CN108397154B - 一种防遇阻的液压封隔器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防遇阻的液压封隔器，属井下作业工具技术领域。该液压封隔器由上接头、下接头、内中心管、外中心管、上锥体和下锥体构成：内中心管的一端连接有上接头；内中心管的另一端连接有下接头；内中心管上活动装有外中心管；外中心管的一端连接有上导环；外中心管的另一端螺纹连接有释放套，释放套一端装有下锥体；外中心管上活动装有下导环；下导环另一端螺纹连接有活塞套；活塞套内活动装有上活塞和下活塞；上活塞和下活塞之间的外中心管上固装有上活塞挡环。该液压封隔器，结构简单、设计巧妙；解决了现有封隔器存有的极易提前坐封的问题，满足了油田使用的需要。

Description

一种防遇阻的液压封隔器

技术领域

本发明涉及一种防遇阻的液压封隔器，属井下作业工具技术领域。

背景技术

在石油勘探开采领域，封隔器可以起到封隔产层或施工层的作用，以用于防止层间流体和压力互相干扰，从而适应各种分层技术措施的需要，便于进行堵漏、封串等修井作业的使用。此外封隔器还可以隔绝层间液体和压力用以保护油田套管，从而改善套管的工作条件，进而保存并充分利用地层能量提高油井生产效率。因此封隔器是油田作业生产中的重要部件；然而由于现有封隔器结构原因的限制，或者作业中人为因素的影响，当封隔器遇阻、遇卡、井斜大、稠油、下钻太快、管柱不当旋转等情况时，极易导致现有封隔器提前坐封的问题；这一问题不仅会增加井下作业的工作量，增加作业成本，而且还会影响到油井生产的正常运行，以及井控安全问题。因此有必要研发一种封隔器，使其具备防止提前坐封的功能，以避免以上问题的发生。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种结构简单、设计巧妙，以解决现有封隔器存有的极易提前坐封问题的防遇阻的液压封隔器。

本发明的技术方案是：

一种防遇阻的液压封隔器，它由上接头、下接头、内中心管、外中心管、胶筒组件、上导环、下导环、卡瓦、上锥体和下锥体构成；其特征在于：内中心管的一端螺纹连接有上接头；内中心管的另一端螺纹连接有下接头；内中心管上活动装有外中心管；内中心管的圆周面上通过凹槽安装有多个凸轮块；各凸轮块与外中心管上设置的安装孔插接连接；外中心管的一端螺纹连接有上导环；外中心管的另一端螺纹连接有释放套，释放套一端的内中心管上通过解封销钉装有下锥体；外中心管上活动装有下导环；下导环一端与上导环之间设置有胶筒组件；下导环另一端螺纹连接有活塞套；活塞套内活动装有上活塞和下活塞；上活塞和下活塞之间的外中心管上通过挡环螺钉固装有上活塞挡环；上活塞挡环一侧的下活塞上设置有下活塞挡环；下活塞挡环与活塞套的内孔台阶面抵触连接；下活塞一端螺纹连接有锁环座；锁环座一端螺纹连接有上锥体；上锥体通过下锁环与释放套啮合连接；上锥体一端与下锥体之间通过卡瓦套装有卡瓦；上锥体另一端的锁环座上通过上锁环装有锁环套；锁环套的一端与活塞套螺纹连接；锁环套的另一端通过坐封销钉与上锥体连接。

