CN103216210A - 防砂用顶部封隔器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防砂用顶部封隔器，包括上接头和下接头，上接头内通过上接头中部的子口在子口以下设有中心管，其特征是：还包括有坐封机构、锁定机构、锚定机构、密封机构和解封机构。优点是：本发明能有效的密封套管内的空间并保持固定，适用于不同套管不同磅级的系列应用；同时优化了锚定机构，保证封隔器在坐封过程中卡瓦不刮损套管，实现卡瓦锚定到位后对套管的损坏轻微，且咬痕较浅；此外，该工具组装程序简单、现场操作过程方便且安全可靠。

Description

防砂用顶部封隔器

技术领域

本发明属于油田开发生产技术领域，尤其涉及一种防砂用顶部封隔器。

背景技术

在目前公知的油田开发中，随着深井、复杂井钻采开发的增多，尤其是完井工艺的不断革新进，对完井工具的各项功能及使用提出了更高的要求。防砂用顶部封隔器是砾石充填防砂作业中必要的防砂工具，目前市场上的封隔器虽然多种多样，但经过长期的调研发现，它们都存在各自不同的技术瓶颈，其一，我公司一期研制的顶部封隔器存在坐封过程中刮损套管的现象，以及封隔器坐封到位后对套管内壁咬损严重等问题，在一定程度上影响了套管本体的强度，对后续生产带来一部分的作业风险。其二，传统顶部封隔器工况参数设置偏低，封隔器承压能力差，悬挂载荷小，不具备回收功能，在下入过程中存在卡瓦意外伸出造成封隔器提前坐封的风险。其三，承受扭矩小，无法实现封隔器打捞回收套铣作业。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种防砂用顶部封隔器及其操作方法，该封隔器能有效的密封套管内的空间并保持固定。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种防砂用顶部封隔器，包括上接头和下接头，上接头内通过上接头中部的子口在子口以下设有中心管，其特征是：还包括有坐封机构、锁定机构、锚定机构、密封机构和解封机构，

所述坐封机构包括套装在上接头外侧的压套和在上接头的底部外侧径向的设有用于阻挡连接套向下运行的第一剪切销钉；

所述锁定机构包括位于压套下方与压套螺纹连接的连接套，上接头外侧与压套内侧之间的空间内设有与上接头以锯齿形螺纹连接的锁环；

所述密封机构位于中心管外侧锁定机构之下，密封机构包括自上而下一次套装在中心管上的上归环、胶筒、下归环，所述下归环有一与连接套的底部端面接触的上表面；

所述锚定机构包括上锥体、卡瓦、弹簧片、用于在卡瓦向外扩张时限定卡瓦位置的卡瓦套和下锥体，所述卡瓦在其内圆周面上设有一上大下小的第一锥面和上小下大的第二锥面，所述上锥体包括抵在下归环一下表面上的平面和抵住卡瓦上的第二锥面的第三锥面，所述下锥体包括抵住卡瓦上的第二锥面的第四锥面，所述下锥体的下部外侧与下接头的上部螺纹连接，所述卡瓦套套装在上锥体和下锥体的外侧；

所述解封机构包括螺纹连接在中心管底部的弹性爪，弹性爪的底部内侧穿装有解封环，所述解封环和弹性爪之间通过径向的解封螺钉固定。

本发明还可以采用如下技术方案：

所述卡瓦在径向截面上的形状为等腰梯形，等腰梯形的较长的底为卡瓦的外侧面，较短的底为卡瓦的内侧面，在较长的底中部设有沿切向延伸的凹槽，在卡瓦的外侧面除凹槽以外的部分上设有卡瓦牙，每个卡瓦对应一个弹簧片，弹簧片的中部抵在卡瓦的凹槽上，卡瓦套上间隔的设有若干容纳卡瓦卡瓦牙向外通过且形状尺寸与卡瓦牙的切向截面匹配的孔，弹簧片的两端抵在卡瓦套的内壁上，各个弹簧片在切向上通过穿过卡瓦套的铆钉隔开。

