CN111379536B - 封隔器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种封隔器，属于石油开采领域。所述封隔器包括：同轴插装于第一滑套和第二滑套内的芯轴、位于芯轴第一端的外壁上的弹性凸环、贯穿芯轴第一端的内外壁的第一传压孔、通过第二传压孔与芯轴内部空腔连通的胶筒槽、通过第三传压孔与芯轴内部空腔连通的第二滑套槽、位于胶筒槽内的胶筒、连接第一滑套与芯轴的第一销钉以及连接第二滑套与芯轴的第二销钉。本发明在入井过程中通过覆盖于胶筒外的第一滑套实现对胶筒的保护，坐封时，控制第一滑套滑动使胶筒暴露并鼓胀；解封时，控制第二滑套滑动并覆盖胶筒。该装置采用覆盖式的保护方式对胶筒进行保护，延长了封隔器的使用寿命，增加了封隔器坐封、解封的成功率，扩大了封隔器的作业范围。

Description

封隔器

技术领域

本发明涉及石油开采领域，特别涉及一种封隔器。

背景技术

在油田开采的过程中，常常需要使用封隔器分隔产层，以便于进行地层测试、分层注水等施工作业。封隔器是一种利用弹性密封元件将环形空间分隔为上、下两个不同产层的井下作业工具，其中，环形空间可以是钻杆与裸眼井壁形成的环形空间，也可以是油管与套管形成的环形空间。

相关技术提供一种封隔器，该封隔器包括内部为空腔的筒体和胶筒。其中，筒体的外壁上有胶筒槽，胶筒槽通过传压孔与筒体内部的空腔连通，胶筒位于胶筒槽内。使用时，将该封隔器与钻杆或油管对接连通，通过钻杆或油管进行加压，则携带高压的液体通过传压孔进入胶筒槽，使胶筒鼓胀，封隔环形空间；使用完毕后，停止加压，则胶筒自行回收，解封环形空间。

发明人发现相关技术至少存在以下问题：

胶筒外露，在部分恶劣工况，如该封隔器与钻杆对接连通，并随钻杆钻进的工况中，井筒内的钻井液等流体不断对该胶筒进行冲蚀，造成了该胶筒的磨损甚至失效，减弱了封隔器的封隔效果，缩短了封隔器的使用寿命；另外，胶筒仅依靠自身弹性无法充分回收，解封成功率低。

发明内容

本发明实施例提供了一种封隔器，以解决相关技术封隔器使用寿命短、解封成功率低的问题。所述技术方案如下：

提供了一种封隔器，所述封隔器包括：芯轴、第一滑套、第二滑套、胶筒、第一销钉和第二销钉；

其中，所述芯轴内部为空腔，所述芯轴同轴插装于所述第一滑套和所述第二滑套内，所述芯轴的第一端的外径小于所述芯轴的第二端的外径，所述芯轴的第一端的外壁上有弹性凸环，所述芯轴的第一端的侧壁上有贯穿内外壁的第一传压孔；

所述芯轴的第二端的外壁上有间隔的胶筒槽和第二滑套槽，所述胶筒槽通过第二传压孔与所述芯轴内部的空腔连通，所述胶筒位于所述胶筒槽内，所述胶筒的两端与所述胶筒槽的两端相抵；所述第二滑套槽通过第三传压孔与所述芯轴内部的空腔连通；

所述第一滑套通过所述第一销钉与所述芯轴连接，所述第一滑套的一端有径向向内延伸至与所述芯轴的第一端的外壁接触的卡环，所述卡环位于所述弹性凸环与所述第一传压孔之间，且所述卡环的内壁上有与所述弹性凸环尺寸匹配的凹槽；所述胶筒槽位于所述第一滑套轴向的两端之间；

所述第二滑套通过所述第二销钉与所述芯轴连接；所述第二滑套的侧壁上有贯穿内外壁的排液孔，所述排液孔位于所述第二滑套槽轴向的两端之间；所述第二滑套的内壁上有径向向内延伸至与所述芯轴的第二端的外壁接触的分隔环，所述分隔环轴向位于所述排液孔与所述第三传压孔之间。

可选地，所述弹性凸环包括弹性部件和锁定凸环；

所述芯轴的第一端的外壁上有环形槽，所述弹性部件固定于所述环形槽内，所述弹性部件在装配时处于释放状态；所述锁定凸环与所述弹性部件连接；

所述锁定凸环靠近所述卡环的一端的端面为倾斜面，所述倾斜面与所述锁定凸环的另一端的端面的间距沿径向向内的方向逐渐增大；所述卡环靠近所述锁定凸环的一端的端面与所述倾斜面相互吻合。

