CN110952950A - 封隔器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种封隔器，包括：中心管和设置在中心管外侧的下卡瓦机构、胶筒坐封机构、循环通道机构、液压坐封机构和上卡瓦机构；下卡瓦机构设置在中心管的下部，用于锚定在套管上；胶筒坐封机构位于下卡瓦机构的上方，胶筒坐封机构与循环通道机构连接，胶筒坐封机构用于在循环通道机构封闭时坐封，并在循环通道机构打开时解封；液压坐封机构位于胶筒坐封机构的上方，用于在胶筒坐封机构坐封且套管试压合格后进行液压坐封；上卡瓦机构设置在中心管的上部且位于液压坐封机构的上方，用于在液压坐封机构坐封后，锚定在套管上。本发明提供的封隔器，既可以多次坐封，适用于套管损坏的油井，又可以双向锚定作为完井封隔器使用。

Description

封隔器

技术领域

本发明涉及石油生产技术领域，尤其涉及一种封隔器。

背景技术

油井开采过程中常用到封隔器，封隔器指具有弹性密封元件，并借此封隔油套环空，隔绝产层，以控制产液，保护套管的井下工具。油井开采多年后，套管损坏严重，会导致封隔器不能密封，需要多次更换坐封位置，以寻找可以密封的位置。

现有技术中，一般采用机械式封隔器，或者液压式封隔器来封隔油井，机械式封隔器和液压式封隔器分别在机械力和液压力的作用下实现油套环空的密封。

其中，机械式封隔器可以多次坐封，但不能双向锁定作为完井封隔器使用；而液压式封隔器可以双向锁定作为完井封隔器使用，但其不能一次性坐封，不适用于套管损坏严重的油井。因此，研发一种既可以多次坐封又可以双向锁定的封隔器是十分有必要的。

发明内容

本发明提供一种封隔器，既可以多次坐封，适用于套管损坏的油井，又可以双向锁定作为完井封隔器使用。

本发明提供一种封隔器，包括：中心管和设置在所述中心管外侧的下卡瓦机构、胶筒坐封机构、循环通道机构、液压坐封机构和上卡瓦机构；

所述下卡瓦机构设置在所述中心管的下部，用于锚定在套管上；

所述胶筒坐封机构位于所述下卡瓦机构的上方，所述胶筒坐封机构与所述循环通道机构连接，所述胶筒坐封机构用于在所述循环通道机构封闭时坐封，并在所述循环通道机构打开时解封；

所述液压坐封机构位于所述胶筒坐封机构的上方，用于在所述胶筒坐封机构坐封且套管试压合格后进行液压坐封；

所述上卡瓦机构设置在所述中心管的上部且位于所述液压坐封机构的上方，用于在所述液压坐封机构坐封后，锚定在所述套管上。

如上所述的封隔器，所述下卡瓦机构包括：换位键、摩擦块、下卡瓦和卡瓦座；

所述中心管上设置有换向槽，所述换向槽用于使所述换位键产生换向；

所述胶筒坐封机构包括下导锥；所述下卡瓦设置在所述下导锥的下方，所述下导锥用于撑开所述下卡瓦。

如上所述的封隔器，所述胶筒坐封机构还包括：胶筒；所述循环通道机构包括：密封插头和密封件；

所述密封插头用于插入所述密封件以封闭所述循环通道机构，并推动所述胶筒坐封在所述套管上。

如上所述的封隔器，所述胶筒坐封机构还包括：第一限位环；所述第一限位环用于在所述循环通道机构打开时解封所述胶筒。

如上所述的封隔器，所述上卡瓦机构包括：上卡瓦和卡瓦套；

所述液压坐封机构包括上导锥；所述上卡瓦设置在所述上导锥的上方，所述上导锥用于撑开所述上卡瓦。

如上所述的封隔器，所述上卡瓦机构还包括：第一剪切销钉、第一卡环和导锥支撑套；

所述第一剪切销钉用于将所述上卡瓦机构固定连接在所述中心管上，所述第一卡环用于顶持所述导锥支撑套，所述导锥支撑套用于支撑所述上导锥。

如上所述的封隔器，所述液压坐封机构还包括：上活塞、下活塞、第二剪切销钉和卡套；所述胶筒坐封机构还包括设置在所述胶筒上方的上规环；

所述液压坐封机构通过所述第二剪切销钉与所述中心管固定连接，所述下活塞用于在所述第二剪切销钉被剪断后驱动所述卡套挤压所述上规环，所述上活塞用于在所述第二剪切销钉被剪断后挤压所述上导锥。

