柱形腔36中，并将启动柱形腔36分割为启动腔362和启动解封腔361两部分，封堵阀芯31通过封堵钉33固定在封堵柱形腔35中，并将封堵柱形腔35分割为封堵腔和封堵解封腔351两部分，封堵柱形腔35的解封腔和启动柱形腔36的解封腔，贯穿中心管2的进流孔21连通中心管2内腔和启动腔362，封堵柱形腔35下端设置有连通扩张腔4的通孔38，使得扩张腔4的流体能够通过通孔38压持封堵阀芯31的下端面，中间流道37贯穿封堵柱形腔35的侧壁并连通启动腔362和扩张腔4，并分别在封堵柱形腔35侧壁和启动柱形腔36侧壁形成封堵口372和启动口371，启动阀芯32被启动钉34固定时启动阀覆盖启动口371，封堵阀芯31被封堵钉33固定时中间流道37畅通，封堵钉33断裂后，封堵阀芯31能够移动覆盖封堵口372。

[0027] 使用时，中心管2内腔泵送有流体，此时启动腔362也充满流体，流体压持启动阀芯32下端面，使得启动阀芯32有向上运动的趋势，但是由于启动钉34的固定而相对于封隔器处于静止状态，此时启动阀芯32给予启动钉34一个剪切力，当中心管2内腔压力升高并达到第一预设值，也就是启动腔362压力达到第一预设值时，流体给予启动阀芯32的推动力传递给启动钉34，使得启动阀芯32给启动的剪切力达到启动钉34损坏要求，启动阀芯32剪断启动螺钉，此时启动阀芯32在启动腔362流体压力的作用下在启动柱形腔36内向上滑动，启动阀芯32滑行一定距离后，比如滑行1cm或者2cm后，启动阀芯32侧面脱离启动口371，不再覆盖启动口371而使得启动口371敞开，启动口371与启动腔362相通，此时启动腔362的流体通过中间流道37进入扩张腔4，进入扩张腔4的流体压持扩张管5，使得扩张管5向外变形扩张，扩张管5外径逐渐变大，直至扩张管5外壁接触障碍物为止，从而实现封隔，具体的，在油气井中进行封隔时，扩张管5外壁接触例如设置在井下的套管内壁，实现油气井封隔。

[0028] 进入扩张腔4的流体压持封堵阀芯31下端面，使得封堵阀芯31有向上运动的趋势，封堵阀在封堵钉33的固定下相对封隔器静止，封堵阀给予封堵钉33剪切力，当中心管2内腔压力进一步升高并达到第二预设值时，流体压持封堵阀使得封堵阀剪断封堵钉33，从而封堵阀在封堵柱形腔35中向上滑动，进而使得中间流道37截断，也就是启动腔362和扩张腔4的流通通道被封堵阀截断，中心管2内腔与扩张腔4不连通，扩张腔4成为完全密封的腔室，从而扩张腔4体积不会缩小，封隔器一直处于封隔状态，使得封隔可靠性更好。

[0029] 封堵阀芯31外表面具有环形凹槽，当封堵阀芯31下端面与封堵柱形腔35底面接触配合时，环形凹槽与中间流道37配合，使得环形凹槽成为中间流道37的一部分，此时封堵阀芯31不能截断中间流道37，当封堵阀芯31能够向上滑动时，环形凹槽与中间流道37错开，使得环形凹槽与中间流道37不再配合，此时封堵阀芯31就截断了中间流道37。

[0030] 上套管1包括上接头11和上套筒12，中心管2与上头接通过螺纹实现固定连接，上套筒12通过螺纹与上接头11实现固定连接，中心管2通过螺纹与上套管1实现螺纹连接；下套管8包括下接头82和下套筒81，中心管2与下头接通过螺纹实现固定连接，下套筒81通过螺纹与下接头82实现固定连接，中心管2通过螺纹与下套管8实现螺纹连接。

