CN110847845A - 一种双向卡瓦可回收式液压封隔器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双向卡瓦可回收式液压封隔器。所述封隔器包括：中芯轴，第一剪切固定件，第二剪切固定件，第三剪切固定件，自上而下依次套设在中芯轴外壁上的液缸外筒、锁紧芯轴和限位组件，以及自上而下依次套设在锁紧芯轴外壁上的环形活塞、锁环组件、胶筒、锥体、卡瓦，其中，液压外筒的与锁紧芯轴之间构成第一腔体，锁紧芯轴与中芯轴围成了密闭的第二腔体，锁紧芯轴和中芯轴通过第一剪切固定件连接，锥体通过第三剪切固定件与锁紧芯轴连接；卡瓦套在椎体的锥面上且能够相对于椎体向上运动并呈现撑开状态，卡瓦的下端面与限位外筒的上端面接触。本发明的封隔器能够双向承受压力和拉力，坐封程序简单，封隔器可以解封回收。

Description

一种双向卡瓦可回收式液压封隔器

技术领域

本发明涉及油气井试油完井装备技术领域，具体来讲，涉及一种双向卡瓦可回收式液压封隔器。

背景技术

目前，大多数探井或评价井的试油、完井作业需要分两步完成。第一步是把带测试封隔器、测试阀、电子压力计等系列工具的测试管柱下到产层附近，然后进行放喷求产测试，测试结束进行压井、起管柱和暂时封堵，该步骤主要以获取地层资料为目的；若有产量，需要完井投产则转入第二步，重新进行井筒准备(包括钻塞、刮壁、通井等)，然后下入带完井封隔器、井下安全阀等系列工具的完井管柱进行投产。试油测试和完井投产中都需要利用封隔器将管柱和套管密封固定，而通常所用封隔器为永久式封隔器，不具备解封功能，试油测试结束后需要起出试油管柱时，需要对永久式封隔器和其下部管柱进行磨铣打捞，耗时费力，封隔器只能一次性使用，造成浪费。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的之一在于提供一种具备解封功能、可多次重复利用的双向卡瓦可回收式液压封隔器。

为了实现上述目的，本发明提供了一种双向卡瓦可回收式液压封隔器，所述封隔器可包括：中芯轴，第一剪切固定件，第二剪切固定件，第三剪切固定件，自上而下依次套设在中芯轴外壁上的液缸外筒、锁紧芯轴和限位组件，以及自上而下依次套设在锁紧芯轴外壁上的环形活塞、锁环组件、胶筒、锥体、卡瓦，其中，

中芯轴上段的壁上设置有内传压孔，该内传压孔能够将中芯轴的腔体与外界连通，中芯轴中段的壁相对于上段和下段的壁向里凹陷；

液压外筒的下段与锁紧芯轴之间形成了一个具有单向开口的第一腔体，该开口方向朝下，液压外筒的上段内设置有传压通道，该传压通道的一个开口与内传压孔连通，另一个开口与第一腔体连通；

锁紧芯轴与中芯轴的中段围成了密闭的第二腔体，锁紧芯轴的壁上还设置有贯通的第一旁通孔，第一旁通孔能够将第二腔体与套管内部连通；

锁紧芯轴的下段通过第一剪切固定件与中芯轴连接；

限位组件包括限位外筒和限位键，其中，限位外筒与锁紧芯轴之间形成了具有单向开口的第三腔体，该开口方向朝上，限位键位于第三腔体中并能够限制限位外筒相对于锁紧芯轴向下运动；

环形活塞设置在第一腔体中，且环形活塞能够封闭第一腔体；

锁环组件包括锁环套、弹性件和内锁环，其中，锁环套的上段能够进入到第一腔体中且与锁紧芯轴之间形成一个具有单向开口的第四腔体，该开口方向朝上，锁环套的上段通过第二剪切固定件与液压外筒连接，弹性件和内锁环都位于第四腔体中，弹性件的上端与环形活塞的下端面连接、下端与内锁环的上端面连接，内锁环抵压在锁环套的内壁上；

