一种化学解封压缩式卡瓦压裂封隔器

摘要

本发明提供了一种化学解封压缩式卡瓦压裂封隔器。该化学解封压缩式卡瓦压裂封隔器包括：上接头、中心管、中间接头、卡瓦组件、胶筒组件、解封接头、活塞组件和下接头；上接头、中心管、中间接头、下接头依次固定连接；卡瓦组件、胶筒组件和解封接头均套设在中心管外侧，卡瓦组件、胶筒组件、解封接头和活塞组件依次相抵接，卡瓦组件与上接头相抵接；活塞组件套设在中心管、中间接头和下接头的外侧，活塞组件的上端与中心管相密闭连接，活塞组件的下端与下接头相密闭连接。本发明还提供使用上述化学解封压缩式卡瓦压裂封隔器进行封隔和解封隔的方法。本发明的化学解封压缩式卡瓦压裂封隔器结构简单、安装与施工操作方便，能够自动解封。

说明书

技术领域

本发明属于油田气井压裂技术领域，涉及一种化学解封压缩式卡瓦压裂封隔器。

背景技术

套管内封隔器分段压裂改造是实现低渗透、致密油气藏有效动用的重要技术之一，具有压裂层段针对性强，压裂过程连续的特点。特别是老井的重复压裂，套管内封隔器分段改造是唯一的技术手段。

套管内封隔器分段压裂，封隔器是该技术的核心，要满足封得住、起得出的基本要求。卡瓦封隔器安装在管柱的最上端，起封隔环空和锚定管柱的作用。公开号为CN204716190U的专利申请公开了一种压缩式卡瓦压裂封隔器，该封隔器在压裂完成后，上提管柱解封时，存在解封困难的问题，主要原因是压裂管柱一般是由多级封隔器组成，封隔器解封时要克服剪切环的剪切力，加上胶筒的摩擦力及管柱的重量，解封负荷会很大，特别是水平井，井口负荷传递到水平段的效率较低，往往造成封隔器解封不了，管柱起不出来。影响油气井的生产甚至大修。

发明内容

为了解决现有技术中压裂封隔器难解封的技术问题，本发明的目的在于提供一种化学解封压缩式卡瓦压裂封隔器，该化学解封压缩式卡瓦压裂封隔器能够自动解封、无解封负荷，大大提高管柱取出的安全性。

本发明的目的通过以下技术方案得以实现：

本发明提供一种化学解封压缩式卡瓦压裂封隔器，该化学解封压缩式卡瓦压裂封隔器包括上接头、中心管、中间接头、卡瓦组件、胶筒组件、解封接头、活塞组件和下接头；

所述上接头与所述中心管固定连接(螺纹连接、卡接、焊接等)，所述中心管与所述中间接头固定连接(螺纹连接、卡接、焊接等)，所述中间接头与所述下接头固定连接(螺纹连接、卡接、焊接等)；

所述卡瓦组件、所述胶筒组件和所述解封接头套设在所述中心管外侧，所述卡瓦组件、所述胶筒组件、所述解封接头和所述活塞组件依次相抵接，所述卡瓦组件与所述上接头相抵接；

所述活塞组件套设在所述中心管、所述中间接头和所述下接头的外侧，所述活塞组件的上端与所述中心管相密闭连接，所述活塞组件的下端与所述下接头相密闭连接。

上述化学解封压缩式卡瓦压裂封隔器，优选地，所述卡瓦组件包括卡瓦、片簧和卡瓦座；

所述卡瓦套设在所述中心管的外侧，所述片簧套设在所述卡瓦的外侧，所述卡瓦座套设在所述中心管的外侧、并与所述中心管固定连接；

所述卡瓦的上下端均为楔形，所述上接头的下端为与所述卡瓦上端相匹配的楔形，所述卡瓦的上端与所述上接头相抵接；

所述卡瓦座的上端为与所述卡瓦的下端相匹配的楔形，所述卡瓦的下端与所述卡瓦座相抵接。在作业过程中，所述卡瓦与所述上接头相对滑动，所述卡瓦与所述卡瓦座相对滑动，从而使得卡瓦膨胀或回缩。