可选地，所述排液孔内有进液口方向径向向内的单向阀。

可选地，所述第一传压孔、所述第二传压孔和所述第三传压孔内均有进液口方向径向向内的单向阀；

所述第一传压孔、所述第二传压孔和所述第三传压孔内的单向阀的开启压力依次增大。

可选地，所述芯轴还包括：第一密封槽；所述第一密封槽位于所述芯轴与所述第一滑套接触的外壁上，所述第一密封槽内有密封圈。

可选地，所述芯轴还包括：第二密封槽；所述第二密封槽位于所述芯轴与所述第二滑套接触的外壁上，且所述第二密封槽位于所述胶筒槽与所述第二滑套槽之间，所述第二密封槽内有密封圈。

可选地，所述第二滑套包括：第三密封槽；所述第三密封槽位于所述分隔环与所述芯轴的第二端接触的内壁上，所述第三密封槽内有密封圈。

可选地，所述芯轴还包括：第四密封槽；所述第四密封槽位于所述芯轴与所述第二滑套接触的外壁上，且所述第四密封槽轴向位于所述第二滑套槽远离所述第一滑套的一侧，所述第四密封槽内有密封圈。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本发明实施例提供的技术方案在装置的入井过程中通过覆盖于胶筒外的第一滑套实现对胶筒的保护，在装置到达作业位置后，通过油管内加压的方式控制第一滑套沿轴向滑动使胶筒暴露，继续加压使胶筒鼓胀，则封隔器成功坐封；解封封隔器时，继续加压控制第二滑套沿轴向滑动使胶筒充分回收，且第二滑套重新覆盖于胶筒外对胶筒进行保护。该装置结构简单，使用方便，覆盖式的保护方式不仅减小了胶筒的磨损，还避免了井筒内流体对胶筒的冲蚀，因而延长了封隔器的使用寿命，增加了封隔器坐封、解封的成功率，并且使封隔器可以随钻入井，扩大了封隔器的作业范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的封隔器的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的封隔器的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的封隔器的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的封隔器的局部结构示意图。

其中，对附图中的各标号说明如下：

1芯轴，11弹性凸环，12第一传压孔，13胶筒槽，14第二滑套槽，15第二传压孔，16第三传压孔，2第一滑套，21卡环，211凹槽，3第二滑套，31排液孔，32分隔环，4胶筒，5第一销钉，6第二销钉。

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，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种封隔器，参见图1，该封隔器包括芯轴1、第一滑套2、第二滑套3、胶筒4、第一销钉5和第二销钉6；

其中，芯轴1内部为空腔，芯轴1同轴插装于第一滑套2和第二滑套3内，芯轴1的第一端的外径小于芯轴1的第二端的外径，芯轴1的第一端的外壁上有弹性凸环11，芯轴1的第一端的侧壁上有贯穿内外壁的第一传压孔12；

芯轴1的第二端的外壁上有间隔的胶筒槽13和第二滑套槽14，胶筒槽13通过第二传压孔15与芯轴1内部的空腔连通，胶筒4位于胶筒槽13内，胶筒4的两端与胶筒槽13的两端相抵；第二滑套槽14通过第三传压孔16与芯轴1内部的空腔连通；

第一滑套2通过第一销钉5与芯轴1连接，第一滑套的2第一端有径向向内延伸至与芯轴1的第一端的外壁接触的卡环21，卡环21位于弹性凸环11与第一传压孔12之间；胶筒槽13位于第一滑套2轴向的两端之间；

第二滑套3通过第二销钉6与芯轴1连接；第二滑套3的侧壁上有贯穿内外壁的排液孔31，排液孔31位于第二滑套槽14轴向的两端之间；第二滑套3的内壁上有径向向内延伸至与芯轴1的第二端的外壁接触的分隔环21，分隔环21轴向位于排液孔31与第三传压孔16之间。

接下来，对本实施例提供的封隔器的使用过程进行说明：

对装置进行使用时，通过芯轴1两端的螺纹将该装置与钻杆或油管连接并下入井筒内，如图1所示，此时装置处于关闭状态：第一滑套2通过第一销钉5与芯轴1固定连接，第二滑套3通过第二销钉6与芯轴1固定连接，第一滑套2覆盖在胶筒4外，对胶筒4起保护作用。当然，除了螺纹连接的方式，本实施例也可以采用焊接连接等其他连接方式，实现装置与钻杆或油管的连接。