所述卡瓦在径向截面上的形状为等腰梯形，等腰梯形的较长的底为卡瓦的外侧面，较短的底为卡瓦的内侧面，每个卡瓦包括有两块向外的突出部，突出部上设有卡瓦牙，卡瓦套上间隔的设有若干容纳卡瓦的突出部向外通过且形状尺寸与卡瓦的突出部的切向截面匹配的孔，两突出部的中间为一沿轴向延伸的凹槽，凹槽内置有一弹簧片，弹簧片为弓形，弹簧片的中部和端部分别抵在卡瓦套的内壁上或卡瓦的凹槽内。

所述上锥体与中心管之间穿有径向的第二剪切销钉。

所述连接套和上接头之间通过上键导向，所述卡瓦套和下锥体之间通过防转销钉定位，所述下锥体和中心管之间通过下键导向。

所述下锥体外套装有外径大于下接头的扶正环。

所述坐封机构的压套设有防提前坐封的台肩。

所述上接头设有防提前旋转脱手的沟槽。

所述解封机构的解封环设有支撑台阶和悬挂台肩。

所述卡瓦的外侧设锚定牙，锚定牙为圆周均布的轴向开槽约束式结构。

密封机构的胶筒为双挤压沟槽形式。

本发明具有的优点和积极效果是：本发明采用上述技术方案，锚定机构顺利咬入套管承担管柱负载，密封机构完全贴合套管内壁封隔套管上下环空，同时锁定机构有效保证封隔器坐封状态的长期工作可靠，解封机构为后续封隔器的解封回收提供保障。本防砂用顶部封隔器适用于不同套管、不同磅级的系列应用；同时优化了锚定机构，保证封隔器在坐封过程中卡瓦不刮损套管，实现卡瓦锚定到位后对套管的损坏轻微，且咬痕较浅；本封隔器胶筒涨开和卡瓦涨开几乎同时进行，保证坐封可靠，使完井作业能够顺利进行。同时，还可根据作业需要，通过下入专门回收工具，直接上提回收工具即可实现回收封隔器。此外，该工具组装程序简单、现场操作简单、安全可靠、悬挂能力强、承压高、可实现机械和液压脱手两种功能、在下入过程可以传递扭矩以方便顺利通过遇阻点、可作为尾管挂和采油封隔器使用。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是实施例1的立体拆解图，其中轴向零件采用了四分之三剖视；

图4是实施例1的卡瓦被胀开后的状态示意图；

图5是实施例1的胶筒座封状态示意图；

图6是本发明实施例2中锚定机构的局部结构示意图；

图7是图6的B-B剖视示意图；

图8是实施例2的卡瓦与卡瓦套的立体拆解图。

图中：1、压套；1-1、防提前坐封的台肩；3、上接头；3-1、防提前脱手的沟槽；5、锁环；5-1、锯齿螺纹；6、上键；7、中心管；8、连接套；9、第一剪切销钉；10、上归环；12、胶筒；13、下归环；14、第二剪切销钉；15、防转销钉；16、卡瓦套；17、上锥体；18、铆钉；19、卡瓦；20、弹簧片；21、下锥体；22、下键；23、弹性爪；25、扶正环；27、O形密封圈；28、解封环；28-1、悬挂台肩；29、解封螺钉；30、下接头；31、开口圈。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

实施例1：

请参阅图1至图3，一种防砂用顶部封隔器，包括上接头3和下接头30，上接头内通过上接头中部的子口在子口以下设有中心管7，还包括有坐封机构、锁定机构、锚定机构、密封机构和解封机构。

坐封机构包括套装在上接头外侧的压套1和在上接头的底部外侧径向的设有用于阻挡连接套向下运行的第一剪切销钉9。

锁定机构包括位于压套下方与压套螺纹连接的连接套8，上接头外侧与压套内侧之间的空间内设有与上接头以锯齿螺纹5-1连接的锁环5。

密封机构位于中心管外侧锁定机构之下，密封机构包括自上而下一次套装在中心管上的上归环10、胶筒12、下归环13，下归环有一与连接套的底部端面接触的上表面；所述密封机构的胶筒12为双挤压沟槽形式。