胶筒的上端面与锁环套的下端面能够接触或互相面对；

椎体的上端面与胶筒的下端面接触，锥体的上段通过第三剪切固定件与锁紧芯轴连接，按从上至下方向，锥体的锥面至锁紧芯轴轴线的距离逐渐减小；

卡瓦的上端套在椎体的锥面上，且卡瓦能够相对于椎体向上运动并呈现撑开状态，卡瓦的下端面与限位外筒的上端面接触。

在本发明的一个示例性实施例中，所述锁环套的下段与锁紧芯轴之间可形成密闭的第五腔体，锁紧芯轴上还可设有第二旁通孔，第二旁通孔能够将第五腔体与第二腔体连通。

在本发明的一个示例性实施例中，所述胶筒包括第一弹性构件、第二弹性构件，以及自上而下依次连接且内外径都相同的上胶筒、中胶筒和下胶筒，其中，

上胶筒的上端面为第一环形平面，下端面为向里凹陷的第一环形曲面；

中胶筒的上端面为向外突出且与所述第一环形面相适配的第二环形曲面，中胶筒的下端面为向外突出的第三环形曲面；

下胶筒的上端面为向内凹陷且与所述第三环形曲面相适配的第四环形曲面，下胶筒的下端为第二环形平面；

第一弹性构件沿第一环形平面的周向设置在上胶筒的上端内，以使上胶筒上端能够承受径向的剪切力；

第二弹性构件沿第二环形平面的周向设置在下胶筒的下端内，以使下胶筒下端能够承受径向的剪切力。

在本发明的一个示例性实施例中，所述胶筒的橡胶材料由按照质量分数计的如下原料制备而成：

36～50％氢化丁腈橡胶、12～33％喷雾炭黑、1～14％热裂解炭黑、3～14％纳米白炭黑、3～19％陶土、1～9％增塑剂、0.5～2％防老剂、0.5～2％硫化剂、1～4％N，N’-间苯撑双马来酰亚胺。

在本发明的一个示例性实施例中，所述增塑剂包括DOS增塑剂、DOP增塑剂、TP-95增塑剂和TOTM增塑剂中的至少一种。

在本发明的一个示例性实施例中，所述防老剂包括RD防老剂、445防老剂、ZMTI防老剂和MB防老剂中的至少一种。

在本发明的一个示例性实施例中，所述封隔器的上部设置有与其连接的水力锚，所述水力锚包括上接头、水力锚本体、容积管和卡瓦组件，其中，

所述上接头的下端和水力锚本体上端相连接，所述容积管位于水力锚本体内部且容积管外壁与水力锚本体内壁接触或靠近；

所述水力锚本体上沿周向和轴向设有多组开孔，每组开孔内都安装有一组卡瓦组件，所述卡瓦组件包括水力锚卡瓦、限定压板、水力锚卡瓦弹簧和锁紧螺钉，

所述锁紧螺钉将限定压板固定在水力锚本体上限定水力锚卡瓦弹出水力锚本体的位置，所述水力锚卡瓦和水力锚卡瓦弹簧位自内而外依次设置于开孔中，水力锚卡瓦弹簧一端与水力锚卡瓦接触，另一端与限定压板接触，使得水力锚卡瓦能够在开孔中沿水力锚径向方向运动。

在本发明的一个示例性实施例中，所述封隔器的下部设置有坐封球座，所述坐封球座包括剪切外筒、球座座芯和第四剪切固定件，其中，

球座座芯为中空结构并包括上下两个开口，球座座芯设置在剪切外筒的内腔中，并通过第四剪切固定件与剪切外筒的内壁连接。

在本发明的一个示例性实施例中，所述坐封球座还包括密封件，以实现球座座芯和剪切外筒内壁之间的密封。

在本发明的一个示例性实施例中，所述坐封球座还包括坐封球，所述坐封球能够从井口掉落在所述球座座芯上，以封堵封隔器的通径。

与现有技术相比，本发明的有益效果可包括：

双向卡瓦可回收式液压封隔器坐封程序简单，能够实现双向密封，封隔器可回收使用，节约成本。

附图说明

图1示出了根据本发明的双向卡瓦可回收式液压封隔器的一个示例性实施例的结构示意图；

图2示出了根据本发明的双向卡瓦可回收式液压封隔器的一个示例性实施例的坐封球座的结构示意图；

主要附图标记说明：

100-水力锚、200-双向卡瓦可回收式液压封隔器、300-坐封球座、101-上接头、102-水力锚本体、103-容积管、104-水力锚卡瓦、105-限定压板、106-水力锚卡瓦弹簧、107-锁紧螺钉、201-中芯轴、202-液缸外筒、203-锁紧芯轴、204-环形活塞、205-锁环套、206-弹性件、207-内锁环、208-第二剪销、209-胶筒、210-锥体、211-第三剪销、212-卡瓦、213-挡圈、214-第一剪销、215-限位键、216-限位外筒、301-剪切外筒、302-坐封球、303-球座座芯、304-第四剪销。

具体实施方式

在下文中，将结合附图和示例性实施例来详细说明本发明的双向卡瓦可回收式液压封隔器。需要说明的是，“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”等仅仅是为了方便描述和便于区分，而不能理解为指示或暗示相对重要性。“上”、“下”、“内”、“外”仅仅为为了便于描述和构成相对的方位或位置关系，而并非指示或暗示所指的部件必须具有该特定方位或位置。

