CN106939777A - 一种防井喷封隔器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种石油天然气行业采油工程使用的防井喷封隔器。它解决油气产层封隔和井下防喷的问题。其技术方案是：滑销固定在锁定筒下部的销子孔内；锁定钢球安装在锁定筒中部的三个通孔内；连接筒上端和锁定筒下端丝扣连接，连接筒下端和锚定筒上端丝扣连接；上隔环、密封胶筒和下隔环整体套在连接筒外圆上；锚爪安装锚定筒上部的三组台阶通孔内；密封芯轴上端和油封芯轴下端丝扣连接，密封芯轴下端和球座丝扣连接，球座安装在下接头内腔下部的凸起台阶面上，密封钢球安装在球座上端面中心的球面上。本发明采用管柱内注入液体的方式进行坐封和解封，控制方便简单；井喷情况下自动实现井下高压封堵，保证生产安全。
Description
技术领域
本发明涉及一种石油天然气行业采油工程使用的防井喷封隔器。
背景技术
在石油天然气行业，封隔器是油田用于试油、采油、注水和油层改造过程中不可或缺的井下工具。在采油工程中封隔器用于产层分层，封隔器内部设计有采油通道，外部有封隔元件，主要为密封胶筒，封隔器具有坐封和解封的功能。通常封隔器为适应不同井下工况，设计有一定参数范围的密封压力，然而在采油过程中，井下情况是复杂多变的，尤其在注水驱油等采油方式下，水井内压力普遍高于油井，容易诱发井喷、井涌等情况发生。而当发生严重的井涌、井喷等异常情况时，仅仅具备正常生产功能使用的封隔器是不具备封堵井涌、井喷的密封能力的。虽然井口安装有防喷设备，但是在井下发生剧烈的井涌异常现象时，该异常现象通过介质将井下信息传递到井口需要一定的时间，这种信号延迟可能造成巨大的安全事故和经济损失。因此，当发生井涌等异常情况时，封隔器可以在井下产层实现密封油气产层，有效实现井下防喷封堵，是对生产安全的有力保证。
发明内容
本发明的目的是：为了解决油气产层封隔和井下防喷的问题，特提供一种防井喷封隔器。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种防井喷封隔器，是由上接头、锁定筒、锁定芯轴、锁定钢球、滑销、锁定弹簧、推筒、上隔环、连接筒、油封芯轴、密封胶筒、下隔环、锚爪、盖板、锚定筒、增压活塞、复位弹簧、密封芯轴、密封钢球、球座和下接头构成；其结构特征是：上接头上端和上部管柱丝扣连接，下接头下端和下部钻柱丝扣连接；上接头外圆下部设置为台阶轴；锁定筒上部周向均匀设置三个过流孔，锁定筒中部周向均匀设置三个通孔，锁定筒下部设置一销子孔，锁定筒内腔下部设置一圈台阶面；锁定芯轴外圆上部设置一圈梯形截面凹槽，锁定芯轴外圆中部设置一圈滑槽，滑槽设置有相邻的长行程槽和短行程槽，锁定芯轴外圆下部设置一圈台阶面；锁定芯轴置入锁定筒内腔，锁定弹簧安装在锁定筒内腔下部的台阶面上，锁定芯轴外圆下部的台阶面压紧锁定弹簧；滑销一端固定在锁定筒下部的销子孔内，滑销另一端置入锁定芯轴外圆中部的滑槽内；锁定钢球安装在锁定筒中部的三个通孔内，锁定钢球有一部分进入锁定芯轴外圆上部的梯形截面凹槽内，锁定钢球的球径大于锁定筒中部的壁厚；锁定筒上端和上接头内腔下端丝扣连接；推筒内腔上部台阶孔插入上接头外圆下部台阶轴，推筒内腔中部设置一圈梯形截面凹槽；连接筒中部周向均匀设置两个通孔，连接筒上端和锁定筒下端丝扣连接，连接筒下端和锚定筒上端丝扣连接；密封胶筒上端和上隔环硫化固定，密封胶筒下端和下隔环硫化固定；上隔环、密封胶筒和下隔环整体套在连接筒外圆上；油封芯轴外圆上端设置一圈凸起台阶，油封芯轴外圆下端设置一圈凸起台阶，油封芯轴置入连接筒和和锚定筒的内腔，油封芯轴外圆和连接筒与锚定筒内腔形成的环形腔室内充满液压油；锚定筒内腔中部设置一圈台阶面，锚定筒上部周