CN110566154B - 一种超短型可取式液压封隔器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超短型可取式液压封隔器，属油气井井下作业工具领域。该封隔器包括中心管、上接头和下接头，上接头和下接头之间的中心管中间部位通过导环安装有胶筒和下椎体；上接头一侧的中心管上通过连接环装有上移环和下移环，胶筒和下接头之间的中心管上通过缸套装有上活塞，上活塞与下接头之间的中心管上设置有打压孔。该封隔器的中心管为一体式中心管，增强了封隔器在生产过程中的可靠性和整体性的强度。解决了现有封隔器由于结构复杂，致使加工、组装、测试、使用以及运输都很不方便，且只能承受单向的载荷的问题。该封隔器大大简化了封隔器的整体结构，降低了封隔器的成本，特别适用于油气井的钻井、固井、增产措施作业使用。

Description

一种超短型可取式液压封隔器

技术领域

本发明涉及一种超短型可取式液压封隔器，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、完井中，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，而封隔器又可以分可取式和永久式两种类型。其中可取式液压封隔器在直井分段、增产措施等工艺上使用较多。适用于机械坐封和电缆坐封不宜下入的斜井中。目前市场上同类型可取式液压封隔器由于结构复杂，且封隔器的总长太长（大约在两米左右），致使加工、组装、测试、使用以及运输都很不方便，并且解封过程操作复杂，需要配套相关的解封工具才能实现解封，操作难度较大，且只能承受单向的载荷。因此，有必要对其进行改进。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种结构简单、方便组装、测试和运输；并且便于解封操作，同时可防止在上提过程中防砂机构坐封，以及可承受双向的载荷，保证胶筒在坐封过程中更有效的压缩,进而完成坐封的超短型可取式液压封隔器。

本发明的技术方案是：

一种超短型可取式液压封隔器，包括中心管、上接头和下接头，中心管的一端螺纹安装有上接头，中心管的另一端螺纹安装有下接头；其特征在于：上接头和下接头之间的中心管中间部位通过导环安装有胶筒和下椎体；上接头一侧的中心管上通过连接环装有上移环和下移环，上移环和下移环之间的连接环上装有防砂屏；连接环一侧的中心管上装有上椎体，上椎体与下椎体之间通过左卡瓦套、右卡瓦套和片弹簧装有卡瓦；胶筒和下接头之间的中心管上通过缸套装有上活塞，上活塞与下接头之间的中心管上设置有打压孔。

所述的导环与胶筒接触连接；所述的导环与下椎体之间螺纹连接，下椎体与中心管之间设置有上限位环。

所述的连接环为变径体，连接环与中心管之间设置有密封圈；上移环与连接环之间螺纹连接，下移环卡装在连接环的变径处。

所述的防砂屏截面呈“︿”型；防砂屏的两侧设置有凸缘。

所述的上移环和下移环上分别设置有卡凹，防砂屏通过凸缘与卡凹的配合与上移环和下移环活动卡接。

所述的上椎体与下移环螺纹连接；所述的左卡瓦套通过剪切销钉A与上椎体连接；右卡瓦套通过剪切销钉B与下椎体连接。

所述的上活塞的上表面设置有活塞棘齿，活塞棘齿一端的上活塞上通过紧固螺钉安装有锁环。

所述的缸套内表面的一端设置有缸套棘齿，所述的锁环为C型体，锁环的内表面和外表面分别设置有锁环齿，锁环通过锁环齿与活塞棘齿和缸套棘齿的配合分别与上活塞和缸套啮合连接。

所述的缸套一端通过剪切销钉C与上活塞连接，缸套另一端通过剪切销钉D与下接头连接。

本发明的有益效果在于：

1. 该封隔器设有防砂机构，可阻挡在其生产过程中的环空脏物等一些杂质，从而使卡瓦和胶筒能够顺利解封。

2. 该封隔器的连接环内设有台阶并通过中心管来限位，可防止在上提过程中防砂机构坐封。缸套内设有台阶并通过下接头来限位即可防止在下井过程中胶筒遇阻坐封，又可防止封隔器在坐封过程中解封销钉受力。