所述的卡瓦为分片式结构；卡瓦与卡瓦套之间设置有卡瓦弹簧；卡瓦套通过卡瓦销钉与上锥体连接。

所述的下锥体与卡瓦之间的接触面为带有一定倾斜角度的平面。

所述的解封销钉、卡瓦销钉和坐封销钉为剪切销钉。

所述的内中心管的一端设置有平衡孔；内中心管中部和上活塞挡环上设置有打压孔；内中心管通过打压孔与活塞套连通。

所述的上活塞挡环为上下片结构；上活塞挡环通过挡环螺钉紧定固装在外中心管的装配环槽内。

所述的胶筒组件由胶筒和钢丝网背圈构成；胶筒的两侧分别设置有钢丝网背圈。

所述的外中心管内孔为阶梯通孔；内中心管的圆周面上设置有阶梯凸缘；阶梯凸缘与外中心管内孔的阶梯部分间歇抵触连接。

所述的释放套的一端设置有切缝；释放套的一端通过锯齿形棘齿与下锥体啮合连接。

所述的下锥体的一端固装有导向螺钉；导向螺钉与卡瓦套上设置的滑孔滑动连接。

所述的上锁环和下锁环为C形结构，上锁环和下锁环的内外表面分别设置有单向棘齿；与上锁环连接的锁环座外侧和锁环套内侧分别设置有与上锁环棘齿相适配的锯齿，上锁环通过棘齿与锯齿分别与锁环座和锁环套啮合连接；与下锁环连接的释放套外侧和上锥体内侧分别设置有与下锁环棘齿相适配的锯齿，下锁环通过棘齿与锯齿分别与释放套和上锥体啮合连接。

所述的内中心管通过紧定螺钉分别与上接头和下接头固定连接；外中心管通过紧定螺钉与释放套固定连接。

所述的凸轮块的顶端与下导环的内壁滑动连接；凸轮块的底端与凹槽间歇卡接连接；凸轮块的底端两侧设置为斜面；凹槽的两侧与内中心管呈弧形过渡连接。

所述的下导环的内孔为阶梯通孔；下导环内孔的细端部分与凸轮块滑动连接；下导环内孔的阶梯部分与外中心管圆周面阶梯部分抵触连接。

本发明的优点在于：

该防遇阻的液压封隔器，结构简单、设计巧妙；采用了在外中心管上设置凸轮块和上活塞挡环的结构设计；采用该种设计后，在上提或下放管柱的过程中，可有效防止遇阻的冲击力造成胶筒组件提前坐封和解封的问题；而且该液压封隔器向内打压可完成坐封动作，上提管柱即可完成解封动作，操作简单；解决了现有封隔器存有的极易提前坐封的问题，满足了油田使用的需要。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中A处的放大结构示意图；

图3为图1中B处的放大结构示意图；

图4为图1中C处的放大结构示意图；

图5为图1中D处的放大结构示意图；

图6为本发明的坐封结构示意图；

图7为本发明剪切解封销钉时的结构示意图；

图8为本发明释放爪下锥体脱离接触时的结构示意图；

图9为本发明完全解封时的结构示意图。

图中：1、上接头，2、下接头，3、内中心管，4、外中心管，5、上导环，6、下导环，7、卡瓦，8、上锥体，9、下锥体，10、凸轮块，11、凹槽，12、释放套，13、解封销钉，14、活塞套，15、上活塞，16、下活塞，17、挡环螺钉，18、上活塞挡环，19、下活塞挡环，20、锁环座，21、下锁环，22、卡瓦套，23、上锁环，24、锁环套，25、坐封销钉，26、卡瓦销钉，27、卡瓦弹簧，28、平衡孔，29、打压孔，30、胶筒，31、钢丝网背圈，32、阶梯凸缘，33、紧定螺钉，34、导向螺钉,35、套管。

具体实施方式

该防遇阻的液压封隔器由上接头1、下接头2、内中心管3、外中心管4、胶筒组件、上导环5、下导环6、卡瓦7、上锥体8和下锥体9构成：内中心管3的一端螺纹连接有上接头1；内中心管3的另一端螺纹连接有下接头2；内中心管3通过紧定螺钉33分别与上接头1和下接头2固定连接；如此设置的目的在于：以使内中心管3与上接头1和下接头2保持相对固定避免其发生松动问题。

内中心管3上活动装有外中心管4；外中心管4内孔为阶梯通孔；内中心管3的圆周面上设置有阶梯凸缘32；阶梯凸缘32与外中心管4内孔的阶梯部分间歇抵触连接；如此设置的目的在于：以使该液压封隔器上提解封时，内中心管3能够通过阶梯凸缘32带动外中心管4一起移动（参见说明书附图8）。

