CN110593805A - 一种封隔器密封装置及尾管悬挂器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种封隔器密封装置及尾管悬挂器。密封装置包括中心管、以及依次套接在所述中心管上的弹性防突挡套、剪钉、变径胀锥、密封环以及支撑套，弹性防突挡套能够沿中心管径向向外扩张以贴紧坐封环空外壁；剪钉用于将变径胀锥固定在所述中心管的外壁；变径胀锥能够在受到坐封下压力时沿中心管轴向向下移动；密封环与所述变径胀锥相互配合设置，受到坐封下压力后，变径胀锥插入密封环内能胀大密封环；支撑套用于支撑所述密封环。所述尾管悬挂器包括上述封隔器密封装置。本发明的密封装置能够实现与坐封环空壁之间的零间隙或极小间隙，能够避免密封环在高压下从金属元件间的间隙中挤出使密封性失效的可能性，能够提升密封能力。

Description

一种封隔器密封装置及尾管悬挂器

技术领域

本发明涉及石油天然气工业井下工具制备技术领域，更具体地讲，涉及一种封隔器密封装置及尾管悬挂器。

背景技术

带顶部封隔器的尾管悬挂器主要用于石油天然气领域的尾管悬挂固井，可实现尾管与上层套管环空的高压封隔，解决普通尾管悬挂器在低压漏失、压力窗口窄、喷漏同层等性质的“三高”井尾管固井中可能出现的喇叭口窜气的问题。封隔器是带顶部封隔器的尾管悬挂器的主要部件，目前使用的封隔器只能实现尾管与上层套管的环间永久性封隔承压40MPa，不能满足更高压力井的防气窜的要求。究其原因，主要是因封隔器的防突及密封还存在以下技术缺陷：

1、现有防突是依靠密封件受压缩力后的反推动防突件胀大贴于坐封环空外壁，存在密封件推动力不足的问题；

2、对现有防突进行失效分析发现，防突件与坐封环空外壁之间仍存在间隙，密封件在高压下可从该间隙挤出，使密封失效；

3、现有密封件普遍依靠轴向压缩后产生的外径胀大实现封隔，密封件被压缩后的内应力复杂，受力不均易被破坏。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种可实现尾管与上层套管环空的高压封隔的封隔器密封装置。

为了实现上述目的，本发明的提供了一种封隔器密封装置，所述密封装置可以包括中心管、以及依次套接在所述中心管上的弹性防突挡套、剪钉、变径胀锥、密封环以及支撑套，其中，所述弹性防突挡套能够沿中心管径向向外扩张以贴紧坐封环空外壁；所述剪钉用于将变径胀锥固定在所述中心管的外壁；所述变径胀锥能够在受到坐封下压力时沿中心管轴向向下移动；所述密封环的上部与变径胀锥的下部相接，密封环的下部与支撑套连接，所述密封环与所述变径胀锥相互配合设置，受到坐封下压力后所述变径胀锥沿中心管轴向向下移动且所述密封环沿中心管轴向向上移动，所述密封环部分或者全部覆盖在所述变径胀锥的外壁；所述支撑套设置在所述密封环下部，用于支撑所述密封环。

在本发明的封隔器密封装置的一个示例性实施例中，所述弹性防突挡套的上端内壁可以设置有沿周向分布的分瓣式锯齿形结构，下端可以设置有沿周向分布的分瓣式坐封弹爪，所述分瓣式锯齿形结构与中心管的外壁连接，所述分瓣式坐封弹爪能够沿中心管径向向外扩张以贴合在坐封环空外壁，所述分瓣式坐封弹爪的下端沿径向向内设置有倒角。进一步的，所述分瓣式坐封弹爪可以为从端面起沿轴线切割第一距离后，沿周向切割第二距离，并再沿轴向切割第三距离形成，所述第一距离和第二距离均小于第三距离。进一步的，所述中心管的外壁可以设置有锯齿形的凸起部，所述锯齿形的凸起部与所述分瓣式锯齿形结构相互配合设置。

在本发明的封隔器密封装置的一个示例性实施例中，所述中心管管壁并位于所述剪钉的下方沿周向可以设置有若干盲孔，所述变径胀锥的上部设置有若干通孔，所述变径胀锥通过所述剪钉和通孔固定于所述中心管壁的盲孔处。