图1示出了根据本发明的双向卡瓦可回收式液压封隔器的一个示例性实施例的结构示意图。

在本实施例中，如图1中所示，双向卡瓦可回收式液压封隔器的上端还可设置有水力锚100。其中，水力锚100包括：上接头101、水力锚本体102、容积管103和卡瓦组件。

其中，上接头101的下端和水力锚本体102上端固定连接。这里，上接头的下端外壁上设有螺纹，水力锚本体上端内壁上设有对应的螺纹，上接头下端和水力锚本体上端通过螺纹丝扣连接，上接头和水力锚本体之间还设有密封件。容积管103位于水力锚本体102内部，容积管103外壁与水力锚本体102内壁靠近或接触。这里，容积管用于过滤油气中的杂质，避免杂质进入水力锚本体上的开孔中，影响水力卡瓦的运动，同时油管内压力也可以通过容积管进行传递。例如，容积管可以是管壁上开有一定数量小孔的圆管，然而，本发明不限于此，容积管也可以为其它结构，只要能起到过滤油气中杂质即可。

水力锚本体102上沿周向和轴向设有多组开孔，每组开孔均配套设置有由水力锚卡瓦104、限定压板105、水力锚卡瓦弹簧106、锁紧螺钉107组成的卡瓦组件。这里，水力锚本体上开孔的数量可以根据实际情况来确定，例如沿周向可以设置2个、4个、6个或8个等，沿轴向可以设置2个、4个、6个或8个等。锁紧螺钉107将限定压板105固定在水力锚本体102上限定水力锚卡瓦104弹出开口的位置。这里，限定压板沿上下方向在每个开孔轴线方向设置，水力锚卡瓦上设有与限定压板尺寸相配合的凹槽，当水力锚卡瓦弹出水力锚本体时，限定压板进入水力锚卡瓦上的凹槽中，对水力锚卡瓦弹出的最大高度进行限制。所述水力锚卡瓦104面向水力锚本体内部的一端将开孔封闭，水力锚卡瓦弹簧106一端位于水力锚卡瓦104的凹槽内并于凹槽底部接触，水力锚卡瓦弹簧106的另一端与限定压板105接触，使得水力锚卡瓦104能够在压力的推动下沿水力锚100的径向方向运动。这里，水力锚卡瓦与开口相配合，水力锚卡瓦与开口内壁之间设有密封件进行密封。

在本实施例中，如图1中所示，双向卡瓦可回收式液压封隔器包括中芯轴201、第一剪切固定件、第二剪切固定件、第三剪切固定件，自上而下依次套设在中芯轴外壁上的液缸外筒202、锁紧芯轴203和限位组件，以及自上而下依次套设在锁紧芯轴203上的环形活塞204、锁环组件、胶筒209、锥体210和卡瓦212。这里，自上而下是指从中芯轴201的上端(或称更靠近一体化管柱上游的一端)到中芯轴201的下端(或称更靠近一体化管柱下游的一端)的轴向方向。

其中，中芯轴201为圆管结构，中芯轴201上段的壁上设置有若干个内传压孔，该若干个内传压孔中每个内传压孔都能够将中芯轴201的内部空间与外界连通，从而传递油管内部压力，中芯轴201中段的壁相对于其上段和下段的壁向里凹陷。这里，内传压孔的数量可以根据实际情况来确定，例如1个、3个、5个或8个等。

液压外筒202的下段与锁紧芯轴203之间形成了一个具有单向开口的第一腔体，该开口方向朝下。液压外筒202的上段内还设置有若干个与所述内传压孔数量相同且对应每个内传压孔的传压通道，该若干个传压通道中每个传压通道的一端开口与中芯轴201上对应的内传压孔连通，另一端开口与第一腔体连通，以将油管内部压力传递到第一腔体中。这里，中芯轴与液缸外筒之间还设有密封件。

锁紧芯轴203为圆管结构，锁紧芯轴203与中芯轴201的中段围成了密闭的第二腔体，锁紧芯轴203的管壁上还设置有贯通的第一旁通孔，第一旁通孔位于锁紧芯轴203与卡瓦212接触的管壁上，卡瓦212上具有开口，因此该第一旁通孔能够将第二腔体与套管内部空间连通。这里，第一旁通孔的数量可以根据实际情况来确定，例如1个、3个、5个或8个等。这里，锁紧芯轴与液缸外筒之间还设有密封件。锁紧芯轴203通过第一剪切固定件与中芯轴201连接。限位外筒216上具有若干个第一开孔，锁紧芯轴203上具有与第一开孔数目相同且对应各个第一开孔的第二开孔，中芯轴201上具有与第一开孔数量相同且对应各个第一开孔的第一凹孔。第一剪切固定件可包括若干个第一剪销214，第一剪销214的数量与第一开孔的数量相同，每个第一剪销214都能够穿过呈对应关系的第一开孔插入第二开孔和第一凹孔内。这里，第一开孔的数量可以根据实际情况来确定，例如1个、3个、5个或8个等。第一剪切固定件可以包括若干个剪销，然而本发明不限于此，只要能实现在外力作用下可以被剪断的固定件都可。

