CN104594848B - 一种高温压缩式封隔器胶筒试验坐封工具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高温压缩式封隔器胶筒试验坐封工具，其包括依次连接的上中心管、拉杆及下中心管，上中心管外侧套设有连接管，连接管上端套设固定有一法兰，拉杆外侧套设有挡环活塞，挡环活塞与拉杆之间形成有空腔，挡环活塞的上端外接有分瓣爪簧，分瓣爪簧的上端面沿轴向插接有压缩距标尺，液缸能移动的套设在挡环活塞及分瓣爪簧上，其上端连接一能与分瓣爪簧相锁合的爪簧套，其下端套设于下中心管的上端外缘上；挡环活塞的外侧面设有外环部，液缸外套的内壁设有内环部，内环部相邻于外环部的下侧，挡环活塞开设有液流孔，拉杆上设有进液孔，进液孔与上中心管的内腔相连通，上中心管与连接管之间另设有解封装置，解封装置承托于凸环上。

Description

一种高温压缩式封隔器胶筒试验坐封工具

技术领域

本发明属于石油开采领域，具体而言，涉及一种悬挂固定在室内高温模拟油井井口法兰上的压缩式封隔器胶筒试验坐封工具，尤其是一种高温压缩式封隔器胶筒试验坐封工具。

背景技术

封隔器是油气田分层开采、测试、注水、注汽、酸化及压裂等工艺措施中常用的井下工具，其中压缩式胶筒是封隔器密封件中最重要的部件。在矿场应用中，封隔器胶筒密封时要承受油套环空地层或地面液体压力以及井内温度、介质影响，导致胶筒可能出现不同程度的变形以至破坏。

为了研制性能优异的封隔器胶筒，除了化学配方设计外，在室内模拟油井的物理性能试验也是非常重要的，其中与模拟油井相配套的使压缩式胶筒实现密封的坐封工具是必不可少的。目前如中国专利公开号为102587852A、202882819U等公开的专利案均是矿场实际应用型，且与各类封隔器相配套使用，但在工作中发现，该类坐封工具功能单一，无法准确测量压缩式胶筒压缩距离；工具内部设有橡胶密封圈，影响判断高温(200℃以上)介质中压缩式胶筒的密封能力；解封必须依靠压缩式胶筒与模拟油井套管内壁摩擦力，由坐封工具结构设计不足而导致压缩式胶筒损坏，不适合室内压缩式胶筒试验条件。

有鉴于此，本发明人根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验，研制出一种高温压缩式封隔器胶筒试验坐封工具，以期解决现有技术存在的问题。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种高温压缩式封隔器胶筒试验坐封工具，能与室内高温模拟油井相配合，测试压缩式胶筒压缩距离、压缩载荷及密封能力的功能，具有耐高温、一型多用、重复使用及安装便捷的优点。

为此，本发明提出一种高温压缩式封隔器胶筒试验坐封工具，其包括依次连接的上中心管、拉杆及下中心管，所述上中心管外侧套设有连接管，所述连接管中设有一与所述上中心管的外侧面相接触的凸环，其上端套设固定有一法兰，所述拉杆外侧套设有挡环活塞，所述挡环活塞与所述拉杆之间形成有空腔，其上端与所述连接管相连接，其下端与所述下中心管相接触，所述挡环活塞的上端外接有分瓣爪簧，所述分瓣爪簧的上端面沿轴向插接有压缩距标尺，液缸能移动的套设在所述挡环活塞及分瓣爪簧上，其上端连接一能与所述分瓣爪簧相锁合的爪簧套，其下端套设于所述下中心管的上端外缘上；

所述挡环活塞的外侧面设有一与所述液缸内壁密封接触的外环部，所述液缸外套的内壁设有一与所述挡环活塞外侧面相密贴的内环部，所述内环部相邻于所述外环部的下侧，所述挡环活塞在所述外环部及内环部之间的位置开设有液流孔，所述拉杆上设有进液孔，所述进液孔与所述上中心管的内腔相连通，其通过所述空腔与所述液流孔相连通，所述上中心管与连接管之间另设有一解封装置，所述解封装置能分离的连接于所述上中心管上，并承托于所述凸环上。

