CN104120996B - 封隔器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种封隔器，包括液压缸，在液压缸的内侧和外侧分别设置有内缸套和外缸套，在内缸套的内部形成有液体容纳空间，在外缸套的外侧还设置有能膨胀和缩回的座封筒以实现封隔器的座封和解封。在液压缸的上游端设置有承受液压力的受力槽，在液压缸的下游端设置有弹性件，使得液压缸能够上下运动。在内缸套上设置有波浪形导轨，在液压缸上设置有与该波浪形导轨配合使用的导向杆，使得液压缸上下运动的同时还能够周向转动，以使得封隔器实现自动座封和解封。这种封隔器不但能实现多次座封，而且座封力可控，使用也比较方便。

Description

封隔器

技术领域

本发明涉及一种油田开发工具，更具体地涉及一种封隔器。

背景技术

在油田开发过程中，特别是在水平井中，通常需要使用一趟管柱实现多次座封、多次解封。而封隔器是实现座封和解封最常用的工具，通常，封隔器按结构可分为：自封式、压缩式、楔入式、扩张式、组合式等；按座封原理可分为：提放管柱式、转动管柱式、自封式、热力膨胀式等。

通常，封隔器在油井中不能实现多次座封，例如液力封隔器利用液压缸挤压密封材料实现座封。在座封过程中，密封材料膨胀；而在解封时，上提管柱将锁环解锁。在座封前为防止中途座封，需要使用销钉固定，而座封时将剪短销钉，这导致该作业过程不可逆。即便有些封隔器能够实现多次座封，但是存在座封力不易控制的情况，这往往造成套管变形或者井壁损坏，为下一次作业埋下隐患。因此，急需一种能够实现多次座封，并且座封力可控、井下事故率低的封隔器。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题，本发明提出了一种封隔器。这种封隔器不但能实现多次座封，而且座封力可控。

根据本发明，提出了一种封隔器，包括，

液压缸，在液压缸的内侧设置有内缸套，在液压缸的外侧设置有外缸套，在液压缸、内缸套和外缸套的周向侧壁上均设置有能彼此连通的通孔，在内缸套内部形成有液体容纳空间，

承托液压缸的上游短节和下游短节，在上游短节和液压缸的上游端之间形成有受力槽以驱动液压缸朝向下游运动，在下游短节和液压缸的下游端之间设置有弹性件以驱动液压缸朝向上游运动，

在外缸套的外侧还设置有能膨胀和缩回的座封筒，座封筒的上游端和下游端分别固定连接于上游短节和下游短节，在座封筒和外缸套之间形成有膨胀空间，在外缸套的通孔上还设置有防止液体从膨胀空间流出的单向阀，

在内缸套的周向外壁上设置有波浪形导轨，在液压缸上设置有与波浪形导轨配合使用的导向杆以引导液压缸在上下运动的同时还周向转动，

贯穿所述外缸套的周向侧壁设置有第一泄压孔和第二泄压孔，在所述上游短节的周向侧壁上设置有与所述第二泄压孔对齐的第三泄压孔，所述第一泄压孔与所述膨胀空间相连通，在所述液压缸的周向外侧壁上，与所述液压缸上的通孔所处的母线位置不同的母线位置处构造有能够使所述第一泄压孔与所述第二泄压孔连通的液流槽，

当处于初始状态时，弹性件处于未压缩状态，导向杆处于波浪形导轨的第一凸峰处，这时液压缸上的通孔不与内缸套和外缸套上的通孔连通，

为了实现座封，向液体容纳空间内充入液体并加压，液压缸在液压力作用下朝向下游运动而压缩弹性件，同时在导轨和导向杆的引导下液压缸还周向转动，当导向杆与波浪形导轨的第一凹谷相接触时，液压缸运动到下死点，液压缸、内缸套和外缸套上的通孔连通并且第一泄压孔、第二泄压孔和第三泄压孔不连通使得液体流入到膨胀空间内，这时座封筒在液压力作用下径向向外膨胀而封隔器实现座封，将液体容纳空间内泄压，在单向阀的作用下，膨胀空间内的液体不会流出使得封隔器保持座封状态，这时液压缸在弹性件和导轨的作用下向上游运动，当导向杆与波浪形导轨的第二凸峰相接触时，液压缸运动到上死点，

