CN104863540A - 一种液压坐封旋转解封的卡瓦封隔器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液压坐封旋转解封的卡瓦封隔器，属油气井井下作业工具领域。该封隔器包括中心管、上接头、下接头、卡瓦、活塞套和释放套；中心管的一端装有上接头，另一端装有C型环；上接头一侧的中心管上装有内套；内套上通过锥体释放轴和键块A卡装有卡瓦上锥体和卡瓦下锥体；卡瓦上锥体和卡瓦下锥体之间装有卡瓦。该封隔器结构紧凑；坐封、锚定，解封机构设计精巧；坐封安全，可防止提前坐封，在多个封隔器同时使用时可轻松实现逐级解封；解决了以往多级解封难的问题。该封隔器同时能承受来自封隔器上方和下方的双向压力。特别适用于直井与小斜度井中进行注水(气)、层间封隔、分注分采、多层测试、增产措施作业使用。

Description

一种液压坐封旋转解封的卡瓦封隔器

技术领域

本发明涉及一种液压坐封旋转解封的卡瓦封隔器，属油气井井下作业工具领域。

背景技术

封隔器是用于井下套管或裸眼里封隔油、气、水层的专用工具。它通过外力作用，使胶筒长度缩短和直径变大密封油、套环形空间，分隔封隔器上下的油（气、水）层，从而实现油、水井的分层测试、分层采油、分层注水、分层改造和封堵水层。其广泛应用于钻井、固井、测试、完井等，可进行生产、注水(气)、层间封隔、分注分采、多层测试、增产措施作业等。

传统液压封隔器由于结构原因，通常是采用剪切销钉的结构，直接上提解封，其悬挂能力较差，且井下作业时，常常由于温度及压力变化，易引起管柱伸缩，造成封隔器提前解封；且在当多个封隔器一起使用时，会产生很大的解封力，使解封产生很大风险；且现有常规液压封隔器普遍承压能力较低，内通径较小不适合大孔径完井和多层组合封隔器完井的问题。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种结构紧凑；坐封、锚定，解封机构设计巧妙，可有效防止提前坐封，且解封简单容易；适用于直井与小斜度井中进行注水(气)、层间封隔、分注分采、多层测试、增产措施作业使用的液压坐封旋转解封的卡瓦封隔器。

本发明的技术方案是：

一种液压坐封旋转解封的卡瓦封隔器；包括中心管、上接头、下接头、卡瓦、活塞套和释放套；其特征在于：中心管的一端螺纹安装有上接头，中心管的另一端端头通过装配槽安装有C型环；上接头一侧的中心管上通过剪切销钉A安装有内套；内套上通过锥体释放轴和对称状设置的键块A卡装有卡瓦上锥体和卡瓦下锥体；卡瓦上锥体和卡瓦下锥体之间通过卡瓦护套和片弹簧装有卡瓦；内套一侧的中心管上安装有衬套，衬套一侧的中心管上安装有中间接头；中间接头与中心管之间设置有剪切销钉B，中间接头的一端与衬套螺纹连接；中间接头的另一端螺纹安装有下接头，衬套上通过胶筒隔环间隔状安装有胶筒A、胶筒B和胶筒C；胶筒A与卡瓦下锥体之间的衬套上装有导环；中间接头上通过释放套安装有活塞套，活塞套的一端与衬套活动卡接；释放套通过剪切销钉C与活塞套连接固定；释放套与活塞套之间设置有锁环，剪切销钉C一侧的释放套和活塞套上通过卷皮销安装有键块B；所述的剪切销钉B一侧的中间接头上设置有C型环卡槽。

所述的中心管上设置有外凸台，中间接头上设置有内凸台，内凸台与外凸台接触连接；内凸台一侧的中间接头上通过装配槽安装有挡块，挡块下方的中心管上圆周上设置有J型内槽，挡块与J型内槽滑动连接。

所述的J型内槽数量为4个，J型内槽在中心管圆周上均匀布置。

所述的锁环为开口环，锁环的内、外表面分别设置有锁环齿；与锁环对应的活塞套内表面和释放套外表面分别设置有单向齿；锁环由锁环齿通过与单向齿的配合分别与释放套和活塞套连接。