在本发明的封隔器密封装置的一个示例性实施例中，所述密封环包括依次套接在中心管上并相互连接的头环、中环以及尾环，所述头环的上部与变径胀锥的下部相接，所述中环由若干第一材质子环和第二材质子环相互交替排列组成。进一步的，所述头环的下端面、第一材质子环的上下端面、第二材质子环的上下端面以及尾环的上端面均可以呈连续的V型结构，且上层V型的顶部与下层V型的凹槽相互嵌合设置。进一步的，所述第一材质子环可以为橡胶密封环且所述第二材质子环可以为塑料密封环，或者所述第一材质子环可以为塑料密封环且所述第二材质子环可以为橡胶密封环。

在本发明的封隔器密封装置的一个示例性实施例中，所述变径胀锥与密封环的接触端可以设置有斜面，所述斜面的厚度沿中心管轴向从上往下逐渐减小。

在本发明的封隔器密封装置的一个示例性实施例中，所述弹性防突挡套和变径胀锥可以为金属材质，所述支撑套可以为金属或塑料材质。

本发明的另一方面提供了一种封隔式尾管悬挂器，所述尾管悬挂器可以包括以上所述的封隔器密封装置。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

(1)本发明的密封装置在受到坐封下压力时，弹性防突挡套能够实现与坐封环空壁之间的零间隙或极小间隙，能够避免密封环在高压下从金属原件间的间隙中挤出使密封性失效的可能性，能够提升密封能力；

(2)本发明使用的密封环被压缩后的内应力复杂程度小，密封环不易被损坏；

(3)本发明的密封环包含的各部件设置有连续的V型结构，在主密封方向(从下往上)具有井压助封效果；

(4)本发明使用在尾管悬挂固井时，能够实现尾管与上层套管环空的高压封隔，能有效解决现有技术中所存在的“密封件防突机构被动胀大和胀大后仍然存在较大间隙以及密封件压缩后受力不均”的技术缺陷，从而提高带顶部封隔器的尾管悬挂器的环空封隔压力达到70MPa以上，适用范围广。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了本发明一个示例性实施例的封隔器密封装置示意简图；

图2示出了本发明一个示例性实施例的弹性防突挡套示意简图。

具体实施方式

在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述根据本发明的封隔器密封装置及尾管悬挂器。

图1示出了本发明一个示例性实施例的封隔器密封装置示意简图；图2示出了本发明一个示例性实施例的弹性防突挡套示意简图。

本发明的一方面提供了一种封隔器密封装置。在本发明的封隔器密封装置的一个示例性实施例中，如图1所示，所示密封装置可以包括：中心管1、弹性防突挡套2、剪钉3、变径胀锥4、密封环5以及支撑套6。所示弹性防突挡套2、剪钉3、变径胀锥4、密封环5以及支撑套6自上往下依次套接在中心管1上。其中，

所示弹性防突挡套2设置在中心管1的外壁上。在受到坐封下压力时，所示弹性防突挡套2能够沿着中心管管径方向向外扩张。扩张后的弹性防突挡套2能够紧密贴合在坐封环空的外壁，能够堵住环空，防止密封环压缩胀大时从环空间隙中被挤出破坏。

所述剪钉3设置在中心管1的外壁上并位于弹性防突挡套2的下端，可以用于固定变径胀锥4。

所述变径胀锥4设置在中心管外壁并位于所述剪钉3与密封环5之间。所述变径胀锥4能够在坐封下压时沿中心管管轴方向向下移动。

所述密封环5套装在中心管1的外壁上。所述密封环5与变径胀锥4相互配合设置。在使用过程中，受到坐封下压力时，剪钉3剪断，变径胀锥4逐渐向下移动，并插入所述密封环5与中心管1之间，逐渐使密封环5胀大，此时密封环5部分或全部套设于变径胀锥4的外壁。密封环5胀大后，密封环5与变径胀锥4形成一个密封性能良好的密封组件。在坐封下压下，密封环5与变径胀锥4组成的密封组件的径向逐渐扩张至接近坐封环空的外壁，继续增加坐封下压力时，密封环5继续被压缩胀大实现环空封隔。将密封环与变径胀锥相互配合作为密封组件，可以避免传统密封件存在的被压缩后的内应力复杂的问题，能够使受力均匀，不会破坏密封件的结构。