向均匀设置三组台阶通孔，任意一组台阶通孔轴向布置数量为两个；锚爪外端面中部设置有径向凹槽，锚爪外端面设置有锚定齿；锚爪安装锚定筒上部的三组台阶通孔内，盖板用螺钉固定在锚定筒外圆上，盖板穿过锚爪外端面中部的径向凹槽；密封芯轴上部周向均匀设置三个通孔，密封芯轴外圆下部设置为台阶轴，密封芯轴内腔下部设置有圆锥面；密封芯轴上端和油封芯轴下端丝扣连接，密封芯轴下端和球座丝扣连接；增压活塞内腔下端设置一圈凸起台阶，复位弹簧安装在增压活塞内腔下端凸起台阶上；增压活塞和复位弹簧整体套入密封芯轴上部外圆，增压活塞上端密封锚定筒内腔下部和油封芯轴外圆下端凸起台阶形成的环形腔，增压活塞下端凸起台阶密封锚定筒内腔下部和密封芯轴外圆上部形成的环形腔；下接头中部周向均匀设置两个通孔，下接头内腔下部设置一圈凸起台阶面；球座上端面中心设置有球面，球座周向均匀设置四个轴向通孔连通球座上端面和下端面；下接头上端和锚定筒下端丝扣连接，球座安装在下接头内腔下部的凸起台阶面上，密封钢球安装在球座上端面中心的球面上。
本发明的有益效果是：(1)本发明采用管柱内注入液体的方式进行坐封和解封，控制方便简单；(2)本发明在发生井喷的情况下，管柱内部和井眼环空自动实现封堵，防止井喷危害；(3)本发明管内采用自紧式密封，井喷压力越大，密封钢球密封性越好；(4)本发明在发生井喷的情况下，在增压活塞的增压作用下，油封芯轴外圆和连接筒与锚定筒内腔形成的环形腔室内的液压油压力高于井下井喷流体压力，使密封胶筒有效径向膨胀，保障有效封堵井喷流体；(5)本发明油封芯轴外圆和连接筒与锚定筒内腔形成的环形腔室内的液压油压力高于井下井喷流体压力，使锚爪有效张开，井喷压力越大，锚定效果越好，使本发明安全有效地固定在井下，降低管柱滑移的风险；(6)本发明具备常规封隔器的功能，并能有效防治井喷危害，有效实现超高压井喷密封；(7)本发明纯机械结构，适应井下恶劣工况，安全可靠。
附图说明
图1是本发明一种防井喷封隔器解封状态的结构示意图；
图2是本发明一种防井喷封隔器坐封状态的结构示意图；
图3是本发明一种防井喷封隔器井喷封堵状态的结构示意图；
图4是锁定芯轴的三维结构示意图；
图中：1.上接头、2.锁定筒、3.锁定芯轴、4.锁定钢球、5.滑销、6.锁定弹簧、7.推筒、8.上隔环、9.连接筒、10.油封芯轴、11.密封胶筒、12.下隔环、13.锚爪、14.盖板、15.锚定筒、16.增压活塞、17.复位弹簧、18.密封芯轴、19.密封钢球、20.球座、21.下接头。
具体实施方式
如图1、图2和图3所示，本发明一种防井喷封隔器，是由上接头1、锁定筒2、锁定芯轴3、锁定钢球4、滑销5、锁定弹簧6、推筒7、上隔环8、连接筒9、油封芯轴10、密封胶筒11、下隔环12、锚爪13、盖板14、锚定筒15、增压活塞16、复位弹簧17、密封芯轴18、密封钢球19、球座20和下接头21构成；其结构特征是：上接头1上端和上部管柱丝扣连接，下接头21下端和下部钻柱丝扣连接；上接头1外圆下部设置为台阶轴；锁定筒2上部周向均匀设置三个过流孔，锁定筒2中部周向均匀设置三个通孔，锁定筒2下部设置一销子孔，锁定筒2内腔下部设置一圈台阶面；锁定芯轴3置入锁定筒2内腔，锁定弹簧6安装在锁定筒2内腔下部的台阶面上，锁定芯轴3外圆下部的台阶面压紧锁定弹簧6；滑销5一端固定在锁定筒2下部的销子孔内，滑销5另一端置入锁定芯轴3外圆中部的滑槽内；三个锁定钢球4分别安装在锁定筒2中部的三个通孔内，锁定钢球4有一部分进入锁定芯轴3外圆上部的梯形截面凹槽内，锁定钢球4的球径大于锁定筒2中部的壁厚；锁定筒2上端和上接头1内腔下端丝扣连接；推筒7内腔上部台阶孔插入上接头1外圆下部台阶轴，推筒7内腔中部设置一圈梯形截面凹槽；连接筒9中部周向均匀设