阅读说明：本技术 一种多级可解封式遇水膨胀封隔器及方法 (Multistage releasable water-swelling packer and method ) 是由 不公告发明人 于 2017-11-27 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种多级可解封式遇水膨胀封隔器及方法。其技术方案是：包括三段中心管、一组遇水膨胀橡胶和两组解封装置,遇水膨胀橡胶加工在三段中心管和两组解封装置的外侧,在第一段与第二段中心管之间设有第一组解封装置,第二段中心管和第三段中心管之间设有第二组解封装置；第一段中心管、第二段中心管、第三段中心管、第一组解封装置和第二组解封装置的外壁加工有遇水膨胀橡胶。有益效果是：本发明通过设计有多级解封结构,可以实现较长的遇水膨胀橡胶的收缩并实现解封,可以避免修井时因为遇水膨胀橡胶的阻力大,无法拔动的情况,也避免了强制性增大拉力进行拉拔；也避免了通过磨鞋进行磨铣作业造成的成本高,作业周期长的问题。(The invention relates to a multi-stage releasable water-swelling packer and a method. The technical scheme is as follows: the water-swelling rubber is processed on the outer sides of the three sections of central tubes and the two groups of sealing devices, a first group of sealing devices are arranged between the first section of central tube and the second section of central tube, and a second group of sealing devices are arranged between the second section of central tube and the third section of central tube; and the outer walls of the first section of central pipe, the second section of central pipe, the third section of central pipe, the first group of unsealing devices and the second group of unsealing devices are processed with water-swellable rubber. The beneficial effects are that: according to the invention, by designing the multi-stage deblocking structure, the shrinkage of longer water-swellable rubber can be realized, deblocking can be realized, the condition that the water-swellable rubber cannot be pulled due to large resistance in well repair can be avoided, and the drawing by forcibly increasing the tensile force is also avoided; the problems of high cost and long operation period caused by the milling operation through the milling shoe are also avoided.)

一种多级可解封式遇水膨胀封隔器及方法

技术领域

本发明涉及一种石油井下作业工具及方法，特别涉及一种多级可解封式遇水膨胀封隔器及方法。

背景技术

封隔器是一种石油工业应用的为了满足油水井某种工艺技术目的或者油层技术措施的需要，由钢体、封隔件、控制部分组成的井下分层封隔的专用工具，试油、采油、注水和油层改造都需要相应类型的封隔器。包括自封式、扩张式、压缩式和组合式结构，其应用领域各不相同，当遇到裸眼井及套管破损的油井时，采用上述的四种封隔器通过机械座封或液压座封无法达到密封的效果，可以采用近年来研发的遇水膨胀封隔器。目前，现有的遇水膨胀封隔器一般用于多层位、无法进行液压或机械座封的层位，能够顺利下井，实现遇水膨胀。

如中国专利文献公开号为202832366U，专利名称为《一种遇油遇水膨胀式封隔器》，包括两个油管接箍，分别设置于该封隔器的两端，其外侧端分别与尾管或筛管连接；封隔器基体，其两端分别与两所述油管接箍的内侧端连接；两个限位座，各所述限位座的一端固定于所述油管接箍与所述封隔器基体之间，其另一端沿所述封隔器基体延伸方向设有嵌入槽；遇油遇水自膨胀式橡胶，其两端分别嵌入所述相对设置的嵌入槽中，固定于所述封隔器基体外侧。有效防止遇油遇水自膨胀式橡胶摩擦损坏和端部外翻的情况，加强密封效果。其存在的问题是：由于井下一直有油水混合物，这样，封隔器就一直处于膨胀状态。而当需要进行修井时，需要将整个管柱取出，原有的遇水膨胀封隔器就因为一直处于膨胀状态，其阻力大，无法拔动；如果强制性增大拉力进行拉拔，由于封隔器的抽吸作用，对地层破坏力太大，甚至将之前向地层注入的交联剂、固化剂、酸化剂及砂子等，原有形成的固化结构都破坏了，严重的造成油井废井；另一种办法是通过磨鞋进行磨铣作业，将封隔器磨掉，这样存在的问题是成本高，作业周期长，而且容易破坏油井井壁或者套管。