上述化学解封压缩式卡瓦压裂封隔器，优选地，所述卡瓦座通过剪钉与所述中心管的外侧壁固定连接。

上述化学解封压缩式卡瓦压裂封隔器，优选地，所述剪钉的数量为至少4个且均匀分布。

上述化学解封压缩式卡瓦压裂封隔器，优选地，所述卡瓦组件还包括护座；所述护座套设在所述片簧的外侧，所述护座的上端的内侧壁与所述上接头的下端的外侧壁固定连接(螺纹连接、卡接、焊接等)，所述护座的下端的内侧壁与所述卡瓦座的上端的外侧壁相衔接。

上述化学解封压缩式卡瓦压裂封隔器，优选地，所述卡瓦组件还包括卡瓦座接头；所述卡瓦座接头套设在所述中心管的外侧，所述卡瓦座接头设置在所述卡瓦座与所述胶筒组件之间，所述卡瓦座接头与所述卡瓦座固定连接(螺纹连接、卡接、焊接等)，所述卡瓦座接头与所述胶筒组件相抵接。

上述化学解封压缩式卡瓦压裂封隔器，优选地，所述胶筒组件包括胶筒、上胶筒座和下胶筒座；

所述胶筒、所述上胶筒座和所述下胶筒座套设在所述中心管的外侧，所述上胶筒座、所述胶筒和所述下胶筒座依次相抵接，所述上胶筒座通过密封圈与所述中心管的外侧壁相密闭连接并与所述卡瓦组件相抵接，所述下胶筒座通过密封圈与所述中心管的外侧壁相密闭连接并与所述解封接头相抵接。

上述化学解封压缩式卡瓦压裂封隔器，优选地，所述活塞组件包括第一活塞、锁环、锁环座、锁环套和第二活塞；

所述第一活塞套设在所述中心管和所述中间接头的外侧，其上端与所述解封接头相抵接；所述第二活塞套设在所述中间接头和所述下接头的外侧；

所述第一活塞的上端的内侧壁通过密封圈与所述中心管的外侧壁相密闭连接，所述第一活塞的内腔壁通过密封圈与所述中间接头的上端的外侧壁相密闭连接；形成一个由第一活塞、中心管和中间接头三者形成的封闭腔室，该封闭腔室设置有注入口，通过注入口注入气体或液体使封闭腔室产生压强；

所述锁环、所述锁环座和所述锁环套套设在所述中间接头的外侧，所述锁环座与所述中间接头固定连接，所述中间接头上部的外侧壁设置有一凸起，所述锁环设置在所述凸起的下端并在作业时与其相抵接，所述锁环下端设置有所述锁环座，所述锁环与所述锁环座相抵接；

所述锁环套的上端与所述第一活塞的下端的内侧壁固定连接(螺纹连接、卡接、焊接等)；所述锁环套的下端与所述第二活塞的上端的外侧壁固定连接(螺纹连接、卡接、焊接等)；所述第二活塞的上端的内侧壁通过密封圈与所述中间接头的外侧壁相密闭连接，所述第二活塞的内腔壁通过密封圈与所述下接头的上端的外侧壁相密闭连接；所述第二活塞的下端与所述下接头固定连接；形成一个由第二活塞、中间接头和下接头三者形成的封闭腔室，该封闭腔室设置有注入口，通过注入口注入气体或液体使封闭腔室产生压强；