限位组件包括限位外筒216和限位键215，其中，限位外筒216与锁紧芯轴203之间形成了具有单向开口的第三腔体，该开口方向朝上。锁紧芯轴203的下端插入该第三腔体中，锁紧芯轴203下端上具有供限位键215作用的键槽。限位键215位于第三腔体中锁紧芯轴203下端的键槽中，限位键215能够限制限位外筒216相对于中芯轴向下运动。此外，锁紧芯轴203上还可以设置凹槽，挡圈213位于凹槽内，通过设置挡圈213能够限制限位外筒216相对于锁紧芯轴203向上运动。

环形活塞204设置在第一腔体中，环形活塞204能够封闭第一腔体。这里，环形活塞套在锁紧芯轴外壁上，环形活塞包括自上而下依次连接的第一段和第二段，其中，第一段的沿径向的尺寸大于第二段沿径向的尺寸，第一段和第二段之间形成一个台阶。环形活塞第一段的上端面和外壁面均与液缸外筒的内壁接触。这里，环形活塞第一段与锁紧芯轴以及液缸外筒之间还设有密封件。

锁环组件包括锁环套205、弹性件和内锁环207，其中，锁环套205的上段能够进入到第一腔体中。这里锁环套在第一腔体中与环形活塞相互作用，环形活塞下端插入锁环套上端内且锁环套上端抵在环形活塞的台阶上，使得环形活塞与锁环套彼此压住且抵接。这里，锁环套与环形活塞之间还设有密封件。锁环套205与锁紧芯轴203之间形成一个具有单向开口的第四腔体，该开口方向朝上，锁环套205的上段通过第二剪切固定件与液压外筒202连接。这里，锁环套与锁紧芯轴之间还设有密封件。液缸外筒202上具有若干个第三开孔，锁环套205上具有与第三开孔数量相同且对应各个第三开孔的第二凹孔。第二剪切固定件可包括若干个第二剪销208，第二剪销208的数量与第三开孔的数量相同，每个第二剪销208都能够插入呈对应关系的第三开孔和第二凹孔内，以将上锁环套205与液缸外筒202固定连接。这里，第三开孔的数量可以根据实际情况来确定，例如1个、3个、5个或8个等。第二剪切固定件可以包括若干个剪销，然而本发明不限于此，只要能实现液缸外筒与锁环套的固定并且在外力作用下可以被剪断的固定件都可。

弹性件和内锁环207都位于第四腔体中，弹性件的上端与环形活塞204的下端面连接传递环形活塞长输的向下的推力，弹性件的下端与内锁环207的上端面连接推动内锁环207向下运动，内锁环207向下运动抵压在锁环套205的内壁上。这里，弹性件可以是弹簧，然而本发明不限于此，弹性件也可以为其它结构，只要能实现提供弹力和可被压缩功能即可。

锁环套205的下段与锁紧芯轴203之间形成密闭的第五腔体，锁紧芯轴203上的第二旁通孔将该第五腔体与第二腔体连通。这里，第五腔体通过第二旁通孔与第二腔体连通，第二腔体通过第一旁通孔与油管内部联通，则第五腔体与油管内部连通。这里，第二旁通孔的数量可以根据实际情况来确定，例如1个、3个、5个或8个等。

胶筒209套设在锁环套205下端和椎体210上端之间，胶筒209套装在锁紧芯轴203外壁上，且其上端与锁环套205下端彼此靠近或相互面对，下端与椎体210上端彼此接触或靠近。胶筒209能够在锁环套205下端和椎体210上端的挤压下发生形变，使封隔器和套管内壁形成密封连接。

椎体210为带锥形结构，按从上至下方向，锥体210的锥面至锁紧芯轴轴线的距离逐渐减小。例如，椎体锥面与轴心线方向的夹角可以为20～40度。锥体210上具有若干个第四开孔，锁紧芯轴203上具有与第四开孔数量相同且对应各个第四开孔的第三凹孔。第三剪切固定件可包括若干个第三剪销211，第三剪销211的数量与第四开孔的数量相同，每个第三剪销211都能够插入呈对应关系的第四开孔和第三凹孔内，以将椎体210与锁紧芯轴203固定连接。这里，第四开孔的数量可以根据实际情况来确定，例如1个、3个、5个或8个等。第三剪切固定件可以包括若干个剪销，然而本发明不限于此，只要能实现椎体与锁紧芯轴的固定并且在外力作用下可以被剪断的固定件都可。