锚定机构包括上锥体17、卡瓦19、弹簧片20、用于在卡瓦向外扩张时限定卡瓦位置的卡瓦套16和下锥体21，在径向截面上卡瓦的形状等腰梯形，等腰梯形的较长的底为卡瓦的外侧面，较短的底为卡瓦的内侧面，在较长的底中部设有沿切向延伸的凹槽，在卡瓦的外侧面除凹槽以外的部分上设有卡瓦牙，每个卡瓦对应一个弹簧片，弹簧片的中部抵在卡瓦的凹槽上，卡瓦套上间隔的设有若干容纳卡瓦牙向外通过且形状尺寸与卡瓦牙的切向截面匹配的孔，弹簧片的两端抵在卡瓦套的内壁上，各个弹簧片在切向上通过穿过卡瓦套的铆钉18隔开。当不坐封时弹簧片将卡瓦向内弹起，使得卡瓦不会意外探出，解封后可挤压卡瓦顺利回到卡瓦套内，保证封隔器顺利回收和起出井内。如图2所示。卡瓦在其内圆周面上设有一上大下小的第一锥面和上小下大的第二锥面，上锥体包括抵在下归环的一下表面上的平面和抵住卡瓦上的第二锥面的第三锥面，下锥体包括抵住卡瓦上的第二锥面的第四锥面，下锥体的下部外侧与下接头的上部螺纹连接，卡瓦套套装在上锥体和下锥体的外侧。

解封机构包括螺纹连接在中心管底部的弹性爪23，弹性爪的底部内侧穿装有解封环28，解封环和弹性爪之间通过径向的解封螺钉固定。

上锥体与中心管之间穿有径向的第二剪切销钉14。

连接套和上接头之间通过上键6导向，卡瓦套和下锥体之间通过防转销钉15定位，下锥体和中心管之间通过下键22导向。

下锥体外套装有外径大于下接头的扶正环25。坐封机构的压套设有防提前坐封的台肩1-1。上接头设有防提前旋转脱手的沟槽3-1。解封机构的解封环设有支撑台阶和悬挂台肩28-1。卡瓦的外侧设锚定牙，锚定牙为圆周均布的轴向开槽约束式结构。

本实施例的工作原理为：

请参阅图4和图5，坐封过程：封隔器下到设计位置，从井口向液压坐封工具加压，封隔器在坐封工具的作用下，推动压套1和连接套8，首先剪断剪切销钉9，进而推动上归环10、胶筒12向下运动，当坐封推力继续增大后，剪断剪切销钉14。同时推动下归环10、上锥体17向下运动，卡瓦套16在坐封过程中随卡瓦19径向锚定产生轴向的自由运动，当坐封推力增加到该工况极限时，上归环10和下归环13挤压胶筒12直径双向膨胀变形至有效密封位置，使得胶筒12紧贴套管内壁，实现套管环空上、下的高压有效密封。此外，卡瓦19也随着上锥体17和下锥体21的轴向挤压，使得卡瓦19径向移出咬入套管内壁至设计深度，满足后续作业中封隔器承受轴向负载和扭矩的能力。与此同时，锁环5上内外有锯齿形螺纹5-1，由于锁环5及上接头3上相接锯齿形螺纹锯齿高边向下，使得锁环5在向下运动时可以顺利滑过上接头3，同时连接套8和锁环5同步运动，锁环5在向下运动过程中不能逆向返回，故实现了胶筒12和卡瓦19在坐封过程中随时运动行程锁定，保证卡瓦19和胶筒12始终保持坐封状态的可靠性和稳定性。

实施例2：

请参阅图6至8，本实施例与实施例1大部分相同，区别仅在于每个卡瓦19包括有两块向外的突出部，突出部上设有卡瓦牙，卡瓦套上间隔的设有若干容纳卡瓦的突出部向外通过且形状尺寸与卡瓦的突出部的切向截面匹配的孔，每块卡瓦的两个突出部从相邻的孔内伸出或缩回，两突出部的中间为一沿轴向延伸的凹槽，凹槽内置有一弹簧片，弹簧片为弓形，弹簧片的中部抵在卡瓦套相邻两孔的内壁上，弹簧片的端部抵在卡瓦的凹槽内。卡瓦套内的卡瓦上方，还通过铆钉固定有开口圈31。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，例如将实施例2中的弹簧片中部抵在卡瓦的凹槽内，端部抵在卡瓦套的内壁上。这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种防砂用顶部封隔器，包括上接头和下接头，上接头内通过上接头中部的子口在子口以下设有中心管，其特征是：还包括有坐封机构、锁定机构、锚定机构、密封机构和解封机构；

