CN110593802B - 金属密封封隔装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及井下封隔器技术领域，是一种金属密封封隔装置，其芯轴、下接头、上卡瓦、上锥体、金属密封筒、支撑套、下锥体、下卡瓦和连接套，芯轴下端外侧与下接头上端内侧固定安装在一起，芯轴上部外侧设有限位环台，下接头上部外侧设有上端位于芯轴下部外侧的连接套，连接套上端内侧设有密封环台，密封环台下端与下接头上端之间设有憋压腔，对应憋压腔位置的芯轴外侧设有内外贯通的憋压孔。本发明结构合理而紧凑，使用方便，通过设置金属密封筒代替胶筒封隔器，避免高温高压的环境下，胶筒应力松弛造成封隔器失去密封性，具有耐高温、耐高压和密封效果好的特点。

Description

金属密封封隔装置

技术领域

本发明涉及井下封隔器技术领域，是一种金属密封封隔装置。

背景技术

随着油田勘探的不断深入，由浅层向深层寻找油气资源是油田持续高产的重要物质基础。深部储层岩性的复杂性对采油工艺提出了更高的要求。封隔器作为分层采油的主要工具，在采油工程中被广泛应用。随着开发井的加深，温度越来越高（＞150℃），传统的封隔器密封胶筒均以橡胶作为材料，在高温和高压条件下容易老化，导致密封胶筒元件出现应力松弛等现象，造成封隔器在井下失封，严重影响了封隔器的使用性能与寿命。另外，使用现有的金属封隔器不易膨胀撑开。

发明内容

本发明提供了一种金属密封封隔装置，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有橡胶胶筒封隔器无法实现高温高压的作业需求的问题。

本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种金属密封封隔装置包括芯轴、下接头、上卡瓦、上锥体、金属密封筒、支撑套、下锥体、下卡瓦和连接套，芯轴下端外侧与下接头上端内侧固定安装在一起，芯轴上部外侧设有限位环台，下接头上部外侧设有上端位于芯轴下部外侧的连接套，连接套上端内侧设有密封环台，密封环台下端与下接头上端之间设有憋压腔，对应憋压腔位置的芯轴外侧设有内外贯通的憋压孔，连接套下端与下接头上部外侧通过第一剪钉固定安装在一起，连接套与下接头之间设有能够防止下接头相对于连接套上行的止退组件；对应限位环台与连接套之间位置的芯轴外侧，由上至下依次套装有上卡瓦、上锥体、金属密封筒、支撑套、下锥体和下卡瓦，上卡瓦上端与限位环台下端相抵，上卡瓦下部内侧受向外的挤压力时能够径向向外扩张，上锥体包括由上至下固定安装在一起的上锥段和上连接段，上锥段呈上小下大的圆台形，上锥段上端位于上卡瓦下端内侧，上连接段下端与金属密封筒上端固定安装在一起，金属密封筒下部内侧受向外的挤压力时能够径向向外扩张；下卡瓦下端与连接套上端相抵，下卡瓦上部内侧受向外的挤压力时能够径向向外扩张，下锥体包括由上至下固定安装在一起下连接段和下锥段，下锥段呈上大下小的圆台形，下锥段下端位于下卡瓦上端内侧，下连接段上端与支撑套下端固定安装在一起；上卡瓦和下卡瓦外侧均设有卡瓦牙；支撑套包括由上至下固定安装在一起的中锥段和中连接段，中锥段呈上小下大的圆台形，金属密封筒下端内侧设有与中锥段相匹配的锥台孔，锥台孔呈上小下大的圆台形，中锥段上部位于金属密封筒下部内侧；下连接段与芯轴通过第二剪钉固定安装在一起，上连接段与芯轴通过第三剪钉固定安装在一起。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