置两个通孔，连接筒9上端和锁定筒2下端丝扣连接，连接筒9下端和锚定筒15上端丝扣连接；密封胶筒11上端和上隔环8硫化固定，密封胶筒11下端和下隔环12硫化固定；上隔环8、密封胶筒11和下隔环12整体套在连接筒9外圆上；油封芯轴10外圆上端设置一圈凸起台阶，油封芯轴10外圆下端设置一圈凸起台阶，油封芯轴10置入连接筒9和和锚定筒15的内腔，油封芯轴10外圆和连接筒9与锚定筒15内腔形成的环形腔室内充满液压油；锚定筒15内腔中部设置一圈台阶面，锚定筒15上部周向均匀设置三组台阶通孔，任意一组台阶通孔轴向布置数量为两个；锚爪13外端面中部设置有径向凹槽，锚爪13外端面设置有锚定齿；锚爪13安装锚定筒15上部的三组台阶通孔内，盖板14用螺钉固定在锚定筒15外圆上，盖板14穿过锚爪13外端面中部的径向凹槽；密封芯轴18上部周向均匀设置三个通孔，密封芯轴18外圆下部设置为台阶轴，密封芯轴18内腔下部设置有圆锥面；密封芯轴18上端和油封芯轴10下端丝扣连接，密封芯轴18下端和球座20丝扣连接；增压活塞16内腔下端设置一圈凸起台阶，复位弹簧17安装在增压活塞16内腔下端凸起台阶上；增压活塞16和复位弹簧17整体套入密封芯轴18上部外圆，增压活塞16上端密封锚定筒15内腔下部和油封芯轴10外圆下端凸起台阶形成的环形腔，增压活塞16下端凸起台阶密封锚定筒15内腔下部和密封芯轴18外圆上部形成的环形腔；下接头21中部周向均匀设置两个通孔，下接头21内腔下部设置一圈凸起台阶面；球座20上端面中心设置有球面，球座20周向均匀设置四个轴向通孔连通球座20上端面和下端面；下接头21上端和锚定筒15下端丝扣连接，球座20安装在下接头21内腔下部的凸起台阶面上，密封钢球19安装在球座20上端面中心的球面上。
如图4所示，锁定芯轴3外圆上部设置一圈梯形截面凹槽，锁定芯轴3外圆中部设置一圈滑槽，滑槽设置有相邻的长行程槽和短行程槽，锁定芯轴3外圆下部设置一圈台阶面。
本发明一种防井喷封隔器的工作原理是：下入本发明至设计井身位置，此时本发明的状态如图1所示，在井口向管柱内泵入大流量的流体，泵入流体通过锁定筒2上部三个过流孔进入推筒7上部台阶孔，推动推筒7轴向下移，推筒7推动上隔环8压缩密封胶筒11，密封胶筒11轴向压缩，径向鼓胀，当推筒7内腔的梯形截面凹槽运动至锁定钢球4位置处时，锁定芯轴3被泵入流体轴向下推，锁定钢球4一部分滚入推筒7内腔的梯形截面凹槽内，井口减小泵入流体的流量，锁定芯轴3在锁定弹簧6的作用下轴向上移，由于锁定芯轴3外圆中部滑槽的限位作用，滑销5进入锁定芯轴3外圆中部滑槽的短行程槽内，这时本发明的坐封状态被锁定，本发明完成坐封动作，如图2所示；重复上述操作，井口泵入大流量流体，再减小泵入流体的流量，滑销5进入锁定芯轴3外圆中部滑槽的长行程槽内，推筒7在压缩胶筒11的回复力作用下，轴向上移，锁定钢球4一部分滚入锁定芯轴3外圆的梯形截面凹槽内，胶筒恢复形状，本发明解封动作完成，如图1所示；在发生井喷的异常情况下，密封钢球19在高压井喷流体的作用下轴向上移，密封钢球19和密封芯轴19内腔下部的圆锥面贴合，形成自紧式密封，有效封堵管柱内井喷流体，管柱外井喷流体经过下接头21中部的两个通孔进入下接头21内腔和密封芯轴19外圆形成环形腔，井喷流体推动增压活塞16轴向上移，增压活塞16压缩上部油封芯轴10外圆和连接筒9与锚定筒15内腔形成的环形腔室内的液压油，液压油撑开密封胶筒11封堵环空，液压油撑开锚爪13锚定井壁，由于增压活塞16下端面积大于上端面积，故液压油压力始终大于井喷流体压力，保证密封胶筒11始终有效封堵环空。
Claims (2)
