CN103266865B - 一种用于油井的大通径封隔器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于油井的大通径封隔器。它包括丢手模块、封隔模块、锚定模块和下接头模块。丢手模块主要由丢手接头、丢手锁套、锁块和丢手剪钉构成，封隔器坐封完毕后继续加压，使丢手剪钉被剪断，丢手滑套上升，丢手锁块滑落，丢手上部结构随油管提出；封隔模块主要由锁环、胶筒推力套、胶筒、胶筒隔环、胶筒滑套和胶筒座等零件构成；锚定模块主要由上椎体、下内卡套、卡瓦锁环、卡瓦筒、卡瓦、片簧、限位套和下椎体构成。下接头模块主要包括下连接套、解封剪钉和下接头。与传统的封隔器相比，本发明与大冲程抽油泵联合使用，密封性能好，锚定可靠度高。

Description

一种用于油井的大通径封隔器

技术领域

本发明涉及一种双胶筒用于油井的大通径封隔器，适用于较大直径油井，属于石油机械技术领域。

背景技术

石油工业的兴起和发展，带动了石油机械装备的发展，封隔器作为石油勘探开发中的主要工具也被广泛地应用于石油开采技术的各个领域，其工作性能的好坏直接影响着生产成本和经济效益，因此研究密封性能好，锚定可靠的封隔器具有重要意义。

封隔器是指具有弹性密封元件，并藉此封隔环形空间，隔绝产层，以控制产液柱，保护套管的井下工具。随着油气开采工况日趋复杂以及采油和作业工艺的不断发展，对封隔器的工作性能要求越来越高。封隔器在承受管柱重力或借助水力载荷等轴向载荷时，胶筒受压产生变形，使胶筒与套管之间产生接触压力，借此封隔油套环形空间，以满足隔绝产层、保护套管等工艺要求。

封隔器所具备的种种功能，主要依靠弹性元件即胶筒的密封作用来实现。在石油勘探和开发中，封隔器主要应用于钻井、试油、分层采油、卡堵水、注水、增产作业等诸多领域，正是由于封隔器独特的密封作用，为油气水井的正常生产和各种井下工艺措施的顺利进行提供了有效的手段，因此，封隔器被认为是实现油气田合理开采的重要工具。但是，现有的封隔器研究中存在很多不足，中心管直径过小，机械结构比较复杂，密封不彻底，胶筒受力后容易出现肩突情况，卡瓦锚定不稳等情况。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于油井的大通径封隔器，能够在油井实现封隔环形空间、隔绝产层的作用。

为达到上述发明目的，本发明的构思是：

本发明的大通径封隔器，包括丢手模块、封隔模块、锚定模块和下接头模块。丢手模块主要由丢手接头、丢手锁套、锁块和剪钉构成。丢手接头通过2⁷/₈TBG管螺纹与下井装置相连接，且与丢手锁套通过锁块和剪钉相连接，封隔器坐封完毕后继续加压，使丢手剪钉被剪断，丢手锁套上升，丢手锁块滑落，丢手上部结构随油管提出，下部接头与中心管连接在一起；封隔模块主要由液缸、上内卡套、锁环套、锁环、胶筒推力套、坐封剪钉、胶筒、胶筒隔环、胶筒滑套、胶筒座和下内卡套构成。液缸套在丢手锁套外面，与丢手锁套之间采用2个丢手剪钉连接，另一头与锁环套采用6个销钉连接。上内卡套夹在液缸和锁环之间，用来推动锁环向下走，上内卡套与中心管接触。上下锁环套在中心管外，与中心管通过锯齿连接，形成步进锁结构，只能向下行走。锁环套另一头与胶筒推力套通过螺纹连接，胶筒推力套与胶筒滑套连在一起，通过4个丢手剪钉固定。胶筒滑套上套有两个胶筒，胶筒直接由胶筒隔环隔开，受挤压时胶筒直径增大，密封环形空间；锚定模块主要由上椎体、下内卡套、卡瓦锁环、卡瓦筒、卡瓦、片簧、限位套和下椎体构成。上椎体与胶筒座相连接，且通过剪钉固定。上椎体和下椎体中间夹着卡瓦与片簧，当锁环向下推动上椎体下行时会将片簧撑开，推动卡瓦向外扩张，最终锚定。卡瓦筒与上椎体连接，使胶筒在加压工程中不能下行，卡瓦筒与限位套通过螺纹连接，限位套顶住下椎体，使其在加压的时候不能下行；下接头模块主要包括下连接套、解封剪钉和下接头。下连接套一头与下椎体螺纹连接，另一头与下接头连接，通过解封剪钉固定。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种用于油井的大通径封隔器，包括丢手模块、封隔模块、锚定模块和下接头模块。其特征在于：所述丢手模块的上端在封隔器坐封锚定前通过管螺纹与地面下井装置连接，丢手模块的下端依次经封隔模块和锚定模块与下接头模块连接成一体。