如上所述的高温压缩式封隔器胶筒试验坐封工具，其中，所述解封装置包括套设在所述上中心管的解封套、锁紧套、锁块及锁环，所述解封套的上端外侧与所述连接管的内壁之间形成有一插入空间，其外侧面设有连接螺纹，所述锁紧套、锁紧块及锁环位于所述解封套的下端与所述上中心管之间，所述锁紧套通过解封销钉与所述解封套相连接，所述上中心管外侧设有一沿轴向延伸的凹槽，所述锁块对应放置于所述凹槽中，其上端与所述锁紧套相邻，其下端的外边缘与所述锁环的上端相接触，所述锁环的下端承托于所述凸环上，其中，所述凹槽的上端面为一导引斜面，所述锁块上端的内侧面设有一与导引斜面相匹配的倒角。

如上所述的高温压缩式封隔器胶筒试验坐封工具，其中，所述挡环活塞的内侧面另设有一支撑环部，所述支撑环部与所述拉杆的外侧面相接触，其相邻于所述液流孔的上侧，并将所述空腔分隔为一上空腔及一下空腔，所述支撑环部沿轴向形成有贯通的流道，所述流道对应连通所述上空腔及下空腔。

如上所述的高温压缩式封隔器胶筒试验坐封工具，其中，所述拉杆的上端形成有一连接环，所述连接环套设固定于所述上中心管的下端，其侧壁上形成有所述进液孔，所述连接环的上端外侧另套设有一限位环，在所述拉杆下移时，所述限位环能承托于所述支撑环部上。

如上所述的高温压缩式封隔器胶筒试验坐封工具，其中，所述下中心管的上端面沿轴向凸设有一环耳，所述环耳套接在所述拉杆的下端上，所述挡环活塞的下端则密封套设在所述环耳上。

如上所述的高温压缩式封隔器胶筒试验坐封工具，其中，所述液流孔由所述挡环活塞的内壁至外侧面的方向呈倾斜向下设置。

如上所述的高温压缩式封隔器胶筒试验坐封工具，其中，所述外环部的外侧面，所述环耳的外侧面及所述内环部的内侧面分别嵌设有密封圈。

如上所述的高温压缩式封隔器胶筒试验坐封工具，其中，所述下中心管外侧依次套设有上挡环、隔环、挡环及可调承压套，其下端连接有固定接头，所述可调承压套与所述下中心管及固定接头相螺接。

如上所述的高温压缩式封隔器胶筒试验坐封工具，其中，所述分瓣爪簧的外侧设有锯齿形公扣，所述爪簧套的内侧形成有锯齿形母扣，当所述爪簧套相对于所述分瓣爪簧移动时，所述锯齿形母扣能对应与所述锯齿形公扣相锁合。

与现有技术相比，本发明的高温压缩式封隔器胶筒试验坐封工具，具有以下优点：本发明在工作时，压缩式胶筒的安装只需拆卸可调承压套和固定接头，无需将各个部件完全拆卸，提高了工作效率；在本发明中，其结构没有橡胶类密封件，试验压缩式胶筒上下油套环空密封性时，不受介质温度限制；在下中心管上，可依据压缩式胶筒个数、尺寸的不同增减或调换隔环数量和尺寸，具有一型多用和耐高温性的优点；本发明具有自解封功能，进而解除压缩式胶筒两端的压缩力，并留有回弹空间，防止压缩式胶筒在压缩力作用下与模拟油井套管内壁摩擦而破坏，排除压缩式胶筒发生由于坐封工具结构设计造成的损坏；通过设置压缩距标尺，可直观目测压缩式胶筒压缩距离。