所述的释放套上设置有一字口紧定螺钉，一字口紧定螺钉与锁环滑动接触连接。

所述的导环一端与卡瓦下锥体螺纹连接；导环另一端与胶筒A接触连接。

所述的中心管与上接头之间通过紧定螺钉固定；中间接头与下接头之间通过紧定螺钉固定。

所述的片弹簧装通过紧定螺钉与卡瓦上锥体连接。

本发明的优点在于：

1.    锚定机构具有双向卡瓦，能承受来自封隔器上方和下方的双向压力；

2.    密封机构为两种硬度的三节胶筒，密封性能好；

3.    独有的棘轮锁环装置将锁紧和保持坐封力，坐封持久有效；

4.    卡瓦在入井和解封取出时由片弹簧压住，同时锥体被键块挡住，只有在液压力作用下受到锥体压挤时伸出，有效避免常规封隔器的提前坐封地风险；

5.    在坐封时，封隔器本体不动，无需移动油管，作业时可一个或多个下入井中；

6.    独特的解封机构，解封简单易操作，右旋管柱解封后，上提管柱即可解封，同时可在不影响下级封隔器的情况，逐级解封；

7.    除了有解封销钉外，还有解封键块的解封启动机构，双重防止提前解封可，有效避免由于井下作业，管柱因长度伸缩而带来的提前解封的风险。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1A处的放大结构示意图；

图3为本发明的J型内槽展开结构示意图；

图4为图1B-B向的截面结构示意图；

图5为图1C-C向的截面结构示意图；

图6为本发明的坐封状态示意图；

图7为本发明的解封状态示意图。

图中：1、中心管，2、上接头，3、下接头，4、卡瓦，5、活塞套，6、释放套，7、紧定螺钉，8、C型环，9、剪切销钉A，10、内套，11、锥体释放轴，12、键块A，13、卡瓦上锥体，14、卡瓦下锥体，15、卡瓦护套，16、片弹簧，17、衬套，18、中间接头，19、剪切销钉B，20、C型环卡槽，21、胶筒隔环，22、胶筒A，23、胶筒B，24、胶筒C，25、导环，26、剪切销钉C，27、锁环，28、卷皮销，29、键块B，30、一字口紧定螺钉，31、外凸台，32、内凸台，33、挡块，34、J型内槽，35、打压孔。

具体实施方式

该液压坐封旋转解封的卡瓦封隔器包括中心管1、上接头2、下接头3、卡瓦4、活塞套5和释放套6。中心管1的一端螺纹安装有上接头2，中心管1与上接头2之间通过紧定螺钉7固定。中心管1的另一端端头通过装配槽安装有C型环8。

上接头2一侧的中心管1上通过剪切销钉A9安装有内套10；内套10上通过锥体释放轴11和对称状设置的键块A12卡装有卡瓦上锥体13和卡瓦下锥体14。卡瓦上锥体13和卡瓦下锥体14之间通过卡瓦护套15和片弹簧16装有卡瓦4；片弹簧16并通过紧定螺钉7与卡瓦上锥体13连接。

内套10一侧的中心管1上安装有衬套17，衬套17一侧的中心管1上安装有中间接头18；中间接头18与中心管1之间设置有剪切销钉B19，中间接头18的一端与衬套17螺纹连接；中间接头18的另一端螺纹安装有下接头3，中间接头18与下接头3之间并通过紧定螺钉7固定；剪切销钉B19一侧的中间接头18上设置有C型环卡槽20。

衬套17上通过胶筒隔环21间隔状安装有胶筒A22、胶筒B23和胶筒C24；胶筒A22与卡瓦下锥体14之间的衬套17上装有导环25；导环25的一端与卡瓦下锥体14螺纹连接；导环25另一端与胶筒A22接触连接。

中间接头18上通过释放套6安装有活塞套5，活塞套5的一端与衬套17活动卡接。活塞套5与衬套17卡接处的衬套17和与其对应的中心管1上设置有打压孔35。释放套6通过剪切销钉C26与活塞套5连接固定；释放套6与活塞套5之间设置有锁环27。锁环27为开口环，锁环27的内、外表面分别设置有锁环齿；与锁环27对应的活塞套5内表面和释放套6外表面分别设置有单向齿；锁环27由锁环齿通过与单向齿的配合分别与释放套6和活塞套7连接。释放套6上设置有一字口紧定螺钉30，一字口紧定螺钉与锁环27滑动接触连接。一字口紧定螺钉30的目的是防止锁环27周向转动。