需要开启装置时，通过钻杆或油管缓慢加压，高压液体通过第一传压孔12进入第一滑套2的内壁、卡环21靠近滑套槽13的一端的端面、芯轴1的第一端的外壁和芯轴1的第二端的端面形成的空腔中，高压液体的不断进入使形成该空腔的各面受力逐渐增大。其中，第一滑套2的内壁和芯轴1的第一端的外壁的受力方向均为径向，由于第一滑套2和芯轴1均为内部为空腔的刚性结构，因而在该方向上第一滑套2和芯轴1仅产生形变量可以忽略的微小形变。

卡环21靠近滑套槽13的一端的端面和芯轴1的第二端的端面的受力方向均为轴向，其中，由于芯轴1的两端与钻杆或油管固定连接，因而芯轴1在轴向上不发生位移，而卡环21在在高压液体的作用下产生向靠近弹性凸环11的方向的位移趋势；当卡环21沿轴向的受力大于第一销钉5的剪断力时，第一销钉5被剪断，进入该空腔的高压液体的体积逐渐增大，进而推动卡环21及第一滑套2向靠近弹性凸环11的方向发生位移。

在该位移过程中，如图2所示，当卡环21靠近弹性凸环11的一端的端面移动至与弹性凸环11接触时，弹性凸环11被压缩，则卡环21及第一滑套2在高压液体的作用下继续沿该方向位移；当卡环21内壁上的凹槽211位移至正对弹性凸环11时，弹性凸环11解除压缩状态，弹性凸环11在弹性作用下进入凹槽211，锁定卡环21及第一滑套2。

卡环21及第一滑套2被锁定后，胶筒4被完全暴露，继续通过钻杆或油管缓慢加压，则高压液体通过第二传压孔15进入胶筒槽13内，在高压液体的径向作用力下，如图2所示，胶筒槽13内的胶筒4发生鼓胀，胶筒4的内径及外径逐渐增大至胶筒4的外壁与井筒内壁相互挤压，则胶筒4封隔了油管与井筒内壁之间的环形空间，装置完成坐封。

需要解封装置时，如图3所示，继续通过钻杆或油管缓慢加压，则高压液体通过第三传压孔16进入第二滑套3的内壁、分隔环32远离滑套槽13的一端的端面、芯轴1的第二端的外壁和第二滑套槽14远离滑套槽13的一端的端面形成的空腔中，高压液体的不断进入使形成该空腔的各面受力逐渐增大；当分隔环32沿轴向的受力大于第二销钉6的剪断力时，第二销钉6被剪断，进入该空腔的高压液体的体积逐渐增大，进而推动分隔环32及第二滑套3向靠近胶筒槽13的方向发生位移。

在该位移过程中，鼓胀的胶筒4在第二滑套3的作用下被压回滑套槽13内，并且，随着第二滑套3位移距离的增加，胶筒4逐渐被第二滑套3覆盖。其中，采用第二滑套3将胶筒4压回滑套槽13的原因在于，胶筒4在鼓胀过程中会产生不可恢复的塑性变形，若采用卸压并使胶筒4自行回收的方式，则胶筒4无法完全收回，因此本实施例采用第二滑套3将胶筒4压回滑套槽13，以保证胶筒4的充分回收。

另外，在该位移过程中，第二滑套3侧壁上贯穿内外壁的排液孔31始终与第二滑套3的内壁、芯轴1的第二端的外壁、第二滑套槽14靠近胶筒槽13的一端的端面和分隔环32靠近胶筒槽13一端的端面形成的空腔连通，以使该空腔内的液体能够通过排液孔31排向装置外。

其中，该空腔内的液体可能为通过钻杆或油管加压时使用的高压液体(例如高压油液)，也可能为钻进作业、洗井作业等作业过程中使用的液体介质。通过排液孔31对该空腔内的液体进行排除，避免了由于该空腔内的液体不可压缩而导致第二滑套3无法向靠近胶筒槽13的方向发生位移。

需要说明的是，本发明实施例中，通过调整胶筒4的拉伸强度以及第一销钉5、第二销钉6的剪切强度，使第一销钉5所需的剪断压力小于胶筒4发生鼓胀所需的压力，并使胶筒4发生鼓胀所需的压力小于第二销钉6所需的剪断压力，则在通过钻杆或油管进行加压的过程中，第一销钉5首先被剪断，其次胶筒4发生鼓胀，最后第二销钉6被剪断，因而可以实现上述使用过程中对装置的开启、坐封以及解封。

