CN102733777B - 一种液压坐封、解封的高压封隔器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油天然气井气举井用井下工具技术领域，具体涉及一种液压坐封、解封的高压封隔器，包括芯轴以及沿芯轴轴向方向由上到下依次套装在其外壁上的胶筒密封总成、活塞总成、卡瓦总成、解封总成及下接头；所述活塞总成的活塞通过转换接头与卡瓦上座上端连接，所述卡瓦总成的下端通过解封总成的连接外筒与下接头上端连接；所述活塞外筒上端与压环连接，活塞外筒、内锁棘齿外筒以及坐封销钉筒上端由上到下依次连接，坐封销钉筒下端端面与转换接头上端端面接触；所述解封座滑动套装在芯轴与下接头之间，所述活塞与内锁棘齿外筒之间设有内锁棘齿；该封隔器结构合理、承压等级高、后期处理成本低。

Description

一种液压坐封、解封的高压封隔器

技术领域：

本发明涉及石油天然气井气举井用井下工具技术领域，具体涉及一种液压坐封、解封的高压封隔器。

背景技术：

随着石油勘探开发的进展，勘探逐渐向更深部的储层展开。“为采出地下石油，按一定的井身结构在地层中钻成的孔眼称”为“油井”。“油井中一般下入管套，并在管套外壁与井壁间注入水泥，以维护井壁、封闭含水层及隔离不同的油层。为了保证高压流体顺利排放到地面和油井的生产安全，在套管中还下入抗挤压级别高的油管”。由于深度的增加以及随时遇到高压力系统的储层，在开采过程中井口压力已经大于50MPa，甚至有的已经达到了近100Mpa。地层产出的流体性质也复杂多样，有的富含二氧化碳，有的富含硫化氢，这些气体都对石油常用管材有腐蚀性。尽管石油用的管材已经进行了各种工艺处理，但考虑成本和钻井工艺，套管一般都不会选择经过特殊处理的材料，其抗挤压力等级多数不能满足高压井生产的要求。如果在开采过程中套管发生渗漏，高压气体进入浅的疏松地层，地层流体将会失控，造成地面环境和地下水资源污染，甚至引发社会动荡。所以，为了保证安全生产，在高压油气井开采时都采用抗压等级更高的油管，并使用封隔器封隔油管和套管的环型空间，封隔器的选择在高压油气井开发过程中不但要可靠，而且后期处理要简单。

发明内容：

本发明的目的是提供一种液压坐封、解封的高压封隔器，包括芯轴以及沿芯轴轴向方向由上到下依次套装在其外壁上的胶筒密封总成、活塞总成、卡瓦总成、解封总成及下接头，该封隔器结构合理、承压等级高、后期处理成本低。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供的一种液压坐封、解封的高压封隔器，包括芯轴以及沿芯轴轴向方向由上到下依次套装在其外壁上的胶筒密封总成、活塞总成、卡瓦总成、解封总成及下接头；所述活塞总成包括上端的压环、下端的活塞以及套装在压环和活塞外壁上的活塞外筒、内锁棘齿、内锁棘齿外筒、坐封销钉筒、转换接头，所述芯轴上位于压环与活塞接触点位置处开有传压孔；所述卡瓦总成包括上端的卡瓦上座、下端的卡瓦下座以及中部的卡瓦；所述解封总成包括连接外筒、锁环和解封座；

所述压环上端端面与胶筒密封总成下端端面接触，所述活塞的下端与转换接头上端连接，转换接头下端与卡瓦上座上端连接，所述卡瓦下座下端与解封总成的连接外筒上端连接，连接外筒下端与下接头上端连接；所述活塞外筒上端与压环连接，活塞外筒下端与内锁棘齿外筒上端连接，所述内锁棘齿外筒下端与坐封销钉筒上端连接，坐封销钉筒下端端面与转换接头上端端面接触；所述解封座滑动套装在芯轴与下接头之间，所述连接外筒下端与解封座上端之间的芯轴上设有锁环；所述活塞与内锁棘齿外筒之间设有内锁棘齿。

本发明提供的另一优选的一种液压坐封、解封的高压封隔器技术方案中，所述芯轴上端为接头，其内部开设有内螺纹，所述接头与胶筒密封总成之间的芯轴上设有比胶筒密封总成外径大的台阶。

