一种高压自锁封隔器及其坐封方法技术

本发明专利技术公开了一种高压自锁封隔器，包括依次连接的封隔器堵头，第一中心管，封隔器主体，第二中心管和上压帽；封隔器主体上设有多个连通封隔器主体内腔与封隔器主体外部的单流阀组；第一中心管外壁上套接有第一胶桶组，第一压块和第一活塞；第二中心管外壁上套接有第二胶桶组，第二压块和第二活塞。本发明专利技术无需井口座封，通过高压流体可产生高压密封部位，通过高压密封部位实现高压流体的密封，最高密封压力达150MPa；可在任意角度的钻孔中开展原位地应力测试和原位压裂试验；无需其他耗材，可多次重复使用；易于解锁和提出，不会出现卡孔损坏封隔器的危险；无需其他措施，高压自锁封隔器可在钻孔内保持平衡状态，实现自锁功能。

【技术实现步骤摘要】
一种高压自锁封隔器及其坐封方法
本专利技术属于岩石工程和天然气、石油、矿产开采工程领域，特别涉及一种高压自锁封隔器及其坐封方法。
技术介绍
随着常规油气藏、矿产资源的日益消耗，深埋油气藏、煤层气、页岩气等非常规油气藏及深部矿产资源的开采和开发显得日益重要和迫切。深部油气藏储层由于埋深大，导致其储层具有致密、低渗的特点，依靠储层压力开采难以达到商业化的产量，必须对其进行压裂增产措施。深部油气藏多经过强烈的地质运动，储层承受较高的地应力，导致压裂的破裂压力也相应增加，常规封隔器通常耐压70MPa，难以承受深埋储层岩石的破裂压力，因此，非常规油气藏的开发必须要研制超高压封隔器。目前常用的压裂方法为水力压裂增产，水力压裂大量耗费和污染水资源，且中国的非常规油气藏大多位于山地和干旱缺水的地区，难以提供水力压裂所需的水资源。水力压裂效率低，往往需要多次重复压裂才可达到增产的效果。气体压裂是一种新兴、高效的绿色压裂手段，气体压裂在深埋非常规能源的应用要求封隔器有更好的密封性能，且同样要求封隔器有更高的耐压能力。随着矿产开发、水利水电、地下厂房等人类岩石工程不断向深部地层进入，深部岩石工程面临的安全挑战日益突出。随着矿产资源开发深度的不断增加，高应力对矿产资源开发的危害日益突出，为了保证岩石工程的安全,必须进行岩体卸压。钻孔卸压是常用的一种卸压方式，由于钻孔卸压的孔径较小，导致其影响范围较小，卸压效果差。在钻孔内利用封隔器封隔钻孔，并利用高压流体致裂出复杂裂隙，可以使围岩内部的弹性能有效释放，进而提高卸压的效果，保证矿产资源的安全开采。深埋矿产资源通常承受着较高的原岩应力和诱导应力，导致钻孔卸压的致裂压力相应提高，因此，深埋矿山资源钻孔卸压所需的封隔器也要求有更高的耐压程度。深埋地层的高地应力是影响深部岩石工程安全的关键因素之一，如何测试并获得深部地层的高地应力制约着岩石工程施工方案的合理设计。水压致裂是测试地应力最为经济实用的主要方式之一，水压致裂需利用封隔器对测试地应力的地层段进行封隔，然后将水注入地层，并逐渐增压至高压状态，使得地层破裂，从而通过计算获取地层的地应力参数。现有封隔器耐压程度较低，通常耐压70MPa，在深埋地层的高地应力作用下，硬岩的破裂压力多大于100MPa，未将岩石压致破裂前，封隔器首先发生破裂，导致难以测试到深部地层的真实地应力。深埋非常规油气藏资源的开发，尤其是页岩气的开发，目前仍处于勘探阶段，未进入实质性的商业开发阶段，压裂技术的基础研究是推动非常规油气开发的重要保证。压裂技术基础研究的主要手段有理论研究和实验研究两种手段，目前压裂实验研究多利用室内试验条件开展，室内试验的岩石样品尺寸较小，多为cm级别，难以还原现场实际的应力状态，也难以体现实际储层的非均质性和各向异性特点。基于深埋地下岩石力学实验室开展原位压裂试验更能体现储层的实际应力和地质条件，更利于压裂技术的研究和推动，但受技术条件制约，现有的原位压裂试验仍非常少。原位压裂必须利用封隔器才能开展，常规的封隔器多需要井口的机械力使封隔器座封，在深埋地下岩石力学实验室开展原位压裂试验需要根据地应力方向设计压裂钻孔，如压裂钻孔为水平孔，则很难利用井口座封；另外，原位压裂试验因试验岩体位于原岩应力场中，其承受较大的地应力，破裂压力较高；综上，原位压裂试验要求封隔器能承受更高的压力，同时又要求其具备自封能力。现有的封隔器难以满足原位压裂试验封隔器的要求。