内中心管3的圆周面上通过凹槽11安装有多个凸轮块10；各凸轮块10与外中心管4上设置的安装孔插接连接；下导环6的内孔为阶梯通孔；下导环6内孔的细端部分与凸轮块10滑动连接；如此设置的目的在于：以使该液压封隔器在坐封前；下导环6将凸轮块10压制在凹槽11中；从而使内中心管3与外中心管4在凸轮块10的作用下能够保持一体，

下导环6内孔的阶梯部分与外中心管4圆周面阶梯部分抵触连接（参见说明书附图2）。如此设置的目的在于：以使下导环6受到向下的作用力时，下导环6能够通过阶梯部分将作用力传递到外中心管4上。

凸轮块10的底端与凹槽11间歇卡接连接；凸轮块10的底端两侧设置为斜面；凹槽11的两侧与内中心管3呈弧形过渡连接。如此设置凸轮块10和凹槽11的目的在于：以使该封隔器进行解封过程中，内中心管3能够通过凹槽11的弧形过渡部分和凸轮块10的斜面部分将凸轮块10顶出凹槽11，从而使内中心管3与能够外中心管4发生相对移动，进而避免了凸轮块10的底端和凹槽11呈直角时，内中心管3无法将凸轮块10顶出问题的发生。

外中心管4的一端螺纹连接有上导环5；外中心管4的另一端螺纹连接有释放套12。外中心管4通过紧定螺钉33与释放套12固定连接。

释放套12一端的内中心管3上通过解封销钉13装有下锥体9；释放套12的一端设置有切缝；释放套12的一端通过锯齿形棘齿与下锥体9啮合连接。

下锥体9的一端固装有导向螺钉34；导向螺钉34与卡瓦套22上设置的滑孔滑动连接。设置导向螺钉34的目的在于：一是使下锥体9在导向螺钉34的引导下沿卡瓦套22上的滑孔移动；防止其发生“偏移”的问题；二是使解封过程中，上锥体8通过圆周面上的台阶面带动卡瓦套22上移时，卡瓦套22能够通过导向螺钉34带动下锥体9一起上移。

外中心管4上活动装有下导环6；下导环6一端与上导环5之间设置有胶筒组件；胶筒组件由胶筒30和钢丝网背圈31构成；胶筒30的两侧分别设置有钢丝网背圈31（参见说明书附图1）。如此设置的目的在于：以使坐封过程中，钢丝网背圈31受压变形后，能够紧贴着套管35内壁，使其对胶筒30形成保护，进而避免了胶筒30在坐封及承压过程中发生胶料流失的问题，从而保证了坐封的密封效果。

下导环6另一端螺纹连接有活塞套14；活塞套14内活动装有上活塞15和下活塞16；上活塞15和下活塞16之间的外中心管4上通过挡环螺钉17固装有上活塞挡环18；上活塞挡环18为上下片结构；上活塞挡环18通过挡环螺钉17紧定固装在外中心管4的装配环槽内。

内中心管3的一端设置有平衡孔28；设置平衡孔28的目的在于：以使解封过程中，内中心管3能够通过平衡孔28与套管35连通，进而减轻了上提内中心管3进行解封过程中的“抽汲”现象。

内中心管3中部和上活塞挡环18上设置有打压孔29；内中心管3通过打压孔29与活塞套14连通。坐封时，坐封压力可通过打压孔29传递到上活塞15和下活塞16之间。

上活塞挡环18一侧的下活塞16上设置有下活塞挡环19。下活塞挡环19与活塞套14的内孔台阶面抵触连接（参见说明书附图3）；如此设置下活塞挡环19的目的在于：活塞套14受到向上的压力时，活塞套14能够通过内孔台阶面将压力传递到下活塞挡环19上，进而通过下活塞挡环19和上活塞挡环18将压力传递到外中心管4上。

