CN102839938B - 一种抗阻防水击封隔器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抗阻防水击封隔器，在中心管外套装有胶筒组件、坐封活塞组件，坐封活塞组件上端与胶筒组件连接，下端与下接头相接；所述的坐封活塞组件包括坐封活塞和套装在坐封活塞外的活塞套，所述的坐封活塞下端环形凸台，在中心管上对应开设进液孔与坐封活塞下端内周相连通，坐封活塞下端与下接头上端密封配置；在下接头上开设下过流孔，在下过流孔处设有防水击启动活塞机构，在防水击启动活塞机构的上端配置有锁紧机构，在防水击启动活塞机构的下端安设有抗阻接头。本发明提高了抗阻、防水击能力，克服了以往封隔器在下井过程易中途坐封的问题，降低了施工难度，提高了施工效率及成功率。

Description

一种抗阻防水击封隔器

技术领域

本发明涉及一种石油天然气工业生产井下封隔器，特别是一种抗阻防水击封隔器。

技术背景

目前，石油天然气工业生产中使用的井下封隔器具有密封性能好、耐压差高、使用寿命长等特点，已成为封堵作业中重要井下工具之一。但现场应用情况表明现有的堵水封隔器在入井过程中经常发生中途坐封事故，分析原因为：                 

（1）封隔器在入井过程中不可避免的会与套管壁（井壁）发生摩擦或碰撞，摩擦、碰撞产生的作用力通过封隔器外套直接作用在控制剪钉上，致使控制剪钉被剪断，引起封隔器坐封。

（2）由于油管入井速度过快，进入油管内的液柱会很快上升到最高点，然后迅速回落，产生水力冲击，这样水力冲击力直接作用于封隔器坐封活塞上，驱动活塞移动剪断控制剪钉并压缩胶筒，致使封隔器坐封。

在油井措施作业过程中，一旦封隔器发生中途坐封，将对后续作业造成巨大影响，严重影响油田的高效开发和生产。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的技术问题提供一种提高抗阻、防水击能力的抗阻防水击封隔器。

本发明为解决上述问题所采用的技术方案为：包括上接头、中心管、下接头，其特征在于在中心管外套装有胶筒组件、坐封活塞组件，坐封活塞组件上端与胶筒组件连接，下端与下接头相接；所述的坐封活塞组件包括坐封活塞和套装在坐封活塞外的活塞套，所述的坐封活塞下端为环形凸台，在中心管上对应开设进液孔与坐封活塞下端内周相连通，坐封活塞下端与下接头上端密封配置；在下接头上开设下过流孔，在下过流孔处设有防水击启动活塞机构，在防水击启动活塞机构的上端配置有锁紧机构，在防水击启动活塞机构的下端安设有抗阻接头。

按上述技术方案，在中心管外上方套装有平衡活塞组件，平衡活塞组件设置于上接头与胶筒组件之间，上端与上接头连接，下端与胶筒组件相连。

按上述技术方案，所述防水击启动活塞机构包括防水击启动活塞、启动剪钉、锁块套、套装在锁块套和防水击启动活塞外的下外套，下外套上端通过启动剪钉与锁块套固定连接，锁块套安设于防水击启动活塞的上端，防水击启动活塞的下端面与所述的下过流孔相导通，所述的锁紧机构套装在下接头外其下端与锁块套上端相配置。

按上述技术方案，所述的锁紧机构包括锁块座和锁套，所述的锁套上端与坐封活塞组件的活塞套相接，下端与锁块座连接，所述锁块座的下方设有锁块孔，对应下接头外周开设的锁槽，锁块孔中安设锁块并通过锁块套上方的锁紧孔将锁块锁定于锁槽中，所述的锁块套下方设置内径较大的解锁孔。

按上述技术方案，所述的锁紧机构还包括安设在下接头上方的弹性锁环和支撑环，支撑环通过解封销钉固定在下接头上，支撑环上端设置锥面与弹性锁环的内孔相配置，在下接头上对应支撑环上端锥面设置止挡台阶，弹性锁环安设在支撑环上端锥面与止挡台阶所形成的环形凹槽中，弹性锁环为C形环，外周设有棘齿或锯齿外螺纹，与锁套内孔设置的棘齿或锯齿内螺纹相配置。

按上述技术方案，所述的坐封活塞下端的环形凸台内周与下接头上端设置的环形凸缘密封套接，且在环形凸台内周上端留有环隙与中心管上对应开设的进液孔相连通，构成坐封活塞组件的缓冲进液腔。