另外，现有的遇水膨胀封隔器采用的遇水膨胀橡胶的长度一般较短，有时候不能实现完全密封，即使在制造时加长所述的遇水膨胀橡胶，由于遇水膨胀橡胶不一定会均匀的膨胀，所以，仍然不能完全可靠的实现密封；而且遇水膨胀橡胶加长后，由于现有的技术不能实现解封，修井时作业时间更长，出现磨损井壁或者套管的可能性更高，所以，实际生产中很少采用加长遇水膨胀橡胶的封隔器。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种多级可解封式遇水膨胀封隔器及方法，可以解决遇水膨胀橡胶的收缩并实现解封，也可以增强遇水膨胀橡胶的密封性，保证了封隔效果。

本发明提到的一种多级可解封式遇水膨胀封隔器，其技术方案是：包括三段中心管、一组遇水膨胀橡胶和两组解封装置，遇水膨胀橡胶加工在三段中心管和两组解封装置的外侧，在第一段与第二段中心管之间设有第一组解封装置（a），第二段中心管和第三段中心管之间设有第二组解封装置（b）；其中，每组解封装置包括第一挡环（3）、解封衬管（4）、第一解封剪钉（5）、第二解封剪钉（6）和第二挡环（7），

所述解封衬管（4）的中部通过第一解封剪钉（5）固定第一段中心管（9），通过第二解封剪钉（6）固定第二段中心管（10），在所述第一段中心管（9）的中部外壁固定第一挡环（3），第一段中心管（9）的上端设有上接头（1），在所述第二段中心管（10）的中部外壁固定第二挡环（7），第三段中心管（18）的外壁设有第三挡环（19），所述第三段中心管（18）的下端设有下接头（8）；

所述的第一段中心管（9）、第二段中心管（10）、第三段中心管（18）、第一组解封装置（a）和第二组解封装置（b）的外壁加工有遇水膨胀橡胶（2）。

优选的，上述的第一段中心管（9）的下端设有第一解封挡环（12），所述的解封衬管（4）的两端内侧分别设有第一凸肩（11）和第二凸肩（14），所述第二段中心管（10）的上端设有第二解封挡环（13），解封衬管（4）的第一凸肩（11）和第二凸肩（14）分别与第一段中心管（9）的第一解封挡环（12）和第二段中心管（10）的第二解封挡环（13）配合。

优选的，上述的第一凸肩（11）的内边缘设有凸出的内钢环（16），用于与第一解封挡环（12）牢固配合，所述第二凸肩（14）的内边缘设有凸出的内钢环（16），用于与第二解封挡环（13）牢固配合。

优选的，上述的第一解封挡环（12）和第二解封挡环（13）的外边缘分别设有凸起的外钢环（15）。

优选的，上述的第一挡环（3）和第二挡环（7）为截面为等腰梯形结构，第一挡环（3）的下底与第一段中心管（9）的外壁固定连接，第二挡环（7）的下底与第二段中心管（10）的外壁固定连接，且所述第一挡环（3）和第二挡环（7）的内腔为空心结构。

优选的，上述的第一挡环（3）和第二挡环（7）的两个腰上设有连通孔（7.1），在第一挡环（3）和第二挡环（7）的内腔填充有吸水树脂，将吸水树脂与遇水膨胀橡胶（2）连通，遇水膨胀后形成鼓包凸起（17）。