本发明提供的再一优选的一种液压坐封、解封的高压封隔器技术方案中，所述密封总成包括胶筒座Ⅰ、胶筒座Ⅱ、胶筒Ⅰ和胶筒Ⅱ，所述胶筒Ⅱ上下两端均设有胶筒Ⅰ，所述上端胶筒Ⅰ的上端以及下端胶筒Ⅰ的下端均依次设有胶筒座Ⅱ和胶筒座Ⅰ。

本发明提供的又一优选的一种液压坐封、解封的高压封隔器技术方案中，所述胶筒Ⅰ和胶筒座Ⅱ相接触端、胶筒Ⅰ和胶筒Ⅱ相接触端的形状均相匹配，且上述相接触端端面均与芯轴径向平面不垂直。

本发明提供的又一优选的一种液压坐封、解封的高压封隔器技术方案中，所述芯轴的传压孔处设有用于安装上“C”型环的上“C”型环槽，所述压环中间部位外侧与活塞外筒上端内侧螺纹连接，所述活塞下端外侧与转换接头上端内侧螺纹连接，所述活塞外筒下端内侧与内锁棘齿外筒上端外侧螺纹连接，所述内锁棘齿外筒下端内侧与坐封销钉筒上端外侧螺纹连接。

本发明提供的又一优选的一种液压坐封、解封的高压封隔器技术方案中，所述内锁棘齿呈“C”型筒状，其外侧设有与内锁棘齿筒中部锯齿螺纹相配合的螺纹，内侧设有与活塞中间部位外侧细螺纹相配合的螺纹；所述活塞外筒中间部位设有排气孔；所述活塞中间部位外侧设有沉孔，所述内锁棘齿筒锯齿螺纹的中部以及坐封销钉筒中间部位均设有与活塞沉孔相对应的销钉孔。

本发明提供的又一优选的一种液压坐封、解封的高压封隔器技术方案中，所述卡瓦上座下端外侧为两级锥面结构，两级锥面间设有一个台阶，在下锥面上设有销钉孔；所述卡瓦下座上端外侧采用两级锥面结构，中部设有沉孔；所述卡瓦采用整体筒状设计，上端设有与卡瓦上座上销钉孔相对应的销钉孔，所述卡瓦外侧设有双向倒齿，两端内侧设有反向的悬挂槽。

本发明提供的又一优选的一种液压坐封、解封的高压封隔器技术方案中，所述解封座中部进行了内缩径，在缩径段设有二道密封槽，在外侧设有销钉孔，所述芯轴的下端设有用于固定解封座的“C”型环双槽。

由于采用了上述技术方案，本发明得到的有益效果是：

本发明封隔器的坐封和解封都采用液压方式，操作简单，可以承受85MPa的高压，确保油气井在开采过程中的安全。解封不必重新下专门的工具和磨铣，提高了后期施工的效率，降低了井控风险。

附图说明

图1一种液压坐封、液压解封封隔器结构示意图；

图2一种液压坐封、液压解封封隔器坐封后示意图；

图3一种液压坐封、液压解封封隔器解封后示意图；

图4一种液压坐封、液压解封封隔器解封总成局部放大示意图；

图5一种液压坐封、液压解封封隔器卡瓦总成局部放大示意图；

其中，1-芯轴，2-胶筒座Ⅰ，3-胶筒座Ⅱ，4-胶筒Ⅰ，5-胶筒Ⅱ，6-压环，7-上“C”型环，8-活塞，9-活塞外筒，10-内锁棘齿外筒，11-固定销钉，12-内锁棘齿，13-坐封销钉，14-坐封销钉筒，15-转换接头，16-卡瓦上座，17-锥环，18-卡瓦，19-卡瓦下座，20-导向销钉，21-连接外筒，22-下“C”型环，23-锁环，24-解封座，25-解封销钉，26-下接头，27-O圈Ⅰ，28-背圈Ⅰ，29-O圈Ⅱ，30-背圈Ⅱ，31-O圈Ⅲ，32-背圈Ⅲ。

具体实施方式

下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。

实施例1：

如图1-5所示，本发明的一种液压坐封、解封的高压封隔器，包括芯轴1以及沿芯轴1轴向方向由上到下依次套装在其外壁上的胶筒密封总成、活塞总成、卡瓦总成、解封总成及下接头26。

所述芯轴1包括上部与送入油管连接的接头，接头的内螺纹为气密封丝扣，所述接头的下端设计有比胶筒大的台阶；所述芯轴1的中部设计有坐封的传压孔；所述芯轴1的传压孔处设计有上“C”型环槽；所述芯轴1传压孔下端为缩径段，在缩径段中部设有对称的两道导向槽；所述芯轴1的下端分别设计有下“C”型环槽及固定解封座24的C型环双槽，槽内设有锁环23。