[0031] 坐封阀3还包括筒状的阀套30，阀套30套设在中心管2和扩张管5之间，启动柱形腔36、封堵柱形腔35和中间流道37设置在阀套30内，启动柱形腔36和封堵柱形腔35依次沿阀套30的周向布置，采用一个阀套30同时与启动阀芯32和封堵阀芯31配合，并且启动阀芯32和封堵阀芯31沿阀套30周向布置，使得整个坐封阀3结构简单，同时便于装卸坐封阀3。启动柱形腔36和封堵柱形腔35数量为至少两个，启动柱形腔36和封堵柱形腔35沿阀套30周向间隔布置，启动柱形腔36与启动阀芯32配合，封堵柱形腔35与封堵阀芯31配合，从而能够增加中心管2内腔到扩张腔4的流通通道，使得中心管2内的流体能够更快的进入扩张腔4。并且，一个启动阀芯32和一个封堵阀芯31配合形成坐封阀3的核心部件，但是如果仅有一个启动阀芯32和一个封堵阀芯31，若启动阀芯32或封堵阀芯31出现故障，如无法剪断启动钉34或封堵钉33，如剪断启动钉34后启动阀芯32卡持在启动柱形腔36中，这些情况是会使得坐封阀3封隔失效，不能实现封隔，因此，为了避免某个或某几个启动阀芯32或封堵阀芯31出现故障引发封隔失效，设置至少两个启动阀芯32和至少两个封堵阀芯31，由此，能够提高坐封的可靠性。

[0032] 阀套30外表面设置有向直径方向凹陷的凹部，凹部沿阀套30的轴线延直至贯穿阀套30的下端面，中间流道37的一端贯穿凹部的壁面，使得中间流道37与扩张腔4连通，由此，中间流道37在凹部壁面形成的开口不会被扩张管5内壁覆盖住，从而中心管2内腔能够通过中间流道37与扩张腔4相通。具体的，凹部可以是凹槽，当然，可以其他达到同样作用的凹陷部位，例如，阀套30包括大径段391和小径段392，小径段392外表面形成凹部，这种方案，使得阀套30表面更容易加工，加工成本低廉。

[0033] 中心管2包括大管段23和小管段22，阀套30套设在小管段22上，阀套30的内径小于大管段23的外径，由此，大管段23和小管段22连接部位形成一个台阶，从而阀套30套设在小管段22上后该台阶能够对阀套30实现轴向定位，壁面阀套30在小管段22上轴向移动，结构简单，定位可靠。

[0034] 封隔器还包括封堵解封流道6，封堵解封流道6连通封堵解封腔351和设置在地面的第一泵压设备，如此，在封隔器坐封后需要解封时，启动第一泵压设备向封堵解封流道6内泵送高压流体，高压流体进入封堵解封腔351压持封堵阀芯31上端面，第一泵压设备泵送的高压流体压力给予封堵阀芯31向下的力大于扩张腔4内腔流体压力给予的向上的力时，封堵阀芯31向下移动，封堵阀芯31的环形凹槽与封堵口372连通，使得扩张腔4与中心管2内腔的连通通道畅通，扩张腔4内的高压流体流入中心管2内腔，从而扩张管5回缩直径变小，实现封隔的解封，当然，在此时解封时，启动阀芯32没有覆盖启动口371。

[0035] 封隔器还包括启动解封流道7，启动解封流道7连通启动解封腔361和设置在地面的第二泵压设备，如此，在封隔器解封后，启动第二泵压设备向启动解封流道7内泵送高压流体，高压流体进入启动解封腔361压持启动阀芯32上端面，第二泵压设备泵送的高压流体压力给予启动阀芯32向下的力大于中心管2内腔流体压力给予的向上的力时，启动阀芯32向下移动，启动阀芯32的覆盖启动口371，使得扩张腔4与中心管2内腔的连通通道截断，扩张腔4成为密闭腔室，中心管2内的流体不能够流向扩张腔4，扩张腔4体积不会随着中心管2内腔压力变化而变化，也就是说，扩张管5外径不会随着中心管2内腔压力变化而变化，便于封隔器的取出。

[0036] 由于封隔器都在井下运行，多于腐蚀性流体接触，目前的金属制成的扩张管5容易受到腐蚀性流体腐蚀，从而使得封隔失效，因此，为了进一步提高封隔器的封隔可靠性，进一步的，扩张管5设置有保护套，使得扩张管5不容易被腐蚀，从而提供扩张管5的寿命，使得封隔可靠性更好。具体的，扩张管5包括骨架51、内层521和外层522，内层521和外层522即为保护套，内层521设置在骨架51内侧，外层522设置在骨架51外侧，骨架51由金属制成，相比于直接采用金属管作为扩张管5，本方案使得金属骨架51不会与流体接触，从而避免金属骨架51被腐蚀性腐蚀，进一步提高座封可靠性。具体的，骨架51整体为筒状，也就是骨架51为金属筒或者金属管，当然，金属骨架51是为了提供力的支撑，因此，金属骨架51也可以是整体呈筒状的网状结构，节省材料。具体的，外层522采用硫化的制造方法附着在骨架51上，保护效果更好。

[0037] 凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。