CN103334713B - 一种插管封隔器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种插管封隔器，它包括中心管、插管密封机构、锚定机构、胶筒密封机构、坐封锁紧机构和解封解卡机构，所述插管密封机构设置在中心管内的上端且与中心管固定连接，锚定机构、胶筒密封机构、坐封锁紧机构依次套装在中心管上，所述解封解卡机构与中心管的下端套接。本发明所取得的有益效果为：1、当需取出封隔器时，可首先采用“投球-憋压-上提”的方式对封隔器进行解封解卡，如不成功，可采用钻铣的方式对封隔器进行解封解卡，确保封隔器能够安全取出；2、锚定机构采用桶形卡瓦，增加了卡瓦与套管之间的接触面积，使套管均匀受力，减小了卡瓦对套管的伤害。

Description

一种插管封隔器

技术领域

本发明涉及一种插管封隔器。

背景技术

目前气井完井所使用的生产管柱，大多采用带插管的永久式封隔器作为生产封隔器，这种封隔器可以实现生产管柱措施生产一趟管柱完成，还具有耐压高、有效期长、可以更换封隔器上部管柱等特点。专利ZL201020238116.6介绍的“插管锚定永久式封隔器”就是其中的一种，该封隔器能够满足气井生产的要求，但是该封隔器一旦密封失效，取出较为困难，只有采用钻铣方式将其破坏，操作起来较为麻烦，成本也较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中存在的不足提供一种可取可钻、结构更为合理的插管封隔器。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种插管封隔器，其特征在于它包括中心管、插管密封机构、锚定机构、胶筒密封机构、坐封锁紧机构和解封解卡机构，所述插管密封机构设置在中心管内的上端且与中心管固定连接，锚定机构、胶筒密封机构、坐封锁紧机构从上至下依次套装在中心管上，所述解封解卡机构包括与坐封锁紧机构连接的下连接套、与下连接套相套接的下外套、与中心管下端连接的弹性爪、解封滑套、解封销钉，所述弹性爪的下端外周呈凸台，下外套的内壁设有凹槽，所述解封滑套设置在弹性爪和下外套内使弹性爪的凸台卡装在下外套的凹槽内，解封滑套的下端通过解封销钉与下外套固定连接。

按上述技术方案，所述插管密封机构通过反扣螺纹与中心管套接，所述锚定机构上端通过反扣螺纹与中心管连接。

按上述技术方案，所述锚定机构包括上锥体、桶形卡瓦、下锥体、第一启动销钉，上锥体套装在中心管上通过反扣螺纹与中心管连接，下锥体通过第一启动销钉固定在中心管上，所述桶形卡瓦套装于中心管上，且桶形卡瓦的上下端分别于上、下锥体上且分别与上锥体和下锥体互卡，在所述中心管外壁和下锥体的上端内壁上分别设有轴向键槽，通过安设键使下锥体与中心管相配置。

按上述技术方案，所述桶形卡瓦为整体式，在桶形卡瓦的外表面开设有锯齿形外齿，卡瓦上下两部分外齿方向相反，在桶形卡瓦的外周间隔设有多条轴向应力槽。

按上述技术方案，所述上锥体、桶形卡瓦、下锥体均由球墨铸铁材料组成。

按上述技术方案，在上锥体的下端设置上凸台，与桶形卡瓦上端设置的上卡槽相配置；在下锥体的上端设置下凸台与桶形卡瓦下端设置的下卡槽相配置。

按上述技术方案，在中心管上位于上锥体处设置有台肩，所述上锥体的上端设置有与该台肩相配置的台阶。

按上述技术方案，所述插管密封机构包括上接头、插入管、弹性锚爪，密封组件，引鞋，上接头与插入管的上端套接，弹性锚爪、密封组件、引鞋依次套装在插入管上，所述弹性锚爪上端与上接头连接，下端与中心管通过反扣螺纹连接。

按上述技术方案，所述弹性锚爪的下端内壁与插入管的外壁之间留有空隙。

按上述技术方案，所述坐封锁紧机构包括上外套、活塞、锁簧、连接套，所述上外套的内径为变径结构，其上端内径小于下端内径，所述上外套上端与中心管密封连接，下端套装活塞并与连接套连接，在所述中心管上设有出液孔并使活塞的上端面与上外套的变径处有空隙，所述连接套通过螺纹与上外套下端连接、并通过第二启动销钉与所述解封解卡机构的下连接套连接，锁簧设置在上外套内位于连接套的上端，锁簧与活塞外周设置的锁齿相配置。