如上所述的封隔器，所述液压坐封机构还包括：第二限位环；所述胶筒坐封机构还包括：锁环；

所述卡套和所述上规环通过所述锁环固定连接；所述第二限位环用于顶持所述卡套以使所述胶筒解封。

如上所述的封隔器，所述液压坐封机构还包括：第二卡环和活塞外套；

所述第二卡环用于将所述上活塞、所述下活塞和所述卡套固定在所述中心管上。

如上所述的封隔器，所述中心管的上端连接有上接头。

本发明实施例提供的封隔器，可以通过机械上提-下放动作，可促动胶筒坐封机构坐封，此时可以实现机械压缩坐封，通过环空可对封隔器及套管密封性进行试压，如套管不密封，可上提，换至另一个位置再次重复坐封和试压，直至套管试压成功。此时，通过油管液压操作，可促动液压坐封，将上下卡瓦机构和下卡瓦机构均坐挂在套管上，实现双向锚定密封的功能，通过上提管柱可解封整个封隔器。本发明实施例提供的封隔器，可实现多次重复坐封，提高坐封的成功率，适用于套管损坏的油井，又可以双向锁定作为完井封隔器使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的封隔器的整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的中心管的示意图；

图3为本发明实施例提供的下卡瓦机构的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的胶筒坐封机构和循环通道机构的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的封隔器的液压坐封机构的示意图；

图6为本发明实施例提供的封隔器的上卡瓦机构的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的换位键的轨迹展开示意图。

附图标记：

100-中心管 11-换向槽

12-上接头 200-下卡瓦机构

21-换位键 22-摩擦块

23-下卡瓦 24-卡瓦座

300-胶筒坐封机构 31-下导锥

32-胶筒 33-第一限位环

34-上规环 35-锁环

400-循环通道机构 41-密封插头

42-密封件 500-液压坐封机构

51-上导锥 52-上活塞

53-下活塞 54-第二剪切销钉

55-卡套 56-第二限位环

57-第二卡环 58-活塞外套

600-上卡瓦机构 61-上卡瓦

62-卡瓦套 63-第一剪切销钉

64-第一卡环 65-导锥支撑套

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面参考附图并结合具体的实施例描述发明。

图1为本发明实施例提供的封隔器的整体结构示意图，图2为本发明实施例提供的封隔器坐封完成后的整体结构示意图，参考图1和图2所示，本发明提供一种封隔器，包括：中心管100和设置在中心管100外侧的下卡瓦机构200、胶筒坐封机构300、循环通道机构400、液压坐封机构500和上卡瓦机构600。

其中，下卡瓦机构200设置在中心管100的下部，用于锚定在套管上；胶筒坐封机构300位于下卡瓦机构200的上方，胶筒坐封机构300与循环通道机构400连接，胶筒坐封机构300用于在循环通道机构400封闭时坐封，并在循环通道机构400打开时解封；液压坐封机构500位于胶筒坐封机构300的上方，用于在胶筒坐封机构300坐封且套管试压合格后进行液压坐封；上卡瓦机构600设置在中心管100的上部且位于液压坐封机构500的上方，用于在液压坐封机构500坐封后，锚定在套管上。

具体地，封隔器通过中心管100与油管连通，随着油管一同下入油井内。封隔器用于封隔油管和套管之间的环形空间。

本发明实施例提供的封隔器坐封的具体工作原理和工作过程为：

在封隔器下入油井内的目的位置后，首先上提-下放中心管100，下卡瓦机构200保持相对静止状态；继续下放中心管100，下卡瓦机构200坐挂在套管上，形成防止下移的锚定；继续下放管柱，循环通道机构400封闭；继续下放管柱，循环通道机构400推动胶筒坐封机构300坐封，密封套管。

此时，可以通过环空液压操作，对套管进行试压。如果套管不密封，可上提管柱，打开循环通道机构400，平衡上下压差；继续上提管柱，胶筒坐封机构300解封，下卡瓦机构200解除坐挂，封隔器工具可以整体上提。改变封隔器的坐封位置，重复上述步骤，直至套管试压合格。

套管试压合格后，通过油管打压，当压力上升到设定值后，液压坐封机构500坐封，且继续挤压胶筒坐封机构300。与此同时，液压坐封机构500促使上卡瓦机构600坐挂在套管壁上，形成防止上移的锚定，此时，封隔器实现双向锚定密封，可耐受双向压差作业。