剪切销钉C26一侧的释放套6和活塞套5上通过卷皮销28安装有键块B29。中心管1上设置有外凸台31，中间接头18上设置有内凸台32，内凸台32与外凸台31接触连接；内凸台32一侧的中间接头18上通过装配槽安装有挡块33，挡块33下方的中心管1上圆周上设置有J型内槽34，挡块33与J型内槽34滑动连接。

该液压坐封旋转解封的卡瓦封隔器工作时，底部需要连接一个打压球座让油管密封，用来提供液压力让封隔器坐封。封隔器达到预定位置后，小排量投球，开始泵压。中心管1与内套10构成一个启动活塞机构，剪切销钉A9是启动销钉，当中心管1压力值达到启动压力时，剪切销钉A9被剪断，内套10就会上移，此时坐封启动。坐封启动后，由于失去支撑, 键块A12会从锥体释放轴11中释放。其中由衬套17与活塞套5构成一个坐封活塞。当液压力达到剪切销钉C26的设定值后，剪切销钉C26被剪断，活塞套5带着锁环27依次推动挤压胶筒C24、胶筒B23、胶筒A22使其膨胀变形，并通过导环25推动卡瓦下锥体14挤压卡瓦4开始坐封。由于该卡瓦封隔器的卡瓦上锥体13与卡瓦护套15螺纹连接，且在卡瓦护套15内装右片弹簧16和卡瓦4，下井时，卡瓦4会被片弹簧16压住缩在卡瓦护套15内。坐封时，在液压力的不断增加下，卡瓦下锥体14挤压卡瓦4并将片弹簧16压缩，卡瓦4露出卡瓦护套15,咬入套管，实现锚定。该卡瓦封隔器的锁环27的内外锁环齿皆是单向的锯齿螺纹，锁环27的外锁环齿与活塞套5的内单向齿啮合连接，锁环27的内锁环齿与释放套6的外单向齿13啮合，使锁环27和活塞套5与释放套6之间只能产生单向运动。因此，胶筒C24、胶筒B23、胶筒A22被挤压膨胀变形后，由于锁环27只能单向运动，因此会锁死活塞套5和释放套6，从而保持坐封力，从而可承受来自该封隔器上方和下方的双向压力。

该封隔器解封时需要提供右旋扭矩，然后上提管柱即可顺利解封。

坐封完成后，活塞套5已经上移，当中心管1右旋时，键块B29会弹起（但不会掉落，由卷皮销28挡住），中间接头18的内凸台32会旋到J型内槽34的长直槽中，中心管1与中间接头18分开；与此同时，挡块33会进入到J型内槽34的长直槽中，释放套6被释放。各胶筒会产生回弹力，迫使活塞套5带着锁环27与释放套6一起向下滑动，各胶筒解封。

解封上提管柱时，上接头2会带着中心管1向上运动，当中心管1带动内套10向上运动与锥体释放轴11接触，锥体释放轴11上左边的键块A12带动卡瓦上锥体13、卡瓦护套15向前移动一定距离，卡瓦4左端失去支撑，在片弹簧16的弹力作用下缩回，与套管失去锚定。

在上提管柱过程中，C型环8起初是回缩在中心管1的装配槽内，再上提一段距离后，C型环8会回弹出并卡在中间接头18的C型环卡槽20内，这样中心管1、中间接头18以及下接头3就被C型环8锁定，中心管1无法后退与中间接头18保持固定，由此可以防止再次坐封的误操作。在中心管1上提到一定距离后，其外凸台31会抵住衬套17。最后卡瓦4与各胶筒都成功解封，中心管1可带动封隔器整体回收。

该封隔器只有当中心管1、中间接头18以及下接头3被C型环8锁定并上提管柱的时候，才会对下级封隔器产生上提力。该封隔器的中心管1圆周轴向均布有4个J型内槽34（如附图3示）。中间接头18的内凸台32与J型内槽34滑动配合，通过旋转后提放产生轴向相对位移，同时周向固定，由此可传递扭矩；在有多级封隔器的管串中，由于上接头2与下接头3没有直接连接，解封前一级时，完全对后面的管柱无影响，也不会出现解封力累计，解封力无法传递，解封难的情况；因此在多个封隔器同时使用时（多级坐封），可轻松实现逐级解封；以解决以往多级解封难的困难。