按上述技术方案，所述下连接套的下端面、下外套的内壁、弹性爪的上端面与中心管的外壁围合成一个腔体，在中心管的下端设置有过流孔与该腔体相连通。

按上述技术方案，所述解封滑套内设置有锥面。

本发明所取得的有益效果为：

1、当需取出封隔器时，可首先采用“投球-憋压-上提”的方式对封隔器进行解封解卡，如不成功，可采用钻铣的方式对封隔器进行解封解卡，确保封隔器能够安全取出。

2、锚定机构采用桶形卡瓦，增加了卡瓦与套管之间的接触面积，使套管均匀受力，减小了卡瓦对套管的伤害。

3、插管密封机构通过反扣螺纹与中心管连接，正转、上提即可起出插管密封机构，下压即可使插管密封机构与中心管再次连接，故插管密封机构可以进行多次回接。

4、解封解卡机构通过采用弹性爪使本发明结构简单、合理。

附图说明

图1为本发明的结构图。

图2为图1的A-A剖视图。

其中：1、上接头，2、插入管，3、弹性锚爪，4、凹凸形金属，5、密封环，6、双公支撑环，7、挡圈，8、挡环，9、密封环，10、调节环，11、引鞋，12、中心管，13、上锥体，14、桶形卡瓦，15、箍环，16、下锥体，17、第一启动销钉，18、铜保护碗，19、端胶筒，20、隔环，21、中胶筒，22、O形密封圈，23、上外套，24、活塞，25、锁环，26、连接套，27、第二启动销钉，28、下连接套，29、下外套，30、弹性爪，31、解封钢球，32、解封滑套，33、解封销钉，34、键，35、出液孔，36、过流孔，37、腔体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、2所示，本实施例中所示的插管封隔器包括中心管12、插管密封机构、锚定机构、胶筒密封机构、坐封锁紧机构和解封解卡机构，所述插管密封机构设置在中心管12内的上端且与中心管12通过反扣螺纹连接，锚定机构、胶筒密封机构、坐封锁紧机构依次套装在中心管12上，所述解封解卡机构与中心管12的下端套接，其中，所述锚定机构上端通过反扣螺纹与中心管12连接。

所述插管密封机构包括上接头1、插入管2、弹性锚爪3，密封组件，引鞋11，上接头1与插入管2的上端螺纹套接，弹性锚爪3、密封组件、引鞋11依次套装在插入管2上，所述弹性锚爪3上端与上接头1螺纹连接，下端与中心管12通过反扣螺纹连接。密封组件包括金属环4、密封环5、双公支撑环6、挡圈7、与插入管2螺纹连接的挡环8，密封环9和调节环10。所述插管密封机构主要起固定和密封作用。

为了方便多次回接，所述弹性锚爪3的下端内壁与插入管2的外壁之间留有空隙。回接是指：一、当需要更换插管密封机构上端管柱时，只需将插管密封机构正转并上提起出,下入新的管柱插接至中心管12处即可；二、在钻铣解封时，正转插管密封机构并上提将其起出，让出钻铣空间。

所述锚定机构包括上锥体13、桶形卡瓦14、箍环15、下锥体16、第一启动销钉17，上锥体13套装在中心管12上通过反扣螺纹与中心管12连接，下锥体16通过第一启动销钉17固定在中心管12上，所述桶形卡瓦14套装于上、下锥体上且分别与上锥体13和下锥体16互卡，所述箍环15箍在桶形卡瓦14外周设置的环槽内。在所述中心管12外壁和下锥体16的上端内壁上分别设有轴向键槽，通过安设键34使下锥体16与中心管12相连接。其中，在中心管12上位于上锥体3处设置有台肩，所述上锥体13的上端设置有与该台肩相配置的台阶。

在上锥体13的下端设置上凸台，与桶形卡瓦14上端设置的上卡槽相配置；在下锥体16的上端设置下凸台与桶形卡瓦14下端设置的下卡槽相配置，从而使桶形卡瓦14套装在中心管12上，且其上、下端分别于上、下锥体上且分别与上锥体13和下锥体15互卡。