1.本发明一种防井喷封隔器，是由上接头(1)、锁定筒(2)、锁定芯轴(3)、锁定钢球(4)、滑销(5)、锁定弹簧(6)、推筒(7)、上隔环(8)、连接筒(9)、油封芯轴(10)、密封胶筒(11)、下隔环(12)、锚爪(13)、盖板(14)、锚定筒(15)、增压活塞(16)、复位弹簧(17)、密封芯轴(18)、密封钢球(19)、球座(20)和下接头(21)构成；其特征是：上接头(1)上端和上部管柱丝扣连接，下接头(21)下端和下部钻柱丝扣连接；上接头(1)外圆下部设置为台阶轴；锁定筒(2)上部周向均匀设置三个过流孔，锁定筒(2)中部周向均匀设置三个通孔，锁定筒(2)下部设置一销子孔，锁定筒(2)内腔下部设置一圈台阶面；锁定芯轴(3)外圆上部设置一圈梯形截面凹槽，锁定芯轴(3)外圆中部设置一圈滑槽，滑槽设置有相邻的长行程槽和短行程槽，锁定芯轴(3)外圆下部设置一圈台阶面；锁定芯轴(3)置入锁定筒(2)内腔，锁定弹簧(6)安装在锁定筒(2)内腔下部的台阶面上，锁定芯轴(3)外圆下部的台阶面压紧锁定弹簧(6)；滑销(5)一端固定在锁定筒(2)下部的销子孔内，滑销(5)另一端置入锁定芯轴(3)外圆中部的滑槽内；三个锁定钢球(4)分别安装在锁定筒(2)中部的三个通孔内，锁定钢球(4)有一部分进入锁定芯轴(3)外圆上部的梯形截面凹槽内，锁定钢球(4)的球径大于锁定筒(2)中部的壁厚；锁定筒(2)上端和上接头(1)内腔下端丝扣连接；推筒(7)内腔上部台阶孔插入上接头(1)外圆下部台阶轴，推筒(7)内腔中部设置一圈梯形截面凹槽；连接筒(9)中部周向均匀设置两个通孔，连接筒(9)上端和锁定筒(2)下端丝扣连接，连接筒(9)下端和锚定筒(15)上端丝扣连接；密封胶筒(11)上端和上隔环(8)硫化固定，密封胶筒(11)下端和下隔环(12)硫化固定；上隔环(8)、密封胶筒(11)和下隔环(12)整体套在连接筒(9)外圆上；油封芯轴(10)外圆上端设置一圈凸起台阶，油封芯轴(10)外圆下端设置一圈凸起台阶，油封芯轴(10)置入连接筒(9)和和锚定筒(15)的内腔，油封芯轴(10)外圆和连接筒(9)与锚定筒(15)内腔形成的环形腔室内充满液压油；锚定筒(15)内腔中部设置一圈台阶面，锚定筒(15)上部周向均匀设置三组台阶通孔，任意一组台阶通孔轴向布置数量为两个；锚爪(13)外端面中部设置有径向凹槽，锚爪(13)外端面设置有锚定齿；锚爪(13)安装锚定筒(15)上部的三组台阶通孔内，盖板(14)用螺钉固定在锚定筒(15)外圆上，盖板(14)穿过锚爪(13)外端面中部的径向凹槽；密封芯轴(18)上部周向均匀设置三个通孔，密封芯轴(18)外圆下部设置为台阶轴，密封芯轴(18)内腔下部设置有圆锥面；密封芯轴(18)上端和油封芯轴(10)下端丝扣连接，密封芯轴(18)下端和球座(20)丝扣连接；增压活塞(16)内腔下端设置一圈凸起台阶，复位弹簧(17)安装在增压活塞(16)内腔下端凸起台阶上；增压活塞(16)和复位弹簧(17)整体套入密封芯轴(18)上部外圆；下接头(21)中部周向均匀设置两个通孔，下接头(21)内腔下部设置一圈凸起台阶面；球座(20)上端面中心设置有球面，球座(20)周向均匀设置四个轴向通孔连通球座(20)上端面和下端面；下接头(21)上端和锚定筒(15)下端丝扣连接，球座(20)安装在下接头(21)内腔下部的凸起台阶面上，密封钢球(19)安装在球座(20)上端面中心的球面上。
2.根据权利要求1所述的防井喷封隔器，其特征在于：所述增压活塞(16)上端密封锚定筒(15)内腔下部和油封芯轴(10)外圆下端凸起台阶形成的环形腔，增压活塞(16)下端凸起台阶密封锚定筒(15)内腔下部和密封芯轴(18)外圆上部形成的环形腔。
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