按上述技术方案，所述的中心管包括内中心管、外中心管、下中心管，内中心管上端与上接头相连接，外中心管套在内中心管上，外中心管上安设有平衡活塞组件和胶筒组件，外中心管上端与平衡活塞组件项配置，外中心管的下端与胶筒组件的下端相连，所述的下中心管与内中心管下端相连，坐封活塞组件套装在下中心管上。

按上述技术方案，所述的坐封活塞组件设置两组，两组坐封活塞组件依次配置在内中心管和下中心管上，在内中心管和下中心管上对应于每组坐封活塞组件的坐封活塞内周对应开设进液孔。

按上述技术方案，所述的胶筒组件包括上胶筒座、上端胶筒、隔环、中间胶筒、下端胶筒和下胶筒座。

按上述技术方案，所述的平衡活塞组件包括平衡活塞及套在平衡活塞外的平衡外套，平衡外套的下端设有通液孔与平衡活塞的下端外周相连通，所述的平衡活塞套装在外中心管上其上端与外中心管的径向凸台相配置，平衡外套下端与胶筒组件上端相连，上端与上接头连接。

按上述技术方案，所述的平衡活塞组件为两组，两组平衡活塞组件依次配置在外中心管上。

本发明相对于现有技术所取得的技术效果为：

1、通过设置锁紧机构形成抗阻机构，抗阻机构能将封隔器最前端受到的碰撞力转移到下接头上，起到抗阻、防碰作用；防水击启动活塞机构能将下胶筒座锁定，防止封隔器受摩擦力或水力冲击作用力后外套移动而压缩胶筒，起到防水击作用。

2、平衡活塞组件能将封隔器承受的上压转换成坐封力，该坐封力通过外中心管传递至下胶筒座，使胶筒被压缩更紧，坐封更牢固，减小封隔器承上压时，上压对解封销钉的影响。

3、坐封活塞下端的缓冲进液腔，使得水力冲击力作用在坐封活塞的截面积减少，以此达到降低水力冲击力对封隔器影响的目的。

4、本发明克服了以往封隔器在下井过程易中途坐封的问题，降低了施工难度，提高了施工效率及成功率。

附图说明

图1为本发明的一个实施例的主剖视结构图。

图2为图1中坐封活塞组件部分的局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。

一种抗阻防水击封隔器，包括上接头1和中心管，所述的中心管包括内中心管3、外中心管8和下中心管17，外中心管8套在内中心管上，下中心管下端与下接头21连接，其中上接头1通过“O”型密封圈2与内中心管3密封连接，外中心管8的上端联接压帽5，构成外中心管的上径向凸台，外中心管的下端与胶筒组件的胶筒座10螺纹连接，下中心管17上端与内中心管3下端螺纹连接，下接头21上端与下中心管17下端螺纹相连；在外中心管8上套装有平衡活塞组件和胶筒组件，平衡活塞组件上端与上接头连接，下端与胶筒组件连接，在内中心管下端、下中心管及下接头上安设有坐封活塞组件，在下接头上安设有锁紧机构和防水击启动活塞机构，在防水击启动活塞部分的下端安设有抗阻接头32，该抗阻接头与下接头螺纹连接。

所述的胶筒组件包括上胶筒座10、上端胶筒11、隔环12、中端胶筒13、下端胶筒14，下胶筒座15，上下串接而成，各胶筒间安设有隔环。

所述的平衡活塞组件设置有两组，包括上平衡外套4、上平衡活塞6、下平衡外套7、下平衡活塞9，上平衡外套4上端与上接头1连接，下端与下平衡外套7连接，上平衡套4套装在上平衡活塞6外，构成上平衡活塞的活塞腔，上平衡活塞6上端面与压帽5下端面相接，下端面与下平衡套7上端面相接，在上平衡外套4的下端设有上通液孔34与上平衡活塞6的下端外周相连通；在外中心管8上有外中心管凸台，下平衡活塞9安设在外中心管的下径向凸台和上胶筒座10之间，下平衡外套7套装在下平衡活塞9外，构成下平衡活塞的活塞腔，下平衡外套7下端与上胶筒座10相连接，在下平衡套7的下端设有下通液孔35与下平衡活塞9的下端外周相连通。上、下平衡活塞通过管外水压上行，并通过压帽5和下径向凸台给外中心管一个上提的作用力，该作用力传递给下胶筒座15，其一可以增强对胶筒组件的压缩力，其二是减少上压通过胶筒组件对解封销钉24的疲劳影响，造成封隔器提前解封。

