CN116411856B - 一种适用于连续油管使用的超高温耐蚀机械封隔器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于连续油管使用的超高温耐蚀机械封隔器，包括密封座和密封头，所述密封头和密封座通过螺旋齿外筒连接，所述密封头包括依次连接的锚定结构、连续油管密封器和卡瓦锁紧套组成，其中，所述螺旋齿外筒和连续油管密封器连接设置。通过对封隔器材质的改变进一步的改变了装置的结构，有效的解决了现有技术不能达到的良好密封效果，从而通过改变密封方法来改进固井工艺。因此本发明通过耐高温机械封隔器有效隔绝产层内腐蚀介质与上部油套管本体接触，大幅降低油套管材质等级，减缓腐蚀速率和程度，有效延长管柱服役时间，确保井筒完整性，大幅降低建井成本。

Description

一种适用于连续油管使用的超高温耐蚀机械封隔器

技术领域

本发明涉及油气田完井工具技术领域，具体为一种适用于连续油管使用的超高温耐蚀机械封隔器。

背景技术

现有封隔器主要是橡胶密封圈密封，最高耐高温不超过250℃，且在硫化氢环境中极易老化，无法实现长时间有效密封，目前未见上述高温及腐蚀条件下可适用的封隔器工具相关报道；且现有的大多数封隔器都可以解封，同时均为膨胀座封。

油气田开发中，为了提高采收率，往往采取地层加热、注蒸气等加热工艺，改变储层渗流通道及原油物性等，提高单井产量。在某种特殊加热采油工艺中，热源井运行温度550～700℃，井底压力可达20-40MPa左右，采油气井井筒温度350～400℃，井底流压2～5MPa，热源井和采油井均于超高温、高温环境。油藏预测产出流体含H2S、CO2等腐蚀介质，天然气组分中H2S含量≥10％，CO2含量≥8％，可能存在单质硫。预测含水率平均11.7～17.0％，产出水Cl-含量≥32.5g/L。在高温、复杂腐蚀环境中，油套管腐蚀类型与常规油气田井筒面临的腐蚀完全不同，常规的H2S导致的SSCC和CO2引起的电化学腐蚀，可能转化为高温腐蚀、硫沉积导致的电化学腐蚀。根据国内四川高含H2S气藏开发经验，在存在硫沉积的情况下，腐蚀速率可达0.968-2.566mm/a，腐蚀相当严重。

对于如此超高温，含H2S、CO2腐蚀性气体的复杂腐蚀环境，依据现有国内外选材标准NACEMR0175-2015、ISO15156-2015《抗开裂材料选择的一般原则》、GB/T20972《石油天然气工业油气开采中用于含硫化氢环境的材料》、SY/T6268-2017《套管和油管选用推荐作法》、APISpec5CT《石油天然气工业——套管和油管规范》、SY/T 6896.3-2016《石油天然气工业特种管材技术规范第3部分：钛合金油管》，普通碳钢、含Cr不锈钢及镍基合金均不能满足工况条件，需要采用钛合金、钴基合金材质，但这类管材生产厂家少，价格为普通碳钢的20～40倍，价格高昂，经济适用性差。

CN101506559A公开了一种高温完井塞，用于封闭穿过工件的圆柱形通道，是一种不依赖弹性材料的，金属对金属的密封，因此暗示该完井塞可以用于高温井筒工况，但未给出明确的适用条件。该完井塞，主要用于井口工具通道的暂时性密封。CN203939478U公开了一种液压膨胀式高温完井封隔器，属于液压膨胀式高温完井封隔器，通过液压直接胀大膨胀管，无需采用专用胀头膨胀施工。CN102094594A公开了蒸汽驱井井下油层全封闭装置。由丢手、耐高温封隔器、锚定结构组成。

从实际应用来看，耐高温封隔器在油气田开发领域应用十分广泛，但使用温度大多在300℃以内，基本不超过250℃。从公开的耐高温完井工具(≥200℃)专利来看，主要是从坐封方式和提高通过性能、坐封可靠性等方面进行设计和改进，不适合油田井下特殊的耐超高温(≥500℃)和防腐技术要求。

发明内容

针对现有技术中存在中存在的无法耐高温耐硫化氢腐蚀、膨胀密封封隔器的无法解封的问题，本发明提供一种适用于连续油管使用的超高温耐蚀机械封隔器。

本发明是通过以下技术方案来实现：一种适用于连续油管使用的超高温耐蚀机械封隔器，包括密封座和密封头，所述密封头和密封座通过螺旋齿外筒连接，所述密封头包括依次连接的锚定结构、连续油管密封器和卡瓦锁紧套组成，其中，所述螺旋齿外筒和连续油管密封器连接设置。