为了解除座封，向液体容纳空间内充入液体并加压，液压缸在液压力作用下朝向下游运动并压缩弹性件，同时在导轨和导向杆的引导下液压缸继续周向转动，当导向杆与波浪形导轨的第二凹谷相接触时，液压缸运动到下死点，这时设置在液压缸的周向外侧壁上的液流槽使第一泄压孔、第二泄压孔和第三泄压孔连通，并且液压缸、内缸套和外缸套的通孔不连通使得膨胀空间内的液体通过液流槽和第一泄压孔、第二泄压孔和第三泄压孔而排出，座封筒收缩而实现封隔器解除座封，将液体容纳空间内泄压，液压缸在弹性件和导轨的作用下向上游运动，当导向杆与波浪形导轨的第三凸峰相接触时，液压缸运动到上死点并且封隔器返回到初始状态。

根据本发明的封隔器通过施加液压力将座封筒胀开而实现座封，卸掉液压力而实现解封从而实现多次座封。此外，本发明的封隔器的座封力受弹性件的弹力控制，从而座封力是可控的不会造成套管变形或者井壁损坏。

在一个实施例中，弹性件为弹簧。弹簧易于制造和使用，降低了生产成本。在另一个实施例中，座封筒为橡胶密封筒。橡胶密封筒具有较好的弹性易于多次膨胀和收缩，并且使用寿命也较长。

在一个实施例中，座封筒以梯形扣的方式连接于上游短节和下游短节。这种连接方式能够承受较大的压力，避免在座封和解封期间出现泄漏。

在一个实施例中，波浪形导轨的凸峰和凹谷为均匀设置，并且沿液压缸的转动方向，凹谷和前方相邻的凸峰的周向距离为零，凹谷和后方相邻的凸峰的周向距离与液压缸上的通孔所处的母线和液流槽所处的母线之间的周向距离相等。这种设计使得每施加一次液压力即可实现封隔器的一次座封或解封，方便了施工现场的操作。在另一个实施例中，液压缸上的通孔和液流槽均为多个并且成间隔均匀布置。

在一个实施例中，导向杆的数量为一个。该一个导向杆即可实现引导液压缸的运动，方便了封隔器的设计和制造，降低了生产成本。

在一个实施例中，液流槽设置在液压缸的通孔的上游，并且液流槽沿轴向的宽度大于或等于第一泄压孔与第二泄压孔之间的沿轴向的距离。在另一个实施例中，第一泄压孔、第二泄压孔以及外缸套上的通孔处于相同的母线位置，并且第一泄压孔和第二泄压孔在轴向方向中的位置处于液流槽的范围内。这种设计保证液流槽能够导通第一泄压孔和第二泄压孔，使得液体能从膨胀空间中流出而封隔器解封。在一个优选内的实施例中，第二泄压孔和第三泄压孔设置在所述第一泄压孔的上游。

在一个实施例中，内缸套和外缸套上的通孔为多个并且在周向上均匀分布。在另一个实施例中，第一泄压孔、第二泄压孔和第三泄压孔的数量为多个并且在周向上均匀分布。多个通孔和泄压孔能够使得座封筒快速膨胀或快速缩回，从而实现快速座封或解封。

在本申请中，用语“初始状态”是指在封隔器非工作时的状态。用语“下游”、“上游”规定为靠近井口为上游，远离井口为下游。用语“未压缩状态”是指弹性件处于还可以被进一步压缩的状态。用语“周向距离”是指在圆周方向上的距离。

与现有技术相比，本发明的优点在于，本发明的封隔器通过使用能膨胀和缩回座封筒和弹性件，实现了多次座封。此外，本发明的封隔器的座封力受弹性件的弹力控制，从而座封力是可控的不会造成套管变形或者井壁损坏。另外，本发明使用波浪形导轨来引导液压缸的运动，结构简单并且实现了复杂的功能，操作也非常方便。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1是根据本发明的封隔器的结构示意图；