所述的坐封活塞组件设置上下两组，包括上坐封活塞16和上活塞套18，下坐封活塞19和下活塞套20，上坐封活塞16和下坐封活塞19的下端均设置有环形凸台，上坐封活塞的环形凸台内周与下中心管17上端设置的环形凸缘通过密封圈33密封套接，且在环形凸台内周上端留有环隙与内中心管上对应开设的上进液孔36相连通，构成坐封活塞组件的上缓冲进液腔，使水力冲击力作用于坐封活塞截面积减小，降低水力冲击力对封隔器的影响；上坐封活塞16上端与下胶筒座15相接，上活塞套18上端与下胶筒座15外周相连，下端与下活塞套20连接并与下坐封活塞19的上端面相接；下坐封活塞下端的环形凸台内周与下接头21上端设置的环形凸缘通过密封圈密封套接，且在环形凸台内周上端留有环隙与下中心管17上对应开设的下进液孔37相连通，构成坐封活塞组件的下缓冲进液腔；下活塞套20下端与锁紧机构的锁套25螺纹连接。

所述的锁紧机构套装在下接头外，包括锁块座26、锁套25、弹性锁环22、支撑环23、锁块28，支撑环通过解封销钉24固定在下接头上，支撑环23上端设置锥面与弹性锁环的内孔相配置，在下接头上对应支撑环上端锥面设置止挡台阶，弹性锁环22安设在支撑环上端锥面与止挡台阶所形成的环形凹槽中，弹性锁环为C形环，外周设有锯齿外螺纹，与锁套内孔设置的锯齿内螺纹相配置，使锁套与弹性锁环的螺纹啮合时能上不能退。所述的锁套25下端外周与锁块座26螺纹连接，在锁块座26的下方开设有4个方形锁块孔，与下接头外周开设的锁槽相对应，锁块28安设在4个锁块孔中，锁块座下端套接锁块套29，锁块套内孔上方设有直径较小的锁紧孔，下方设置内径较大的解锁孔，通过锁块套上方的锁紧孔将锁块孔中的锁块28内收锁定于锁槽中，从而实现对坐封活塞组件的锁定。

所述的防水击启动活塞机构包括防水击启动活塞30、启动剪钉27、锁块套29、套装在锁块套和防水击启动活塞外的下外套31，下外套31上端通过启动剪钉27与锁块套29固定连接，锁块套29安设于防水击启动活塞30的上端，锁块套上端与所述的锁紧机构相配置。在下接头上开设下过流孔38，所述的下过流孔与防水击启动活塞的下端面相导通，在下接头21的下方螺纹联接抗阻接头32，抗阻接头的上端面与防水击启动活塞的下端面相抵，抗阻接头的外周与下外套螺纹相连。

本发明使用时通常与专用坐封球座相连，并用油管送入井下目的封堵层位。本发明将下井过程中遇到的碰撞力，通过抗阻接头32传递给下接头21，下接头21会将该作用力继续传递给下中心管17、内中心管3、上接头1,最终将该碰撞作用力传递给与上接头1相连的油管，达到抗阻撞目的。

另外，在启动剪钉27未被剪断时，工具的所有外部移动件（锁套25、下活塞套20、活塞套18以及下胶筒座15）被防水击锁紧机构中的锁块28锁定于下接头21上，这是由于防水击机构中的4个锁块28放置在锁块座26的4个锁块孔中，将锁块座26与下接头21相连，防止锁套25、下活塞套20、上活塞套18以及下胶筒座15移动，压缩胶筒使封隔器提前坐封。用于连接锁块座26与下接头21的关键零件锁块28由锁块套29控制，锁块套29由启动剪钉27和防水击启动活塞30共同控制。

在防水击锁紧机构启动后，坐封活塞能进一步起到防水击作用，通过缓冲进液腔改变水力冲击力作用于活塞截面积的大小，达到降低水力冲击力，增大坐封力的目的。

当工具下到设计封堵层位后，从油管憋压，由于封隔器所有能移动的外套均被防水击锁紧机构固定于下接头上，坐封活塞组件的坐封活塞无法推动下胶筒座、活塞套移动压缩胶筒。但当压力足够高以至防水击启动活塞30推动锁块套29移动剪断安装在下外套31上的坐封启动剪钉27后，锁块28失去支撑从锁块座26的锁块孔中掉出来。此时，锁块座26与下接头21不固联，在防水击启动活塞30的推动下移动，带动锁套25、下活塞套20、上活塞套18以及下胶筒座15移动一定距离后，上下坐封活塞16、19的受水力作用面积会突然增大至整个活塞端面面积，致使活塞产生强大坐封力压缩胶筒坐封，并带动锁套25移动与锁环22啮合，锁紧封隔器。当封隔器需要解封时，上提管柱。管柱的上提作用力会通过上接头1、内中心管3、下中心管17传递到下接头21，从而带动支撑环23与锁环22发生相对移动，剪断解封销钉24。处于压缩状态的胶筒失去锁定后回弹，继续上提管柱即可将工具提出。