所述密封总成包括胶筒座Ⅰ2、胶筒座Ⅱ3、胶筒Ⅰ4及胶筒Ⅱ5；所述密封总成包括胶筒座Ⅰ2、胶筒座Ⅱ3、胶筒Ⅰ4和胶筒Ⅱ5，所述胶筒Ⅱ5上下两端均设有胶筒Ⅰ4，所述上端胶筒Ⅰ4的上端以及下端胶筒Ⅰ4的下端均依次设有胶筒座Ⅱ3和胶筒座Ⅰ2，且上述相接触端端面均与芯轴1径向平面不垂直。胶筒座Ⅰ2和胶筒座Ⅱ3采用紫铜压制并线切割而成，对胶筒膨胀起到缓冲作用；胶筒Ⅰ4结构一端设计为和胶筒座Ⅱ3匹配形状，另一端面为内倾斜15°；胶筒Ⅱ5两端设计为外倾斜15°，并与胶筒Ⅰ4的倾角一致。

所述活塞总成包括压环6、上“C”型环7、活塞8、活塞外筒9、内锁棘齿外筒10、固定销钉11、内锁棘齿12、坐封销钉13、坐封销钉筒14、转换接头15、锥环17、O圈Ⅱ29、背圈Ⅱ30、O圈Ⅲ31以及背圈Ⅲ32；压环6其上端外径与芯轴1接头的外径一致，内侧设计有二道密封圈槽，中部设计有外螺纹，下端外侧设计有二道密封圈槽；所述上“C”型环7为一开口环；所述活塞8的上端内侧及外侧分别设计错开的二道密封圈槽，所述活塞8的中下段外侧设计了6个沉孔，并设计了用来锁定的90°的细螺纹，下端外侧设计了连接螺纹；所述活塞外筒9上端设计了连接的内螺纹，靠近下段设计了排气孔，下端设计了连接的内螺纹；所述内锁棘齿筒10上端设计了内螺纹，中部内侧设计了一段向上的锯齿螺纹，在螺纹的中部设计了6个对称的销钉孔，下端设计了内连接螺纹；所述固定销钉11为沉没螺纹销钉；所述内锁棘齿12为“C”型筒状，外侧设计了与内锁棘齿筒10中部锯齿螺纹一致方向相反的螺纹，内侧设计了与活塞8一致的90°的细螺纹；所述坐封销钉13为沉没螺纹销钉；所述坐封销钉筒14上端外侧设计有连接螺纹，中部均匀分布有6个销钉孔，下端为平的端面；所述转换接头15为上端直径大，设有内连接螺纹，下端直径直径小，设有外螺纹；所述锥环17高度的1/3为圆柱状，其余部分为圆锥状呈60°。

所述卡瓦总成包括卡瓦上座16、卡瓦18、卡瓦下座19、导向销钉20、坐封销钉13，所述卡瓦总成的卡瓦18采用整体筒状设计，外面设有双向倒齿，即如果5中卡瓦18所示，上部分与下部分上设有方向相反的倒齿，卡瓦18内侧两端设有反向的悬挂槽，在上段设有8个销钉孔；所述卡瓦上座16外侧为两级锥面结构，两级锥面间设有一台阶，在下锥面上设有8个销钉孔，内侧下端为60°锥面漏孔；所述卡瓦下座19外侧上段采用两级锥面结构，中部设有2个沉没销钉孔，下段设有连接螺纹；所述卡瓦总成的卡瓦18和卡瓦座采用动配合的凸耳悬挂结构。

所述解封总成包括连接外筒21、下“C”型环22、锁环23、解封座24、解封销钉25及O圈Ⅰ27、背圈Ⅰ28；所述外筒21上部直径大，设有内连接螺纹，下端外径小设有外连接螺纹；所述下“C”型环22为开口环；所述锁环23为双齿的筒状开口环；所述解封座24上段内径大，中部进行了内缩径，在缩径段设有二道密封槽，在外侧设有4个销钉孔，下段内径和外径都进行了缩径，下端面内侧设有45°的倒角；所述解封销钉25为沉没螺纹销钉。

