CN102337860A - 封隔器 - Google Patents

Abstract

一种封隔器，包括中心管和设于中心管外的锁紧机构、执行机构、密封机构和锚定机构，执行机构使密封机构和锚定机构动作，锁紧机构包括与密封机构邻接的锁套、设于锁套外部的定位组件、安装在锁套内部且相隔一定距离的正螺母和反螺母，及设在中心管的外壁上的与正螺母和反螺母分别对应的正螺纹段和反螺纹段；在中心管与锁套对应的管壁上设有通孔且在管壁外部设置挡板，挡板与锁套的内壁面密封接合构成活塞腔的缸底，执行机构包括设在活塞腔内且与锁套连接的活塞和与活塞相连接的解封弹性元件。本发明能有效地实现防中途坐封和防坐封失效，提高工作可靠性，且能实现一趟管柱多次坐封和解封，简化井下作业程序、提高作业效率，也大大节约了成本。

Description

封隔器

技术领域

本发明关于一种用于油井、气井等矿井中封隔下部油、气、水层的封堵工具，尤其有关一种封隔器。

背景技术

封隔器广泛应用于油井、气井等矿井中，用来封隔下部油、气、水层，是一种安全可靠、成本低廉、功能齐全、适用范围广的井下封堵工具。封隔器能与其它井下工具配合使用，进行临时性封堵、永久性封堵、选择性封堵和不压井作业等。

可取式的封隔器主要由执行机构、锚定机构、锁紧机构、密封机构及打捞机构五部分组成。

其中，执行机构用来实现坐封及解封，依执行机构的坐封动力来源，封隔器主要分为机械坐封、液力坐封两类，执行机构通过切断坐封剪钉实现坐封，通过切断解封剪钉实现解封。

锚定机构通常包括上锥体、下锥体和双卡瓦，用来将封隔器锚定在坐封位置。

锁紧机构通常由外中心管、坐封剪钉、解封剪钉及各种内锁紧组件(如锥环、锁环、锁扣或锁指扣以及棘轮机构)构成，用于在封隔器坐封之后，使坐封隔器固定保持在坐封状态。

密封机构通常包括胶筒、隔环、推力块和胶筒座，用来在坐封以后，使封隔器的上下两端呈现密封隔断状态。

打捞机构依打捞方式的工作原理不同，主要分为旋转式打捞机构和膨胀式打捞机构两种，用于在执行机构切断解封销钉而完成解封作业后，将封隔器打捞至井面。其中旋转式打捞机构由打捞耳、打捞内轨道组成，下入封隔器时，将封隔器的打捞耳导入打捞工具的内轨道，使封隔器悬挂在打捞工具的内轨道上；解封时，重新导入封隔器，旋转油管，同时上提管柱，完成打捞。此种方式操作方便，内轨道和打捞耳所受拉力较大，对材质的要求较高。

例如中国公告号2876319专利文件揭示了一种防中途坐封高压可钻桥塞，其包括中心管、双向锚定装置、密封组件和胶筒防突装置。双向锚定装置包括安装在中心管下部的卡瓦、上锥体和下锥体，其中上锥体通过锥体剪钉定位在中心管上，下锥体固定安装在中心管上。密封组件包括套装在中心管中部的边胶筒和中胶筒。胶筒防突装置包括公胀环、母胀环和护环，在位于密封组件的上端和下端的中心管上分别安装该公胀环、母胀环和护环。该防中途坐封高压可钻桥塞具有外形短小精悍、施工方便可靠、桥塞承受上、下压差大(最高可达70MPa)、使用一次成功率高、施工效率高、易钻磨解封等特点，适用于油田勘探、开发中油气井的封堵底水、选层酸压与上返试油等管柱工艺措施中。