本发明的以上设计有效的提高了封隔器抗阻、抗碰和防水击能力，克服了以往封隔器在下井过程易中途坐封的问题，降低了施工难度，提高了施工效率及成功率。该抗阻防水击封隔器具有耐压差高、密封可靠等诸多特点，可广泛应用于油气井试油、试气、堵水、酸化、压裂等作业，用于深井及水平井，优势必将会体现得更加明显。

Claims (7)

1.一种抗阻防水击封隔器，包括上接头、中心管、下接头， 在中心管外上方套装有平衡活塞组件，平衡活塞组件设置于上接头与胶筒组件之间，上端与上接头连接，下端与胶筒组件相连，在中心管外套装有胶筒组件、坐封活塞组件，其特征在于所述的中心管包括内中心管、外中心管、下中心管，内中心管上端与上接头相连接，外中心管套在内中心管上，外中心管上安设有平衡活塞组件和胶筒组件，外中心管上端与平衡活塞组件相配置，外中心管的下端与胶筒组件的下端相连，所述的下中心管与内中心管下端相连，坐封活塞组件套装在下中心管上；平衡活塞组件包括平衡活塞及套在平衡活塞外的平衡外套，平衡外套的下端设有通液孔与平衡活塞的下端外周相连通，所述的平衡活塞套装在外中心管上其上端与外中心管的径向凸台相配置，平衡外套下端与胶筒组件上端相连，上端与上接头连接；坐封活塞组件上端与胶筒组件连接，下端与下接头相接；所述的坐封活塞组件包括坐封活塞和套装在坐封活塞外的活塞套，所述的坐封活塞下端设有环形凸台，在中心管上对应开设进液孔与坐封活塞下端内周相连通，坐封活塞下端与下接头上端密封配置；在下接头上开设下过流孔，在下过流孔处设有防水击启动活塞机构，在防水击启动活塞机构的上端配置有锁紧机构，在防水击启动活塞机构的下端安设有抗阻接头。

2.根据权利要求1所述的抗阻防水击封隔器，其特征在于所述防水击启动活塞机构包括防水击启动活塞、启动剪钉、锁块套、套装在锁块套和防水击启动活塞外的下外套，下外套上端通过启动剪钉与锁块套固定连接，锁块套安设于防水击启动活塞的上端，防水击启动活塞的下端面与所述的下过流孔相导通，所述的锁紧机构套装在下接头外其下端与锁块套上端相配置。

3.根据权利要求2所述的抗阻防水击封隔器，其特征在于所述的锁紧机构包括锁块座和锁套，所述的锁套上端与坐封活塞组件的活塞套相接，下端与锁块座连接，所述锁块座的下方设有锁块孔，对应下接头外周开设的锁槽，锁块孔中安设锁块并通过锁块套上方的锁紧孔将锁块锁定于锁槽中，所述的锁块套下方设置内径较大的解锁孔。

4.根据权利要求3所述的抗阻防水击封隔器，其特征在于所述的锁紧机构还包括安设在下接头上方的弹性锁环和支撑环，支撑环通过解封销钉固定在下接头上，支撑环上端设置锥面与弹性锁环的内孔相配置，在下接头上对应支撑环上端锥面设置止挡台阶，弹性锁环安设在支撑环上端锥面与止挡台阶所形成的环形凹槽中，弹性锁环为C形环，外周设有棘齿或锯齿外螺纹，与锁套内孔设置的棘齿或锯齿内螺纹相配置。

5.根据权利要求1所述的抗阻防水击封隔器，其特征在于所述的坐封活塞下端的环形凸台内周与下接头上端设置的环形凸缘密封套接，且在环形凸台内周上端留有环隙与中心管上对应开设的进液孔相连通，构成坐封活塞组件的缓冲进液腔。

6.根据权利要求1所述的抗阻防水击封隔器，其特征在于所述的坐封活塞组件设置两组，两组坐封活塞组件依次配置在内中心管和下中心管上，在内中心管和下中心管上对应于每组坐封活塞组件的坐封活塞内周对应开设进液孔。

7.根据权利要求6所述的抗阻防水击封隔器，其特征在于所述的平衡活塞组件为两组，两组平衡活塞组件依次配置在外中心管上。