卡瓦212整体为类圆筒结构，卡瓦212由沿周向均匀分布的多个卡瓦片构成，多个卡瓦片的下端固定连接，上端之间沿轴向方向设有开口或者缝隙。卡瓦212的多个卡瓦片中每个卡瓦片外壁上带有齿状结构，该齿状结构方向向斜下且与卡瓦外壁面呈一定角度。卡瓦212类圆筒结构内壁靠上端带有与椎体210锥面相配合的结构，卡瓦212相对于锥体210锥面向上滑动从而被撑开，使卡瓦212中多个卡瓦片外壁面上的齿状结构与套管内壁进行咬合将卡瓦212在套管内的位置进行固定。这里，卡瓦212的下端与限位外筒216上端抵压在一起，并且卡瓦212和限位外筒216通过长轴螺栓固定，二限位外筒216通过限位键215与锁紧芯轴203固定，从而坐封时能卡瓦212上端能够被椎体撑开。

在本实施例中，胶筒209可以包括第一弹性构件、第二弹性构件，以及自上而下依次连接且内外径都相同的上胶筒、中胶筒和下胶筒，其中，上胶筒的上端面为第一环形平面，下端面为向里凹陷的第一环形曲面；中胶筒的上端面为向外突出且与所述第一环形面相适配的第二环形曲面，中胶筒的下端面为向外突出的第三环形曲面；下胶筒的上端面为向内凹陷且与所述第三环形曲面相适配的第四环形曲面，下胶筒的下端为第二环形平面；第一弹性构件沿第一环形平面的周向设置在上胶筒的上端内，以使上胶筒上端能够更好地承受径向的剪切力；第二弹性构件沿第二环形平面的周向设置在下胶筒的下端内，以使下胶筒下端能够更好地承受径向的剪切力。

上胶筒和中胶筒的高度比可以为1：0.83～1：1.3，胶筒外径和胶筒高度比可以为1：1～1：1.5，当三个胶筒压缩坐封于套管后，轴向压缩率小于0.25，根据胶筒压缩前和压缩后体积不变的原理，通过调整胶筒长度和厚度值，就可以改变胶筒压缩变形后贴到套管壁的压缩率。例如胶筒越厚，就越容易贴着套管，当压缩贴向套管壁时，只需要很小的轴向压缩率就可以了；而胶筒很薄时，就需要在轴向上很大幅度的压缩胶筒，胶筒的压缩率就大。当压缩率控制在0.25以内时，根据套管内径的大小，反过来设计胶筒的长度和厚度，让其更好的压缩后紧紧的贴在套管内壁上，而轴向上不发生胶筒弯曲。

第一环形曲面和上胶筒轴线的夹角为79～81度，在此角度范围内中胶筒被斜角包裹挤压，压缩变形更均衡，胶筒不易偏心，周向密封更好。

第一弹性构件可以包括第一弹簧、第二弹性构件可以包括第二弹簧，第一弹簧和第二弹簧都可以为多层弹簧，第一弹簧可以在所述上胶筒内围成一个圆环，并且圆环的径向可以与上胶筒的轴向方向垂直，第二弹簧可以在所述下胶筒内围成一个圆环，并且圆环的径向可以与下胶筒的轴向相垂直。其中，弹簧的初始长度可以按照以下公式进行计算：

L＝πD+15

其中，L：搭接长度，D：胶筒直径，π：3.1416，式中单位：mm。

计算出初始长度后对大弹簧进行裁切，接好头后放入产品硫化模具中进行比对，根据实际情况再确定需裁切的合适长度。内弹簧根据外弹簧的实际长度进行裁切。

在本实施例中，胶筒的橡胶材料由按照质量分数计的如下原料制备而成：36～50％氢化丁腈橡胶、12～33％喷雾炭黑、1～14％热裂解炭黑、3～14％纳米白炭黑、3～19％陶土、1～9％增塑剂、0.5～2％防老剂、0.5～2％硫化剂、1～4％交联促进剂。

上胶筒和下胶筒的橡胶材料可以由按照质量分数计的如下成分制备而成：36～46％氢化丁腈橡胶、23～33％喷雾炭黑、4～14％热裂解炭黑、3～13％纳米白炭黑、3～13％陶土、1～4％增塑剂、0.5～2％防老剂、0.5～2％硫化剂、1～4％交联促进剂。

中胶筒的橡胶材料可以由按照质量分数计的如下原料制备而成：40～50％氢化丁腈橡胶、12～22％喷雾炭黑、1～11％热裂解炭黑、4～14％纳米白炭黑、9～19％陶土、1～9％增塑剂、0.5～2％防老剂、0.5～2％硫化剂、1～4％交联促进剂。