本发明实施例提供的封隔器解封的具体工作原理和工作过程为：

上提中心管100，液压坐封机构500使得上卡瓦机构600失去与套管的锚定关系；继续上提管柱，打开循环通道结构400，平衡上下压差；继续上提管柱，液压坐封机构500带动胶筒坐封机构300解封，下卡瓦机构200也相应解除坐挂，整个封隔器实现解封。

本发明实施例提供的封隔器，可以通过机械上提-下放动作，可促动胶筒坐封机构坐封，此时可以实现机械压缩坐封，通过环空可对封隔器及套管密封性进行试压，如套管不密封，可上提，换至另一个位置再次重复坐封和试压，直至套管试压成功。此时，通过油管液压操作，可促动液压坐封，将上下卡瓦机构和下卡瓦机构均坐挂在套管上，实现双向锚定密封的功能，通过上提管柱可解封整个封隔器。本发明实施例提供的封隔器，可实现多次重复坐封，提高坐封的成功率，适用于套管损坏的油井，又可以双向锁定作为完井封隔器使用。

下面采用更加详细的实施例，对各部件的结构进行详细说明。

图3为本发明实施例提供的下卡瓦机构的结构示意图，参考图1-图3所示，下卡瓦机构200包括：换位键21、摩擦块22、下卡瓦23和卡瓦座24；中心管100上设置有换向槽11，换向槽11用于使换位键21产生换向；胶筒坐封机构300包括下导锥31；下卡瓦23设置在下导锥31的下方，下导锥31用于撑开下卡瓦23。

其中，卡瓦座24用于支撑下卡瓦23，摩擦块22用于增大下卡瓦机构200和中心管100之间的摩擦力，使得上提-下放中心管100时，在摩擦块22的作用下，下卡瓦机构200保持相对静止状态，以促使换位键21在中心管100的换向槽11产生换向后，继续下放管柱，下卡瓦23坐挂在套管上。

图7为本发明实施例提供的换位键的轨迹展开示意图，参考图7所示，待封隔器下放到预定的坐封位置时，首先上提管柱，,由于摩擦块22与井壁之间的摩擦力作用，下卡瓦机构200位置相对固定，中心管100随封隔器上提位移，使得换位键21在换向槽11内换向，换向槽11为W形换向槽，换位键21由A点一直下行至长短换向槽底部，在下导向斜面的作用下移动至B点，然后下放管柱，在上导向斜面的作用下一直移动换位到长槽中，继续下放管柱，换位键21在长槽中向C点移动，管柱重量推动下导锥31下移使下卡瓦23锚定在套管上。

图4为本发明实施例提供的胶筒坐封机构和循环通道机构的结构示意图，参考图1-与4所示，胶筒坐封机构300还包括：胶筒32；循环通道机构400包括：密封插头41和密封件42；密封插头41用于插入密封件42以封闭循环通道机构400，并推动胶筒32坐封在套管上。

具体地，胶筒32采用的是两端与硅化硫化粘接一体的结构，保持了橡胶与机械零件之间的位置关系，易于坐封，可强制解封。具有密封自适应功能，需要的坐封力较低。

其中，密封插头41、密封件42和胶筒32的芯轴内侧壁共同组成了循环通道，在起下管柱的过程中，胶筒32上下的液体，可通过胶筒32的芯轴内侧的循环通道过流，避免了液体对胶筒32的冲蚀影响，提高了胶筒32坐封的成功率。

胶筒坐封机构300还包括：第一限位环33；第一限位环33用于在循环通道机构400打开时解封胶筒32。

图5为本发明实施例提供的封隔器的液压坐封机构的示意图，图6为本发明实施例提供的封隔器的上卡瓦机构的结构示意图，参考图1-图6所示，上卡瓦机构600包括：上卡瓦61和卡瓦套；液压坐封机构500包括上导锥51；上卡瓦61设置在上导锥51的上方，上导锥51用于撑开上卡瓦61。

上卡瓦机构600还包括：第一剪切销钉63、第一卡环64和导锥支撑套65；第一剪切销钉63用于将上卡瓦机构600固定连接在中心管100上，第一卡环64用于顶持导锥支撑套65，导锥支撑套65用于支撑上导锥51。当封隔器需要解封时，上提中心管100，第一剪切销钉63被剪断，中心管100可以继续向上移动，此时第一卡环64顶住导锥支撑套65，将导锥支撑套65从上导锥51的下面撤走。上导锥51失去支撑后向内回收，此时容易将上卡瓦61从上导锥51及套管上移出。