优选的，上述的解封衬管（4）的长度小于第一挡环（3）和第二挡环（7）之间的展开长度的三分之一。

本发明提到的一种多级可解封式遇水膨胀封隔器的使用方法，包括以下步骤：

首先，组装多级可解封式遇水膨胀封隔器，包括三段中心管、一组遇水膨胀橡胶和两组解封装置，遇水膨胀橡胶加工在三段中心管和两组解封装置的外侧，在第一段与第二段中心管之间设有第一组解封装置（a），第二段中心管和第三段中心管之间设有第二组解封装置（b）；其中，每组解封装置包括第一挡环（3）、解封衬管（4）、第一解封剪钉（5）、第二解封剪钉（6）和第二挡环（7）；

所述解封衬管（4）的中部通过第一解封剪钉（5）固定第一段中心管（9），通过第二解封剪钉（6）固定第二段中心管（10），在所述第一段中心管（9）的中部外壁固定第一挡环（3），第一段中心管（9）的外端设有上接头（1），在所述第二段中心管（10）的中部外壁固定第二挡环（7），第三段中心管（18）的外壁设有第三挡环（19），所述第三段中心管（18）的外端设有下接头（8）；

所述的第一段中心管（9）、第二段中心管（10）、第三段中心管（18）、第一组解封装置（a）和第二组解封装置（b）的外壁加工有遇水膨胀橡胶（2）；

第二，将装置下入裸眼井或套管中的预定待封隔位置，遇水膨胀橡胶（2）遇水开始膨胀，且第一、第二、第三挡环由于内部充填有吸水树脂，且两个腰处分别设有连通孔，吸水树脂遇水后带动遇水膨胀橡胶（2）进一步膨胀，形成鼓包凸起（17），进一步对井壁加强了密封作用；

第三、修井解封时，通过上提第一段中心管（9），第一段中心管（9）向上移动并将第一解封剪钉剪断，第一段中心管（9）继续向上移动，当第一解封挡环（12）上移至解封衬管（4）的第一凸肩（11）时，第一段中心管（9）带动解封衬管（4）向上移动，同时剪断第二解封剪钉（6），解封衬管（4）继续向上移动，当第二凸肩（14）接触到第二解封挡环（13）后，解封衬管（4）停止上移；此时，第一段中心管（9）与第二段中心管（10）之间保持一个解封距，且遇水膨胀橡胶（2）被拉开一个解封距的长度，遇水膨胀橡胶（2）的厚度变窄，进而使鼓包凸起（17）的压力得到释放，本级封隔器上移，继续上提后，第二段中心管（9）带动第三段中心管（18）实现解封上提第二级封隔器上移，最终实现多级可解封式遇水膨胀封隔器的整体上提。

本发明的有益效果是：本发明通过设计有多级解封结构，可以实现遇水膨胀橡胶的收缩并实现解封，可以避免修井时因为遇水膨胀橡胶的阻力大，无法拔动的情况，也避免了强制性增大拉力进行拉拔，由于封隔器的抽吸作用，对地层产生巨大的破坏力；也避免了通过磨鞋进行磨铣作业造成的成本高，作业周期长的问题；

本发明通过设有多个挡环，且空腔内填充有吸水树脂，吸水膨胀时，遇水膨胀橡胶沿着两个腰的方向挤压形成鼓包凸起，从而增强了遇水膨胀橡胶的密封性，避免了不均匀的膨胀出现的密封不好的问题；

本发明通过设有解封衬管和剪切销钉配合，并且通过解封衬管与各段中心管连接作用，带动遇水膨胀橡胶变窄，使封隔器与井壁之间的作用力大幅下降，进而消除了上提过程中的抽吸作用，避免了对地层的固化结构的破坏；

再有，解封衬管的长度设计有一定要求，具体说是解封距的长度小于第一挡环和第二挡环之间展开长度的三分之一，避免遇水膨胀橡胶被拉断的情况，而且各个挡环也起到辅助作用，从而保证了封隔器整体上提完成。