3. 该封隔器的中心管上还设有限位环，既可以防止上提过程中胶筒坐封又可以为胶筒解封提供足够的行程。

4. 该封隔器的中心管为一体式中心管，增强了封隔器在生产过程中的可靠性和整体性的强度。

5. 该封隔器的解封机构隶属于坐封机构，坐封行程即为解封行程，大大简化了封隔器的整体结构，降低了封隔器的成本。

6. 该封隔器的总长超短（一米左右），约为市场上同类型的封隔器总长的一半。大大节省了生产以及后期维护的成本，并给运输和使用带来了便利。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中的A处放大结构示意图；

图3是图1中的B处放大结构示意图；

图4是本发明的坐封示意图；

图5是本发明的防砂屏解封示意图；

图6是本发明的卡瓦解封示意图；

图7是本发明的卡瓦解封示意图。

图中：1、中心管，2、上接头，3、下接头，4、导环，5、胶筒，6、下椎体，7、上限位环，8、连接环，9、上移环，10、下移环，11、防砂屏，12、上椎体，13、左卡瓦套，14、右卡瓦套，15、片弹簧，16、卡瓦，17、剪切销钉A，18、剪切销钉B，19、缸套，20、上活塞，21、锁环，22、剪切销钉C，23、剪切销钉D，24、打压孔。

具体实施方式

该超短型可取式液压封隔器包括中心管1、上接头2和下接头3，中心管1的一端螺纹安装有上接头2，中心管1的另一端螺纹安装有下接头3。上接头2和下接头3之间的中心管1中间部位通过导环4安装有胶筒5和下椎体6；导环4与胶筒5接触连接；导环4与下椎体6之间螺纹连接，下椎体6与中心管1之间设置有上限位环7，以限定下椎体6只能沿中心管1向左侧移动。

上接头2一侧的中心管1上通过连接环8装有上移环9和下移环10，中心管1为变径体，连接环8的一端端口处设置有内凸台，连接环8通过内凸台卡装在中心管1的变径处，由此配合上接头2的端面可对连接环8进行轴向限位。上移环和下移环之间的连接环上装有防砂屏11；防砂屏11截面呈“︿”形；防砂屏11的两侧设置有凸缘；凸缘之间的防砂屏11上设置有防砂通孔。连接环8为变径体，连接环8与中心管1之间设置有密封圈；以保证连接环8与中心管1之间的密封性。上移环9与连接环8之间螺纹连接，下移环10卡装在连接环8的变径处。在外力作用下，下移环10可在连接环8上滑动。上移环和9下移环10上分别设置有卡凹，防砂屏11通过凸缘与卡凹的配合与上移环9和下移环10活动卡接。

连接环8一侧的中心管1上装有上椎体12，上椎体12与下移环10螺纹连接；上椎体12与下椎体6之间通过左卡瓦套13、右卡瓦套14和片弹簧15装有卡瓦16；左卡瓦套13通过剪切销钉A17与上椎体12连接；右卡瓦套14通过剪切销钉B18与下椎体连接。

该封隔器的胶筒5和下接头3之间的中心管1上通过缸套19装有上活塞20，缸套19一端通过剪切销钉C22与上活塞20连接，缸套19另一端通过剪切销钉D23与下接头3

连接。

上活塞20的上表面设置有活塞棘齿，活塞棘齿一端的上活塞20上通过紧固螺钉安装有锁环21。锁环21为C型体，锁环21的内表面和外表面分别设置有锁环齿。缸套19内表面的一端设置有缸套棘齿，锁环21通过锁环齿与活塞棘齿和缸套棘齿的配合分别与上活塞20和缸套21啮合连接。工作中，锁环21只能单向相对运动。

上活塞20与下接头3之间的中心管1上设置有打压孔24，打压孔24与中心管1的中心孔连通，以使中心管1中的高压液体由打压孔24进入至上活塞20与下接头3之间，从而为上活塞20提供工作动力。上活塞20的两端分别设置有密封圈，以保证与缸套19和中心管1之间的密封性。

该超短型可取式液压封隔器按功能划分可分为防砂机构、密封机构、坐封锁定机构、锚定机构和解封机构五个部分。

防砂机构：由上移环9、连接环8、防砂屏11、下移环10、以及连接环8与中心管1之间设置的密封圈构成，防砂屏11安装在上移环9和下移环10之间并通过左右两侧设置的凸缘卡装在上移环9和下移环10的卡凹内，防止其左右移动。连接环8通过中心管1来限位，可防在上提过程中防砂机构坐封。