总之，本发明的高温压缩式封隔器胶筒试验坐封工具，能与室内高温模拟油井相配合，测试压缩式胶筒压缩距离、压缩载荷及密封能力的功能，具有耐高温、一型多用、重复使用及安装便捷的优点。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1为本发明的高温压缩式封隔器胶筒试验坐封工具的组成结构示意图。

图2为图1中M处的局部放大示意图。

主要元件标号说明：

1 上中心管

10 解封装置 101 解封套

102 锁紧套 103 锁块

1031 倒角 104 解封销钉

105 锁环 11 凹槽

12 导引斜面 2 拉杆

20 进液孔 21 连接环

22 限位环 3 下中心管

31 环耳 32 上挡环

33 隔环 34 下挡环

35 可调承压套 36 固定接头

4 连接管 41 凸环

42 法兰 43 插入空间

5 挡环活塞 51 外环部

52 液流孔 53 支撑环部

6 分瓣爪簧 7 压缩距标尺

8 液缸 81 内环部

9 爪簧套 H 空腔

H1 上空腔 H2 下空腔

具体实施方式

本发明提出一种高温压缩式封隔器胶筒试验坐封工具，其包括依次连接的上中心管、拉杆及下中心管，所述上中心管外侧套设有连接管，所述连接管中设有一与所述上中心管的外侧面相接触的凸环，其上端套设固定有一法兰，所述拉杆外侧套设有挡环活塞，所述挡环活塞与所述拉杆之间形成有空腔，其上端与所述连接管相连接，其下端与所述下中心管相接触，所述挡环活塞的上端外接有分瓣爪簧，所述分瓣爪簧的上端面沿轴向插接有压缩距标尺，液缸能移动的套设在所述挡环活塞及分瓣爪簧上，其上端连接一能与所述分瓣爪簧相锁合的爪簧套，其下端套设于所述下中心管的上端外缘上；所述挡环活塞的外侧面设有一与所述液缸内壁密封接触的外环部，所述液缸外套的内壁设有一与所述挡环活塞外侧面相密贴的内环部，所述内环部相邻于所述外环部的下侧，所述挡环活塞在所述外环部及内环部之间的位置开设有液流孔，所述拉杆上设有进液孔，所述进液孔与所述上中心管的内腔相连通，其通过所述空腔与所述液流孔相连通，所述上中心管与连接管之间另设有一解封装置，所述解封装置能分离的连接于所述上中心管上，并承托于所述凸环上。

本发明的的高温压缩式封隔器胶筒试验坐封工具，能与室内高温模拟油井相配合，测试压缩式胶筒压缩距离、压缩载荷及密封能力的功能，具有耐高温、一型多用、重复使用及安装便捷的优点。

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，以下结合附图及较佳实施例，对本发明提出的高温压缩式封隔器胶筒试验坐封工具的具体实施方式、结构、特征及功效，详细说明如后。另外，通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入具体的了解，然而所附图仅是提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

图1为本发明的高温压缩式封隔器胶筒试验坐封工具的组成结构示意图。图2为图1中M处的局部放大示意图。

如图1所示，本发明提出的高温压缩式封隔器胶筒试验坐封工具，其包括依次连接的上中心管1、拉杆2及下中心管3，所述上中心管1外侧套设有连接管4，所述连接管4中设有一与所述上中心管1的外侧面相接触的凸环41，其上端套设固定有一法兰42，所述拉杆2外侧套设有挡环活塞5，所述挡环活塞5与所述拉杆2之间形成有空腔H，其上端与所述连接管4相连接，其下端与所述下中心管3相接触，所述挡环活塞5的上端外接有分瓣爪簧6，所述分瓣爪簧6的上端面沿轴向插接有压缩距标尺7，液缸8能移动的套设在所述挡环活塞5及分瓣爪簧6上，其上端连接一能与所述分瓣爪簧6相锁合的爪簧套9，其下端套设于所述下中心管3的上端外缘上；

