CN111075389B - 一种带有径向支撑功能的封隔器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有径向支撑功能的封隔器，属井下工具技术领域。该带有径向支撑功能的封隔器由中心管、上接头、下接头、支撑套、活塞套和胶筒构成；所述的中心管的上端螺纹连接有上接头；中心管的下端螺纹连接有下接头；所述的上接头下方的中心管上通过紧固螺钉固装有支撑套；撑套的细圆周面上设置有装配环槽；支撑套的下部与中心管之间呈环空状态；支撑套的细圆周面上活动套装有胶筒；支撑套与下接头之间的中心管上活动套装有活塞套；所述的支撑套内侧通过T型滑槽均匀滑动装有多个支撑滑板。该封隔器解决了现有封隔器存有的密封性能不稳和易失效的问题，满足了油田的使用需求。

Description

一种带有径向支撑功能的封隔器

技术领域

本发明涉及一种带有径向支撑功能的封隔器，属井下工具技术领域。

背景技术

封隔器是油田进行分采分注，分层测试和控制，以及进行特殊作业的主要井下工具。现有封隔器一般是由胶筒两端受压扩张后完成密封动作的。例如申请号为201710912336.9的发明专利公开的一种封隔器，其坐封时，利用液压力驱动上压套和下压套，使其从两端挤压胶筒，胶筒受压后径向扩张挤压套管从而完成对套管密封。现有的封隔器由于采用的是胶筒两端受压径向扩张的方式完成坐封的，而胶筒又具有在高温高压工作条件下易变软特性，因此当其处于井下高温高压的环境中时，胶筒极易变软发生“泄漏”导致的坐封失效的问题。此外胶筒两端受压径向扩张完成坐封的过程中，由于其仅仅在端部受压，其中部存有因不直接受力导致的密封性能不稳的问题，不能满足油田使用的需要。如此有必要研发一种新的封隔器，以解决现有的封隔器存有的以上问题。

发明内容

本发明的目的是：提供一种结构紧凑、设计巧妙，以解决现有封隔器存有的密封性能不稳和易失效问题的带有径向支撑功能的封隔器。

本发明的技术方案是：

一种带有径向支撑功能的封隔器，它由中心管、上接头、下接头、支撑套、活塞套和胶筒构成；其特征在于：所述的中心管的上端螺纹连接有上接头；中心管的下端螺纹连接有下接头；所述的上接头下方的中心管上通过紧固螺钉固装有支撑套；所述的支撑套的外部呈阶梯状结构；支撑套的细圆周面上设置有装配环槽；支撑套的下部与中心管之间呈环空状态；支撑套的细圆周面上活动套装有胶筒；支撑套与下接头之间的中心管上活动套装有活塞套；活塞套的上端延伸至支撑套与中心管之间环空的内部；活塞套与胶筒抵触连接；活塞套的下端内表面与下接头的圆周面滑动密封连接；所述的支撑套内侧通过T型滑槽均匀滑动装有多个支撑滑板；支撑滑板与支撑套内壁之间通过复位弹簧相互连接；支撑滑板的内侧与活塞套的上端滑动连接；所述的支撑套的装配环槽上均布有多个扩径弧件；扩径弧件穿过支撑套后与对应的支撑滑板固定连接；扩径弧件两侧的装配环槽上装有支撑弧条；支撑弧条在胶筒弹力的作用下与扩径弧件抵触连接；所述的下接头和活塞套与中心管之间设置有憋压环空；憋压环空通过传压孔与中心管的内部连通。

所述的上接头与中心管之间、下接头与中心管之间均设置有O型密封圈；所述的下接头的内部呈收口状结构。

所述的活塞套呈一体式结构，它由外套筒和内套筒构成；外套筒内设置有内套筒；内套筒的一端延伸至外套筒的外端；延伸至外套筒的外端的内套筒的上端圆周面上设置有挤压锥面；活塞套通过挤压锥面与支撑滑板的内侧滑动连接；内套筒的圆周面与外套筒的内表面之间设置有避让环槽；外套筒的端头与胶筒抵触连接；内套筒与中心管滑动连接；外套筒与下接头的圆周面滑动密封连接。