所述丢手模块包括丢手接头、丢手锁套、锁块和丢手剪钉；所述丢手接头的上端部通过2⁷/₈TBG管螺纹与地面下井装置相连接，丢手接头外套着丢手锁套，且在中部与丢手锁套通过锁块和丢手剪钉相连接，封隔器坐封完毕后继续加压，使丢手剪钉被剪断，丢手锁套上升，锁块滑落，丢手上部结构随油管提出，下部接头与中心管连接在一起。

所述封隔模块包括液缸、上内卡套、锁环套、上锁环、中心管、胶筒推力套、坐封剪钉、限制胶筒、胶筒隔环、工作胶筒、胶筒滑套、胶筒座和下内卡套；液缸套在丢手锁套外面，与丢手锁套之间有2个丢手剪钉连接，液缸的下端头与锁环套的上端套扣并有6个销钉连接，丢手模块与封隔模块通过液缸连接；上内卡套套装在锁环套和中心管之间而处在液缸和上锁环之间，用来推动上锁环向下走，上内卡套与中心管滑配；上锁环套在中心管外，通过锯齿滑配，只能向下行走不能反向；锁环套下端部的外螺纹与胶筒推力套上端内螺纹旋接，胶筒推力套下端与胶筒滑套套扣在一起，并通过4个坐封剪钉固定。胶筒滑套上外套有限制胶筒和工作胶筒，该两个胶筒直接由胶筒隔环隔开，受挤压时该两个胶筒直径就会增大，密封环形空间。

所述锚定模块包括上椎体、下内卡套、下锁环、卡瓦筒、卡瓦、片簧、限位套和下椎体；上椎体上端与胶筒座相套扣连接，且通过剪钉固定；上椎体和下椎体中间连接着卡瓦与片簧，外套着卡瓦筒，下内卡套和下锁环套装在中心管上而处在上椎体的上部内腔中，当下锁环向下推动上椎体下行时会将片簧撑开，推动卡瓦向外扩张，最终锚定；卡瓦筒与上椎体连接，使胶筒在加压工程中不能下行，卡瓦筒下端与限位套通过螺纹连接，限位套顶住下椎体，使其不能在加压的时候不能下行。

所述下接头模块包括下连接套、解封剪钉和下接头，下连接套上端内螺纹与下椎体下端外螺纹旋配，而下端与下接头套扣连接，并通过解封剪钉固定。

所述封隔模块中的中心管直径达到65mm，比一般封隔器通径大，可通过其他井下测试仪器。

所述胶筒推力套、胶筒隔环、胶筒座与限制胶筒以及工作胶筒接触端都设有防突槽，限制两个胶筒横向膨胀产生肩突现象，增大两个胶筒的接触应力。

所述上锁环和下锁环通过锯齿螺纹与中心管连接，锁环具有自锁功能，只能单向运动。当压力液推动其他零件向下运动时，锁环也被内卡套推动一起运动，是锚定和封隔成功的关键。

所述丢手接头、锁块、销钉、上内卡套、下内卡套、限位套、下连接套和下接头均由45钢制成；所述丢手锁套、中心管、锁环套、锁环、胶筒推力套、胶筒隔环、胶筒滑套、胶筒座、卡瓦锁环、上椎体、卡瓦筒和下椎体均由42CrMo制成；所述卡瓦由20CrMnTi制成；所述片簧由60Si2Mn制成；所述限制胶筒由邵氏硬度IRHD82的丁腈橡胶制成，工作胶筒由邵氏硬度IRHD64的丁腈橡胶制成。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1.本发明特殊封隔器中心管直径达到65mm，属于大通径封隔器，便于抽油和通过其他井下检测设备。