所述锁环套的内侧壁为锯齿状结构；所述锁环的外侧壁设置有与所述锁环套的内侧壁的锯齿状结构相匹配的锯齿状结构；所述锁环套相对于所述锁环单向滑动。

上述化学解封压缩式卡瓦压裂封隔器，优选地，所述第二活塞的下端通过剪钉与所述下接头固定连接；更加优选地，所述剪钉的数量为至少4个且均匀分布。

上述化学解封压缩式卡瓦压裂封隔器，优选地，所述锁环为带切口的环形结构且下端为楔形，所述锁环座的上端为与所述锁环的下端相匹配的楔形，所述锁环与所述锁环座相抵接。

上述化学解封压缩式卡瓦压裂封隔器，优选地，所述锁环座通过剪钉与所述中间接头固定连接；更加优选地，所述剪钉的数量为至少4个且均匀分布。

上述化学解封压缩式卡瓦压裂封隔器，优选地，所述上接头的下端的内侧壁与所述中心管的上端的外侧壁通过螺纹固定连接且在螺纹连接处加设密封圈。

上述化学解封压缩式卡瓦压裂封隔器，优选地，所述解封接头的材质为镁合金材质，或其他可溶性材质。

本发明所提到的“密闭连接”可以通过密封圈，也可以采用油封等密闭部件。

本发明还提供一种使用上述化学解封压缩式卡瓦压裂封隔器进行封隔和解封隔的方法，其包括以下步骤：

步骤一，将所述化学解封压缩式卡瓦压裂封隔器的下端连接盲堵，上端连接打压管线，打压管线连接高压泵；然后将连接好的化学解封压缩式卡瓦压裂封隔器置于一打压套管内，启动高压泵进行打压，液体进入活塞组件的内部，推动活塞组件沿着中心管轴向向上运动，进而推动胶筒组件压缩，当活塞组件内压达到设定值(根据实际测试后得到的)时，胶筒组件的压缩量达到设计要求，此时活塞组件与中心管和中间接头相固定；同时，胶筒组件的压缩推动卡瓦组件径向撑开，完成胶筒组件和卡瓦组件的同时坐封；

步骤二，对油井的油气层进行压裂；

步骤三，压裂完成后，上提解封活塞组件和/或溶解解封接头，完成解封。

上述化学解封压缩式卡瓦压裂封隔器中，采用片簧的目的是压迫卡瓦，保证卡瓦在封隔器坐封前不会径向胀开。胶筒座内设置有“O”型槽，供安装密封圈，用于防止井内液体进入胶筒内部。锁环圆周上开设有一缺口。

本发明提供的化学解封压缩式卡瓦压裂封隔器具有结构简单、安装与施工操作方便的特点，同时，该化学解封压缩式卡瓦压裂封隔器与普通压缩式封隔器相比，能够自动解封，无解封负荷，大大提高了管柱取出的安全性。

附图说明

图1为本发明实施例中的化学解封压缩式卡瓦压裂封隔器的局部剖面示意图；

附图符号说明：

1上接头，2中心管，3中间接头，4卡瓦，5片簧，6护座，7卡瓦座，8卡瓦座接头，9胶筒，10上胶筒座，11下胶筒座，12解封接头，13第一活塞，14锁环，15锁环座，16锁环套，17第二活塞，18下接头，19密封圈，20剪钉，21密封圈，22密封圈，23密封圈，24密封圈，25剪钉，26密封圈，27密封圈，28剪钉。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例

本实施例提供一种化学解封压缩式卡瓦压裂封隔器，如图1所示，该化学解封压缩式卡瓦压裂封隔器包括上接头1、中心管2、中间接头3、卡瓦4、片簧5、护座6、卡瓦座7、卡瓦座接头8、胶筒9、上胶筒座10、下胶筒座11、解封接头12、第一活塞13、锁环14、锁环座15、锁环套16、第二活塞17和下接头18。

上接头1的下端的内侧壁与中心管2的上端的外侧壁通过螺纹固定连接，中心管2的下端的外侧壁与中间接头3的上端的内侧壁通过螺纹固定连接且在螺纹连接处加设密封圈19密封，中间接头3的下端的外侧壁与下接头18的上端的内侧壁通过螺纹固定连接。

卡瓦4套设在中心管2的外侧，片簧5套设在卡瓦4的外侧，卡瓦座7套设在中心管2的外侧并通过分布均匀的4个剪钉20与中心管2相固定；卡瓦4的上下端均为楔形，上接头1的下端为与卡瓦4上端相匹配的楔形，卡瓦4的上端与上接头1相抵接；卡瓦座7的上端为与卡瓦4的下端相匹配的楔形，卡瓦4的下端与卡瓦座7相抵接；护座6套设在片簧5的外侧，护座6的上端的内侧壁与上接头1的下端的外侧壁固定连接，护座6的下端的内侧壁与卡瓦座7的上端的外侧壁相衔接。卡瓦座接头8套设在中心管2的外侧，卡瓦座接头8设置在卡瓦座7与上胶筒座10之间，卡瓦座接头8与卡瓦座7通过螺纹固定连接，卡瓦座接头8与上胶筒座10相抵接。

胶筒9、上胶筒座10和下胶筒座11均套设在中心管2的外侧，上胶筒座10、胶筒9和下胶筒座11依次相抵接，上胶筒座10通过密封圈21与中心管2的外侧壁相密闭连接，下胶筒座11通过密封圈22与中心管2的外侧壁相密闭连接并与解封接头12相抵接。