具体地，上导锥51为线切割棘爪状，并且采用导锥支撑套65支撑，此结构的优点是，一旦解封动作展开，首先提开导锥支撑套65，上导锥51容易向内收回，上卡瓦61易于解除坐挂。

继续参考图5所示，液压坐封机构500还包括：上活塞52、下活塞53、第二剪切销钉54和卡套55；胶筒坐封机构300还包括设置在胶筒32上方的上规环34；液压坐封机构500通过第二剪切销钉54与中心管100固定连接，下活塞53用于在第二剪切销钉54被剪断后驱动卡套55挤压上规环34，上活塞52用于在第二剪切销钉被剪断后挤压上导锥51。

套管试压合格后，通过油管打压，当压力上升到设定值后，第二剪切销钉54被上活塞52和下活塞53剪断，下活塞53驱动卡套55顶到胶筒坐封机构的上规环34上，继续挤压胶筒32。与此同时，上活塞52推动上导锥51，促使上卡瓦61坐挂在套管壁上，形成防止上移锚定。

液压坐封机构500还包括：第二限位环56；胶筒坐封机构300还包括：锁环35；卡套55和上规环34通过锁环35固定连接；第二限位环56用于顶持卡套55以使胶筒32解封。在解封封隔器的过程中，上提管柱，第二限位环56向上顶住卡套55，由于卡套55与上规环34已经通过锁环35连接成一体了，所以，会带动胶筒32解封，下卡瓦23也相应解除坐挂，整个封隔器实现解封。

此结构的优点是，一旦液压坐封，卡套55与上规环34通过锁环35连接成一体；解封时，液压坐封机构500和胶筒坐封机构300被连成一体，不会在中心管100上产生相对位移的窜动。

进一步地，液压坐封机构500还包括：第二卡环57和活塞外套58；第二卡环57用于将上活塞52、下活塞53和卡套55固定在中心管100上。在下入过程中第二卡环57将液压坐封机构500的各个零件，固定在中心管100上，避免了误坐封，可以有效抵抗套管摩擦力和冲击力对活塞外套58的影响，提高了下入的安全性。

在上述实施例的基础上，中心管100的上端连接有上接头12。中心管100通过上接头12与油管连接，上提和下放中心管100均通过操作上接头12实现。

本发明实施例提供的封隔器坐封的具体工作原理和工作过程为：

在封隔器下入油井内的目的位置后，上提-下放中心管100的上接头12，摩擦块22使得下卡瓦机构200保持相对静止状态，促使换位键21在中心管100的换向槽11产生换向后，继续下放管柱，下导锥31撑开下卡瓦23，坐挂在套管上，形成防止下移的锚定。继续下放管柱，密封插头41插入进的密封件42内，封闭循环通道机构400。继续下放管柱，密封插头41推动胶筒32坐封，密封套管。

此时，可以通过环空液压操作，对套管进行试压。如果套管不密封，可上提管柱。密封插头41提离密封件42，打开循环通道，平衡上下压差。继续上提，中心管100与第一限位环33接触，胶筒32解封，下卡瓦23解除坐挂，工具可以整体上提。直至新的坐封位置，重复上述动作，直至套管试压合格。

套管试压合格后，通过油管打压，当压力上升到设定值后，第二剪切销钉54被上活塞52和下活塞53剪断，下活塞53驱动卡套55顶到胶筒坐封机构的上规环34上，继续挤压胶筒32。与此同时，上活塞52推动上导锥51，促使上卡瓦61坐挂在套管壁上，形成防止上移的锚定。此时，封隔器实现双向锚定密封，可耐受双向压差作业。

本发明实施例提供的封隔器解封的具体工作原理和工作过程为：

当封隔器需要解封时，上提上接头12设定吨位后，第一剪切销钉63被剪断，中心管100可以继续向上移动，此时第一卡环64顶住导锥支撑套65，将导锥支撑套65从上导锥51的下面撤走。上导锥51失去支撑后向内回收，此时容易将上卡瓦61从上导锥51及套管上移出。

继续上提管柱，密封插头41提离密封件42，打开循环通道，平衡上下压差；继续上提管柱，第二限位环56向上顶住卡套55，带动胶筒32解封，下卡瓦23也相应解除坐挂，整个封隔器实现解封。