本发明中各部件的安装顺序如下：

将芯轴1清洗干净，安装密封总成。按顺序从下端将胶筒座Ⅰ2、胶筒座Ⅱ3、胶筒Ⅰ4、胶筒Ⅱ5、胶筒Ⅰ4、胶筒座Ⅱ3及胶筒座Ⅰ2分别套进芯轴，并依次挤压到芯轴1的台阶处；将背圈Ⅲ32、O圈Ⅲ31、背圈Ⅲ32两组分别装入压环6上端内侧的密封圈槽内；将压环6套入芯轴1并和下端的胶筒座Ⅰ2靠紧；将背圈Ⅱ30、O圈Ⅱ29、背圈Ⅱ30两组分别装入压环6下端外侧的密封圈槽内；将上“C”型环7安装到芯轴1中部的“C”型环槽内；将背圈Ⅲ32、O圈Ⅲ31、背圈Ⅲ32两组分别装入活塞8内侧的密封圈槽内；将活塞8套入芯轴1并和上“C”型环7靠紧；将背圈Ⅱ30、O圈Ⅱ29、背圈Ⅱ30两组分别装入活塞8外侧的密封圈槽内；清洗活塞外筒9内壁，将活塞外筒9安装到活塞8外，并与压环6螺纹连接并上紧；将内锁棘齿外筒10套入芯轴1，与活塞外筒9螺纹相连接并上紧；将内锁棘齿12安装到芯轴1上，缓慢推到内锁棘齿外筒10内并靠近台阶；固定销钉11安装到内锁棘齿外筒10销钉孔内并固定内锁棘齿12；将坐封销钉筒14安装到芯轴1上并和内锁棘齿外筒10螺纹相连接，使坐封销钉筒14的孔与活塞8的中下段外侧6个沉孔相对应；将坐封销钉13安装到坐封销钉筒14的销钉孔；将转换接头15安装到芯轴1上并与活塞8的螺纹相连接；将锥环17锥面向下安装到芯轴1上；将卡瓦上座16安装到芯轴1上并与转换接头15螺纹相连接；将卡瓦18挤压套入卡瓦上座16；将卡瓦下座19安装到芯轴1上并挤压到卡瓦18内；旋转卡瓦18使销钉孔与16卡瓦上座的孔相对应，将坐封销钉13安装到卡瓦18的销钉孔内并上紧；旋转卡瓦下座19使销钉孔与芯轴1的导向槽相对应，把导向销钉20安装到卡瓦下座19的销钉孔内；将下“C”型环22安装到下“C”型环槽内；将连接外筒21安装到芯轴1上并与卡瓦下座19螺纹相连接；把锁环23安装到芯轴1下端的“C”型环双槽内；将背圈Ⅰ28、O圈Ⅰ27、背圈Ⅰ28两组分别装入解封座24的外密封圈槽和内密封圈槽；将解封座24安装到芯轴1上，并与连接外筒21相接触；将下接头26套入解封座24上，并与连接外筒21螺纹相连接，将解封销钉25安装到下接头26的销钉孔内使下接头26与解封座24相连接，上紧下接头26与连接外筒21螺纹，组装完毕，参见图1。

本发明的坐封状态过程，参见图2：

对封隔器下端实施暂堵，在上端管柱内打压，压力经过芯轴1的传压孔向上推动压环6，压环6挤压胶筒总成使之膨胀，同时压力推动活塞8向下运动，当胶筒总成膨胀到与外围的套管紧密接触时，向下运动的活塞8把坐封销钉13剪切断并继续运动，“C”型的内锁棘齿12在活塞8中下段外侧90°的细螺纹滑行，当打压达到胶筒总成膨胀压力时，活塞8不再运动，释放压力后“C”型的内锁棘齿12与活塞8中下段外侧90°的细螺纹自动啮合，位置被锁定，胶筒永远处于压缩状态，实现胶筒上下封隔目的。

本发明的解封状态过程，参见图3：

对解封座24实施暂堵，管柱内打压剪断解封座24的解封销钉25，继续打压解封座24向下运动脱离，锁环23失去支撑，上提芯轴1使得锁环23脱离“C”型槽，此时胶筒恢复初始工作状态，继续上提管柱导向销钉滑到芯轴1花键槽的下端并接触，下“C”型环22同时也与卡瓦下座19的下端面接触，继续上提，卡瓦18失去支撑，此时卡瓦上座16的凸耳也挂在卡瓦18的凹槽上，卡瓦18被迫收缩向上运动，实现解封的目的。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种液压坐封、解封的高压封隔器，其特征在于：包括芯轴(1)以及沿芯轴(1)轴向方向由上到下依次套装在其外壁上的胶筒密封总成、活塞总成、卡瓦总成、解封总成及下接头(26)；所述活塞总成包括上端的压环(6)、下端的活塞(8)以及套装在压环(6)和活塞(8)外壁上的活塞外筒(9)、内锁棘齿(12)、内锁棘齿外筒(10)、坐封销钉筒(14)、转换接头(15)，所述芯轴(1)上位于压环(6)与活塞(8)接触点位置处开有传压孔；所述卡瓦总成包括上端的卡瓦上座(16)、下端的卡瓦下座(19)以及中部的卡瓦(18)；所述解封总成包括连接外筒(21)、锁环(23)和解封座(24)；