2.一般封隔器要实现锚定、封隔、丢手功能需要分别用不同的液缸，而本发明中只用一个液缸就可以实现这三个功能。

3.本发明采用简单易实现的步进锁结构，在中心管外侧直接加工与锁环配合的锯齿锁牙，锁环只能单向运动，比一般封隔器锁环结构简单、成本低、可靠性高。

4.本发明有两个简单步进锁结构与两个内卡套联合装置，直接推动上下内卡套就可以使得上下锁环分别向前运动。在外力的作用下先推动第一个步进锁环实现锚定功能，锚定成功后剪断坐封剪钉，再推动另外一个步进锁环运动使得胶筒横向膨胀封隔环形空间，锚定和封隔动作简单连贯，容易实现。

5.本发明通过胶筒推力套、胶筒、胶筒滑套、胶筒座、内卡套、锁环、上椎体、卡瓦、片簧和下椎体等零件配合将封隔锚定功能一体化。

6.本发明采用双胶筒式封隔方法，首先受力的胶筒选用软胶筒，后受力的胶筒选用硬胶筒，有助于增大密封时胶筒与套管之间的接触应力，提高密封性。

附图说明

图1是本发明实施例一封隔器示意图；

图2是本发明实施例一封隔器丢手模块示意图；

图3是本发明实施例一封隔器封隔模块示意图。

图4是本发明实施例一封隔器锚定模块示意图。

图5是本发明实施例一封隔器下接头模块示意图。

具体实施方式

结合附图，对本发明的优选实施例详述如下：

实施例一：

参见图1，本用于油井的大通径封隔器，包括丢手模块101、封隔模块102、锚定模块103和下接头模块104。其特征在于：所述丢手模块101的上端在封隔器坐封锚定前通过管螺纹与地面下井装置连接，丢手模块101的下端依次经封隔模块102和锚定模块103与下接头模块104连接成一体。

实施例二：

参见图2~图5，本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：

所述丢手模块101包括丢手接头1、丢手锁套2、锁块3和丢手剪钉4；所述丢手接头1的上端部通过2⁷/₈TBG管螺纹与地面下井装置相连接，丢手接头1外套着丢手锁套2，且在中部与丢手锁套2通过锁块3和丢手剪钉4相连接，封隔器坐封完毕后继续加压，使丢手剪钉4被剪断，丢手锁套2上升，锁块3滑落，丢手上部结构随油管提出，下部接头与中心管9连接在一起。

所述封隔模块102包括液缸5、上内卡套6、锁环套7、上锁环8、中心管9、胶筒推力套10、坐封剪钉11、限制胶筒12、胶筒隔环13、工作胶筒15、胶筒滑套14、胶筒座16和下内卡套17；液缸5套在丢手锁套2外面，与丢手锁套2之间有2个丢手剪钉4连接，液缸5的下端头与锁环套7的上端套扣并有6个销钉连接，丢手模块101与封隔模块102通过液缸5连接；上内卡套6套装在锁环套7和中心管9之间而处在液缸5和上锁环8之间，用来推动上锁环8向下走，上内卡套6与中心管9滑配；上锁环8套在中心管9外，通过锯齿滑配，只能向下行走不能反向；锁环套7下端部的外螺纹与胶筒推力套10上端内螺纹旋接，胶筒推力套10下端与胶筒滑套14套扣在一起，并通过4个坐封剪钉固定。胶筒滑套14上外套有限制胶筒12和工作胶筒15，该两个胶筒12、15直接由胶筒隔环13隔开，受挤压时该两个胶筒直径就会增大，密封环形空间。

所述锚定模块103包括上椎体19、下内卡套17、下锁环18、卡瓦筒20、卡瓦22、片簧21、限位套24和下椎体23；上椎体19上端与胶筒座16相套扣连接，且通过剪钉固定；上椎体19和下椎体23中间连接着卡瓦22与片簧21，外套着卡瓦筒20，下内卡套17和下锁环18套装在中心管9上而处在上椎体19的上部内腔中，当下锁环18向下推动上椎体19下行时会将片簧21撑开，推动卡瓦22向外扩张，最终锚定；卡瓦筒20与上椎体19连接，使胶筒在加压工程中不能下行，卡瓦筒20下端与限位套24通过螺纹连接，限位套顶住下椎体23，使其不能在加压的时候不能下行。