附图说明

附图1是本发明的结构示意图；

附图2是本发明解封时的第一步的结构示意图；

附图3是本发明解封时全部展开时的结构示意图；

附图4是解封衬管与剪切销钉处的第一种实施例的放大示意图；

附图5是解封衬管与剪切销钉处的第二种实施例的放大示意图；

附图6是挡环膨胀前的放大图；

附图7是挡环膨胀后的放大图；

附图8是另一种结构的挡环在膨胀前的放大图；

上图中：上接头1、遇水膨胀橡胶2、第一挡环3、解封衬管4、第一解封剪钉5、第二解封剪钉6、第二挡环7、下接头8、第一段中心管9、第二段中心管10、第一凸肩11、第一解封挡环12、第二解封挡环13、第二凸肩14、第二凸肩14、外钢环15、内钢环16、鼓包凸起17、第三段中心管18；第一组解封装置（a）、第二组解封装置（b）、连通孔7.1。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1，参照附图1和4，本发明提到的一种多级可解封式遇水膨胀封隔器，其技术方案是：包括三段中心管、一组遇水膨胀橡胶和两组解封装置，遇水膨胀橡胶加工在三段中心管和两组解封装置的外侧，在第一段与第二段中心管之间设有第一组解封装置a，第二段中心管和第三段中心管之间设有第二组解封装置b；其中，每组解封装置包括第一挡环3、解封衬管4、第一解封剪钉5、第二解封剪钉6和第二挡环7，

所述解封衬管4的中部通过第一解封剪钉5固定第一段中心管9，通过第二解封剪钉6固定第二段中心管10，在所述第一段中心管9的中部外壁固定第一挡环3，第一段中心管9的上端设有上接头1，在所述第二段中心管10的中部外壁固定第二挡环7，第三段中心管18的外壁设有第三挡环19，所述第三段中心管18的下端设有下接头8；

所述的第一段中心管9、第二段中心管10、第三段中心管18、第一组解封装置a和第二组解封装置b的外壁加工有遇水膨胀橡胶2。

参照附图4，本发明的第一段中心管9的下端设有第一解封挡环12，所述的解封衬管4的两端内侧分别设有第一凸肩11和第二凸肩14，所述第二段中心管10的上端设有第二解封挡环13，解封衬管4的第一凸肩11和第二凸肩14分别与第一段中心管9的第一解封挡环12和第二段中心管10的第二解封挡环13配合；同理，第二段中心管与第三段中心管之间的解封装置与第一、二段中心管之间的解封装置相同，而且可以根据下井管柱的长度再增加几级解封装置和几段中心管。

参照附图6，本发明的第一挡环3和第二挡环7为截面为等腰梯形结构，第一挡环3的下底与第一段中心管9的外壁固定连接，第二挡环7的下底与第二段中心管10的外壁固定连接，且所述第一挡环3和第二挡环7的内腔为空心结构；

第一挡环3和第二挡环7的两个腰上设有连通孔7.1，在第一挡环3和第二挡环7的内腔填充有吸水树脂，将吸水树脂与遇水膨胀橡胶2连通，遇水膨胀后形成鼓包凸起17，从而在两个腰处增强了膨胀性，从而使两个腰的延伸方向形成了膨胀凸起，进一步增强了遇水膨胀橡胶的密封性，避免了不均匀的膨胀出现的密封不好的问题。

第三段中心管外的第三挡环也是上述结构，不再赘述。

另外，上述的解封衬管4的长度小于第一挡环3和第二挡环7之间的展开长度的三分之一，较佳的是五分之一，这样可以避免遇水膨胀橡胶被拉断的情况，而且第二挡环及第三挡环也起到辅助作用，从而保证了封隔器整体上提完成；另外，第二挡环7和第三挡环之间安装的解封衬管也与第一挡环3和第二挡环7之间的解封衬管相同。