第一活塞13套设在中心管2和中间接头3的外侧，其上端与解封接头12相抵接；第二活塞17套设在中间接头3和下接头18的外侧；第一活塞13的上端的内侧壁通过密封圈23与中心管2的外侧壁相密闭连接，第一活塞13的内腔壁通过密封圈24与中间接头3的上端的外侧壁相密闭连接；锁环14、锁环座15和锁环套16均套设在中间接头3的外侧，锁环座15通过分布均匀的4个剪钉25与中间接头3相固定，中间接头3上部的外侧壁设置有一凸起，锁环14设置在所述凸起的下端并在作业时与其相抵接，锁环14下端设置有锁环座15，锁环14与锁环座15相抵接；锁环套16的上端与第一活塞13的下端的内侧壁通过螺纹固定连接；锁环套16的下端与第二活塞17的上端的外侧壁通过螺纹固定连接；第二活塞17的上端的内侧壁通过密封圈26与中间接头3的外侧壁相密闭连接，第二活塞17的内腔壁通过密封圈27与下接头18的上端的外侧壁相密闭连接；第二活塞17的下端通过分布均匀的4个剪钉28与与下接头18固定连接；锁环套16的内侧壁为锯齿状结构；锁环14的外侧壁设置有与锁环套16的内侧壁的锯齿状结构相匹配的锯齿状结构；锁环套16相对于锁环14单向滑动。

本实施中解封接头12为镁合金材料。

本实施例提供的化学解封压缩式卡瓦压裂封隔器的封隔与解封隔的方法，其包括以下步骤：

(1)按照上述各部件的连接关系组装该化学解封压缩式卡瓦压裂封隔器；

(2)对该化学解封压缩式卡瓦压裂封隔器进行坐封：将上述组装的化学解封压缩式卡瓦压裂封隔器的下端螺纹连接盲堵，上端连接打压管线，打压管线连接高压泵。将化学解封压缩式卡瓦压裂封隔器置于一打压套管内，启动高压泵，向化学解封压缩式卡瓦压裂封隔器内部打压，液体分别进入第一活塞13和第二活塞17的内腔。当压力增大到一定值(坐封设定的压力，此压力为实际测试时得到的)时，安装在第二活塞17上的剪钉28被剪断，推动第一活塞13和第二活塞17沿着中心管2的轴向向上运动，推动胶筒9向上运动。随着第一活塞13和第二活塞17的内压继续升高，第一活塞13和第二活塞17继续向上运动，将胶筒9压缩在中心管2的外侧壁上，当第一活塞13和第二活塞17的内压达到设定的压力值(根据实际测试时得到的)时，胶筒9的压缩量达到了设计的要求，此时第一活塞13和第二活塞17带动锁环套16卡合到锁环座15上，保证胶筒9不回弹，胶筒9得压缩推动了卡瓦座7向上运动，导致安装在卡瓦座7上的剪钉20也随之剪断，卡瓦4在卡瓦座7的推动下径向撑开，并固定于中心管2的外壁上，从而完成该化学解封压缩式卡瓦压裂封隔器的坐封。

(3)上述化学解封压缩式卡瓦压裂封隔器坐封后，对油井的油气层进行压裂。

(4)当油井完成压裂后，该化学解封压缩式卡瓦压裂封隔器的解封接头12(镁合金材质)与井液接触发生化学反应，一定时间后，解封接头完全溶解在井液里，让出胶筒9上部的空间，胶筒9在自身弹力下解封。由于解封接头12为镁合金材质的材料，其较容易与水发生反应而溶解；

该化学解封可以与上提解封配合使用，上提解封也可作为现场解封接头溶解不彻底的应急措施。配合上提解封过程如下：上提管柱时，中心管2受到向上的拉力(此时，卡瓦4和胶筒9相对于井壁静止不动)，带动中间接头3向上运动，剪钉25由于受到中间接头3的向上压力而剪断，从而引起中心管2、中间接头3和下接头18一同向上运动，锁环14离开固定位置而失效，卡瓦4回缩，并带动卡瓦座7一起向上运动，让出胶筒9上部的空间，胶筒9在自身弹力下解封。

综上所述，本发明提供的化学解封压缩式卡瓦压裂封隔器具有结构简单、安装与施工操作方便的特点，同时，该化学解封压缩式封隔器与普通压缩式封隔器相比，能够自动解封，无解封负荷，大大提高了管柱取出的安全性。