所述下接头模块104包括下连接套25、解封剪钉26和下接头27，下连接套25上端内螺纹与下椎体23下端外螺纹旋配，而下端与下接头27套扣连接，并通过解封剪钉26固定。

所述封隔模块102中的中心管9直径达到65mm，比一般封隔器通径大，可通过其他井下测试仪器。

所述胶筒推力套10、胶筒隔环13、胶筒座16与限制胶筒12以及工作胶筒15接触端都设有防突槽，限制两个胶筒12、15横向膨胀产生肩突现象，增大两个胶筒12、15的接触应力。

所述上内卡套6、下内卡套17、限位套24和下接头27均由45钢制成；所述中心管9、锁环套7、上锁环8、胶筒推力套10、胶筒隔环13、胶筒滑套14、胶筒座16、下锁环18、上椎体19、卡瓦筒20和下椎体23均由42CrMo制成；所述卡瓦22由20CrMnTi制成；所述片簧21由60Si2Mn制成；所述限制胶筒12由邵氏硬度IRHD82的丁腈橡胶制成，工作胶筒15由邵氏硬度IRHD64的丁腈橡胶制成。

所述上锁环8和下锁环18通过锯齿螺纹与中心管9连接，锁环具有自锁功能，只能单向运动。当压力液推动其他零件向下运动时，锁环也被内卡套推动一起运动，是锚定和封隔成功的关键。

实施例三：

参见图1~图5，本用于油井的大通径封隔器，封隔模块主要零件包括液缸5、上内卡套6、锁环套7、上锁环8、中心管9、胶筒推力套10、坐封剪钉11、限制胶筒12、胶筒隔环13、胶筒滑套14、工作胶筒15；锚定模块主要零件包括胶筒座16、下内卡套17、下锁环18、上椎体19、卡瓦筒20、片簧21、卡瓦22、下椎体23、限位套24。

在本实施例中，该封隔器与空心抽油泵配合使用。工作时，封隔器下接头与泵筒上接头通过3寸平式油管扣连接，密封可靠。在地面上将封隔锚定装置与抽油泵连接好，将封隔锚定装置和抽油泵下到指定位置后，投球将中心管尾部堵死。从地面往中心管输入压力液，压力液通过进液口推动液缸5向下运动，推动上内卡套6运动。锁环7通过单向锯齿螺纹与中心管5连接，只能向下运动，具有自锁功能，液缸5与锁环套7由销钉连接，该销钉始终不被剪断，而锁环套7与胶筒推力套10直接通过普通螺纹连接，胶筒推力套10与胶筒滑套14由剪钉11连接。在压力液推动液缸5、锁环套7、胶筒推力套10向下运动时，剪钉11暂时不被剪断，而是推动胶筒滑套14下行从而推动胶筒座16下行。胶筒座16与上椎体19通过销钉连接，该销钉始终不被剪断。胶筒座16下行时通过销钉推动上椎体下行，夹在上椎体19和下椎体23中间的卡瓦22受到挤压力而往外运动，并且推动卡瓦22往外运动最后与套管接触，卡瓦22上的尖齿嵌入套管壁，稳定后锚定完毕。继续加压直到坐封剪钉11被剪断，胶筒推力套10推动工作胶筒12压缩，横向膨胀接触套管壁，同时通过胶筒隔环13传递压力挤压限制胶筒12，使其横向膨胀，继续加压使两个胶筒都与套管壁完全接触，密封完毕。压力液推动各零件下行的同时会通过上内卡套6和下内卡套17推动上锁环8与下锁环18向下运动，因为锁环与中心管9之间通过锯齿螺纹连接，具有自锁功能，所以各零件在锁环的作用下也只能向下运动不能往回运动。

Claims (7)

1.一种用于油井的大通径封隔器，包括丢手模块（101）、封隔模块（102）、锚定模块（103）和下接头模块（104），其特征在于：所述丢手模块（101）的上端在封隔器坐封锚定前通过管螺纹与地面下井装置连接，丢手模块（101）的下端依次经封隔模块（102）和锚定模块（103）与下接头模块（104）连接成一体；