本发明实施例提供的封隔器，可以通过机械上提-下放动作，可促动胶筒坐封机构坐封，此时可以实现机械压缩坐封，通过环空可对封隔器及套管密封性进行试压，如套管不密封，可上提，换至另一个位置再次重复坐封和试压，直至套管试压成功。此时，通过油管液压操作，可促动液压坐封，将上下卡瓦机构和下卡瓦机构均坐挂在套管上，实现双向锚定密封的功能，通过上提管柱可解封整个封隔器。本发明实施例提供的封隔器，可实现多次重复坐封，提高坐封的成功率，适用于套管损坏的油井，又可以双向锁定作为完井封隔器使用。

在本发明的描述中，需要理解的是，所使用的术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“顶端”、“底端”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”“轴向”、“周向”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的位置或原件必须具有特定的方位、以特定的构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成为一体；可以是机械连接，也可以是电连接或者可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以使两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种封隔器，其特征在于，包括：中心管和设置在所述中心管外侧的下卡瓦机构、胶筒坐封机构、循环通道机构、液压坐封机构和上卡瓦机构；

所述下卡瓦机构设置在所述中心管的下部，用于锚定在套管上；

所述胶筒坐封机构位于所述下卡瓦机构的上方，所述胶筒坐封机构与所述循环通道机构连接，所述胶筒坐封机构用于在所述循环通道机构封闭时坐封，并在所述循环通道机构打开时解封；

所述液压坐封机构位于所述胶筒坐封机构的上方，用于在所述胶筒坐封机构坐封且套管试压合格后进行液压坐封；

所述上卡瓦机构设置在所述中心管的上部且位于所述液压坐封机构的上方，用于在所述液压坐封机构坐封后，锚定在所述套管上。

2.根据权利要求1所述的封隔器，其特征在于，所述下卡瓦机构包括：换位键、摩擦块、下卡瓦和卡瓦座；

所述中心管上设置有换向槽，所述换向槽用于使所述换位键产生换向；

所述胶筒坐封机构包括下导锥；所述下卡瓦设置在所述下导锥的下方，所述下导锥用于撑开所述下卡瓦。

3.根据权利要求2所述的封隔器，其特征在于，所述胶筒坐封机构还包括：胶筒；所述循环通道机构包括：密封插头和密封件；

所述密封插头用于插入所述密封件以封闭所述循环通道机构，并推动所述胶筒坐封在所述套管上。

4.根据权利要求3所述的封隔器，其特征在于，所述胶筒坐封机构还包括：第一限位环；所述第一限位环用于在所述循环通道机构打开时解封所述胶筒。

5.根据权利要求3所述的封隔器，其特征在于，所述上卡瓦机构包括：上卡瓦和卡瓦套；

所述液压坐封机构包括上导锥；所述上卡瓦设置在所述上导锥的上方，所述上导锥用于撑开所述上卡瓦。

6.根据权利要求5所述的封隔器，其特征在于，所述上卡瓦机构还包括：第一剪切销钉、第一卡环和导锥支撑套；

所述第一剪切销钉用于将所述上卡瓦机构固定连接在所述中心管上，所述第一卡环用于顶持所述导锥支撑套，所述导锥支撑套用于支撑所述上导锥。

7.根据权利要求5所述的封隔器，其特征在于，所述液压坐封机构还包括：上活塞、下活塞、第二剪切销钉和卡套；所述胶筒坐封机构还包括设置在所述胶筒上方的上规环；

所述液压坐封机构通过所述第二剪切销钉与所述中心管固定连接，所述下活塞用于在所述第二剪切销钉被剪断后驱动所述卡套挤压所述上规环，所述上活塞用于在所述第二剪切销钉被剪断后挤压所述上导锥。

8.根据权利要求7所述的封隔器，其特征在于，所述液压坐封机构还包括：第二限位环；所述胶筒坐封机构还包括：锁环；

所述卡套和所述上规环通过所述锁环固定连接；所述第二限位环用于顶持所述卡套以使所述胶筒解封。

9.根据权利要求7所述的封隔器，其特征在于，所述液压坐封机构还包括：第二卡环和活塞外套；

所述第二卡环用于将所述上活塞、所述下活塞和所述卡套固定在所述中心管上。

10.根据权利要求1所述的封隔器，其特征在于，所述中心管的上端连接有上接头。

Images