上述止退装置可包括锁圈、内止退齿、外止退齿和防转销钉，连接套中部内侧固定安装有锁圈，锁圈内侧由上至下连续设有至少一组内止退齿，内止退齿为截面呈直三角形的环台且环台上窄下宽，对应锁圈位置的下接头上部外侧设有与内止退齿相匹配的外止退齿，外止退齿为截面呈直角三角形的环台且环台上宽下窄；锁圈上设有一道上下贯通的防转豁口，对应防转豁口位置的连接套外侧设有至少一个防转销钉，每个防转销钉内端均位于防转豁口内。

上述金属密封筒可为黄铜金属材料制成。

上述还可包括O形密封圈，支撑套下部内侧与芯轴外侧之间上下间隔分布有至少一个O形密封圈，密封环台内侧与芯轴外侧之间上下间隔分布有至少一个O形密封圈，下接头上端外侧与连接套上部内侧之间上下间隔分布有至少一个O形密封圈。

上述芯轴下端外侧可与下接头上端内侧通过螺纹固定安装在一起，上连接段下端与金属密封筒上端通过螺纹连接固定安装在一起，下连接段上端与支撑套下端通过螺纹连接固定安装在一起。

本发明结构合理而紧凑，使用方便，通过设置金属密封筒代替胶筒封隔器，避免高温高压的环境下，胶筒应力松弛造成封隔器失去密封性，具有耐高温、耐高压和密封效果好的特点。

附图说明

附图1为本发明最佳实施例的主视结构示意图。

附图2为附图1在A处的局部放大结构示意图。

附图中的编码分别为：1为芯轴，2为限位环台，3为上卡瓦，4为上锥段，5为上连接段，6为金属密封筒，7为中锥段，8为中连接段，9为下连接段，10为下锥段，11为下卡瓦，12为连接套，13为下接头，14为第一剪钉，15为第二剪钉，16为第三剪钉，17为锁圈，18为内止退齿，19为外止退齿，20为防转销钉，21为O型密封圈，22为憋压孔，23为憋压腔，24为密封环台。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：

如附图1、2所示，该金属密封封隔装置包括芯轴1、下接头13、上卡瓦3、上锥体、金属密封筒6、支撑套、下锥体、下卡瓦11和连接套12，芯轴1下端外侧与下接头13上端内侧固定安装在一起，芯轴1上部外侧设有限位环台2，下接头13上部外侧设有上端位于芯轴1下部外侧的连接套12，连接套12上端内侧设有密封环台24，密封环台24下端与下接头13上端之间设有憋压腔23，对应憋压腔23位置的芯轴1外侧设有内外贯通的憋压孔22，连接套12下端与下接头13上部外侧通过第一剪钉14固定安装在一起，连接套12与下接头13之间设有能够防止下接头13相对于连接套12上行的止退组件；对应限位环台2与连接套12之间位置的芯轴1外侧，由上至下依次套装有上卡瓦3、上锥体、金属密封筒6、支撑套、下锥体和下卡瓦11，上卡瓦3上端与限位环台2下端相抵，上卡瓦3下部内侧受向外的挤压力时能够径向向外扩张，上锥体包括由上至下固定安装在一起的上锥段4和上连接段5，上锥段4呈上小下大的圆台形，上锥段4上端位于上卡瓦3下端内侧，上连接段5下端与金属密封筒6上端固定安装在一起，金属密封筒6下部内侧受向外的挤压力时能够径向向外扩张；下卡瓦11下端与连接套12上端相抵，下卡瓦11上部内侧受向外的挤压力时能够径向向外扩张，下锥体包括由上至下固定安装在一起下连接段9和下锥段10，下锥段10呈上大下小的圆台形，下锥段10下端位于下卡瓦11上端内侧，下连接段9上端与支撑套下端固定安装在一起；上卡瓦3和下卡瓦11外侧均设有卡瓦牙；支撑套包括由上至下固定安装在一起的中锥段7和中连接段8，中锥段7呈上小下大的圆台形，金属密封筒6下端内侧设有与中锥段7相匹配的锥台孔，锥台孔呈上小下大的圆台形，中锥段7上部位于金属密封筒6下部内侧；下连接段9与芯轴1通过第二剪钉15固定安装在一起，上连接段5与芯轴1通过第三剪钉16固定安装在一起。根据需求，由于井下套管内壁光洁度无法满足本发明的密封要求，则需要将满足密封要求的预置筒接入井下套管中，使预置筒随井下套管下入设计井深；另外，卡瓦牙可为现有公知的材料，如陶瓷或硬质合金颗粒等。在使用过程中，将本发明接入到现有公知的管串中，并随管串下放至预置筒中部位置，向管串内投入憋压球，憋压球落入位于本发明下方管串的球座内，由于中部通道被憋压球封堵，因此钻井液由憋压孔22进入到憋压腔23内，推动下接头13相对于连接套12下行，由此剪断第一剪钉14；第一剪钉14剪断后，下接头13带动芯轴1相对于下卡瓦11下行，由此下卡瓦11在下锥段10的作用下实现径向向外扩张并使卡瓦牙嵌入预置筒内壁，继续加压剪断第二剪钉15；第二剪钉15剪断后，芯轴1带动金属密封筒6相对于支撑套，由此金属密封筒6在中锥段7的作用下实现径向向外扩张并在膨胀后封堵预置筒内壁与金属密封筒6外壁间的间隙，继续加压剪断第三剪钉16；第三剪钉16剪断后，芯轴1带动上卡瓦3相对于上锥体下行，由此上卡瓦3再发上锥段4的作用下实现径向向外扩张并使卡瓦牙嵌入预置筒内壁；综上所述，通过本发明实现封堵和座挂；另外，通过在金属密封筒6下端内侧设有与中锥段7相匹配的锥台孔，使金属密封筒6相对于中锥段7下行时，金属密封筒6下端内侧面与中锥段7接触面积更大，由此便于被中锥段7使金属密封筒6下部实现径向向外扩张，使金属密封筒6容易被中锥段7膨胀撑开，实现本发明的封隔作用。