所述挡环活塞5的外侧面设有一与所述液缸8内壁密封接触的外环部51，所述液缸外套8的内壁设有一与所述挡环活塞5外侧面相密贴的内环部81，所述内环部81相邻于所述外环部51的下侧，所述挡环活塞5在所述外环部51及内环部81之间的位置开设有液流孔52，所述拉杆2上设有进液孔20，所述进液孔20与所述上中心管1的内腔相连通，其通过所述空腔H与所述液流孔52相连通，所述上中心管1与连接管4之间另设有一解封装置10，所述解封装置10能分离的连接于所述上中心管1上，并承托于所述凸环41上。

参见图2，所述解封装置10包括套设在所述上中心管1的解封套101、锁紧套102、锁块103及锁环105，所述解封套101的上端外侧与所述连接管4的内壁之间形成有一插入空间43，其外侧面设有连接螺纹，所述锁紧套102、锁紧块103及锁环105位于所述解封套101的下端与所述上中心管1之间，所述锁紧套102通过解封销钉104与所述解封套101相连接，所述上中心管1外侧设有一沿轴向延伸的凹槽11，所述锁块103对应放置于所述凹槽11中，其上端与所述锁紧套102相邻，其下端的外边缘与所述锁环105的上端相接触，所述锁环105的下端承托于所述凸环41上，其中，所述凹槽11的上端面为一导引斜面12，所述锁块103上端的内侧面设有一与所述导引斜面相匹配的倒角1031，如此设置，可方便锁块103由凹槽11向上中移出。由此，通过解封装置10与上中心管1的连接，能将上中心管1、拉杆2以及下中心管3等夹持悬挂于连接管4的凸环41上。

所述挡环活塞2的内侧面另设有一支撑环部53，所述支撑环部53与所述拉杆2的外侧面相接触，其相邻于所述液流孔52的上侧，并将所述空腔H分隔为一上空腔H1及一下空腔H2，所述支撑环部52沿轴向形成有贯通的流道(图中未示出)，所述流道对应连通所述上空腔H1及下空腔H2，以便于液体顺利进入液流孔52。

在所述拉杆2的上端形成有一连接环21，所述连接环21套设固定于所述上中心管1的下端，其侧壁上形成有所述进液孔20，所述连接环21的上端外侧另套设有一限位环22，在所述拉杆2下移时，所述限位环22能承托于所述支撑环部53上。通过设置该连接环21，能使拉杆2更方便的与上中心管1相连接。另外，所述下中心管3的上端面沿轴向凸设有一环耳31，所述环耳31套接在所述拉杆2的下端上，所述挡环活塞5的下端则密封套设在所述环耳31上。另外，在实际组装时，为了提高部件连接的可靠性，还可将法兰42与连接管4、分瓣爪簧6与压缩距标尺7、以及拉杆2与下中心管3的环耳31分别焊接固定。

如图1所示，为了使液流更顺畅的流动，优选所述液流孔52由所述挡环活塞5的内壁至外侧面的方向呈倾斜向下设置。其中，所述外环部51的外侧面、所述环耳31的外侧面及所述内环部81的内侧面分别嵌设有密封圈(图中未标示)。

其中，所述分瓣爪簧6的外侧设有锯齿形公扣(图中未标示)，所述爪簧套9的内侧形成有锯齿形母扣(图中未标示)，当所述爪簧套9相对于所述分瓣爪6簧移动时，所述锯齿形母扣能对应与所述锯齿形公扣相锁合。需指出的是，对于该分瓣爪簧6及其锯齿形公扣、爪簧套9及其锯齿形母扣，均为现有技术，对其结构及具体工作过程在此不再赘述。

进一步地，所述下中心管3外侧依次套设有上挡环32、隔环33、下挡环34及可调承压套35，其下端连接有固定接头36，所述可调承压套35与所述下中心管3及固定接头36相螺接。需要指出的是，对于隔环的具体数量，在此不作具体限定，可根据实际需要，可将多个隔环套设在下中心管上，具体应用时，则可根据实验的压缩式胶筒数量而定。