又如中国公告号200992982专利文件也揭示一种一趟管柱液压坐封挤注桥塞，其包括液压缸总成、钢球和球座。密封插管的上端连接在液压缸总成的下端，密封插管的下端内固定安装有能被钢球封堵住的球座，滑套上部开口从而形成具有弹性功能的分瓣爪，该分瓣爪能套在密封插管上，密封插管下端的凸台既能从内卡住分瓣爪使滑套向上移动，又能从外推动分瓣爪使滑套向下移动，中心管从下往上套在滑套和密封插管上。

再如中国公告号2635903专利文件也揭示了一种油井作业的封隔工具，其主要由自锁机构、密封部分与卡紧部分构成。自锁机构由上接头、压套与铜环、打捞套及锁紧爪构成。密封部分由中心管与胶筒组合，由“O”形密封圈密封。卡紧部分是上锥体与下锥体由卡瓦卡紧连接。该封隔工具的主要优点是克服了可钻式桥塞不可回收的缺陷，解决了油田封隔产层作业中的难题。

以上三种封隔器都能用来封隔下部油、气、水层，但在坐封后均依靠中心管和主要的锁紧机构例如解封剪钉、各种内锁紧组件(如锥环、锁环、锁扣或锁指扣)等实现锁紧，以将封隔器固定保持在坐封位置。但在高温高压的腐蚀性井底内，前述锁紧机构的锁紧功能可靠性差，容易在下放封隔器的过程中，在不该发生坐封的位置发生中途坐封事故，也容易在目标位置坐封后无法牢固地保持在坐封位置而发生坐封失效事故。并且前述三种封隔器，每下一趟管柱只能实现一次坐封和解封动作，如为进行下一井段的坐封和解封动作，必须将桥隔器提到井面，更换封隔器在执行坐封和解封过程中破损的坐封剪钉和解封剪钉，才可以将封隔器重新再一次下入井内实现下一次坐封和解封，无法在一趟管柱中完成多次坐封和解封动作，操作复杂，井下作业效率低、成本高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种封隔器，能有效地实现防中途坐封和防坐封失效，大大提高工作可靠性，并且能实现一趟管柱多次坐封和解封，简化井下作业程序、提高作业效率，也大大节约了成本。

本发明提供的一种封隔器，包括中心管和设于所述中心管外的锁紧机构、执行机构、密封机构和锚定机构，所述执行机构使所述密封机构和锚定机构动作，所述锁紧机构包括与所述密封机构邻接的锁套、设于所述锁套外部的定位组件、安装在所述锁套内部且相隔一定距离的正螺母和反螺母，及设在所述中心管的外壁上的与所述正螺母和反螺母分别对应的正螺纹段和反螺纹段；在所述中心管与所述锁套对应的管壁上设有通孔且在管壁外部设置挡板，所述挡板与所述锁套的内壁面密封接合构成活塞腔的缸底，所述执行机构包括设在所述活塞腔内且与所述锁套连接的活塞和与所述活塞相连接的解封弹性元件。

根据上述方案，本发明相对于现有技术的效果是显著的：

本发明利用能防中途坐封和解封的锁紧机构结合液力活塞腔完成坐解封过程，以中心管的顺时针右向旋转实现正螺母、反螺母与中心管上的正螺纹段和反螺纹段啮合或脱开。当封隔器下至井底的过程时，正螺母与中心管上的正螺纹段啮合，只有正螺母随着中心管的旋转而从中心管上的正螺纹段脱开后，才可以由通孔注入压力油，实现坐封的动作，因此正螺母能有效防止封隔器在下入套管内的过程当中，在不应该坐封的位置发生中途坐封，而正螺母与中心管的正螺纹段啮合，能明显降低中途坐封的风险，可靠性高。