图2是根据本发明的封隔器的波浪形导轨的示意图；

图3-5显示了根据本发明的封隔器的座封和解封过程示意图；

图6显示了根据本发明的封隔器的节流阀在打开状态的示意图；

图7显示了根据本发明的封隔器的节流阀在关闭状态的示意图。

在图中，相同的构件由相同的附图标记标示。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步说明。

图1示意性地显示了根据本发明的封隔器10。封隔器10包括液压缸11、设置在液压缸11内侧的内缸套12和设置在液压缸11外侧的外缸套13，在内缸套12的内部形成有液体容纳空间14以用于容纳液压液体。在外缸套13的外侧还设置有膨胀和缩回的座封筒20，而在外缸套13和座封筒20之间形成膨胀空间21，座封筒20的固定方式将在下文中进行描述。在一个实施例中，座封筒20为橡胶密封筒。

在液压缸11、内缸套12和外缸套13的周向侧壁上均设置有通孔15、16、17，这些通孔能彼此连通以便于容纳在液体容纳空间14内的液压流体流入膨胀空间21内，使座封筒20膨胀而实现座封。在外缸套13的通孔17上还设置有单向阀19，单向阀19仅允许液体流入膨胀空间21内而禁止液体从膨胀空间21流出以保证封隔器10的座封状态。在一个实施例中，这些通孔15、16、17包括多个，并且在周向上均匀设置，有助于液压流体快速流入膨胀空间21内以实现封隔器10的快速座封。

封隔器10还包括承载液压缸11的上游短节31和下游短节32。在上游短节31和液压缸11的上游端之间形成有受力槽18。在一个实施例中，液压缸11的上游端实际上形成台阶面，其中凹陷的部分形成这里所述的受力槽18台阶面。受力槽18会接受液压力以驱动液压缸11朝向下游运动。在下游短节32和液压缸11的下游端之间设置有弹性件33以驱动液压缸11朝向上游运动。在一个实施例中，弹性件33为弹簧。此外，座封筒20的上游端和下游端分别固定连接于上游短节31和下游短节32。在一个实施例中，座封筒20以梯形扣的方式连接于上游短节31和下游短节32，这种连接方式能够承受较大的压力，避免在座封和解封期间出现泄漏。为了便于装配，还可以将上游短节31构造有能拆卸的上压套34，而下游短节32构造有能拆卸的下压套35，如图1所示。这样，上压套34的一端可拆卸地连接于上游短接31，另一端用于固定座封筒20的上游端。下压套35的连接方式与上压套34相同，这里不再赘述。

为了能够封隔器10的解封，如图1所示，在外缸套13的周向侧壁上设置有第一泄压孔40和第二泄压孔41，并且第一泄压孔40与膨胀空间21相连通。在上压套34的周向侧壁上设置有与第二泄压孔41对齐的第三泄压孔43，并且在液压缸11的周向外侧壁上构造有液流槽44。液流槽44能够将第一泄压孔40与第二泄压孔41连通，从而将膨胀空间21内的导出到封隔器10之外而实现封隔器10的解封。

如图1所示，液流槽44设置在液压缸11的通孔15的上游，并且液流槽44沿轴向的宽度大于或等于第一泄压孔40与第二泄压孔41之间的轴向距离。此外，第一泄压孔40、第二泄压孔41以及通孔17处于相同的母线位置，并且第一泄压孔40和第二泄压孔41在轴向方向中的位置处于液流槽44的范围内。这方便了生产制造，并且不论液压缸11朝向上游运动还是朝向下游运动，第一泄压孔40和第二泄压孔41始终处于液流槽44的范围内（但不一定将第一泄压孔40和第二泄压孔41导通），从而保证了液流槽44能够将第一泄压孔40和第二泄压孔41导通。在一个优选的实施例中，第二泄压孔41和第三泄压孔42设置在第一泄压孔40的上游。这样，当液流槽44使第一泄压孔40与第二泄压孔41和第三泄压孔42连通时，膨胀空间21内的流体会经第一泄压孔40、液流槽44和第二泄压孔41和第三泄压孔42而流出道封隔器10之外，座封筒20收缩使得封隔器10解封。在一个优选的实施例中，第一泄压孔40、第二泄压孔41和第三泄压孔42的数量为多个并且在周向上均匀分布。这样，膨胀空间21内的液体能够快速流出而实现快速解封。