所述封隔模块（102）包括液缸（5）、上内卡套（6）、锁环套（7）、上锁环（8）、中心管（9）、胶筒推力套（10）、坐封剪钉（11）、限制胶筒（12）、胶筒隔环（13）、工作胶筒（15）、胶筒滑套（14）、胶筒座（16）和下内卡套（17）；液缸（5）套在丢手锁套（2）外面，与丢手锁套（2）之间有2个丢手剪钉（4）连接，液缸（5）的下端头与锁环套（7）的上端套扣并有6个销钉连接，丢手模块（101）与封隔模块（102）通过液缸（5）连接；上内卡套（6）套装在锁环套（7）和中心管（9）之间而处在液缸（5）和上锁环（8）之间，用来推动上锁环（8）向下走，上内卡套（6）与中心管（9）滑配；上锁环（8）套在中心管（9）外，通过锯齿滑配，只能向下行走不能反向；锁环套（7）下端部的外螺纹与胶筒推力套（10）上端内螺纹旋接，胶筒推力套（10）下端与胶筒滑套（14）套扣在一起，并通过4个坐封剪钉固定；胶筒滑套（14）上外套有限制胶筒（12）和工作胶筒（15），该两个胶筒（12、15）直接由胶筒隔环（13）隔开，受挤压时该两个胶筒直径就会增大，密封环形空间。

2.根据权利要求1所述的用于油井的大通径封隔器，其特征在于：所述丢手模块（101）包括丢手接头（1）、丢手锁套（2）、锁块（3）和丢手剪钉（4）；所述丢手接头（1）的上端部通过2⁷/₈TBG管螺纹与地面下井装置相连接，丢手接头（1）外套着丢手锁套（2），且在中部与丢手锁套（2）通过锁块（3）和丢手剪钉（4）相连接，封隔器坐封完毕后继续加压，使丢手剪钉（4）被剪断，丢手锁套（2）上升，锁块（3）滑落，丢手上部结构随油管提出，下部接头与中心管（9）连接在一起。

3.根据权利要求1所述的封隔器，其特征在于：所述锚定模块（103）包括上椎体（19）、下内卡套（17）、下锁环（18）、卡瓦筒（20）、卡瓦（22）、片簧（21）、限位套（24）和下椎体（23）；上椎体（19）上端与胶筒座（16）相套扣连接，且通过剪钉固定；上椎体（19）和下椎体（23）中间连接着卡瓦（22）与片簧（21），外套着卡瓦筒（20），下内卡套（17）和下锁环（18）套装在中心管（9）上而处在上椎体（19）的上部内腔中，当下锁环（18）向下推动上椎体（19）下行时会将片簧（21）撑开，推动卡瓦（22）向外扩张，最终锚定；卡瓦筒（20）与上椎体（19）连接，使胶筒在加压工程中不能下行，卡瓦筒（20）下端与限位套（24）通过螺纹连接，限位套顶住下椎体（23），使其在加压的时候不能下行。

4.根据权利要求1所述的封隔器，其特征在于：所述下接头模块（104）包括下连接套（25）、解封剪钉（26）和下接头（27），下连接套（25）上端内螺纹与下椎体（23）下端外螺纹旋配，而下端与下接头（27）套扣连接，并通过解封剪钉（26）固定。

5.根据权利要求1所述的用于油井的大通径封隔器，其特征在于：所述封隔模块（102）中的中心管（9）直径达到65mm，比一般封隔器通径大，可通过其他井下测试仪器。

6.根据权利要求1所述的用于油井的大通径封隔器，其特征在于：所述胶筒推力套（10）、胶筒隔环（13）、胶筒座（16）与限制胶筒（12）以及工作胶筒（15）接触端都设有防突槽，限制两个胶筒（12、15）横向膨胀产生肩突现象，增大两个胶筒（12、15）的接触应力。

7.根据权利要求3所述的用于油井的大通径封隔器，其特征在于：所述上锁环（8）和下锁环（18）通过锯齿螺纹与中心管（9）连接，锁环具有自锁功能，只能单向运动；当压力液推动其他零件向下运动时，锁环也被内卡套推动一起运动，是锚定和封隔成功的关键。