其中，氢化丁腈橡胶可以选用阿朗新科HNBR3607、HNBR3907、HNBR4307、HNBR4367，氢化丁腈橡胶HNBR具备优良的耐油耐溶剂性并保持较好的耐高低温平衡性，所述氢化丁腈橡胶中的丙烯腈质量分数为可以为36～44％，残余双键含量小于8％，氢化丁腈橡胶的生胶门尼粘度ML1+4(100℃)可以为50～100。

当选用的氢化丁腈橡胶中的丙烯腈的质量分数为36～44％时可以使得制备得到的橡胶材料可以兼顾耐热、耐油、耐硫化氢的性能，以及良好的压缩永久变形特性。测试封隔器胶筒要求胶筒在测试完成后具有良好的回复性，丙烯腈含量越高，胶筒的回复性越差，为了所述橡胶材料制备得到的测试封隔器胶筒在测试完成后由良好的回复性，丙烯腈的质量分数不宜再高。

当选用的氢化丁腈橡胶中的残余双键含量小于8％时，可以保证硫化时能够产生更多的交联键，能够提高橡胶的三维网络结构，有利于橡胶抵抗油气井下较高的压力。

当选用的氢化丁腈橡胶的生胶门尼粘度在50～100的范围时，能够保证橡胶材料在炼胶和硫化的过程中具备良好的加工性。

这里，喷雾炭黑、热裂解炭黑和纳米白炭黑作为组合补强材料，用作提高橡胶的强度机械性能的同时分别又发挥各自独有的优势以对抗井下高温老化、动态载荷本体失效、高挤压撕裂等恶劣环境。其中，喷雾炭黑还可提高橡胶后期耐老化的性能；热裂解炭黑在炭黑中具有最大的粒子尺寸(平均直径可为240～320nm)，但是其比表面积最低，可为7～12m²/g，热裂解炭黑能够减小橡胶压缩永久变形性、提高动态在和密封性能；高比表面积的纳米白炭黑(比表面积为250m²/g)，原生粒子直径小于100nm，能够极大地提高橡胶在高温高压环境下的抗撕裂性能和耐磨性能。

这里，陶土作为填充剂，在不影响加工性能的前提下能够提高橡胶的硬度和耐酸性，可以避免过量使用炭黑类补强剂而使得橡胶加工困难、成品率低的情况。

这里，为了改善橡胶的加工性能和硫化时材料在模具中的流动性，可以在制备原料中加入增塑剂，增塑剂可以选用DOS增塑剂、DOP增塑剂、TP-95增塑剂和TOTM增塑剂中的至少一种，进一步地，可以为其中两种，其中，TOTM可以提高橡胶耐高温性能，DOS可以改善橡胶的低温性能。

这里，防老剂可以选用RD防老剂、445防老剂、ZMTI防老剂和MB防老剂中的至少一种，进一步地，可以为其中两种，防老剂能够减缓橡胶的老化速度，提高橡胶的使用寿命，其中防老剂RD和MB并用具有良好的协同作用，防老剂445和ZMTI并用具有良好的协同能力。

这里，使用双叔丁基过氧异丙基苯替代传统的硫磺作为硫化剂，由于双叔丁基过氧异丙基苯未过氧化物，在硫化交联时形成C-C键，强度比硫磺硫化时形成的S-S键高，有利于增加橡胶分子链发生硫化交联成网状时的结构强度，且耐温、耐硫化氢腐蚀性能更好，实现更好的橡胶本体结构强度。所述双叔丁基过氧异丙基苯的有效含量可以不低于40％，例如60％。

这里，N，N’-间苯撑双马来酰亚胺的作用为助交联剂，能够协同过氧化物，加速氢化丁腈橡胶的硫化形成较高的交联网络结构和交联密度，以延长密封能力和时间。因为耐压差性能达到105MPa时需要的封隔时间较长，即177℃条件下至少封隔24h，适量的交联促进剂能够产生最佳的力学性能。

图2示出了根据本发明的双向卡瓦可回收式液压封隔器的一个示例性实施例的坐封球座的结构示意图。

在本实施例中，如图2中所示，坐封球座300包括剪切外筒301、坐封球302、球座座芯303和第四剪切固定件。

其中，剪切外筒301为中空圆筒，剪切外筒301上端(即图2中左端)与封隔器下端通过一段油管进行连接，剪切外筒301下端(即图2中右端)与井下空间连通。例如，连接方式可以为丝扣连接。然而，本发明不限于此，剪切外筒和磨铣延伸筒也可以直接进行连接。同时，剪切外筒301上具有若干个供第四剪切固定件插入的第五开孔。