下活塞16一端螺纹连接有锁环座20；锁环座20一端螺纹连接有上锥体8；上锥体8通过下锁环21与释放套12啮合连接；下锁环21为C形结构，下锁环21的内外表面分别设置有单向棘齿；与下锁环21连接的释放套12外侧和上锥体8内侧分别设置有与下锁环21棘齿相适配的锯齿，下锁环21通过棘齿与锯齿分别与释放套12和上锥体8啮合连接。下锁环21只能沿释放套12单向移动；如此即可防止上锥体8将卡瓦7顶出坐封后，上锥体8发生后移的问题，从而保证了该封隔器的坐封力。

上锥体8一端与下锥体9之间通过卡瓦套22装有卡瓦7；卡瓦7为分片式结构；卡瓦7与卡瓦套22之间设置有卡瓦弹簧27；卡瓦套22通过卡瓦销钉26与上锥体8连接。

下锥体8与卡瓦7之间的接触面为带有一定倾斜角度的平面。当下锥体8与卡瓦7之间的接触面为平面时，下锥体8不能与卡瓦7 产生相对转动；如此当内中心管3右旋，内中心管3通过解封销钉13将旋转力传递到下锥体8时，由于卡瓦7会阻碍下锥体8产生转动，因此在内中心管3旋转力的作用下，可直接将解封销钉13剪断，而后上提内中心管3即可实现紧急释放。

上锥体8另一端的锁环座20上通过上锁环23装有锁环套24。锁环套24的一端与活塞套14螺纹连接；锁环套24的另一端通过坐封销钉25与上锥体8连接。解封销钉13、卡瓦销钉26和坐封销钉25为剪切销钉，当剪切销钉受到一定的剪切力时，剪切销钉将会被剪断。

上锁环23为C形结构，上锁环23的内外表面分别设置有单向棘齿；与上锁环23连接的锁环座20外侧和锁环套24内侧分别设置有与上锁环23棘齿相适配的锯齿，上锁环23通过棘齿与锯齿分别与锁环座20和锁环套24啮合连接；如此设置上锁环23的目的在于：以使活塞套14只能带动锁环套24和上锁环23在锁环座20上单向移动；从而当与活塞套14连接的下导环6挤压胶筒组件完坐封后，上锁环23使活塞套14和下导环6保持坐封力，从而避免了下导环6发生松动，胶筒组件发生泄漏的问题。

该防遇阻的液压封隔器坐封时（参见说明书附图6），首先在该封隔器的底部连接坐封球座；而后将该封隔器通过油管下放到油田套管35的预定位置。随后向油管内投球，当球落到坐封球座上对油管内部形成封堵后，通过油管向内中心管3内打压；液压力通过打压孔29穿过外中心管4后传递到活塞套14内，此时在液压力的作用下，推动上活塞15和下活塞16。

上活塞15受压后，推动下导环6向上移动；下导环6向上移动过程中在上导环5的配合下挤压胶筒组件；胶筒组件的两侧受压后径向直径变大与套管35贴合从而将套管35密封。下导环6向上移动过程中还通过活塞套14带动锁环套24和上锁环23一起向上运动；当该胶筒组件完全坐封时下导环6停止运动，此时由于上锁环23只能沿锁环座20向上单向移动，不能向下移动，因此可使下导环6保持永久的坐封力，进而避免了下导环6发生后退导致的泄漏问题。

下活塞16受压后，推动锁环座20和上锥体8剪断坐封销钉25和卡瓦销钉26后向下移动；上锥体8向下移动过程中，在下锥体9的配合相通过自身的锥面挤压卡瓦7，卡瓦7受压后径向张开咬合套管35，进而实现锚定。在上锥体8下移动过程中，带动下锁环21沿释放套12向下运动，此时由于下锁环21只能沿释放套12的锯齿单向移动，因此避免了上锥体8回弹问题的发生，进而永久保持了卡瓦7的锚定力；至此该液压封隔器全部完成坐封动作。