可根据实际需要，对上述金属密封封隔装置作进一步优化或/和改进：

如附图1、2所示，止退装置包括锁圈17、内止退齿18、外止退齿19和防转销钉20，连接套12中部内侧固定安装有锁圈17，锁圈17内侧由上至下连续设有至少一组内止退齿18，内止退齿18为截面呈直三角形的环台且环台上窄下宽，对应锁圈17位置的下接头13上部外侧设有与内止退齿18相匹配的外止退齿19，外止退齿19为截面呈直角三角形的环台且环台上宽下窄；锁圈17上设有一道上下贯通的防转豁口，对应防转豁口位置的连接套12外侧设有至少一个防转销钉20，每个防转销钉20内端均位于防转豁口内。根据需求，锁圈17可为现有公知的开口环，其上开口为防转豁口，锁圈17外侧与连接套12内侧通过螺纹连接固定安装在一起。在使用过程，通过设置锁圈17、内止退齿18和外止退齿19，避免芯轴1相对于连接套12下行；通过设置防转销钉20，防止通过螺纹连接的锁圈17和连接套12相对转动。

如附图1、2所示，金属密封筒6为黄铜金属材料制成。在使用过程中，通过这样的设置便于金属密封筒6在中锥段7的作用下受力膨胀，不仅保证本发明的封隔作用，还具有很好的耐高温性、耐压性。

如附图1、2所示，还包括O形密封圈，支撑套下部内侧与芯轴1外侧之间上下间隔分布有至少一个O形密封圈，密封环台24内侧与芯轴1外侧之间上下间隔分布有至少一个O形密封圈，下接头13上端外侧与连接套12上部内侧之间上下间隔分布有至少一个O形密封圈。在使用过程中，通过这样的设置保证本发明部件间的密封性，从而使第三剪钉16能够顺利剪断。

如附图1、2所示，芯轴1下端外侧与下接头13上端内侧通过螺纹固定安装在一起，上连接段5下端与金属密封筒6上端通过螺纹连接固定安装在一起，下连接段9上端与支撑套下端通过螺纹连接固定安装在一起。在使用过程中，通过这样的设置便于本发明部件间拆卸和安装。