所述支撑套6设置在密封环5的下端，用于支撑所述密封环。

在本实施例中，如图1所示，所述密封环5可以包括自上往下依次设置的头环5a、中环5b以及尾环5c。所述中环5b由若干第一材质子环5b-1和第二材质子环5b-2相互交替排列组成。所述第一材质子环与第二材质子环所制备的材质不同。所述头环的下端面、第一材质子环的上下端面、第二材质子环的上下端面以及尾环的上端面均可以呈连续的V型结构，且上层V型的顶部与下层V型的凹槽相互嵌合设置，如图1所示。设置上述连续的V型结构，能够在主密封方向(从下往上)具有井压助封效果。

以上，进一步的，所述第一材质子环可以为橡胶密封环且所述第二材质子环为塑料密封环，或者所述第一材质子环可以为塑料密封环且所述第二材质子环为橡胶密封环。所述两种材质的子环相互交替设置，能够增强所述密封环的抗压能力，并且能够使密封环易于变形，能够易于部分或者全部覆盖在所述变径胀锥的外壁，能够易于密封环胀变大。

在本实施例中，所述弹性防突挡套2的上端内壁设置有沿周向分布的分瓣式锯齿形结构，下端设置有沿周向分布的分瓣式坐封弹爪。所述分瓣式坐封弹爪可以是弹性防突挡套的本体自端面起沿轴向和周向被切割后形成若干瓣。所述分瓣式坐封弹爪能够在受到坐封下压力时，下端沿径向向外扩张以紧贴在坐封环空的外壁。

进一步的，弹性防突挡套如图2(a)所示，所述弹性防突挡套20的下部设置为分瓣式坐封弹爪201。上部的内壁设置有锯齿形结构(图中未示出)。上部的外壁设置有若干凸台，所述若干凸台的作用在于确保坐封下压时的方向始终为竖直方向。所述分瓣式坐封弹爪201为从弹性防突挡套本体下端面起沿轴线切割第一距离202a后，沿周向切割第二距离202b，并再沿轴向切割第三距离202c形成。所述第一距离和第二距离均小于第三距离。所述第一、第二以及第三距离可以根据密封装置的大小进行设置。所述第一距离与所述第二距离的切割轨迹线形成第一个“L”形，所述第二距离与所述第三距离的切割轨迹线形成第二个“L”形。因此，如图2(b)所示，第一个“L”形和第二个“L”形组成一条“双L”轨迹202。所述弹性防突挡套可以由金属制备而成。设置双L型的分瓣式坐封弹爪能够确保坐封弹爪向外扩张时端面不产生间隙，能够贴紧坐封环空外壁，形成一道“金属墙”，堵住环空。“金属墙”可以防止胶筒压缩胀大时从环空间隙中被挤出破坏。设置上述结构的弹性防突挡套当受到坐封下压力后沿径向向外扩张，弹性防突挡套的下端紧贴于坐封环空外壁，并不需要密封件推动，有别于传统依靠密封件受压缩力后的反推动胀大贴于坐封环空外壁，不会存在密封件推动力不足的问题。并且，设置“双L”型的坐封弹爪，不会使防突件与坐封环空外壁之间存在间隙，以使密封件在高压下不会从间隙挤出。

在本实施例中，所述分瓣式坐封弹爪的下端沿径向向内设置有倒角。

在本实施例中，所述中心管的外壁上可以设置有锯齿形的凸起部。所述锯齿形的凸起部可以与所述弹性防突挡套的分瓣式锯齿形结构相互配合设置以更好的固定所述弹性防突挡套。

在本实施例中，所述中心管管壁并位于所述剪钉的下方沿周向可以设置有若干盲孔。所述变径胀锥的上部处可以设置有若干通孔。所述变径胀锥通过所述剪钉和通孔固定于所述中心管壁的盲孔处。