该防遇阻的液压封隔器解封时，直接上提内中心管3，内中心管3拉断解封销钉13后上移；此时内中心管3通过平衡孔28与套管35连通，如此即可平衡内中心管3的内部和外部的压力，进而可减轻“抽汲”效应，有效保护井筒。

内中心管3上移过程中，内中心管3通过凹槽11挤压凸轮块10，将其顶出凹槽11，从而使内中心管3能够与外中心管4发生相对移动（此时凸轮块10的顶部与下导环6存有一定的间隙因此凹槽11可将凸轮块10顶出）。

继续上提内中心管3，内中心管3通过阶梯凸缘32和在外中心管4内孔阶梯部分的配合下带动外中心管4一起上移（参见说明书附图7）。此时释放套12的底部将失去内中心管3的支撑；释放套12失去支撑后将在弹力的作用下变形收缩从而与下锥体9分离（参见说明书附图7）。

继续上提内中心管3，内中心管3通过外中心管4带动上导环5和释放套12一起上移；如此胶筒组件失去上导环5的挤压后在自身弹力的作用下外径变小，恢复至初始状态，从而与套管35脱离接触，接触密封。

释放套12向上移动后与下锥体9脱离接触，此时下锥体9在自身重力的作用下下移，卡瓦7的右侧失去支撑；此时，卡瓦7在卡瓦弹簧27的作用下，与套管35脱离接触，从而解除锚定（参见说明书附图8）。

随后继续上提内中心管3，内中心管3带动外中心管4和释放套12上移，当释放套12的左端面与下活塞16抵触时，通过下活塞16带动锁环座20和上锥体8上移；上锥体8的圆周台阶面带动卡瓦套22和卡瓦7一起上移；卡瓦套22上移过程中通过导向螺钉34带动下锥体9一起上移（参见说明书附图9）；最后整个封隔器将被拖出套管35，至此完成解封及回收工作。

该防遇阻的液压封隔器遇上特殊情况，紧急释放时，直接右旋内中心管3，此时在旋转力的作用下内中心管3剪断解封销钉13，而后上提内中心管3，此时该防遇阻的液压封隔器将重复解封动作，当整个封隔器将被拖出套管35后，即完成紧急释放工作。

该防遇阻的液压封隔器，下入到油田套管35的过程中，该封隔器的上导环5、下导环6和下锥体9等最大外径处极易受到套管35冲击。

此时该液压封隔器处于坐封状态前，凸轮块10的下端位于内中心管3的凹槽11内部，凸轮块10的上端与下导环6抵触；此时下导环6将凸轮块10完全限制在内中心管3和外中心管4的内部，从而使内中心管3和外中心管4保持相对固定（参见说明书附图1）。

上导环5的左端与上接头1抵触，上导环5的与外中心管4螺纹连接；当上导环5受到向上阻力时，向上的阻力将通过上接头1传递到内中心管3上；当上导环5受到向下阻力时向下的阻力将通过外中心管4和凸轮块10传递到内中心管3；由此即可确保上导环5受到阻力时，与内中心管3和外中心管4保持相对位置不变，从而避免了上导环5压缩胶筒组件发生提前坐封的问题。

下导环6的左侧内孔台阶与外中心管4的圆周台阶面抵触连接；下导环6的右端与活塞套14连接，活塞套14内部的台阶面与下活塞挡环19抵触连接；下活塞挡环19与上活塞挡环18抵触连接（参见说明书附图3）；当下导环6受到向下的阻力时，下导环6将通过左侧内孔台阶将阻力传递到外中心管4上；当下导环6受到向上的阻力时，向上的阻力将通过活塞套14传递到下活塞挡环19上，下活塞挡环19将阻力通过上活塞挡环18传递到外中心管4上；传递到外中心管4上的向上或向下的阻力将通过凸轮块10传递到内中心管3上；如此即可确保下导环6与内中心管3和外中心管4保持相对位置不变，从而避免了下导环6压缩胶筒组件发生提前坐封的问题。