密封机构：由导环4、胶筒5、上活塞20，以及导环4、上活塞20与中心管1之间设置的密封圈构成，在封隔器坐封的过程中胶筒5会封隔油套环空，使其形成密闭空间。

坐封锁定机构：由上接头2、中心管1、剪切销钉C22、紧定螺钉（23）、锁环21、上活塞20、缸套19、下接头3以及固定锁环21的紧固螺钉构成；上活塞20上设置的密封圈可使上活塞20和中心管1之间形成密封，剪切销钉C22将上活塞20和缸套19连接起来，当液压力足够大时，剪切销钉C22就会被剪断，封隔器坐封就会开启。缸套19内设有台阶并通过下接头3来限位即可防止在下井过程中胶筒5遇阻坐封又可防止封隔器在坐封过程中剪切销钉D23（解封销钉）受力。锁环21为C型体，紧固螺钉安装在锁环21开口的位置，防止锁环21转动。工作时，当在中心管1内打压，高压液体经打压孔24作用至上活塞20，上活塞20因受压而产生运动时，锁环,21可在自身弹力作用下径向弹开以使坐封运动顺利通行。

锚定机构：由上锥体12、剪切销钉A17、左卡瓦套13、右卡瓦套14、片弹簧15、卡瓦16、下锥体6以及剪切销钉B18构成。上锥体12与左卡瓦套13通过剪切销钉A17连接，下锥体6与右卡瓦套14通过剪切销钉B18连接，当液压力足够大时，剪断剪切销钉A17和剪切销钉B18从而使上锥体12和下锥体6挤压卡瓦16锚定在套管上形成坐封。卡瓦16为分片式卡瓦，其槽内装有对称的片弹簧15，并整体装入卡瓦套中。在自然状态下，卡瓦16被片弹簧15压缩回卡瓦套内，便于卡瓦16的入井与回收。

解封机构：解封机构隶属于坐封机构由上接头2、中心管1、上限位环7、缸套19、剪切销钉D23以及下接头3构成；上限位环7是C型结构，装在中心管1的安装槽内，中心管1为一体式设计，以增加封隔器整体在生产过程中的可靠性。剪切销钉D23将缸套19和下接头3连接起来，当上提中心管3的力足够大时，剪切销钉D23就会被剪断，封隔器开启解封。

该超短型可取式液压封隔器工作时，首先将该封隔器的下连接头3连接憋压装置，封隔器的上连接头2连接相应的工具，一起下入到指定位置后，向其内孔投入憋压球，憋压球入座后，对油管内部实现封堵。然后向油管内打压高压液体，高压液体穿过中心管1上的打压孔24并推动上活塞20向上移动，并剪断剪切销钉C22。上活塞20向上移动的过程中，上活塞20与锁环21之间为相对滑动，即，在锁环21外表面的锁环齿与缸套棘齿的啮合作用下，锁环21可保持位置的相对固定。继续向中心管1内打压，上活塞20继续向上移动并推动胶筒5，胶筒5推动导环4，导环4推动下锥体6，由于下锥体6和卡瓦套以及上锥体12之间通过剪切销钉A17和剪切销钉B18固定，因此，下锥体6将会继续推动卡瓦套以及上锥体12向上移动，其中，上锥体12与下移环10之间通过螺纹连接，由此，下移环10将会推动（挤压）防砂屏11，直至上锥体12与连接环8端面贴紧，此时防砂屏11受到挤压对其套管形成密封。防砂屏11对套管形的密封只是相对而言，其中，油液可从防砂屏11的防砂通孔通过，油液中的颗粒物被防砂屏11阻止，以此实现过滤油液的目的。

随着继续向中心管1内打压，连接上锥体12和卡瓦套以及连接卡瓦套和下锥体6的剪切销钉A17和剪切销钉B18被剪断，卡瓦16在上锥体12和下锥体6的支撑作用下径向伸出咬入套管完成坐封。继续向中心管1内打压，上活塞20继续上移挤压胶筒5，当压力打至一定值时，胶筒5径向膨胀完成坐封。由于锁环21是单向棘齿结构，在坐封过程中会沿着运动方向弹开，坐封完成后，锁环21会在自身弹力的作用下收缩，锁住上活塞20上的单向活塞棘齿，使坐封力保持有效，从而确保胶筒5被充分压缩，封隔油套环空，由此实现封隔器的坐封过程。