技术实现思路
根据上述提出的技术问题，而提供一种高压自锁封隔器及其坐封方法。本专利技术采用的技术手段如下：一种高压自锁封隔器，包括依次连接的封隔器堵头，第一中心管，封隔器主体，第二中心管和上压帽；所述封隔器堵头具有固定套接在所述第一中心管外壁的封隔器堵头连接部；所述第一中心管具有第一中心管内腔；所述封隔器主体具有封隔器主体内腔，所述封隔器主体上设有多个连通所述封隔器主体内腔与所述封隔器主体外部的单流阀组，所述封隔器主体内腔的两端分别固定套接在所述第一中心管外壁和所述第二中心管外壁；所述第二中心管具有第二中心管内腔；所述上压帽具有固定套接在所述第二中心管外壁的上压帽连接部，所述上压帽上设有高压接口；所述高压接口，所述第二中心管内腔，所述封隔器主体内腔和所述第一中心管内腔依次连通；所述第一中心管外壁上还依次套接有第一胶桶组，第一压块和第一活塞，所述第一活塞的端面与所述封隔器主体的端面之间具有第一液压腔室，所述第一液压腔室外设有用于密封所述第一液压腔室的第一密封套筒，所述第一中心管具有多个连通所述第一中心管内腔与所述第一液压腔室的液体流出口；所述第二中心管外壁上还依次套接有第二胶桶组，第二压块和第二活塞，所述第二活塞的端面与所述封隔器主体的端面之间具有第二液压腔室，所述第二液压腔室外设有用于密封所述第二液压腔室的第二密封套筒，所述第二中心管具有多个连通所述第二中心管内腔与所述第二液压腔室的液体流出口；所述上压帽外壁设有螺纹；所述单流阀组沿所述封隔器主体的轴线排列，所述单流阀组包括两个以所述封隔器主体的轴线为轴对称分布的单流阀，其中一个所述单流阀的流向为从所述高压自锁封隔器内部流向钻孔，另外一个所述单流阀的流向为从钻孔流向所述高压自锁封隔器内部。所述封隔器堵头上设有圆形孔。在胶筒的拆卸和安装时可以用钢柱或铁柱穿于圆形孔中，为高压自锁封隔器拆卸和安装提供反作用力，便于高压自锁封隔器组装及部件更换所述第一中心管外壁具有第一大轴段和第一小轴段，所述第一胶桶组套接在所述第一大轴段上，所述第一压块的部分内壁套接在所述第一大轴段上，所述第一活塞套接在所述第一小轴段上。所述第二中心管外壁具有第二大轴段和第二小轴段，所述第二胶桶组套接在所述第二大轴段上，所述第二压块的部分内壁套接在所述第二大轴段上，所述第二活塞套接在所述第二小轴段上。由于所述第一中心管外壁和所述第二中心管外壁都具有轴肩，分别防止所述第一活塞和所述第二活塞过渡挤压所述第一胶桶组和所述第二胶桶组。所述封隔器堵头与所述上压帽之间至少设有两个拆掉所述封隔器堵头和所述上压帽的所述高压自锁封隔器。所述第一胶桶组和所述第二胶桶组均包括多个胶桶，相邻所述胶桶之间设有隔环。本专利技术还公开了一种使用如上述所述的高压自锁封隔器的坐封方法，具有如下步骤：S1、利用高压管线将高压接口与流体增压系统相连接，高压自锁封隔器通过上压帽外壁上的螺纹与高压钻杆连接在一起，并逐渐推进钻孔至深部需密封段；S2、流体增压系统增压后的高压流体通过高压接口进入高压自锁封隔器内，高压流体进入第二中心管内腔，封隔器主体内腔和第一中心管内腔内，然后通过液体流出口进入第二液压腔室和第一液压腔室；S3、进入第二液压腔室的高压流体推动第二活塞，将液压传递至第二压块上，第二压块推动第二胶桶组，由于压力的挤压，第二胶桶组开始沿径向膨胀，随着液压的不断增加，第二胶桶组逐渐将钻孔与第二胶桶组之间的缝隙完全封闭，形成高压密封部位；同时，进入第一液压腔室的高压流体推动第一活塞，将液压传递至第一压块上，第一压块推动第一胶桶组，由于压力的挤压，第一胶桶组开始沿径向膨胀，随着液压的不断增加，第一胶桶组逐渐将钻孔与第一胶桶组之间的缝隙完全封闭，形成高压密封部位；S4、当进入高压自锁封隔器的高压流体压力达到一定程度后，高压流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压自锁封隔器，其特征在于，包括依次连接的封隔器堵头，第一中心管，封隔器主体，第二中心管和上压