在一种可选的实施方式中，如图4所示，弹性凸环11包括弹性部件和锁定凸环；芯轴1的第一端的外壁上有环形槽，弹性部件固定于该环形槽内，弹性部件在装配时处于释放状态；锁定凸环与弹性部件连接；

锁定凸环靠近卡环21的一端的端面为倾斜面，该倾斜面与锁定凸环的另一端的端面的间距沿径向向内的方向逐渐增大；卡环21靠近锁定凸环的一端的端面与上述倾斜面相互吻合。

在该实施方式中，当卡环21及第一滑套2向靠近锁定凸环的方向位移至与锁定凸环接触时，由于卡环21与锁定凸环相互靠近的端面上有相互吻合的倾斜面，因而便于推动锁定凸环向径向向内的方向移动，减小了该锁定凸环进入凹槽211的过程中的阻力，提高了该装置的工作效率。

另外，排液孔31内有进液口方向径向向内的单向阀，由于液体只能从单向阀的进液口流向单向阀的出液口，因而装置内部与排液孔31连通的空腔内的液体可以通过该单向阀向排出装置外，而装置外部的流体无法通过该单项阀进入装置内部，从而保证了装置的密封性。

可选地，第一传压孔12、第二传压孔15和第三传压孔16内均有进液口方向径向向内的单向阀，即单向阀中的液体流向均为从芯轴1内部的空腔流向芯轴1外。其中，单向阀内置氮气腔，当单向阀进液口的液体压力小于氮气腔内的压力时，该单向阀处于关闭状态，则液体无法通过该单向阀；当单向阀进液口的液体压力大于氮气腔内的压力时，该单向阀被打开，则液体可从该单向阀的进液口流向出液口。

需要说明的是，该氮气腔内的压力可调，在本实施例中，第一传压孔12、第二传压孔15和第三传压孔16内的单向阀的开启压力依次升高，即第一传压孔12、第二传压孔15和第三传压孔16内的单向阀内的氮气腔的压力依次升高，则在通过油管进行加压的过程中，第一传压孔12、第二传压孔15和第三传压孔16内的单向阀依次开启，以实现上述使用过程中对装置的开启、坐封以及解封。采用单向阀控制各传压孔的压力传递，不仅使各传压孔传递的压力值更精确，而且避免了第一滑套2、胶筒4和第二滑套3在不需要加压时与芯轴1内部的空腔中的液体发生接触，进而提高了该装置的使用寿命。

在一种可选的实施方式中，芯轴1包括第一密封槽，以提高装置的密封性。该第一密封槽位于芯轴1与第一滑套2接触的外壁上，第一密封槽内有密封圈。

基于相同的构思，芯轴1还包括第二密封槽，以提高装置的密封性。该第二密封槽位于芯轴1与第二滑套3接触的外壁上，且该第二密封槽位于胶筒槽13与第二滑套槽14之间，该第二密封槽内有密封圈。

进一步地，芯轴1还包括第四密封槽，第四密封槽位于芯轴1与第二滑套3接触的外壁上，且第四密封槽轴向位于第二滑套槽14远离第一滑套2的一侧，该第四密封槽内有密封圈。

另外，第二滑套3上有第三密封槽，该第三密封槽位于分隔环32与芯轴1的第二端的外壁接触的内壁上，且第三密封槽内有密封圈，使得装置的密封性进一步提高。

综上所述，本发明实施例在装置的入井过程中通过覆盖于胶筒外的第一滑套实现对胶筒的保护，在装置到达作业位置后，通过油管内加压的方式控制第一滑套沿轴向滑动使胶筒暴露，继续加压使胶筒鼓胀，则封隔器成功坐封；解封封隔器时，继续加压控制第二滑套沿轴向滑动使胶筒充分回收，且第二滑套重新覆盖于胶筒外对胶筒进行保护。该装置结构简单，使用方便，覆盖式的保护方式不仅减小了胶筒的磨损，还避免了井筒内流体对胶筒的冲蚀，因而延长了封隔器的使用寿命，增加了封隔器坐封、解封的成功率，并且使封隔器可以随钻入井，扩大了封隔器的作业范围。

进一步地，本发明实施例通过单向阀控制各传压孔的压力传递，提高了压力传递的精确度，避免了装置与携带高压的油液发生不必要的接触，进一步延长了封隔器的使用寿命；另外，本实施例还采用了多个密封圈，提高了该封隔器的密封性。