该超短型可取式液压封隔器解封时：上提中心管1，在胶筒5、卡瓦16的坐封力作用下以及中心管1的上提力作用下，下接头3和缸套19之间的剪切销钉D23被剪断，封隔器解封开启。继续上提中心管1，中心管1带动连接环8上行；连接环8由于与上移环9螺纹连接，从而带动上移环9上行，这一过程中，上移环9和下移环10之间的间距逐步变大，防砂屏11逐步复位，防砂屏11对套管形成的密封状态逐步解除；随着中心管1的上提，连接环8变径处的台肩逐步与下移环10接触，并恢复至初始状态；当连接环8的变径处台肩逐步与下移环10接触后。连接环8带动下移环10上行，由于下移环10与上锥体12螺纹连接，由此带动上锥体12上行，随着上锥体12的上行，上锥体12与下锥体6之间的间距拉动，并逐步解除对卡瓦16的支撑，当上锥体12和下锥体6与卡瓦16脱离时，卡瓦16失去支撑，同时，在片弹簧15的回弹作用下，卡瓦16解封。

继续上提中心管1，中心管1通过限位环7带动下锥体6以及导环4向上移动，导环4对胶筒5的挤压力解除，胶筒5回缩复位，由此实现胶筒5的解封。继续上提中心管1，即可将该封隔器从井中提出。

该封隔器通过防砂机构，可阻挡在其生产过程中的环空脏物等一些杂质，从而使卡瓦16和胶筒5能够顺利解封。通过连接环6的内设有台阶并通过中心管1来限位，可防止在上提过程中防砂机构坐封。缸套19内设有台阶并通过下接头3来限位即可防止在下井过程中胶筒5遇阻坐封，又可防止封隔器在坐封过程中解封销钉（剪切销钉D）受力。同时，该封隔器通过中心管1上的限位环7，既可以防止上提过程中胶筒5坐封又可以为胶筒5解封提供足够的行程。并且中心管1为一体式中心管，增强了封隔器在生产过程中的可靠性和整体性的强度。解决了现有封隔器由于结构复杂，且封隔器的总长太长，致使加工、组装、测试、使用以及运输都很不方便，以及解封过程操作复杂，需要配套相关的解封工具才能实现解封，操作难度较大，且只能承受单向的载荷的问题。大大简化了封隔器的整体结构，降低了封隔器的成本，特别适用于油气井的钻井、固井、测试、完井中，可进行生产、注水、层间封隔、分注分采、多层测试、增产措施作业使用。

Claims (4)

1.一种超短型可取式液压封隔器，包括中心管（1）、上接头（2）和下接头（3），中心管（1）的一端螺纹安装有上接头（2），中心管（1）的另一端螺纹安装有下接头（3）；其特征在于：上接头（2）和下接头（3）之间的中心管（1）中间部位通过导环（4）安装有胶筒（5）和下椎体（6）；导环（4）与胶筒（5）接触连接；导环（4）与下椎体（6）之间螺纹连接，下椎体（6）与中心管（1）之间设置有上限位环（7）；上接头（2）一侧的中心管上（1）通过连接环（8）装有上移环（9）和下移环（10），上移环（9）和下移环（10）之间的连接环（8）上装有防砂屏（11）；防砂屏（11）截面呈“︿”型；防砂屏（11）的两侧设置有凸缘；连接环（8）为变径体，连接环（8）与中心管（1）之间设置有密封圈；上移环（9）与连接环（8）之间螺纹连接，下移环（10）卡装在连接环（8）的变径处；上移环（9）和下移环（10）上分别设置有卡凹，防砂屏（11）通过凸缘与卡凹的配合与上移（9环和下移环（10）活动卡接；连接环（8）一侧的中心管（1）上装有上椎体（12），下移环（10）与上椎体（12）螺纹连接；上椎体（12）与下椎体（6）之间通过左卡瓦套（13）、右卡瓦套（14）和片弹簧（15）装有卡瓦（16）；胶筒（5）和下接头（3）之间的中心管（1）上通过缸套（19）装有上活塞（20），上活塞（20）与下接头（3）之间的中心管（1）上设置有打压孔（24）；所述的缸套（19）一端通过剪切销钉C（22）与上活塞（20）连接，缸套（19）另一端通过剪切销钉D（23）与下接头（3）连接；缸套（19）内设有台阶并通过下接头（3）来限位，由此可防止在下井过程中胶筒（5）遇阻坐封，又可防止封隔器在坐封过程中剪切销钉D（23）受力；该超短型可取式液压封隔器工作过程为：