所述桶形卡瓦14为整体式，在桶形卡瓦14的外表面开设有锯齿形外齿，卡瓦上下两部分外齿分为上外齿、下外齿，两者齿向方向相反且均朝外。在桶形卡瓦14的外周间隔设有多条轴向应力槽。所述上锥体13、桶形卡瓦14、下锥体16均由球墨铸铁材料组成。由于球墨铸铁具有良好的钻铣性能，用球墨铸铁加工的桶形卡瓦在结构合理、热处理工艺合理的情况下，具有良好的扩张后再自动回缩的特性。

所述胶筒密封机构包括套于中心管12上的铜保护碗18、端胶筒19、隔环20和中胶筒21。

所述坐封锁紧机构包括上外套23、活塞24、锁簧25、连接套26，上外套23的上端与中心管之间设置有O形密封圈，所述上外套23的内径为变径结构，其上端内径小于下端内径，所述上外套23上端与中心管12密封连接，下端套装活塞24并与连接套26连接，在所述中心管12上设有出液孔35并使活塞24的上端面与上外套23的变径处有空隙，所述连接套26通过螺纹与上外套23下端连接、并通过第二启动销钉27与所述解封解卡机构连接，锁簧25设置在上外套23内位于连接套26的上端，锁簧25与活塞24外周设置的锁齿相配置。

所述解封解卡机构包括与连接套26通过第二启动销钉27连接的下连接套28、与下连接套28相套接的下外套29、与中心管12下端连接的弹性爪30、解封滑套32、解封销钉33，所述弹性爪30的下端呈凸台，下外套29的内壁设有凹槽，所述解封滑套32设置在弹性爪30和下外套29内使弹性爪30的凸台卡装在下外套29的凹槽内，解封滑套32的下端通过解封销钉33与下外套29固定连接。

本发明中，所述下连接套28的下端面、下外套29的内壁、弹性爪30的上端面与中心管12的外壁围合成一个腔体37，在中心管的下端设置有过流孔36与该腔体37相连通，在取出封隔器的过程中以避免弹性爪30内壁与解封滑套32外壁之间产生相对摩擦力，有利于解封滑套32在解封封隔器时下行。

本发明的工作过程为：本封隔器在实际使用的过程中会在其下端接一个压裂滑套，封隔器上端与油管连接,投入堵球使中心管12憋压，液体从中心管12上设有出液孔35进入上外套23与活塞24之间的空隙处，进一步提高中心管12的压力，上外套23在液压的作用下上行，剪断第二启动销钉27，上外套23继续上行，依次推动胶筒密封机构，使胶筒密封机构初步坐封，继续提高中心管内的压力，上外套23继续推动胶筒密封机构上行，剪断第一启动销钉17，使胶筒密封机构完全坐封，桶形卡瓦14完全坐卡，与此同时锁簧25上的锁齿与活塞24外周设置的锁齿互锁，使胶筒保持坐封状态，桶形卡瓦保持坐卡状态。进一步提高中心管内的压力，使压裂滑套的出砂孔打开，可通过出砂孔对地层进行酸化，压裂等措施施工。

当需要取出封隔器时，采用“投球-憋压-上提”的方式对封隔器进行解封解卡，其过程为：投入钢球31，使中心管12憋压，液体从中心管12下端的过流孔36进入下连接套28、下外套29和弹性爪30之间的腔体37处，使弹性爪30具有向下运动的趋势，避免了弹性爪30内壁与解封滑套32外壁之间产生摩擦力，有利于解封滑套32下行；在液压力的作用下钢球31、解封滑套32下行，剪断解封销钉33，弹性爪30由于内部失去支撑，向内自由收缩，上提中心管12,上锥体13、弹性爪30上行，上锥体13上行后，让出了解封空间，桶形卡瓦14解卡，胶筒解封。

如果采用“投球-憋压-上提”的方式对封隔器进行解封解卡的方法不成功，可采用钻铣的方式对封隔器进行解封解卡。其过程为：正转油管，油管带动插管密封机构正转，使得弹性锚爪3和中心管12脱开，上提油管,将插管密封机构取出，下入套铣筒，由于上锥体13与中心管12是反扣连接，桶形卡瓦14在坐卡状态下与套管互卡,且下锥体16与中心管12通过键34连接，故套铣筒在套铣的过程中，上锥体13、桶形卡瓦14、下锥体16是固定的，方便了套铣工序，从而将上锥体13、桶形卡瓦14、箍环15、下锥体16的部分钻除，钻除后，下锥体16和上锥体13之间的间隙成为胶筒的解封空间，从而使封隔器解封解卡，下入打捞矛，捞住中心管12的内面，将封隔器剩余部分打捞出井。