所述的内套筒的内部设置有多组密封环槽；内套筒可通过密封环槽安装O型密封圈；内套筒通过O型密封圈与中心管滑动密封连接。

所述的支撑滑板为弧形板；支撑滑板的下端内侧设置有控制斜面；控制斜面的倾斜角度与活塞套的挤压锥面的倾斜角度一致；支撑滑板通过控制斜面与活塞套的挤压锥面贴合连接；支撑滑板的上端两侧分别设置有装配爪；支撑滑板通过装配爪和T型滑槽滑动安装在支撑套的内部。

所述的扩径弧件由连接杆和扩径弧条构成；扩径弧条的内侧装有连接杆；连接杆穿过穿过支撑套后与对应的支撑滑板固定连接。

所述的扩径弧条的两端端头均呈“楔形”；支撑弧条的两端端头均呈“楔形”；扩径弧条的端头与对应支撑弧条的端头贴合连接。

本发明的优点在于：

该带有径向支撑功能的封隔器，结构紧凑、设计巧妙；坐封时，活塞套不仅能够在支撑套的配合下从两端对胶筒轴向挤压使其能够产生径向变形；还能够通过支撑滑板、扩径弧件和扩径弧条从内部挤压胶筒使其产生径向变形；如此可引导胶筒在扩径弧件和支撑弧条的扩径处集中变形，如此即可增强胶筒的密封稳定性。此外当扩径弧件和扩径弧条从内部挤压胶筒后，扩径弧件和扩径弧条向外的扩张力会通过胶筒传递到坐封的套管上，如此进一步增强了胶筒的抗变形的能力，当胶筒在高温环境下变软时，扩径弧件和扩径弧条往外的扩张力会进一步挤压胶筒从而降低了胶筒失效的风险，由此解决了现有封隔器存有的密封性能不稳和易失效的问题，满足了油田的使用需求。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中A-A向的结构示意图；

图3为本发明活塞套的结构示意图；

图4为本发明活塞套的剖面结构示意图；

图5为本发明支撑套的结构示意图；

图6为本发明工作状态结构示意图；

图7为图6中B-B向的结构示意图；

图8为图6中C处的放大结构示意图；

图9为本发明的支撑滑板的结构示意图；

图10为本发明的扩径弧件的结构示意图。

图中：1、中心管，2、上接头，3、下接头，4、支撑套，5、活塞套，6、胶筒，7、O型密封圈，8、紧固螺钉，9、T型滑槽，10、支撑滑板，11、复位弹簧，12、装配环槽，13、扩径弧件，14、支撑弧条，15、憋压环空，16、传压孔，17、挤压锥面，18、外套筒，19、内套筒，20、避让环槽，21、密封环槽，22、控制斜面，23、装配爪，24、连接杆，25、扩径弧条。

具体实施方式

该带有径向支撑功能的封隔器由中心管1、上接头2、下接头3、支撑套4、活塞套5和胶筒6构成。

中心管1的上端螺纹连接有上接头2；上接头2与中心管1之间设置有O型密封圈7（参见说明书附图1）。中心管1的下端螺纹连接有下接头3；下接头3与中心管1之间均设置有O型密封圈7（参见说明书附图1）。

下接头3的内部呈收口状结构（参见说明书附图1）；下接头3的下端内径小于中心管1的内径；如此设置下接头3的目的在于：以使工作时钻井液从中心管1运动到下接头3的过程中，钻井液的流通面积降低，以通过节流膨胀原理增大钻井液的压力，使其能够为该封隔器的坐封提供足够的动力。

上接头2下方的中心管1上通过紧固螺钉8固装有支撑套4（参见说明书附图1）。

支撑套4的外部呈阶梯状结构（参见说明书附图5）；支撑套4的细圆周面上设置有装配环槽12（参见说明书附图5）；支撑套4的下部与中心管1之间呈环空状态（参见说明书附图8）。