坐封完成后，在活塞的带动下，反螺母会向上运动而与中心管的反螺纹段啮合实现锁死，在卸掉活塞腔内的油压后能起到保封的作用，有效防止坐封失效，可靠性极高。

本发明的封隔器因未采用已有产品中使用的解封螺钉，在解封时，再度右旋中心管，会使反螺母相对中心管向下运动而从中心管的反螺纹段上脱开，之后即可进行解封，封隔器恢复到下井时的初始状态，之后可以将封隔器移动到下一位置实现再次的坐封和解封，因此本发明的封隔器一趟下管柱，可通过正反螺母实现多次坐封和解封，封隔器结构简单，更能简化井下作业操作，提高作业效率，也能大大节约成本。

附图说明

图1为本发明实施方式1的示意图。

图2为本发明实施方式2的示意图。

具体实施方式

实施方式1

如图1所示，本发明提供了一种例如靠液力坐封的封隔器，主要用于封隔油井油套环空，包括：中心管1和设于中心管1外的锁紧机构2、执行机构3、密封机构4和锚定机构5，执行机构3使密封机构4和锚定机构5动作，中心管1的上下两端分别与上接头101和下接头102联接，利用油管使上接头101带动中心管1同时旋转，以完成坐封和解封动作；本发明的改进之处是：锁紧机构2包括与密封机构4邻接的锁套21、设于锁套21外部的定位组件22、安装在锁套21内部且相隔一定距离的正螺母6和反螺母7，及设在中心管1的外壁上的与正螺母6和反螺母7分别对应的正螺纹段61和反螺纹段71；在中心管1与锁套21对应的管壁上设有通孔11且在管壁外部设置挡板12，挡板12与锁套21的内壁面密封接合构成活塞腔8的缸底，执行机构3包括设在活塞腔8内且与锁套21连接的活塞31和与活塞31相连接的解封弹性元件32。

在一个实施方式中，正螺母6和反螺母7均位于活塞腔8的下方，优选使正螺母6位于反螺母7的下方，可保证在坐封和解封过程中都由上接头101带动中心管1以顺时针方向向右旋转，能使各段油管越旋越紧，不松脱。反螺纹段71设在挡板12的下方，通孔11设在挡板12的上方。在本发明中，正螺母6和反螺母7均为包括多个瓣体的分瓣式螺母，由正螺母卡簧62和反螺母卡簧72分别为正螺母6和外螺母7的瓣体提供径向向内的弹性力。

在一个实施方式中，定位组件22包括设于锁套21外部的弹性元件23及设于弹性元件23外部的定位块24，弹性元件23向定位块24施加径向向外的力而使定位块24定位在套管上，其中弹性元件23例如为挤压簧片，定位块24例如为橡胶或金属制成的摩擦块。

在一个实施方式中，在锁套21上形成径向内凹的缩径段211，定位组件22设置在缩径段211的外部，可以缩小整个封隔器的外径。

在一个实施方式中，锁套21包括相接合的下锁套212和上锁套213两部分，下锁套212与下接头102邻接，正螺母6通过紧固件安装在下锁套212上，反螺母7通过紧固件安装在上锁套213上，在上锁套213与下锁套212对接的一端前述缩径段211，定位组件22设置在该缩径向211的外部，从而定位组件22位于正螺母6和反螺母7之间。

在本发明的实施方式中，密封机构4包括沿中心管1轴向分布的胶筒推力块41、间隔设置的三个胶筒42和两个隔环43、以及胶筒座44，当然胶筒42和隔环43的数量不局限三个和两个，能保证密封效果即可。

在本发明的实施方式中，锚定机构5包括沿中心管1轴向分布的移动块51、锥体52、卡瓦53、卡瓦座54及设于锥体52和中心管1之间的锥体滑座55，在锥体滑座55的下端设有下止挡键551，在保证锚定机构5强度的同时避免卡瓦53锚定入套管管壁的深度不至于过大，移动块51包括与锥体52下端面抵接的挤压段56和从挤压段56延伸的位于密封机构4与中心管1之间的推动段57，挤压段56夹设在锥体52和胶筒座44之间且分别与胶筒座44、锥体52螺纹连接，推动段57的下端与胶筒推动块41螺纹连接，而执行机构3的解封弹性元件32与胶筒推力块41和推动段57的下端面相抵接。