进一步的，所述连续油管密封器包括第一密封压套、分瓣式密封头和止动套；所述分瓣式密封头设置在连续油管外侧，所述分瓣式密封头的外侧设置有第一密封压套，所述止动套设置在分瓣式密封头上，所述第一密封压套连接有卡瓦锁紧套；所述第一密封压套的一端连接卡瓦锁紧套，另一端连接分瓣式密封头。

进一步的，所述密封座上设置有定位导向结构。

进一步的，所述锚定结构包括弹爪和螺旋齿外筒构成；所述止动套和螺旋齿外筒连接设置，所述弹爪设置在螺旋齿外筒上与密封座相互作用。

进一步的，所述密封座内设置有V型组合密封结构，所述V型组合密封结构和所述锚定结构连接设置。

进一步的，连续油管设置有锁紧密封机构，所述锁紧密封机构通过加装油管接头、金属密封体和非金属密封体构成。

进一步的，所述分瓣式密封结构采用柔性石墨烯材质，其余结构采用镍基耐热耐蚀合金材料。

进一步的，所述密封座与连续油管通过扁形扣连接。

进一步的，封隔器的两端各设置有一组密封压套。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的一种适用于连续油管使用的超高温耐蚀机械封隔器通过对封隔器材质的改变进一步的改变了装置的结构，有效的解决了现有技术不能达到的良好密封效果，从而通过改变密封方法来改进固井工艺。因此本发明通过耐高温机械封隔器有效隔绝产层内腐蚀介质与上部油套管本体接触，大幅降低油套管材质等级，减缓腐蚀速率和程度，有效延长管柱服役时间，确保井筒完整性，大幅降低建井成本。

进一步的，通过止动套限制螺旋齿外筒的旋转，对整体的装置控制锁紧进行控制，有效的保证装置的安全稳定性，巧妙地解决了装置的自锁效果。

进一步的，通过和定位导向结构短接的设置方法，固井时钻杆密封定位器插管自动定位在封隔器导向短接上，下部的密封头确保密封在封隔器密封孔内，密封插管不会碰到套管胶塞。通过设置定位导向，用于接纳油管连接的密封和锚定机构；配合实际作业时的螺纹及套管大胶塞，能够有效保障密封座的干净，能够保障装置在作业过程中的安全稳定以及准确性。

进一步的，通过分瓣式密封头在坐封状态时连续油管与第一密封压套总装后实现封隔器与连续油管间的密封，形成封隔器与连续油管的密封空间；止动套用于限定第一密封压套位置，在确定封隔器与连续油管密封后，控制卡瓦锁紧装置不再动作，完成封隔器与连续油管的连接及密封；利用弹爪在封隔器下井坐封后，在弹爪作用下，通过一定下压力推动螺旋齿轮外筒旋转，实现螺旋齿轮外筒与套管密封座的密封、锚定，通过弹爪与封隔器密封座实现密封空间、利用螺旋齿轮外筒在完成封隔器与密封座坐封后，实现封隔器与套管间的密封空间；并且螺旋齿轮外筒具有自旋转能力，自旋转后，螺旋齿轮外筒与密封座实现密封、锚定，形成封隔器与套管间的密封空间。

进一步的，通过V型组合密封结构的设置，有效的保证了锚定结构之间密封空间的密封效果。

进一步的，锁紧密封机构进一步的加强了装置的密封效果，并且保证了装置在整体作业过程中的操作简易性。

进一步的，通过改变整体的材质仅在分瓣式密封结构上使用石墨烯材料，能够有效的保证装置的技术效果，使得装置能够保障封隔器在高温腐蚀环境密封稳定性。

进一步的，密封座和连续油管之间的扁形扣设计，用于接纳连续油管的密封和配套连续油管封隔器锚定。

进一步的，两端的密封压套的设计用于实现封隔器与连续油管间的密封。一端的密封压套在封隔器下井坐封后，实现封隔器与连续油管及密封座间的双重密封，同时保证封隔器与密封座间的密封空间。

进一步的，通过本发明的结构设置通过将高温、强腐蚀流体有效封隔于油藏产层，可以大幅降低稠油热采、火驱油田产层上部油套管耐温、耐腐蚀标准，大幅降低此类油藏开发成本，同时较目前市场已有胶筒类弹性密封封隔器，密封性能更加可靠、长寿，可以大幅提高井筒完整性水平；本发明通过有效隔绝产层内腐蚀介质与上部油套管本体接触，大幅降低油套管材质等级，减缓腐蚀速率和程度，有效延长管柱服役时间，确保井筒完整性，大幅降低建井成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种适用于连续油管使用的超高温耐蚀机械封隔器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种适用于连续油管使用的超高温耐蚀机械封隔器的密封座的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种适用于连续油管使用的超高温耐蚀机械封隔器的密封头的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种适用于连续油管使用的超高温耐蚀机械封隔器的封隔器的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种适用于连续油管使用的超高温耐蚀机械封隔器的锚定结构的结构示意图；