支撑套4的细圆周面上活动套装有胶筒6（参见说明书附图8）；胶筒6的上端面与支撑套4的阶梯面抵触连接。

支撑套4内侧通过T型滑槽9均匀滑动装有多个支撑滑板10（参见说明书附图8）；支撑滑板10为弧形板（参见说明书附图9和5）；支撑滑板10的下端内侧设置有控制斜面22（参见说明书附图8和9）。

支撑滑板10的上端两侧分别设置有装配爪23（参见说明书附图9）；如此设置装配爪23的目的在于：以使支撑滑板10能够通过装配爪23和T型滑槽9滑动安装在支撑套4的内部；从而使支撑滑板10受力时，其在T型滑槽9的引导下只能在支撑套4内侧沿着径向方向移动、如此即可避免支撑滑板10发生偏离运行轨迹以及“脱轨”的问题。

支撑滑板10与支撑套4内壁之间通过复位弹簧11相互连接（参见说明书附图8）；在复位弹簧11弹力的作用下，支撑滑板10始终具有向内运动的趋势，如此即可使其始终与活塞套5贴合连接，如此活塞套5上下动作时即可达到控制支撑滑板10动作的目的。

支撑套4的装配环槽12上均布有多个扩径弧件13（参见说明书附图5和8）。扩径弧件13有连接杆24和扩径弧条25构成（参见说明书附图10）；扩径弧条25的内侧装有连接杆24；连接杆24穿过穿过支撑套4后与对应的支撑滑板10固定连接（参见说明书附图2和7）。如此支撑滑板10即可与扩径弧件13保持固定连接；支撑滑板10动作时即可带动扩径弧件13同步动作。

扩径弧件13两侧的装配环槽12上装有支撑弧条14（参见说明书附图2和7）；支撑弧条14在胶筒6弹力的作用下与扩径弧件13抵触连接。

扩径弧条25的两端端头均呈“楔形”；支撑弧条14的两端端头均呈“楔形”；扩径弧条25的端头与对应支撑弧条14的端头贴合连接（参见说明书附图2和7）。将扩径弧条25和支撑弧条14的两端端头均呈设置呈“楔形”的目的在于：以使扩径弧条25向外径向撑开时，扩径弧条25能够通过“楔形面”同步推动支撑弧条14撑开（参见说明书附图7）；如此即可达到使扩径弧条25和支撑弧条14同步动作，坐封时能够从内部将胶筒6撑开的目的。

支撑套4与下接头3之间的中心管1上活动套装有活塞套5（参见说明书附图1）；活塞套5受力时可沿着中心管1上下移动。

活塞套5呈一体式结构（参见说明书附图3），它由外套筒18和内套筒19构成。

外套筒18内设置有内套筒19；内套筒19的一端延伸至外套筒18的外端；延伸至外套筒18的外端的内套筒19的上端圆周面上设置有挤压锥面17。内套筒19的上端延伸至支撑套4与中心管1之间环空的内部（参见说明书附图8）。

活塞套5通过挤压锥面17与支撑滑板10的控制斜面22贴合连接；活塞套5的挤压锥面17的倾斜角度与控制斜面22的倾斜角度一致。如此活塞套5上移时即可通过控制斜面22推动支撑滑板10逐步向外移动；活塞套5下移时，支撑滑板10在复位弹簧11弹力的作用下即可逐步回缩。

内套筒19的圆周面与外套筒18的内表面之间设置有避让环槽20（参见说明书附图3）；避让环槽20与支撑套4的下端面呈相向设置；如此设置避让环槽20的目的在于：以使活塞套5上移过程中，支撑套4能够与避让环槽20插入连接，从而避免了支撑套4阻碍活塞套5移动问题的发生。

外套筒18的端头与胶筒6抵触连接；内套筒19与中心管1滑动连接；外套筒18与下接头3的圆周面滑动密封连接（参见说明书附图1）。活塞套5上移时，即可通过外套筒18挤压胶筒6，进而达到使其坐封的目的。