所述坐封机构包括套装在上接头外侧的压套和在上接头的底部外侧径向的设有用于阻挡连接套向下运行的第一剪切销钉；

所述锁定机构包括位于压套下方与压套螺纹连接的连接套，上接头外侧与压套内侧之间的空间内设有与上接头以锯齿形螺纹连接的锁环；

所述密封机构位于中心管外侧锁定机构之下，密封机构包括自上而下依次套装在中心管上的上归环、胶筒、下归环，所述下归环有一与连接套底部端面接触的上表面；

所述锚定机构包括上锥体、卡瓦、弹簧片、用于在卡瓦向外扩张时限定卡瓦位置的卡瓦套和下锥体，所述卡瓦在其内圆周面上设有一上大下小的第一锥面和上小下大的第二锥面，所述上锥体包括抵在下归环的一下表面上的平面和抵住卡瓦上的第二锥面的第三锥面，所述下锥体包括抵住卡瓦上的第二锥面的第四锥面，所述下锥体的下部外侧与下接头的上部螺纹连接，所述卡瓦套套装在上锥体和下锥体的外侧；

所述解封机构包括螺纹连接在中心管底部的弹性爪，弹性爪的底部内侧穿装有解封环，所述解封环和弹性爪之间通过径向的解封螺钉固定。

2.根据权利要求1所述防砂用顶部封隔器，其特征是：所述卡瓦在径向截面上的形状为等腰梯形，等腰梯形的较长的底为卡瓦的外侧面，较短的底为卡瓦的内侧面，在较长的底中部设有沿切向延伸的凹槽，在卡瓦的外侧面除凹槽以外的部分上设有卡瓦牙，每个卡瓦对应一个弹簧片，弹簧片的中部抵在卡瓦的凹槽上，卡瓦套上间隔的设有若干容纳卡瓦牙向外通过且形状尺寸与卡瓦牙的切向截面匹配的孔，弹簧片的两端抵在卡瓦套的内壁上，各个弹簧片在切向上通过穿过卡瓦套的铆钉隔开。

3.根据权利要求1所述防砂用顶部封隔器，其特征是：所述卡瓦在径向截面上的形状为等腰梯形，等腰梯形的较长的底为卡瓦的外侧面，较短的底为卡瓦的内侧面，每个卡瓦包括有两块向外的突出部，突出部上设有卡瓦牙，卡瓦套上间隔的设有若干容纳卡瓦的突出部向外通过且形状尺寸与卡瓦的突出部的切向截面匹配的孔，两突出部的中间为一沿轴向延伸的凹槽，凹槽内置有一弹簧片，弹簧片为弓形，弹簧片的中部和端部分别抵在卡瓦套的内壁上或卡瓦的凹槽内。

4.根据权利要求2或3所述的防砂用顶部封隔器，其特征是：所述上锥体与中心管之间穿有径向的第二剪切销钉。

5.根据权利要求2或3所述的防砂用顶部封隔器，其特征是：所述连接套和上接头之间通过上键导向，所述卡瓦套和下锥体之间通过防转销钉定位，所述下锥体和中心管之间通过下键导向。

6.根据权利要求2或3所述防砂用顶部封隔器，其特征是：所述下锥体外套装有外径大于下接头的扶正环。

7.根据权利要求2或3所述防砂用顶部封隔器，其特征是：所述坐封机构的压套设有防提前坐封的台肩。

8.根据权利要求2或3所述防砂用顶部封隔器，其特征是：所述上接头设有防提前旋转脱手的沟槽。

9.根据权利要求2或3所述防砂用顶部封隔器，其特征是：所述解封机构的解封环设有支撑台阶和悬挂台肩。

10.根据权利要求2或3所述防砂用顶部封隔器，其特征是：所述卡瓦的外侧设有锚定牙，锚定牙为圆周均布的轴向开槽约束式结构。

11.根据权利要求2或3所述的新型防砂用顶部封隔器，其特征在于：所述密封机构的胶筒为双挤压沟槽形式结构。

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