上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本公开的可选实施例，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种封隔器，其特征在于，所述封隔器包括：芯轴(1)、第一滑套(2)、第二滑套(3)、胶筒(4)、第一销钉(5)和第二销钉(6)；

其中，所述芯轴(1)内部为空腔，所述芯轴(1)同轴插装于所述第一滑套(2)和所述第二滑套(3)内，所述芯轴(1)的第一端的外径小于所述芯轴(1)的第二端的外径，所述芯轴(1)的第一端的外壁上有弹性凸环(11)，所述芯轴(1)的第一端的侧壁上有贯穿内外壁的第一传压孔(12)；

所述芯轴(1)的第二端的外壁上有间隔的胶筒槽(13)和第二滑套槽(14)，所述胶筒槽(13)通过第二传压孔(15)与所述芯轴(1)内部的空腔连通，所述胶筒(4)位于所述胶筒槽(13)内，所述胶筒(4)的两端与所述胶筒槽(13)的两端相抵；所述第二滑套槽(14)通过第三传压孔(16)与所述芯轴(1)内部的空腔连通；

所述第一滑套(2)通过所述第一销钉(5)与所述芯轴(1)连接，所述第一滑套(2)的一端有径向向内延伸至与所述芯轴(1)的第一端的外壁接触的卡环(21)，所述卡环(21)位于所述弹性凸环(11)与所述第一传压孔(12)之间，且所述卡环(21)的内壁上有与所述弹性凸环(11)尺寸匹配的凹槽(211)；所述胶筒槽(13)位于所述第一滑套(2)轴向的两端之间；

所述第二滑套(3)通过所述第二销钉(6)与所述芯轴(1)连接；所述第二滑套(3)的侧壁上有贯穿内外壁的排液孔(31)，所述排液孔(31)位于所述第二滑套槽(14)轴向的两端之间；所述第二滑套(3)的内壁上有径向向内延伸至与所述芯轴(1)的第二端的外壁接触的分隔环(32)，所述分隔环(32)轴向位于所述排液孔(31)与所述第三传压孔(16)之间。

2.根据权利要求1所述的封隔器，其特征在于，所述弹性凸环(11)包括弹性部件和锁定凸环；

所述芯轴(1)的第一端的外壁上有环形槽，所述弹性部件固定于所述环形槽内，所述弹性部件在装配时处于释放状态；所述锁定凸环与所述弹性部件连接；

所述锁定凸环靠近所述卡环(21)的一端的端面为倾斜面，所述倾斜面与所述锁定凸环的另一端的端面的间距沿径向向内的方向逐渐增大；所述卡环(21)靠近所述锁定凸环的一端的端面与所述倾斜面相互吻合。

3.根据权利要求1所述的封隔器，其特征在于，所述排液孔(31)内有单向阀，其中，所述单向阀中的液体流向为从所述芯轴(1)内部的空腔流向所述芯轴(1)外。

4.根据权利要求1所述的封隔器，其特征在于，所述第一传压孔(12)、所述第二传压孔(15)和所述第三传压孔(16)内均有单向阀，其中，所述单向阀中的液体流向为从所述芯轴(1)内部的空腔流向所述芯轴(1)外；

所述第一传压孔(12)、所述第二传压孔(15)和所述第三传压孔(16)内的单向阀的开启压力依次增大。

5.根据权利要求1-4任一所述的封隔器，其特征在于，所述芯轴(1)还包括：第一密封槽；

所述第一密封槽位于所述芯轴(1)与所述第一滑套(2)接触的外壁上，所述第一密封槽内有密封圈。

6.根据权利要求1-4任一所述的封隔器，其特征在于，所述芯轴(1)还包括：第二密封槽；

所述第二密封槽位于所述芯轴(1)与所述第二滑套(3)接触的外壁上，且所述第二密封槽位于所述胶筒槽(13)与所述第二滑套槽(14)之间，所述第二密封槽内有密封圈。

7.根据权利要求1-4任一所述的封隔器，其特征在于，所述第二滑套(3)包括：第三密封槽；

所述第三密封槽位于所述分隔环(32)与所述芯轴(1)的第二端接触的内壁上，所述第三密封槽内有密封圈。

8.根据权利要求1-4任一所述的封隔器，其特征在于，所述芯轴(1)还包括：第四密封槽；

所述第四密封槽位于所述芯轴(1)与所述第二滑套(3)接触的外壁上，且所述第四密封槽轴向位于所述第二滑套槽(14)远离所述第一滑套(2)的一侧，所述第四密封槽内有密封圈。

Images