球座座芯303为中空结构并包括上下两个开口，其中，球座座芯上端的开口能够与坐封球30表面贴合。球座座芯303具有与第五开孔数量相同且对应各个第五开孔的第四凹孔。球座座芯303设置在剪切外筒301内部且与剪切外筒301内壁贴合。第四剪切固定件可包括若干个第四剪销304，第四剪销304的数量与第四开孔的数量相同，每个第四剪销304都能够插入呈对应关系的第五开孔和第四凹孔内，以将球座座芯303和剪切外筒301固定连接。这里，第五开孔的数量可以根据实际情况来确定，例如1个、3个、5个或8个等。第四剪切固定件可以包括若干个剪销，然而本发明不限于此，只要能实现球座座芯与剪切外筒的固定并且在外力作用下可以被剪断的固定件都可。

剪切外筒301内腔上还设有放置密封件的凹坑，密封件使剪切外筒301内壁与球座座芯303外壁密封连接。

坐封球302能够从井口掉落在球座座芯303上，与球座座芯303上端结构贴合封堵油管通径。例如，坐封球可以为钢球，然而本发明不限于此，只要能封堵油管通径即可。

坐封时，从井口向包含双向卡瓦可回收式液压封隔器200的管柱中投入坐封球302，坐封球302掉落在球座座芯303上，封堵管柱的内部通径。向管柱内加压，压力通过内传压孔作用于环形活塞204和与其抵接的锁环套205。当坐封压差达到启动坐封压力时，第二剪切固定件被剪断，环形活塞204推动锁环套205向下运动，锁环套205挤压胶筒209，胶筒209受挤压的同时推动椎体210剪断第三剪切固定件，椎体210下行撑开卡瓦212，卡瓦212撑开镶入套管将封隔器坐封固定，胶筒209上的金属材料辅助装置与胶筒209一起膨胀接触套管内壁，对胶筒209的挤压形成一个保护层。在此过程中，封隔器上的内锁环207在弹性件206推力作用下同步向下运动，将卡瓦212及胶筒209锁定在坐封位置。封隔器完全坐封后，进行套管试压，检查封隔器和套管的密封性，验封合格后，通过管柱内继续加压将坐封球座300上的第四剪切固定件剪断，坐封球302及球座座芯303一起滑落到井下，管柱内自动泄压，保持全通径状态，整个坐封程序完成。

进行储层改造作业时，当管柱内压力高于套管内压力时，水力锚卡瓦104被压差推出，嵌入套管内固定，克服管柱受到的上顶力。储层改造作业完成后油压不高于套压时，水力锚卡瓦104自动弹回。

试油测试作业完成后，需要解封封隔器时，直接上提管柱，剪断第一剪切固定件，中芯轴201上移使内传压孔与套管连通，快速沟通油管和套管内压力，平衡胶筒209上下压差。继续上提管柱，卡瓦212收回，可顺利起出整个管柱。这里，第一剪切固定件、第二剪切固定件、第三剪切固定件只有承受的剪切力大于它们的最大剪断力时才能被剪断，而在管柱下过程中能够承受管柱上相应部件的重力不断裂。

综上所述，本发明的双向卡瓦可回收式液压封隔器具有以下优点：

该封隔器坐封简单，能够双向承压双向承拉，封隔器上的机械卡瓦及水力锚机构能够保证封隔器稳固的悬挂在套管中，可以承受下部管柱重量，试油测试完成后可以直接解封将整个管柱起出，节省成本。

尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。

Claims (10)

1.一种双向卡瓦可回收式液压封隔器，其特征在于，所述封隔器包括：中芯轴，第一剪切固定件，第二剪切固定件，第三剪切固定件，自上而下依次套设在中芯轴外壁上的液缸外筒、锁紧芯轴和限位组件，以及自上而下依次套设在锁紧芯轴外壁上的环形活塞、锁环组件、胶筒、锥体、卡瓦，其中，

中芯轴上段的壁上设置有内传压孔，该内传压孔能够将中芯轴的腔体与外界连通，中芯轴中段的壁相对于上段和下段的壁向里凹陷；

液压外筒的下段与锁紧芯轴之间形成了一个具有单向开口的第一腔体，该开口方向朝下，液压外筒的上段内设置有传压通道，该传压通道的一个开口与内传压孔连通，另一个开口与第一腔体连通；

锁紧芯轴与中芯轴的中段围成了密闭的第二腔体，锁紧芯轴的壁上还设置有贯通的第一旁通孔，第一旁通孔能够将第二腔体与套管内部连通；

锁紧芯轴的下段通过第一剪切固定件与中芯轴连接；

限位组件包括限位外筒和限位键，其中，限位外筒与锁紧芯轴之间形成了具有单向开口的第三腔体，该开口方向朝上，限位键位于第三腔体中并能够限制限位外筒相对于锁紧芯轴向下运动；