本发明提出的高温压缩式封隔器胶筒试验坐封工具，在实施应用时，其具体工作过程如下：

(1)压缩式胶筒的安装：卸下可调承压套35、固定接头36及下挡环34，将准备试验的压缩式胶筒及相应数量的隔环33间隔套装在下中心管3上，随后把固定接头36与下中心管3连接，再将下挡环34、可调承压套35与固定接头36装设在下中心上，并向上旋转可调承压套35，以顶紧压缩式胶筒，完成安装；

(2)试验坐封工具悬挂固定：将已安装好压缩式胶筒的本发明下入高温模拟油井中，并通过连接管4及法兰42悬挂固定在模拟井口的井口法兰上，在连接管4的上端连接打压系统；

(3)试验坐封工具坐封：从井口向连接管及下中心管中注液打压，将一定载荷的压力液依次从连接管4内腔、上中心管1内腔、拉杆2的进液孔20、上空腔H1及支撑环部53的流道进入液流孔52中，最后流至液缸8内，液缸8在液压力的作用下与其上端相连的爪簧套9一起向下移动，而挡环活塞5受反向压力向上推与之油管螺纹联接的连接管4，使连接管4受到的载荷通过法兰42传递至井口处，从而保持不动，使得夹持悬挂于连接管4的凸环41处的中心管1、拉杆2以及下中心管3保持不动，由此，使下行的液缸8和固定不动的可调承压套35压缩胶筒，使胶筒与井下的套管内壁形成密封，同时爪簧套9与固定不动的分瓣爪簧6发生相对移动，通过锯齿形公扣与锯齿形母扣的爬牙自锁，防止液缸8在胶筒回复力的作用下回复，而两者的相对移动距离即为压缩距；随后，通过高温模拟油井对井内介质循环加温，即可进行上、下油套环空密封性能试验，该试验过程与现有技术相同，在此不再赘述。

(4)试验坐封工具解封：密封性能试验结束后，拆卸连接管4上端的打压系统，再从连接管4的上端口向插入空间43中下入专用套筒，套入解封套101外并螺接，之后上提专用套管，带动解封套101剪断解封剪钉104，从而提出解封套101，并解除对锁紧套102、锁块103及锁环105的限制作用，锁块103在试验坐封工具自重(如上中心管、拉杆等)及胶筒回弹力作用下，由上中心管的凹槽11的导引斜面12挤出凹槽，解除与上中心管的连接关系，之后，在胶筒回复力的作用下，上中心管1、拉杆2及下中心管3等下移，压缩式胶筒回复，从而坐封状态解封；然后上提法兰42、连接管4，携带挡环活塞5、以及通过限位环22承托于支撑环部53上的拉杆2及下中心管3等取出模拟油井，同时通过压缩距标尺7目测压缩距，从而完成压缩式胶筒的耐温、耐压、压缩距及压缩载荷试验。

本发明的高温压缩式封隔器胶筒试验坐封工具，能与室内高温模拟油井相配合，测试压缩式胶筒压缩距离、压缩载荷及密封能力的功能，具有耐高温、一型多用、重复使用及安装便捷的优点。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种高温压缩式封隔器胶筒试验坐封工具，其特征在于，所述高温压缩式封隔器胶筒试验坐封工具包括依次连接的上中心管、拉杆及下中心管，所述上中心管外侧套设有连接管，所述连接管中设有一与所述上中心管的外侧面相接触的凸环，其上端套设固定有一法兰，所述拉杆外侧套设有挡环活塞，所述挡环活塞与所述拉杆之间形成有空腔，其上端与所述连接管相连接，其下端与所述下中心管相接触，所述挡环活塞的上端外接有分瓣爪簧，所述分瓣爪簧的上端面沿轴向插接有压缩距标尺，液缸能移动的套设在所述挡环活塞及分瓣爪簧上，其上端连接一能与所述分瓣爪簧相锁合的爪簧套，其下端套设于所述下中心管的上端外缘上；