下锥体9的一端与释放套12啮合连接，下锥体9的内孔台阶面与内中心管3抵触连接（参见说明书附图1）；当下锥体9受到向上的阻力时，向上的阻力将通过下锥体9的内孔台阶面传递到内中心管3上；当下锥体9受到向下的阻力时，向下的阻力将通过释放套12将阻力传递到外中心管4上，如此即可确保下锥体9与内中心管3和外中心管4保持相对位置不变，从而避免了下锥体9发生提前坐封的问题。

该防遇阻的液压封隔器，结构简单、设计巧妙；向内打压可完成坐封动作，上提管柱即可完成解封动作，操作简单；解决了现有封隔器存有的极易提前坐封的问题，满足了油田使用的需要。

Claims (5)

1.一种防遇阻的液压封隔器，它由上接头（1）、下接头（2）、内中心管（3）、外中心管（4）、胶筒组件、上导环（5）、下导环（6）、卡瓦（7）、上锥体（8）和下锥体（9）构成；其特征在于：内中心管（3）的一端螺纹连接有上接头（1）；内中心管（3）的另一端螺纹连接有下接头（2）；内中心管（3）上活动装有外中心管（4）；内中心管（3）的圆周面上通过凹槽（11）安装有多个凸轮块（10）；各凸轮块（10）与外中心管（4）上设置的安装孔插接连接；外中心管（4）的一端螺纹连接有上导环（5）；外中心管（4）的另一端螺纹连接有释放套（12），释放套（12）一端的内中心管（3）上通过解封销钉（13）装有下锥体（9）；外中心管（4）上活动装有下导环（6）；下导环（6）一端与上导环（5）之间设置有胶筒组件；下导环（6）另一端螺纹连接有活塞套（14）；活塞套（14）内活动装有上活塞（15）和下活塞（16）；上活塞（15）和下活塞（16）之间的外中心管（4）上通过挡环螺钉（17）固装有上活塞挡环（18）；上活塞挡环（18）一侧的下活塞（16）上设置有下活塞挡环（19）；下活塞挡环（19）与活塞套（14）的内孔台阶面抵触连接；下活塞（16）一端螺纹连接有锁环座（20）；锁环座（20）一端螺纹连接有上锥体（8）；上锥体（8）通过下锁环（21）与释放套（12）啮合连接；上锥体（8）一端与下锥体（9）之间通过卡瓦套（22）装有卡瓦（7）；上锥体（8）另一端的锁环座（20）上通过上锁环（23）装有锁环套（24）；锁环套（24）的一端与活塞套（14）螺纹连接；锁环套（24）的另一端通过坐封销钉（25）与上锥体（8）连接。

2.根据权利要求1所述的一种防遇阻的液压封隔器，其特征在于：所述的卡瓦（7）为分片式结构；卡瓦（7）与卡瓦套（22）之间设置有卡瓦弹簧（27）；卡瓦套（22）通过卡瓦销钉（26）与上锥体（8）连接；解封销钉（13）、卡瓦销钉（26）和坐封销钉（25）为剪切销钉。

3.根据权利要求2所述的一种防遇阻的液压封隔器，其特征在于：所述的下锥体（9 ）与卡瓦（7）之间的接触面为带有一定倾斜角度的平面。

4.根据权利要求3所述的一种防遇阻的液压封隔器，其特征在于：所述的内中心管（3）的一端设置有平衡孔（28）；内中心管（3）中部和上活塞挡环（18）上设置有打压孔（29）；内中心管（3）通过打压孔（29）与活塞套（14）连通；所述的上活塞挡环（18）为上下片结构；上活塞挡环（18）通过挡环螺钉（17）紧定固装在外中心管（4）的装配环槽内；所述的胶筒组件由胶筒（30）和钢丝网背圈（31）构成；胶筒（30）的两侧分别设置有钢丝网背圈（31）。

5.根据权利要求4所述的一种防遇阻的液压封隔器，其特征在于：所述的外中心管（4）内孔为阶梯通孔；内中心管（3）的圆周面上设置有阶梯凸缘（32）；阶梯凸缘（32）与外中心管（4）内孔的阶梯部分间歇抵触连接。