1）、首先将该封隔器的下连接头（3）连接憋压装置，封隔器的上连接头（2）连接相应的工具；

2）、一起下入到指定位置后，向其内孔投入憋压球，对油管内部实现封堵；

3）、然后向油管内打压高压液体，高压液体推动上活塞（20）向上移动，并剪断剪切销钉C（22）；

4）、上活塞（20）向上移动的过程中，上活塞（20）与锁环（21）之间为相对滑动，继续向中心管（1）内打压，上活塞（20）继续向上移动并推动胶筒（5），胶筒（5）推动导环（4），导环（4）推动下锥体（6）；

5）、下锥体（6）将会继续推动卡瓦套以及上锥体（12）向上移动，下移环（10）将会推动防砂屏（11），直至上锥体（12）与连接环（8）端面贴紧，此时防砂屏（11）受到挤压对其套管形成密封；

6）、随着继续向中心管（1）内打压，连接上锥体（12）和卡瓦套以及连接卡瓦套和下锥体（6）的剪切销钉A（17）和剪切销钉B（18）被剪断，卡瓦（16）在上锥体（12）和下锥体（6）的支撑作用下径向伸出咬入套管完成坐封；

7）、继续向中心管（1）内打压，上活塞（20）继续上移挤压胶筒（5），当压力打至一定值时，胶筒5径向膨胀完成坐封；

8）、坐封完成后，锁环（21）会在自身弹力的作用下收缩，锁住上活塞（20）上的单向活塞棘齿，使坐封力保持有效，从而确保胶筒（5）被充分压缩，封隔油套环空，由此实现封隔器的坐封过程；

9）、该超短型可取式液压封隔器解封时；上提中心管（1），在胶筒（5）、卡瓦（16）的坐封力作用下以及中心管（1）的上提力作用下，下接头（3）和缸套（19）之间的剪切销钉D（23）被剪断，封隔器解封开启；

10）、继续上提中心管（1），中心管（1）带动连接环（8）上行；从而带动上移环（9）上行，这一过程中，上移环（9）和下移环（10）之间的间距逐步变大，防砂屏（11）逐步复位，防砂屏（11）对套管形成的密封状态逐步解除；

11）、随着中心管（1）的上提，连接环（8）变径处的台肩逐步与下移环（10）接触，并恢复至初始状态；当连接环（8）的变径处台肩逐步与下移环（10）接触后，连接环（8）带动下移环（10）上行，由此带动上锥体（12）上行；

12）、随着上锥体（12）的上行，上锥体（12）与下锥体（6）之间的间距拉动，并逐步解除对卡瓦（16）的支撑，当上锥体（12）和下锥体（6）与卡瓦（16）脱离时，卡瓦（16）失去支撑，同时，在片弹簧（15）的回弹作用下，卡瓦（16）解封；

13）、继续上提中心管（1），中心管（1）通过限位环（7）带动下锥体（6）以及导环（4）向上移动，导环（4）对胶筒（5）的挤压力解除，胶筒（5）回缩复位，由此实现胶筒（5）的解封；继续上提中心管（1），即可将该封隔器从井中提出。

2.根据权利要求1所述的一种超短型可取式液压封隔器，其特征在于：所述的左卡瓦套（13）通过剪切销钉A（17）与上椎体（12）连接；右卡瓦套（14）通过剪切销钉B（18）与下椎体（6）连接。

3.根据权利要求1所述的一种超短型可取式液压封隔器，其特征在于：所述的上活塞（20）的上表面设置有活塞棘齿，活塞棘齿一端的上活塞（20）上通过紧固螺钉安装有锁环（21）。

4.根据权利要求1所述的一种超短型可取式液压封隔器，其特征在于：所述的缸套（19）内表面的一端设置有缸套棘齿，所述的锁环（21）为C型体，锁环（21）的内表面和外表面分别设置有锁环齿，锁环（21）通过锁环齿与活塞棘齿和缸套棘齿的配合分别与上活塞（20）和缸套（19）啮合连接。

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