所述压环(6)上端端面与胶筒密封总成下端端面接触，所述活塞(8)的下端与转换接头(15)上端连接，转换接头(15)下端与卡瓦上座(16)上端连接，所述卡瓦下座(19)下端与解封总成的连接外筒(21)上端连接，连接外筒(21)下端与下接头(26)上端连接；所述活塞外筒(9)上端与压环(6)连接，活塞外筒(9)下端与内锁棘齿外筒(10)上端连接，所述内锁棘齿外筒(10)下端与坐封销钉筒(14)上端连接，坐封销钉筒(14)下端端面与转换接头(15)上端端面接触；所述解封座(24)滑动套装在芯轴(1)与下接头(26)之间，所述连接外筒(21)下端与解封座(24)上端之间的芯轴(1)上设有锁环(23)；所述活塞(8)与内锁棘齿外筒(10)之间设有内锁棘齿(12)。

2.如权利要求1所述的一种液压坐封、解封的高压封隔器，其特征在于：所述芯轴(1)上端为接头，其内部开设有内螺纹，所述接头与胶筒密封总成之间的芯轴(1)上设有比胶筒密封总成外径大的台阶。

3.如权利要求1所述的一种液压坐封、解封的高压封隔器，其特征在于：所述密封总成包括胶筒座Ⅰ(2)、胶筒座Ⅱ(3)、胶筒Ⅰ(4)和胶筒Ⅱ(5)，所述胶筒Ⅱ(5)上下两端均设有胶筒Ⅰ(4)，所述上端胶筒Ⅰ(4)的上端以及下端胶筒Ⅰ(4)的下端均依次设有胶筒座Ⅱ(3)和胶筒座Ⅰ(2)。

4.如权利要求3所述的一种液压坐封、解封的高压封隔器，其特征在于：所述胶筒Ⅰ(4)和胶筒座Ⅱ(3)相接触端、胶筒Ⅰ(4)和胶筒Ⅱ(5)相接触端的形状均相匹配，且上述相接触端端面均与芯轴(1)径向平面不垂直。

5.如权利要求1所述的一种液压坐封、解封的高压封隔器，其特征在于：所述芯轴(1)的传压孔处设有用于安装上“C”型环(7)的上“C”型环槽，所述压环(6)中间部位外侧与活塞外筒(9)上端内侧螺纹连接，所述活塞(8)下端外侧与转换接头(15)上端内侧螺纹连接，所述活塞外筒(9)下端内侧与内锁棘齿外筒(10)上端外侧螺纹连接，所述内锁棘齿外筒(10)下端内侧与坐封销钉筒(14)上端外侧螺纹连接。

6.如权利要求1所述的一种液压坐封、解封的高压封隔器，其特征在于：所述内锁棘齿(12)呈“C”型筒状，其外侧设有与内锁棘齿筒(10)中部锯齿螺纹相配合的螺纹，内侧设有与活塞(8)中间部位外侧细螺纹相配合的螺纹；所述活塞外筒(9)中间部位设有排气孔；所述活塞(8)中间部位外侧设有沉孔，所述内锁棘齿筒(10)锯齿螺纹的中部以及坐封销钉筒(14)中间部位均设有与活塞(8)沉孔相对应的销钉孔。

7.如权利要求1所述的一种液压坐封、解封的高压封隔器，其特征在于：所述卡瓦上座(16)下端外侧为两级锥面结构，两级锥面间设有一个台阶，在下锥面上设有销钉孔；所述卡瓦下座(19)上端外侧采用两级锥面结构，中部设有沉孔；所述卡瓦(18)采用整体筒状设计，上端设有与卡瓦上座(16)上销钉孔相对应的销钉孔，所述卡瓦(18)外侧设有双向倒齿，两端内侧设有反向的悬挂槽。

8.如权利要求1所述的一种液压坐封、解封的高压封隔器，其特征在于：所述解封座(24)中部进行了内缩径，在缩径段设有二道密封槽，在外侧设有销钉孔，所述芯轴(1)的下端设有用于固定解封座(24)的“C”型环双槽。