另外，当上接头1、插入管2、弹性锚爪3、凹凸形金属环4、密封环5、双公支撑环6、挡圈7、挡环8、密封环9、调节环10、引鞋11、中心管12、端胶筒19、隔环20、中胶筒21、O形密封圈22、上外套23、活塞24、锁环25、连接套26、下连接套28、下外套29、弹性爪30、解封滑套32采用耐CO₂材料加工时，本发明还可耐CO₂腐蚀。

Claims (10)

1.一种插管封隔器，其特征在于它包括中心管、插管密封机构、锚定机构、胶筒密封机构、坐封锁紧机构和解封解卡机构，所述插管密封机构设置在中心管内的上端且与中心管通过反扣螺纹连接，锚定机构、胶筒密封机构、坐封锁紧机构从上至下依次套装在中心管上，所述锚定机构上端通过反扣螺纹与中心管连接，所述解封解卡机构包括与坐封锁紧机构连接的下连接套、与下连接套相套接的下外套、与中心管下端连接的弹性爪、解封滑套、解封销钉，所述弹性爪的下端外周呈凸台，下外套的内壁设有凹槽，所述解封滑套设置在弹性爪和下外套内使弹性爪的凸台卡装在下外套的凹槽内，解封滑套的下端通过解封销钉与下外套固定连接，所述下连接套的下端面、下外套的内壁、弹性爪的上端面与中心管的外壁围合成一个腔体，在中心管的下端设置有过流孔与该腔体相连通。

2.根据权利要求1所述的一种插管封隔器，其特征在于所述锚定机构包括上锥体、桶形卡瓦、下锥体、第一启动销钉，上锥体套装在中心管上通过反扣螺纹与中心管连接，下锥体通过第一启动销钉固定在中心管上，所述桶形卡瓦套装于中心管上，且桶形卡瓦的上下端分别于上、下锥体上且分别与上锥体和下锥体互卡，在所述中心管外壁和下锥体的上端内壁上分别设有轴向键槽，通过安设键使下锥体与中心管相配置。

3.根据权利要求2所述的一种插管封隔器，其特征在于所述桶形卡瓦为整体式，在桶形卡瓦的外表面开设有锯齿形外齿，卡瓦上下两部分外齿方向相反，在桶形卡瓦的外周间隔设有多条轴向应力槽。

4.根据权利要求2或3所述的一种插管封隔器，其特征在于所述上锥体、桶形卡瓦、下锥体均由球墨铸铁材料组成。

5.根据权利要求2或3所述的一种插管封隔器，其特征在于在上锥体的下端设置上凸台，与桶形卡瓦上端设置的上卡槽相配置；在下锥体的上端设置下凸台与桶形卡瓦下端设置的下卡槽相配置。

6.根据权利要求2或3所述的一种插管封隔器，其特征在于在中心管上位于上锥体处设置有台肩，所述上锥体的上端设置有与该台肩相配置的台阶。

7.根据权利要求1或2所述的一种插管封隔器，其特征在于所述插管密封机构包括上接头、插入管、弹性锚爪，密封组件，引鞋，上接头与插入管的上端套接，弹性锚爪、密封组件、引鞋依次套装在插入管上，所述弹性锚爪上端与上接头连接，下端与中心管通过反扣螺纹连接。

8.根据权利要求7所述的一种插管封隔器，其特征在于所述弹性锚爪的下端内壁与插入管的外壁之间留有空隙。

9.根据权利要求1或2所述的一种插管封隔器，其特征在于所述坐封锁紧机构包括上外套、活塞、锁簧、连接套，所述上外套的内径为变径结构，其上端内径小于下端内径，所述上外套上端与中心管密封连接，下端套装活塞并与连接套连接，在所述中心管上设有出液孔并使活塞的上端面与上外套的变径处有空隙，所述连接套通过螺纹与上外套下端连接、并通过第二启动销钉与所述解封解卡机构的下连接套连接，锁簧设置在上外套内位于连接套的上端，锁簧与活塞外周设置的锁齿相配置。

10.根据权利要求1所述的一种插管封隔器，其特征在于所述解封滑套内设置有锥面。