内套筒19的内部设置有多组密封环槽21（参见说明书附图4）；内套筒19可通过密封环槽21安装O型密封圈7；内套筒19通过O型密封圈7与中心管1滑动密封连接。设置密封环槽21的目的在于：以通过O型密封圈7增强活塞套5与中心管1之间的密封性，以避免该封隔器坐封时发生“泄压”的问题。

下接头3和活塞套5与中心管1之间设置有憋压环空15；憋压环空15通过传压孔16与中心管1的内部连通（参见说明书附图1和6）。设置传压孔16和憋压环空15的目的在于：以使坐封时，中心管1内部的钻井液能够通过传压孔16进入到憋压环空15中，推动活塞套5动作，进而达到控制活塞套5动作的目的。

该带有径向支撑功能的封隔器，工作时首先需要在下接头3内腔中安装增压滑套（增压滑套为井下常用部件），然后将该封隔器下放到指定的位置后固定。

该封隔器固定完毕后，需要坐封时，向中心管1中注入具有一定压力的钻井液。钻井液进入到中心管1后，一部分钻井液通过增压滑套和下接头3后外排，一部分通过传压孔16进入到憋压环空15中。进入到憋压环空15中的钻井液在自身压力的作用下，推动活塞套5沿着中心管1上移。

活塞套5上移过程中，在支撑套4的配合下从两端挤压胶筒6，胶筒6受压后产生径向变形从而完成坐封。与此同时活塞套5上移过程中，会通过挤压锥面17和控制斜面22推动支撑滑板10克服复位弹簧11的弹力后逐步向外移动。支撑滑板10向外移动过程中带动扩径弧件13同步向外移动，扩径弧件13向外移动过程中通过扩径弧条25的楔形面推动支撑弧条14同步撑开。如此支撑弧条14即可在扩径弧条25的配合下同步撑开，扩径弧件13和支撑弧条14撑开过程中即可从内部挤压胶筒6使其径向撑开，进而达到“坐封”的目的。

如此当活塞套5向上运动至与支撑套4抵触时，活塞套5运动至最上限位置。此时扩径弧件13和扩径弧条25端面完全重合形成一个完整圆环体（参见说明书附图7），胶筒6在内部压力和两端压力的作用下，径向变形至最大从而完成坐封。随后继续向中心管1加压，直到中心管1内的压力超过增压滑套的极限，增压滑套从下接头3的内腔中掉出，形成了油管与套管的采油通道即可。此时由于下接头3的内径小于中心管1的内径，且下接头3内径逐渐变小，在节流膨胀原理的作用下，经传压孔16流入憋压环空15的钻井液会保持对活塞套5的压力，从而保证该封隔器的坐封力。

当该封隔器需要解封时，停止向中心管1的内部泵入钻井液，此时活塞套5在重力作用下恢复原位；支撑滑板10在复位弹簧11的作用下复位；支撑弧条14在胶筒6弹力的作用下复位；胶筒6复位后该封隔器即可完成解封，随后该封隔器即可投入下个循环。

该封隔器工作时活塞套5轴向压缩胶筒6时，支撑弧条14和扩径弧件13也从内部同步挤压胶筒6，如此即可引导胶筒6在扩径弧件13和支撑弧条14的扩径处集中变形，从而达到了增强胶筒6密封稳定性的目的，由此解决了现有封隔器存有的密封性能不稳的问题。此外当胶筒6在高温环境下变软时，扩径弧件13和扩径弧条25的往外的扩张力会进一步挤压胶筒6从而降低了胶筒6失效的风险，由此该封隔器解决了现有封隔器存有的密封性能不稳和易失效的问题，满足了油田的使用需求。

Claims (3)