图中：1-第一套管、2-第二套管、3-卡瓦锁紧套、4-第一密封压套、5-分瓣式密封头、6-止动套、7-弹爪、8-螺旋齿外筒、9-密封座、10-芯轴、11-V型组合密封结构、12-第二密封压套、13-石墨盘、14-卡瓦、15-第三套筒。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

所述密封头所用配件为保障封隔器在高温腐蚀环境密封稳定性，全部部件均未使用橡胶类材料。

其中连续油管密封器用于实现封隔器与连续油管高温高压密封目的。

密封座由定位导向短接，密封锚定螺纹及套管大胶塞三部分组成，用于接纳油管连接的密封和锚定机构。

密封座锚定器由弹爪7、螺旋齿外筒8、石墨盘根13三部分组成，其被设定成径向可压缩地接合到密封座内V形密封结构的表面。

所述封隔器与连续油管密封器在地面装配状态下，所述第一密封压套4位于卡瓦锁紧套3与分瓣式密封头6之间；所述卡瓦锁紧套3与第一密封压套4之间通过螺纹连接。

所述密封座9在固井时随套管下入，密封座与套管通过扁形扣连接，用于接纳连续油管的密封和配套连续油管封隔器锚定。所述封隔器两头各有一组密封压套，用于实现封隔器与连续油管间的密封。密封压套在封隔器下井坐封后，同时实现封隔器与连续油管及密封座间的双重密封，实现封隔器与密封座间的密封空间。

所述分瓣式密封头5在坐封状态时位于连续油管与密封压套之间，总装后实现封隔器与连续油管间的密封，形成封隔器与连续油管的密封空间。

所述止动套6用于限定密封压套位置，在确定封隔器与连续油管密封后，控制卡瓦锁紧装置不再动作，完成封隔器与连续油管的连接及密封。

所述弹爪7在封隔器下井坐封后，在弹爪7作用下，通过一定下压力推动螺旋齿外筒8旋转，实现螺旋齿外筒8与密封座9的密封和锚定，弹爪7与封隔器密封座之间实现密封空间。

所述螺旋齿外筒8，在完成封隔器与密封座9坐封后，实现封隔器与套管间的密封空间。所述螺旋齿外筒8具有自旋转，自旋转后，螺旋齿外筒8与密封座实现密封、锚定，形成封隔器与套管间的密封空间。

所述密封座9的顶端设计有导向短接，固井时钻杆密封定位器插管自动定位在封隔器导向短接上，下部的密封头能够确保密在封隔器密封孔内，密封插管不会碰到套管胶塞。所述密封插管结构中封隔器与密封座下端设计有V形组合密封结构11，封隔器坐封时该密封结构与密封压套、密封座实现封隔器与密封座的密封空间。锁紧密封机构，其中，该锁紧密封机构由油管接头、螺旋齿外筒8、弹爪7、金属密封体和非金属密封体五部分组成。其解封机制为上提解封，通过上提连续油管，弹爪放松，实现螺旋齿外筒8自旋转同封隔器密封座实现解封。

所述密封插管结构中的螺旋齿外筒8，螺旋齿外筒8上外密封表面在其上具有至少5组呈花瓣状向外延伸的一体的弧形凸缘。V形组合密封是由芯轴上的V形齿与密封座上的密封齿槽形成的V形组合密封。

在本发明提出的一种适用于连续油管使用的超高温耐蚀机械封隔器的另一实施例中，由两大部分组成：密封座和密封头；结合组成高温耐蚀封隔器。密封座由螺旋齿外筒8和密封座9组成。密封头由止动套6，螺旋齿外筒8，弹爪7，芯轴10，V型组合密封11，第二密封压套12组成。

密封座通过螺旋外筒8，密封座9构成；在使用过程中，随套管现行下入，在套管下入完成后，进行水泥固井作业，通过固井后的套管稳定且可靠，在完成套管下入和固井后，组装密封头组成封隔器结构，将第一密封压套4，分瓣式密封头5，弹爪7，螺旋齿外筒8，芯轴10，V型组合密封11和第二密封压套12组成密封头总成。当油管下入时，插入密封座9；在插入过程中，V型密封组合11插入密封孔，金属台阶接触密封金属台阶；弹爪8弹性跳动进入密封座9的螺母；同时，旋转套5在旋转外筒6上转动；将弹爪紧紧挂住密封座9的螺母，保证金属对金属的密封可靠，同时保证不会退回。在进行解封时，直接右旋油管，旋转套5的销钉会剪短，油管的旋转不会使旋转套旋转，而弹爪在密封座的螺母中正旋解脱，与密封座9分离，使得密封座9提出地面。