该封隔器的J型内槽21在处于安装与坐封的状态时，中间接头18的4个内凸台32与中心管内J型内槽34有相应的相位关系（如附图3示B-B），以保证中心管1与中间接头18及下接头3固定在整个管柱中；在处于安装状态时，在中心管1、中间接头18、释放套6与活塞套5的周向有键块B29固定，键块B29通过卷皮销28挡在中间接头18内（如附图4示C-C）。该封隔器结构紧凑；坐封、锚定，解封机构设计精巧；坐封安全，可防止提前坐封，在多个封隔器同时使用时可轻松实现逐级解封；解决了以往多级解封难的问题。该封隔器同时能承受来自封隔器上方和下方的双向压力。特别适用于直井与小斜度井中进行注水(气)、层间封隔、分注分采、多层测试、增产措施作业使用。

Claims (8)

1.一种液压坐封旋转解封的卡瓦封隔器；包括中心管（1）、上接头（2）、下接头（3）、卡瓦（4）、活塞套（5）和释放套（6）；其特征在于：中心管（1）的一端螺纹安装有上接头（2），中心管（1）的另一端端头通过装配槽安装有C型环（8）；上接头（2）一侧的中心管（1）上通过剪切销钉A（9）安装有内套（10）；内套（10）上通过锥体释放轴（11）和对称状设置的键块A（12）卡装有卡瓦上锥体（13）和卡瓦下锥体（14）；卡瓦上锥体（13）和卡瓦下锥体（14）之间通过卡瓦护套（15）和片弹簧（16）装有卡瓦（4）；内套（10）一侧的中心管（1）上安装有衬套（17），衬套（17）一侧的中心管（1）上安装有中间接头（18）；中间接头（18）与中心管（1）之间设置有剪切销钉B（19），中间接头（18）的一端与衬套（17）螺纹连接；中间接头（18）的另一端螺纹安装有下接头（3），衬套（17）上通过胶筒隔环（21）间隔状安装有胶筒A（22）、胶筒B（23）和胶筒C（24）；胶筒A（22）与卡瓦下锥体（14）之间的衬套（17）上装有导环（25）；中间接头（18）上通过释放套（6）安装有活塞套（5），活塞套（5）的一端与衬套（17）活动卡接；释放套（6）通过剪切销钉C（26）与活塞套（5）连接固定；释放套（6）与活塞套（5）之间设置有锁环（27），剪切销钉C（26）一侧的释放套（6）和活塞套（5）上通过卷皮销（28）安装有键块B（29）；所述的剪切销钉B（19）一侧的中间接头（18）上设置有C型环卡槽（20）。

2.根据权利要求1所述的一种液压坐封旋转解封的卡瓦封隔器；其特征在于：所述的中心管（1）上设置有外凸台（31），中间接头（18）上设置有内凸台（32），内凸台（32）与外凸台（31）接触连接；内凸台（32）一侧的中间接头（18）上通过装配槽安装有挡块（33），挡块（33）下方的中心管（1）上圆周上设置有J型内槽（34），挡块（33）与J型内槽（34）滑动连接。

3.根据权利要求2所述的一种液压坐封旋转解封的卡瓦封隔器；其特征在于：所述的J型内槽（34）数量为4个， J型内槽（34）在中心管（1）圆周上均匀布置。

4.根据权利要求1所述的一种液压坐封旋转解封的卡瓦封隔器；其特征在于：所述的锁环（27）为开口环，锁环（27）的内、外表面分别设置有锁环齿；与锁环（27）对应的活塞套（5）内表面和释放套（6）外表面分别设置有单向齿；锁环（27）由锁环齿通过与单向齿的配合分别与释放套（6）和活塞套（5）连接。

5.根据权利要求4所述的一种液压坐封旋转解封的卡瓦封隔器；其特征在于：所述的释放套（6）上设置有一字口紧定螺钉（30），一字口紧定螺钉（30）与锁环（27）滑动接触连接。

6.根据权利要求1所述的一种液压坐封旋转解封的卡瓦封隔器；其特征在于：所述的导环（25）一端与卡瓦下锥体（14）螺纹连接；导环（25）另一端与胶筒A（22）接触连接。

7.根据权利要求1所述的一种液压坐封旋转解封的卡瓦封隔器；其特征在于：所述的中心管（1）与上接头（2）之间和中间接头（18）与下接头（3）之间分别通过紧定螺钉（7）固定。

8.根据权利要求1所述的一种液压坐封旋转解封的卡瓦封隔器；其特征在于：所述的片弹簧（16）通过紧定螺钉（7）与卡瓦上锥体（13）连接。