解封时，参照附图2和3，第一解封剪钉5和第二解封剪钉6依次剪断，已经膨胀的遇水膨胀橡胶在解封衬管4的上移过程中，不断变窄，变细，进而释放了膨胀的压力，另外上提时，第二挡环及下部的第三挡环也对遇水膨胀橡胶起到支撑作用，有效的保证了整个封隔器的上提。

本发明提到的一种多级可解封式遇水膨胀封隔器的使用方法，其技术方案是包括以下步骤：

首先，组装多级可解封式遇水膨胀封隔器，包括三段中心管、一组遇水膨胀橡胶和两组解封装置，遇水膨胀橡胶加工在三段中心管和两组解封装置的外侧，在第一段与第二段中心管之间设有第一组解封装置a，第二段中心管和第三段中心管之间设有第二组解封装置b；其中，每组解封装置包括第一挡环3、解封衬管4、第一解封剪钉5、第二解封剪钉6和第二挡环7；

所述解封衬管4的中部通过第一解封剪钉5固定第一段中心管9，通过第二解封剪钉6固定第二段中心管10，在所述第一段中心管9的中部外壁固定第一挡环3，第一段中心管9的上端设有上接头1，在所述第二段中心管10的中部外壁固定第二挡环7，第三段中心管18的外壁设有第三挡环19，所述第三段中心管18的下端设有下接头8；

所述的第一段中心管9、第二段中心管10、第三段中心管18、第一组解封装置a和第二组解封装置b的外壁加工有遇水膨胀橡胶2；

第二，将装置下入裸眼井或套管中的预定待封隔位置，遇水膨胀橡胶2遇水开始膨胀，且第一、第二、第三挡环由于内部充填有吸水树脂，且两个腰处分别设有连通孔7.1，吸水树脂遇水后带动遇水膨胀橡胶2进一步膨胀，形成鼓包凸起17，进一步对井壁加强了密封作用；

第三、修井解封时，通过上提第一段中心管9，第一段中心管9向上移动并将第一解封剪钉剪断，第一段中心管9继续向上移动，当第一解封挡环12上移至解封衬管4的第一凸肩11时，第一段中心管9带动解封衬管4向上移动，同时剪断第二解封剪钉6，解封衬管4继续向上移动，当第二凸肩14接触到第二解封挡环13后，解封衬管4停止上移；此时，第一段中心管9与第二段中心管10之间保持一个解封距，且遇水膨胀橡胶2被拉开一个解封距的长度，遇水膨胀橡胶2的厚度变窄，进而使鼓包凸起17的压力得到释放，本级封隔器上移，继续上提后，第二段中心管9带动第三段中心管18实现解封上提第二级封隔器上移，最终实现多级可解封式遇水膨胀封隔器的整体上提，具体参照附图2和附图3。

实施例2，参照附图5，本发明的第一凸肩11的内边缘设有凸出的内钢环16，用于与第一解封挡环12牢固配合，所述第二凸肩14的内边缘设有凸出的内钢环16，用于与第二解封挡环13牢固配合；上述的第一解封挡环12和第二解封挡环13的外边缘分别设有凸起的外钢环15，这样的结构可以更好的保证解封衬管与第二段中心管的连接可靠性，避免脱落造成的解封失败；另外，下一级的凸肩与外钢环的结构也采用上述结构，不再赘述。

实施例3，参照附图8，本发明的第一、第二、第三挡环的空腔内填充有吸水树脂，且挡环的截面为等腰三角形，两个腰上设有喇叭口形状的连通孔，形状为外宽内窄，此结构更有利于吸水，也可以使内腔的吸水树脂缓慢释放起到局部缓释作用。当吸水膨胀时，由于挡环内的吸水树脂的作用，遇水膨胀橡胶2沿着两个边的方向会形成挤压效应，进一步的挤压，从而使遇水膨胀橡胶沿着两个腰的延伸方向形成鼓包凸起17，该结构也可以实现本发明的目的增强了遇水膨胀橡胶的密封性，避免了不均匀的膨胀出现的密封不好的问题。

以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。