在本发明的实施方式中，卡瓦座54与上接头101相邻接且能相对上接头101周向旋转，以利于实现坐封和解封，在卡瓦座54的上端设有上止挡键541。

在本发明的实施方式中，封隔器还可包括打捞机构(未图式)，从而构成一种可取式封隔器。

本发明的封隔器的坐封过程如下：

坐封前，首先用油管将封隔器下入至坐封位置，然后右转上接头101进而右旋中心管1，打开正螺母6，定位块24被弹性元件23推靠至套管，使得正螺母6相对于套管无周向旋转，因正螺母6无周向旋转，所以旋转油管和中心管1时，可以使中心管1从正螺母6中旋转出来，中心管1相对于正螺母6向井底方向运动，使得中心管1脱开正螺母6能自由运动，为坐封做好准备，本发明只有在正螺母6从中心管1上的正螺纹段61脱开后，才可以实现坐封动作，因此正螺母6能有效防止封隔器在下入套管内的过程当中，在不应该坐封的位置发生中途坐封。之后，压力油经中心管1上的通孔11进入活塞腔8，推动执行机构3的活塞31上行，此时因活塞31和锁套21固定连接，同时在轴向向上的液压坐封推力的作用下，首先推动锚定机构5的移动块51进而推动锥体52，使得卡瓦53在卡瓦座54和锥体52的轴向推力作用下被挤压而径向向外移动并最终锚定至套管壁上，完成坐封过程，同时解封弹性元件32被活塞31挤压收缩，锚定之后，锁套21和液压力会挤压密封机构4的胶筒推力块41和胶筒座44，使胶筒42径向膨胀、贴紧套管表面起到密封作用。

在活塞31和锁套21向上运动的过程中，会带动反螺母7向上运动而与中心管1上的反螺纹71啮合，此时反螺母7与中心管1上的反螺纹段71啮合完毕，此情况下，即使在解封弹性元件32的弹力作用下和油管泄压，也不会使反螺母7从反螺纹段71上脱开，可实现锁死，起到保封的作用，能有效防止坐封失效，工作可靠性极高。

本发明的封隔器的解封过程是：

将中心管1内的油压降低，然后右旋油管以带动中心管1旋转，此时其上的反螺纹段71相对反螺母7发生相对运动，随着中心管1的旋转，反螺母7相对向井口螺旋运动，反螺母7相对运动至反螺纹段71的下方，最后反螺母7从中心管1上的反螺纹段71上脱开，坐封时锚定的卡瓦53和胶筒42不被轴向的反螺母7锁止，失去了反螺母7和胶筒座44挤压的胶筒42径向向内回弹并向井底方向运动，并推动胶筒推动块41、锁套21、反螺母7、正螺母6向井底方向回弹。同时，被预紧挤压的解封弹性元件32回弹，向下推动活塞31、与活塞31连接的锁套21。最后，锁套21、反螺母7、正螺母6恢复至坐封前的位置，正螺母6再次与中心管1上的正螺纹段61啮合，为下一次的防中途坐封作好准备。解封时，胶筒座44、移动块51、锥体52同时被回弹的胶筒42推动并恢复至坐封前状态。

综上所述，本发明通过将正反螺母6、7和正反螺纹段61、71所构成的螺纹式锁紧机构创新的应用在液力坐封的封隔器中，锁紧机构设计合理，结构简单，耐高温高压，锁紧牢固，适合推广应用，且能有效实现防中途坐封和防坐封失效，可靠性高，并能实现一趟管柱可多次坐封和解封，简化井下作业程序、提高作业效率，也大大节约了成本。

实施方式2

如图2所示，该实施方式的原理、效果、具体实施步骤和过程与实施方式1一致，只是在元件布置和结构上略有不同。

在该实施方式中，锁紧机构2的锁套21同样包括相接合的下锁套212和上锁套213，所述下锁套212与下接头102邻接，不同之处是：在上锁套212上开螺栓孔，将正螺母6和反螺母7均安装在上锁套213上，而缩径段211形成在下锁套212上，从而使定位组件22移至下接头102处而与下接头102相邻接并位于正螺母6的下方。