帽；所述封隔器堵头具有固定套接在所述第一中心管外壁的封隔器堵头连接部；所述第一中心管具有第一中心管内腔；所述封隔器主体具有封隔器主体内腔，所述封隔器主体上设有多个连通所述封隔器主体内腔与所述封隔器主体外部的单流阀组，所述封隔器主体内腔的两端分别固定套接在所述第一中心管外壁和所述第二中心管外壁；所述第二中心管具有第二中心管内腔；所述上压帽具有固定套接在所述第二中心管外壁的上压帽连接部，所述上压帽上设有高压接口；所述高压接口，所述第二中心管内腔，所述封隔器主体内腔和所述第一中心管内腔依次连通；所述第一中心管外壁上还依次套接有第一胶桶组，第一压块和第一活塞，所述第一活塞的端面与所述封隔器主体的端面之间具有第一液压腔室，所述第一液压腔室外设有用于密封所述第一液压腔室的第一密封套筒，所述第一中心管具有多个连通所述第一中心管内腔与所述第一液压腔室的液体流出口；所述第二中心管外壁上还依次套接有第二胶桶组，第二压块和第二活塞，所述第二活塞的端面与所述封隔器主体的端面之间具有第二液压腔室，所述第二液压腔室外设有用于密封所述第二液压腔室的第二密封套筒，所述第二中心管具有多个连通所述第二中心管内腔与所述第二液压腔室的液体流出口；所述上压帽外壁设有螺纹；所述单流阀组沿所述封隔器主体的轴线排列，所述单流阀组包括两个以所述封隔器主体的轴线为轴对称分布的单流阀，其中一个所述单流阀的流向为从所述高压自锁封隔器内部流向钻孔，另外一个所述单流阀的流向为从钻孔流向所述高压自锁封隔器内部。...

【技术特征摘要】
1.一种高压自锁封隔器，其特征在于，包括依次连接的封隔器堵头，第一中心管，封隔器主体，第二中心管和上压帽；所述封隔器堵头具有固定套接在所述第一中心管外壁的封隔器堵头连接部；所述第一中心管具有第一中心管内腔；所述封隔器主体具有封隔器主体内腔，所述封隔器主体上设有多个连通所述封隔器主体内腔与所述封隔器主体外部的单流阀组，所述封隔器主体内腔的两端分别固定套接在所述第一中心管外壁和所述第二中心管外壁；所述第二中心管具有第二中心管内腔；所述上压帽具有固定套接在所述第二中心管外壁的上压帽连接部，所述上压帽上设有高压接口；所述高压接口，所述第二中心管内腔，所述封隔器主体内腔和所述第一中心管内腔依次连通；所述第一中心管外壁上还依次套接有第一胶桶组，第一压块和第一活塞，所述第一活塞的端面与所述封隔器主体的端面之间具有第一液压腔室，所述第一液压腔室外设有用于密封所述第一液压腔室的第一密封套筒，所述第一中心管具有多个连通所述第一中心管内腔与所述第一液压腔室的液体流出口；所述第二中心管外壁上还依次套接有第二胶桶组，第二压块和第二活塞，所述第二活塞的端面与所述封隔器主体的端面之间具有第二液压腔室，所述第二液压腔室外设有用于密封所述第二液压腔室的第二密封套筒，所述第二中心管具有多个连通所述第二中心管内腔与所述第二液压腔室的液体流出口；所述上压帽外壁设有螺纹；所述单流阀组沿所述封隔器主体的轴线排列，所述单流阀组包括两个以所述封隔器主体的轴线为轴对称分布的单流阀，其中一个所述单流阀的流向为从所述高压自锁封隔器内部流向钻孔，另外一个所述单流阀的流向为从钻孔流向所述高压自锁封隔器内部。2.根据权利要求1所述的一种高压自锁封隔器，其特征在于：所述封隔器堵头上设有圆形孔。3.根据权利要求1所述的一种高压自锁封隔器，其特征在于：所述第一中心管外壁具有第一大轴段和第一小轴段，所述第一胶桶组套接在所述第一大轴段上，所述第一压块的部分内壁套接在所述第一大轴段上，所述第一活塞套接在所述第一小轴段上。4.根据权利要求1所述的一种高压自锁封隔器，其特征在于：所述第二中心管外壁具有第二大轴段和第二小轴段，所述第二胶桶组套接在所述第二大轴段上，所述第二压块的部分内壁套接在所述第二大轴段上，所述第二活塞套接...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯夏庭，陈天宇，田明，胡磊，刘畅，司胜，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21