所述挡环活塞的外侧面设有一与所述液缸内壁密封接触的外环部，所述液缸外套的内壁设有一与所述挡环活塞外侧面相密贴的内环部，所述内环部相邻于所述外环部的下侧，所述挡环活塞在所述外环部及内环部之间的位置开设有液流孔，所述拉杆上设有进液孔，所述进液孔与所述上中心管的内腔相连通，其通过所述空腔与所述液流孔相连通，所述上中心管与连接管之间另设有一解封装置，所述解封装置能分离的连接于所述上中心管上，并承托于所述凸环上。

2.如权利要求1所述的高温压缩式封隔器胶筒试验坐封工具，其特征在于，所述解封装置包括套设在所述上中心管的解封套、锁紧套、锁块及锁环，所述解封套的上端外侧与所述连接管的内壁之间形成有一插入空间，其外侧面设有连接螺纹，所述锁紧套、锁紧块及锁环位于所述解封套的下端与所述上中心管之间，所述锁紧套通过解封销钉与所述解封套相连接，所述上中心管外侧设有一沿轴向延伸的凹槽，所述锁块对应放置于所述凹槽中，其上端与所述锁紧套相邻，其下端的外边缘与所述锁环的上端相接触，所述锁环的下端承托于所述凸环上，其中，所述凹槽的上端面为一导引斜面，所述锁块上端的内侧面设有一与导引斜面相匹配的倒角。

3.如权利要求1或2所述的高温压缩式封隔器胶筒试验坐封工具，其特征在于，所述挡环活塞的内侧面另设有一支撑环部，所述支撑环部与所述拉杆的外侧面相接触，其相邻于所述液流孔的上侧，并将所述空腔分隔为一上空腔及一下空腔，所述支撑环部沿轴向形成有贯通的流道，所述流道对应连通所述上空腔及下空腔。

4.如权利要求3所述的高温压缩式封隔器胶筒试验坐封工具，其特征在于，所述拉杆的上端形成有一连接环，所述连接环套设固定于所述上中心管的下端，其侧壁上形成有所述进液孔，所述连接环的上端外侧另套设有一限位环，在所述拉杆下移时，所述限位环能承托于所述支撑环部上。

5.如权利要求4所述的高温压缩式封隔器胶筒试验坐封工具，其特征在于，所述下中心管的上端面沿轴向凸设有一环耳，所述环耳套接在所述拉杆的下端上，所述挡环活塞的下端则密封套设在所述环耳上。

6.如权利要求5所述的高温压缩式封隔器胶筒试验坐封工具，其特征在于，所述液流孔由所述挡环活塞的内壁至外侧面的方向呈倾斜向下设置。

7.如权利要求6所述的高温压缩式封隔器胶筒试验坐封工具，其特征在于，所述外环部的外侧面，所述环耳的外侧面及所述内环部的内侧面分别嵌设有密封圈。

8.如权利要求7所述的高温压缩式封隔器胶筒试验坐封工具，其特征在于，所述下中心管外侧依次套设有上挡环、隔环、挡环及可调承压套，其下端连接有固定接头，所述可调承压套与所述下中心管及固定接头相螺接。

9.如权利要求1或8所述的高温压缩式封隔器胶筒试验坐封工具，其特征在于，所述分瓣爪簧的外侧设有锯齿形公扣，所述爪簧套的内侧形成有锯齿形母扣，当所述爪簧套相对于所述分瓣爪簧移动时，所述锯齿形母扣能对应与所述锯齿形公扣相锁合。

10.如权利要求1所述的高温压缩式封隔器胶筒试验坐封工具，其特征在于，所述下中心管外侧依次套设有上挡环、隔环、下挡环及可调承压套，其下端连接有固定接头，所述可调承压套与所述下中心管及固定接头相螺接。