虽然本发明只例举了一种采用液力坐封的封隔器实施方式，但本领域技术人员还能想到采用气压力坐封或机械坐封的实施方式，不再详举。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，当然不能以此限定本发明实施的范围，凡依本发明的内容所作的等同变化与修饰，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种封隔器，包括中心管和设于所述中心管外的锁紧机构、执行机构、密封机构和锚定机构，所述执行机构使所述密封机构和锚定机构动作，其特征是：所述锁紧机构包括与所述密封机构邻接的锁套、设于所述锁套外部的定位组件、安装在所述锁套内部且相隔一定距离的正螺母和反螺母，及设在所述中心管的外壁上的与所述正螺母和反螺母分别对应的正螺纹段和反螺纹段；在所述中心管与所述锁套对应的管壁上设有通孔且在管壁外部设置挡板，所述挡板与所述锁套的内壁面密封接合构成活塞腔的缸底，所述执行机构包括设在所述活塞腔内且与所述锁套连接的活塞和与所述活塞相连接的解封弹性元件。

2.根据权利要求1所述的封隔器，其特征是：所述正螺母和反螺母均位于所述活塞腔的下方，所述正螺母位于反螺母的下方；所述反螺纹段设在挡板的下方，所述通孔设在所述挡板的上方。

3.根据权利要求2所述的封隔器，其特征是：所述正螺母和反螺母均为包括多个瓣体的分瓣式螺母，由正螺母卡簧和反螺母卡簧分别为所述正螺母和外螺母的瓣体提供径向向内的弹性力。

4.根据权利要求3所述的封隔器，其特征是：所述定位组件包括设于锁套外部的弹性元件及设于所述弹性元件外部的定位块，所述弹性元件向所述定位块施加径向向外的力而使定位块定位在套管上。

5.根据权利要求4所述的封隔器，其特征是：在所述锁套上形成径向内凹的缩径段，所述定位组件设置在所述缩径段的外部。

6.根据权利要求5所述的封隔器，其特征是：所述锁套包括相接合的下锁套和上锁套，所述下锁套与下接头邻接，所述正螺母设在下锁套上，反螺母设在上锁套上，所述缩径段形成在所述上锁套与所述下锁套对接的一端，从而所述定位组件位于所述正螺母和反螺母之间。

7.根据权利要求5所述的封隔器，其特征是：所述锁套包括相接合的下锁套和上锁套，所述下锁套与下接头邻接，所述正螺母和反螺母均设在上锁套上，所述缩径段形成在所述下锁套上，从而所述定位组件与所述下接头相邻接且位于所述正螺母的下方。

8.根据权利要求1～7中任意一项所述的封隔器，其特征是：所述密封机构包括沿中心管轴向分布的胶筒推力块、间隔设置的三个胶筒和两个隔环、以及胶筒座；所述锚定机构包括沿中心管轴向分布的移动块、锥体、卡瓦、卡瓦座及设于所述锥体和中心管之间的锥体滑座，所述移动块包括与所述锥体下端面抵接的挤压段和延伸在密封机构与中心管之间的推动段，所述挤压段夹设在所述锥体和所述胶筒座之间且分别与所述胶筒座、所述锥体螺纹连接，所述推动段与胶筒推动块螺纹连接，所述解封弹性元件与所述胶筒推力块和推动段的下端面相抵接。

9.根据权利要求8所述的封隔器，其特征是：所述封隔器还包括打捞机构。

10.根据权利要求8所述的封隔器，其特征是：所述卡瓦座与上接头相邻接且能相对上接头周向旋转，在所述锥体滑座的下端设有下止挡键，在所述卡瓦座上端设有上止挡键。

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