以上技术特征构成了本发明的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

Claims (5)

1.一种金属密封封隔装置，其特征在于包括芯轴、下接头、上卡瓦、上锥体、金属密封筒、支撑套、下锥体、下卡瓦和连接套，芯轴下端外侧与下接头上端内侧固定安装在一起，芯轴上部外侧设有限位环台，下接头上部外侧设有上端位于芯轴下部外侧的连接套，连接套上端内侧设有密封环台，密封环台下端与下接头上端之间设有憋压腔，对应憋压腔位置的芯轴外侧设有内外贯通的憋压孔，连接套下端与下接头上部外侧通过第一剪钉固定安装在一起，连接套与下接头之间设有能够防止下接头相对于连接套上行的止退组件；对应限位环台与连接套之间位置的芯轴外侧，由上至下依次套装有上卡瓦、上锥体、金属密封筒、支撑套、下锥体和下卡瓦，上卡瓦上端与限位环台下端相抵，上卡瓦下部内侧受向外的挤压力时能够径向向外扩张，上锥体包括由上至下固定安装在一起的上锥段和上连接段，上锥段呈上小下大的圆台形，上锥段上端位于上卡瓦下端内侧，上连接段下端与金属密封筒上端固定安装在一起，金属密封筒下部内侧受向外的挤压力时能够径向向外扩张；下卡瓦下端与连接套上端相抵，下卡瓦上部内侧受向外的挤压力时能够径向向外扩张，下锥体包括由上至下固定安装在一起下连接段和下锥段，下锥段呈上大下小的圆台形，下锥段下端位于下卡瓦上端内侧，下连接段上端与支撑套下端固定安装在一起；上卡瓦和下卡瓦外侧均设有卡瓦牙；支撑套包括由上至下固定安装在一起的中锥段和中连接段，中锥段呈上小下大的圆台形，金属密封筒下端内侧设有与中锥段相匹配的锥台孔，锥台孔呈上小下大的圆台形，中锥段上部位于金属密封筒下部内侧；下连接段与芯轴通过第二剪钉固定安装在一起，上连接段与芯轴通过第三剪钉固定安装在一起；止退装置包括锁圈、内止退齿、外止退齿和防转销钉，连接套中部内侧固定安装有锁圈，锁圈内侧由上至下连续设有至少一组内止退齿，内止退齿为截面呈直三角形的环台且环台上窄下宽，对应锁圈位置的下接头上部外侧设有与内止退齿相匹配的外止退齿，外止退齿为截面呈直角三角形的环台且环台上宽下窄；锁圈上设有一道上下贯通的防转豁口，对应防转豁口位置的连接套外侧设有至少一个防转销钉，每个防转销钉内端均位于防转豁口内。

2.根据权利要求1所述的金属密封封隔装置，其特征在于金属密封筒为黄铜金属材料制成。

3.根据权利要求1或2所述的金属密封封隔装置，其特征在于还包括O形密封圈，支撑套下部内侧与芯轴外侧之间上下间隔分布有至少一个O形密封圈，密封环台内侧与芯轴外侧之间上下间隔分布有至少一个O形密封圈，下接头上端外侧与连接套上部内侧之间上下间隔分布有至少一个O形密封圈。

4.根据权利要求1或2所述的金属密封封隔装置，其特征在于芯轴下端外侧与下接头上端内侧通过螺纹固定安装在一起，上连接段下端与金属密封筒上端通过螺纹连接固定安装在一起，下连接段上端与支撑套下端通过螺纹连接固定安装在一起。

5.根据权利要求3所述的金属密封封隔装置，其特征在于芯轴下端外侧与下接头上端内侧通过螺纹固定安装在一起，上连接段下端与金属密封筒上端通过螺纹连接固定安装在一起，下连接段上端与支撑套下端通过螺纹连接固定安装在一起。

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