在内缸套12的周向外壁上设置有波浪形导轨22（图2示意性地显示了波浪形导轨22的示意图），在液压缸11上设置有与波浪形导轨22配合使用的导向杆23。如图2所示，波浪形导轨22为锯齿形，即波浪形导轨22的凸峰和凹谷为均匀设置，并且沿液压缸的转动方向（如图2中的箭头方向），凹谷51和前方相邻的凸峰52的周向距离为零（即，凹谷和前方相邻的凸峰处于相同的轴向位置），而凹谷51和后方相邻的凸峰53的周向距离L1与液压缸11上的通孔15所处的母线和液流槽44所处的母线之间的周向距离相等。这样，液压缸11每上下运动一次就会转动一定的角度而实现封隔器10的座封或解封。这种自动座封和解封过程将在下文中详细描述。在这里，用语“前方”是指液压缸11的转动朝向的方向。

下面将根据图3-7来描述封隔器10座封过程和解封过程。

当封隔器10处于初始状态时，如图3所示，弹性件33处于未压缩状态，并且导向杆23处于波浪形导轨22的第一凸峰25处（如图3的A-A剖视图）。这时，通孔15与通孔16和通孔17不连通，而液流槽44使第一泄流孔40与第二泄流孔41连通。

在实现座封时，如图4所示，向液体容纳空间14内充入液体并加压。液压缸11的受力槽18承受液压力而使得液压缸11朝向下游运动并压缩弹性件33，与此同时在导轨22和导向杆23的引导下，液压缸11还周向转动。当导向杆23与波浪形导轨22的第一凹谷24相接触时，液压缸11运动到下死点即液压缸11不能再继续向下游运动，这时通孔15、16、17连通并且单向阀19打开（如图6所示）而第一泄压孔40、第二泄压孔41和第三泄压孔42不连通使得液体流入到膨胀空间21内，座封筒20在液压力作用下径向向外膨胀，封隔器10实现座封。

在实现座封后，将液体容纳空间14内泄压，单向阀19关闭（如图7所示），膨胀空间21内的液体不会流出使得封隔器10保持座封状态。在这种情况下，液压缸11在弹性件33的作用下向上游运动，由于第一凹谷24与第二凸峰27处于相同的轴向位置，因此液压缸11不会周向转动。当导向杆23与波浪形导轨22的第二凸峰27相接触时，液压缸11运动到上死点。

在解除座封时，如图5所示，向液体容纳空间14内充入液体并加压。液压缸11的受力槽18承受液压力而使得液压缸11朝向下游运动并压缩弹性件33，与此同时在导轨22和导向杆23的引导下，液压缸11继续周向转动。当导向杆23与波浪形导轨22的第二凹谷26相接触时，液压缸11运动到下死点。这时液流槽44使第一泄压孔40、第二泄压孔41和第三泄压孔42连通并且通孔15、16、17不连通，如图6所示。膨胀空间21内的液体经液流槽44、第一泄压孔40、第二泄压孔41和第三泄压孔42排出到封隔器10之外，座封筒20收缩从而封隔器10实现解封。

在实现解封后，将液体容纳空间14内泄压，液压缸11在弹性件33的作用下向上游运动，由于第二凹谷26与第三凸峰28处于相同的轴向位置，因此液压缸11不会周向转动。当导向杆23与波浪形导轨22的第三凸峰28相接触时，液压缸11运动到上死点并且封隔器10返回到初始状态。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种封隔器，包括，

液压缸，在所述液压缸的内侧设置有内缸套，在所述液压缸的外侧设置有外缸套，在所述液压缸、内缸套和外缸套的周向侧壁上均设置有能彼此连通的通孔，在所述内缸套内部形成有液体容纳空间，

承托所述液压缸的上游短节和下游短节，在所述上游短节和所述液压缸的上游端之间形成有受力槽以驱动所述液压缸朝向下游运动，在所述下游短节和所述液压缸的下游端之间设置有弹性件以驱动所述液压缸朝向上游运动，

在所述外缸套的外侧还设置有能膨胀和缩回的座封筒，所述座封筒的上游端和下游端分别固定连接于所述上游短节和下游短节，在所述座封筒和所述外缸套之间形成有膨胀空间，在所述外缸套的通孔上还设置有防止液体从所述膨胀空间流出的单向阀，