1.一种带有径向支撑功能的封隔器，它由中心管（1）、上接头（2）、下接头（3）、支撑套（4）、活塞套（5）和胶筒（6）构成，其特征在于：所述的中心管（1）的上端螺纹连接有上接头（2），中心管（1）的下端螺纹连接有下接头（3），所述的上接头（2）下方的中心管（1）上通过紧固螺钉（8）固装有支撑套（4），所述的支撑套（4）的外部呈阶梯状结构，支撑套（4）的细圆周面上设置有装配环槽（12），支撑套（4）的下部与中心管（1）之间呈环空状态，支撑套（4）的细圆周面上活动套装有胶筒（6），支撑套（4）与下接头（3）之间的中心管（1）上活动套装有活塞套（5），活塞套（5）的上端延伸至支撑套（4）与中心管（1）之间环空的内部，活塞套（5）与胶筒（6）抵触连接，活塞套（5）的下端内表面与下接头（3）的圆周面滑动密封连接，所述的支撑套（4）内侧通过T型滑槽（9）均匀滑动装有多个支撑滑板（10），支撑滑板（10）与支撑套（4）内壁之间通过复位弹簧（11）相互连接，支撑滑板（10）的内侧与活塞套（5）的上端滑动连接，所述的支撑套（4）的装配环槽（12）上均布有多个扩径弧件（13），扩径弧件（13）穿过支撑套（4）后与对应的支撑滑板（10）固定连接，扩径弧件（13）两侧的装配环槽（12）上装有支撑弧条（14），支撑弧条（14）在胶筒（6）弹力的作用下与扩径弧件（13）抵触连接，所述的下接头（3）和活塞套（5）与中心管（1）之间设置有憋压环空（15），憋压环空（15）通过传压孔（16）与中心管（1）的内部连通；

所述的活塞套（5）呈一体式结构，它由外套筒（18）和内套筒（19）构成，外套筒（18）内设置有内套筒（19），内套筒（19）的一端延伸至外套筒（18）的外端，延伸至外套筒（18）的外端的内套筒（19）的上端圆周面上设置有挤压锥面（17），活塞套（5）通过挤压锥面（17）与支撑滑板（10）的内侧滑动连接，内套筒（19）的圆周面与外套筒（18）的内表面之间设置有避让环槽（20），外套筒（18）的端头与胶筒（6）抵触连接，内套筒（19）与中心管（1）滑动连接，外套筒（18）与下接头（3）的圆周面滑动密封连接；

所述的支撑滑板（10）为弧形板，支撑滑板（10）的下端内侧设置有控制斜面（22），控制斜面（22）的倾斜角度与活塞套（5）的挤压锥面（17）的倾斜角度一致，支撑滑板（10）通过控制斜面（22）与活塞套（5）的挤压锥面（17）贴合连接，支撑滑板（10）的上端两侧分别设置有装配爪（23），支撑滑板（10）通过装配爪（23）和T型滑槽（9）滑动安装在支撑套（4）的内部；

所述的扩径弧件（13）由连接杆（24）和扩径弧条（25）构成，扩径弧条（25）的内侧装有连接杆（24），连接杆（24）穿过支撑套（4）后与对应的支撑滑板（10）固定连接；

所述的扩径弧条（25）的两端端头均呈“楔形”，支撑弧条（14）的两端端头均呈“楔形”，扩径弧条（25）的端头与对应支撑弧条（14）的端头贴合连接，扩径弧件（13）向外移动过程中通过扩径弧条（25）的楔形面推动支撑弧条（14）同步撑开。

2.根据权利要求1所述的一种带有径向支撑功能的封隔器，其特征在于：所述的上接头（2）与中心管（1）之间、下接头（3）与中心管（1）之间均设置有O型密封圈（7），所述的下接头（3）的内部呈收口状结构。

3.根据权利要求1所述的一种带有径向支撑功能的封隔器，其特征在于：所述的内套筒（19）的内部设置有多组密封环槽（21），内套筒（19）可通过密封环槽（21）安装O型密封圈（7），内套筒（19）通过O型密封圈（7）与中心管（1）滑动密封连接。