本发明采用金属密封，能够通过金属的密封，有效的保证装置可以施加的压力下不会尺寸膨胀。在第一步将密封座随着套管下入井下；第二步：将密封插头固定在连续油管中部，插入密封座并锁死；不会脱开，不会移动，直到作业结束；第三步：需要解封时，直接上提管柱，将密封头与密封座分离，提出井口，在进行固井作业时，金属密封封隔器通过本装置提出的密封座，保证了装置的密封性，需进行特殊固井作业，具体作业步骤如下：

步骤一：将封隔器密封座、套管胶塞接在套管管柱中，下入井底，封隔器密封座深度对应封隔器坐封位置。

步骤二：将钻杆带着固井插管下入并插入定位在密封座中；钻杆胶塞通过钻杆从地面到达大胶塞(套管胶塞处。

步骤三：地面憋压，小胶塞带动大胶塞，与套管密封座拉断和下移；完成固井。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种适用于连续油管使用的超高温耐蚀机械封隔器，其特征在于，包括密封座（9）和密封头，所述密封头和密封座（9）通过螺旋齿外筒（8）连接，所述密封头包括依次连接的锚定结构、连续油管密封器和卡瓦锁紧套（3）组成，其中，所述螺旋齿外筒（8）和连续油管密封器连接设置；

所述连续油管密封器包括第一密封压套（4）、分瓣式密封头（5）和止动套（6）；所述分瓣式密封头（5）设置在连续油管外侧，所述分瓣式密封头（5）的外侧设置有第一密封压套（4），所述止动套（6）设置在分瓣式密封头（5）上，所述第一密封压套（4）连接有卡瓦锁紧套（3）；所述第一密封压套（4）的一端连接卡瓦锁紧套（3），另一端连接分瓣式密封头（5）；

所述锚定结构包括弹爪（7）和螺旋齿外筒（8）构成；所述止动套（6）和螺旋齿外筒（8）连接设置，所述弹爪（7）设置在螺旋齿外筒（8）上与密封座（9）相互作用；

所述密封座（9）内设置有V型组合密封结构（11），所述V型组合密封结构（11）和所述锚定结构连接设置；

螺旋齿外筒（8）上外密封表面在其上具有至少5组呈花瓣状向外延伸的一体的弧形凸缘；V型组合密封结构是由芯轴上的V形齿与密封座上的密封齿槽形成的V形组合密封；

所述密封座（9）在固井时随套管下入，在完成套管下入和固井后，组装密封头组成封隔器结构，将第一密封压套（4），分瓣式密封头（5），弹爪（7），螺旋齿外筒（8），芯轴（10），V型组合密封结构（11）和第二密封压套（12）组成密封头总成；当油管下入时，插入密封座（9）；在插入过程中，V型组合密封结构（11）插入密封孔，金属台阶接触密封金属台阶；弹爪弹性跳动进入密封座（9）的螺母；同时，旋转套在旋转外筒上转动；将弹爪紧紧挂住密封座（9）的螺母，保证金属对金属的密封可靠，同时保证不会退回；在进行解封时，直接右旋油管，旋转套的销钉会剪短，油管的旋转不会使旋转套旋转，而弹爪在密封座的螺母中正旋解脱，与密封座（9）分离，使得密封座（9）提出地面；

所述封隔器采用金属密封。

2.根据权利要求1所述的一种适用于连续油管使用的超高温耐蚀机械封隔器，其特征在于，所述密封座（9）上设置有定位导向结构。

3.根据权利要求1所述的一种适用于连续油管使用的超高温耐蚀机械封隔器，其特征在于，连续油管设置有锁紧密封机构，所述锁紧密封机构通过加装油管接头、金属密封体和非金属密封体构成。

4.根据权利要求1所述的一种适用于连续油管使用的超高温耐蚀机械封隔器，其特征在于，所述分瓣式密封头（5）采用柔性石墨烯材质，其余结构采用镍基耐热耐蚀合金材料。

5.根据权利要求1所述的一种适用于连续油管使用的超高温耐蚀机械封隔器，其特征在于，所述密封座（9）与连续油管通过扁形扣连接。

6.根据权利要求1所述的一种适用于连续油管使用的超高温耐蚀机械封隔器，其特征在于，封隔器的两端各设置有一组密封压套。