在本实施例中，所述变径胀锥的径向尺寸可以不等。例如，径向尺寸可以自上往下逐渐减小。亦可以是上部大下部小的设置。所述若干通孔就可以设置在所述变径胀锥的最大径向尺寸处。所述变径胀锥的下端部(与密封环接触部)设置有斜面，所述斜面的厚度沿管径从上往下逐渐变小。设置的斜面能够在受到坐封下压力时，变径胀锥能够更易的插入密封环的内部。

在本实施例中，所述支撑套可以为金属或塑料材质。所述弹性防突挡套和变径胀锥可以为金属材质。

本发明的另一方面提供了一种封隔式尾管悬挂器，在本发明的封隔式尾管悬挂器的一个示例性实施例中，所述尾管悬挂器可以包括以上所述的封隔器密封装置。

综上所述，本发明的密封装置在受到坐封下压力时，弹性防突挡套能够实现与坐封环空壁之间的零间隙或极小间隙，能够避免密封环在高压下从金属原件间的间隙中挤出使密封性失效的可能性，能够提升套管件的密封能力；本发明使用的密封环被压缩后的内应力复杂程度小，密封环不易被损坏。

尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims (10)

1.一种封隔器密封装置，其特征在于，所述密封装置包括中心管、以及依次套接在所述中心管上的弹性防突挡套、剪钉、变径胀锥、密封环以及支撑套，其中，

所述弹性防突挡套能够沿中心管径向向外扩张以贴紧坐封环空外壁；

所述剪钉用于将变径胀锥固定在所述中心管的外壁；

所述变径胀锥能够在受到坐封下压力时沿中心管轴向向下移动；

所述密封环的上部与变径胀锥的下部相接，密封环的下部与支撑套连接，受到坐封下压力后所述变径胀锥沿中心管轴向向下移动且插入所述密封环与中心管之间以使所述密封环被胀大，所述密封环部分或者全部覆盖在所述变径胀锥的外壁；

所述支撑套设置在所述密封环下部，用于支撑所述密封环。

2.根据权利要求1所述的封隔器密封装置，其特征在于，所述弹性防突挡套的上端内壁设置有沿周向分布的分瓣式锯齿形结构，下端设置有沿周向分布的分瓣式坐封弹爪，所述分瓣式锯齿形结构与中心管的外壁连接，所述分瓣式坐封弹爪能够沿中心管径向向外扩张以贴合在坐封环空外壁，所述分瓣式坐封弹爪的下端沿径向向内设置有倒角。

3.根据权利要求2所述的封隔器密封装置，其特征在于，所述分瓣式坐封弹爪为从弹性防突挡套端面起沿轴线切割第一距离后，沿周向切割第二距离，并再沿轴向切割第三距离形成，所述第一距离和第二距离均小于第三距离。

4.根据权利要求2所述的封隔器密封装置，其特征在于，所述中心管的外壁设置有锯齿形的凸起部，所述锯齿形的凸起部与所述分瓣式锯齿形结构相互配合设置。

5.根据权利要求1所述的封隔器密封装置，其特征在于，所述中心管的管壁并位于所述剪钉的下方沿周向设置有若干盲孔，所述变径胀锥的上部设置有若干通孔，所述变径胀锥通过所述剪钉和通孔固定于所述中心管壁的盲孔处。

6.根据权利要求1所述的封隔器密封装置，其特征在于，所述密封环包括依次套接在中心管上并相互连接的头环、中环以及尾环，所述头环的上部与变径胀锥的下部相接，所述中环由若干第一材质子环和第二材质子环相互交替排列组成。

7.根据权利要求6所述的封隔器密封装置，其特征在于，所述头环的下端面、第一材质子环的上下端面、第二材质子环的上下端面以及尾环的上端面均呈连续的V型结构，且上层V型的顶部与下层V型的凹槽相互嵌合设置。

8.根据权利要求6或7所述的封隔器密封装置，其特征在于，所述第一材质子环为橡胶密封环且所述第二材质子环为塑料密封环，或者所述第一材质子环为塑料密封环且所述第二材质子环为橡胶密封环。

9.根据权利要求1所述的封隔器密封装置，其特征在于，所述变径胀锥与密封环的接触端设置有斜面，所述斜面的厚度沿中心管轴向从上往下逐渐减小。

10.一种封隔式尾管悬挂器，其特征在于，所述尾管悬挂器包括权利要求1至7任意一项所述的封隔器密封装置。