在所述内缸套的周向外壁上设置有波浪形导轨，在所述液压缸上设置有与所述波浪形导轨配合使用的导向杆以引导所述液压缸在上下运动的同时还周向转动，

贯穿所述外缸套的周向侧壁设置有第一泄压孔和第二泄压孔，在所述上游短节的周向侧壁上设置有与所述第二泄压孔对齐的第三泄压孔，所述第一泄压孔与所述膨胀空间相连通，在所述液压缸的周向外侧壁上，与所述液压缸上的通孔所处的母线位置不同的母线位置处构造有能够使所述第一泄压孔与所述第二泄压孔连通的液流槽，

当处于初始状态时，所述弹性件处于未压缩状态，所述导向杆处于所述波浪形导轨的第一凸峰处，这时所述液压缸上的通孔不与所述内缸套和外缸套上的通孔连通，

为了实现座封，向所述液体容纳空间内充入液体并加压，所述液压缸在液压力作用下朝向下游运动而压缩弹性件，同时在所述导轨和导向杆的引导下所述液压缸还周向转动，当所述导向杆与所述波浪形导轨的第一凹谷相接触时，所述液压缸运动到下死点，液压缸、内缸套和外缸套上的通孔连通，所述单向阀打开并且所述第一泄压孔、第二泄压孔和第三泄压孔不连通使得液体流入到所述膨胀空间内，这时座封筒在液压力作用下径向向外膨胀而封隔器实现座封，将液体容纳空间内泄压，在单向阀的作用下，所述膨胀空间内的液体不会流出使得所述封隔器保持座封状态，这时所述液压缸在弹性件和导轨的作用下向上游运动，当所述导向杆与所述波浪形导轨的第二凸峰相接触时，所述液压缸运动到上死点，

为了解除座封，向所述液体容纳空间内充入液体并加压，所述液压缸在液压力作用下朝向下游运动并压缩弹性件，同时在所述导轨和导向杆的引导下所述液压缸继续周向转动，当所述导向杆与所述波浪形导轨的第二凹谷相接触时，所述液压缸运动到下死点，这时设置在所述液压缸的周向外侧壁上的液流槽使所述第一泄压孔、第二泄压孔和第三泄压孔连通并且所述液压缸、内缸套和外缸套的通孔不连通使得所述膨胀空间内的液体通过所述液流槽和第一泄压孔、第二泄压孔和第三泄压孔而排出，座封筒收缩而实现封隔器解除座封，将液体容纳空间内泄压，所述液压缸在弹性件和导轨的作用下向上游运动，当所述导向杆与所述波浪形导轨的第三凸峰相接触时，所述液压缸运动到上死点并且封隔器返回到初始状态。

2.根据权利要求1所述的封隔器，其特征在于，所述液流槽设置在所述液压缸的通孔的上游，并且所述液流槽沿轴向的宽度大于或等于第一泄压孔与第二泄压孔之间的沿轴向的距离。

3.根据权利要求2所述的封隔器，其特征在于，所述第一泄压孔、第二泄压孔以及所述外缸套上的通孔处于相同的母线位置，并且所述第一泄压孔和第二泄压孔在轴向方向中的位置处于所述液流槽的范围内。

4.根据权利要求3所述的封隔器，其特征在于，所述第二泄压孔和第三泄压孔设置在所述第一泄压孔的上游。

5.根据上述权利要求中任一项所述的封隔器，其特征在于，所述波浪形导轨的凸峰和凹谷为均匀设置，并且沿液压缸的转动方向，凹谷和前方相邻的凸峰的周向距离为零，凹谷和后方相邻的凸峰的周向距离与所述液压缸上的通孔所处的母线和液流槽所处的母线之间的周向距离相等。

6.根据权利要求5所述的封隔器，其特征在于，所述液压缸上的通孔和液流槽均为多个并且成间隔均匀布置。

7.根据权利要求1所述的封隔器，其特征在于，所述座封筒以梯形扣的方式连接于所述上游短节和下游短节。

8.根据权利要求1所述的封隔器，其特征在于，所述第一泄压孔、第二泄压孔和第三泄压孔的数量为多个并且在周向上均匀分布。

9.根据权利要求1所述的封隔器，其特征在于，所述内缸套和外缸套上的通孔为多个并且在周向上均匀分布。

10.根据权利要求1所述的封隔器，其特征在于，所述座封筒为橡胶密封筒。