环形活塞设置在第一腔体中，且环形活塞能够封闭第一腔体；

锁环组件包括锁环套、弹性件和内锁环，其中，锁环套的上段能够进入到第一腔体中且与锁紧芯轴之间形成一个具有单向开口的第四腔体，该开口方向朝上，锁环套的上段通过第二剪切固定件与液压外筒连接，弹性件和内锁环都位于第四腔体中，弹性件的上端与环形活塞的下端面连接、下端与内锁环的上端面连接，内锁环抵压在锁环套的内壁上；

胶筒的上端面与锁环套的下端面能够接触或互相面对；

椎体的上端面与胶筒的下端面接触，锥体的上段通过第三剪切固定件与锁紧芯轴连接，按从上至下方向，锥体的锥面至锁紧芯轴轴线的距离逐渐减小；

卡瓦的上端套在椎体的锥面上，且卡瓦能够相对于椎体向上运动并呈现撑开状态，卡瓦的下端面与限位外筒的上端面接触。

2.根据权利要求1所述的双向卡瓦可回收式液压封隔器，其特征在于，所述锁环套的下段与锁紧芯轴之间形成密闭的第五腔体，锁紧芯轴上还设有第二旁通孔，第二旁通孔能够将第五腔体与第二腔体连通。

3.根据权利要求1所述的双向卡瓦可回收式液压封隔器，其特征在于，所述胶筒包括第一弹性构件、第二弹性构件，以及自上而下依次连接且内外径都相同的上胶筒、中胶筒和下胶筒，其中，

上胶筒的上端面为第一环形平面，下端面为向里凹陷的第一环形曲面；

中胶筒的上端面为向外突出且与所述第一环形面相适配的第二环形曲面，中胶筒的下端面为向外突出的第三环形曲面；

下胶筒的上端面为向内凹陷且与所述第三环形曲面相适配的第四环形曲面，下胶筒的下端为第二环形平面；

第一弹性构件沿第一环形平面的周向设置在上胶筒的上端内，以使上胶筒上端能够承受径向的剪切力；

第二弹性构件沿第二环形平面的周向设置在下胶筒的下端内，以使下胶筒下端能够承受径向的剪切力。

4.根据权利要求1所述的双向卡瓦可回收式液压封隔器，其特征在于，所述胶筒的橡胶材料由按照质量分数计的如下原料制备而成：

36～50％氢化丁腈橡胶、12～33％喷雾炭黑、1～14％热裂解炭黑、3～14％纳米白炭黑、3～19％陶土、1～9％增塑剂、0.5～2％防老剂、0.5～2％硫化剂、1～4％N，N’-间苯撑双马来酰亚胺。

5.根据权利要求4所述的双向卡瓦可回收式液压封隔器，其特征在于，所述增塑剂包括DOS增塑剂、DOP增塑剂、TP-95增塑剂和TOTM增塑剂中的至少一种。

6.根据权利要求4所述的双向卡瓦可回收式液压封隔器，其特征在于，所述防老剂包括RD防老剂、445防老剂、ZMTI防老剂和MB防老剂中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的双向卡瓦可回收式液压封隔器，其特征在于，所述封隔器的上部设置有与其连接的水力锚，所述水力锚包括上接头、水力锚本体、容积管和卡瓦组件，其中，

所述上接头的下端和水力锚本体上端相连接，所述容积管位于水力锚本体内部且容积管外壁与水力锚本体内壁接触或靠近；

所述水力锚本体上沿周向和轴向设有多组开孔，每组开孔内都安装有一组卡瓦组件，所述卡瓦组件包括水力锚卡瓦、限定压板、水力锚卡瓦弹簧和锁紧螺钉；

所述锁紧螺钉将限定压板固定在水力锚本体上限定水力锚卡瓦弹出水力锚本体的位置，所述水力锚卡瓦和水力锚卡瓦弹簧位自内而外依次设置于开孔中，水力锚卡瓦弹簧一端与水力锚卡瓦接触，另一端与限定压板接触，使得水力锚卡瓦能够在开孔中沿水力锚径向方向运动。

8.根据权利要求1所述的双向卡瓦可回收式液压封隔器，其特征在于，所述封隔器的下部设置有坐封球座，所述坐封球座包括剪切外筒、球座座芯和第四剪切固定件，其中，

球座座芯为中空结构并包括上下两个开口，球座座芯设置在剪切外筒的内腔中，并通过第四剪切固定件与剪切外筒的内壁连接。

9.根据权利要求1所述的双向卡瓦可回收式液压封隔器，其特征在于，所述坐封球座还包括密封件，以实现球座座芯和剪切外筒内壁之间的密封。

10.根据权利要求1所述的双向卡瓦可回收式液压封隔器，其特征在于，所述坐封球座还包括坐封球，所述坐封球能够从井口掉落在所述球座座芯上，以封堵封隔器的通径。

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