CN111691845A - 一种封隔器 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种封隔器，该封隔器包括芯轴；套设在芯轴的外壁上的固定套；套设在固定套的下端的剪切套；上端能设置在芯轴与剪切套之间的移动套，移动套与剪切套可选择性连接；能设置在芯轴与移动套之间的用于限定芯轴相对于移动套的位置的锁定件，其中，在移动套相对于剪切套下移过程中，解除锁定件对芯轴的限定且芯轴的内腔与外界连通，该封隔器通过锁定件限定芯轴的位置，从而有效避免封隔器提前解封。

Description

一种封隔器

技术领域

本发明涉及油气井施工技术领域，特别是涉及一种封隔器。

背景技术

封隔器是石油钻井中，用于封隔地层或封隔各种尺寸管柱与井眼之间以及管柱之间环状空间的器具。其广泛应用于钻井、固井、测试、完井等作业中。封隔器作为一种井下工具，它所具有的种种功能主要依靠弹性密封元件的密封作用来实现。正是由于封隔器多特的密封作用为油、气、水井的正常生产和各种井下工艺措施的顺利进行提供了有效的机械密封手段。

在应用过程中，封隔器分为可回收式封隔器和永久式封隔器。永久式封隔器存在不可回收的问题，给后期作业带来诸多不便。现有的可回收式封隔器，压裂改造过程中，当管柱内压力升高或者温度降低都有可能导致封隔器提前解封。

由此，发明一种能更好地避免提前解封的封隔器是亟待解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了一种封隔器。该封隔器通过锁定件限定芯轴的位置，从而有效避免封隔器提前解封。

根据本发明的一方面，提出了一种封隔器，包括：

芯轴，

套设在芯轴的外壁上的固定套，

套设在固定套的下端的剪切套，

上端能设置在芯轴与剪切套之间的移动套，移动套与剪切套可选择性连接，

能设置在芯轴与移动套之间的用于限定芯轴相对于移动套的位置的锁定件，

其中，在移动套相对于剪切套下移过程中，解除锁定件对芯轴的限定且芯轴的内腔与外界连通。

在一个实施例中，锁定件构造为能部分嵌入到设置在芯轴的外壁上的第一凹槽内的块状，在初始状态下，锁定件通过移动套径向抵接在第一凹槽内。

在一个实施例中，在第一凹槽的底壁上设置径向向外延伸的凸条，锁定件的内壁与凸条凹凸配合式卡接。

在一个实施例中，在移动套的内壁上设置径向向内的凸起，并且凸起的上端壁面构造为朝向上的斜面。

在一个实施例中，斜面与轴向之间的夹角为18-22度。

在一个实施例中，在初始状态下，固定套的下端面抵接在锁定件的上端面上，在芯轴上设置第二凹槽，在第二凹槽内嵌入限位块，限位块的径向凸出第二凹槽的下端面与设置在固定套的内壁上的台阶面抵接，并且限位块的外壁面与固定套的内壁面抵接。

在一个实施例中，还包括套接在剪切套的下端内壁上的下接头，在下接头的外壁上设置承接面，移动套在下移过程中能坐在承接面上。

在一个实施例中，在初始状态下，在移动套与下接头之间，以及在移动套与芯轴之间设置密封组件。

在一个实施例中，密封组件包括由Aflas材质制成的密封圈和设置在密封圈之外的由PEEK制成的挡圈。

在一个实施例中，在芯轴上设置第一过流孔，在剪切套上设置第二过流孔，在移动套相对于剪切套下移过程中，第一过流孔与第二过流孔连通。

与现有技术相比，本发明的优点在于，通过锁定件限定芯轴的位置，有效避免封隔器提前解封，只有在移动套相对于剪切套下移后，才能解除锁定件对芯轴的限定，则解封操作可控性比较高。

附图说明

下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：

图1显示了根据本发明的一个实施例的封隔器；

图2显示了根据本发明的一个实施例的封隔器的部分；

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步说明。

如图1和2所示，根据本发明的封隔器100包括芯轴1、固定套2、剪切套3、移动套4和锁定件5。其中，芯轴1为筒状，主要起支撑作用。在封隔器100坐封过程中，封隔器100的胶筒90径向扩张以封隔环空，为保证坐封稳定性胶筒90相对于芯轴1轴向固定。固定套2套设在芯轴1的外壁上。剪切套3套设在固定套2的下端，且其下端轴向向下延伸。移动套4上端设置在芯轴1与剪切套3之间，下端轴向向下延伸。同时，移动套4与剪切套3可选择性连接。锁定件5能设置在芯轴1与移动套4之间，用于限定芯轴1相对于移动套4的位置。在初始状态下，通过锁定件5限定了芯轴1与移动套4的位置，并且移动套4与剪切套3固定连接。而当移动套4受到轴向向下的外力时，移动套4相对于剪切套3下移，解除锁定件5对芯轴1的限定，且芯轴1的内腔与外界连通。此时，可以上提芯轴1，以使芯轴1相对于胶筒90上移，则胶筒90回缩，从而解封该封隔器100。

本申请的封隔器100通过锁定件5限定芯轴1的位置，有效避免封隔器100提前解封。只有在移动套4相对于剪切套3下移后，才能解除锁定件5对芯轴1的限定，则解封可控性比较高。

在一个实施例中，锁定件5构造为块状。同时，在芯轴1的外壁上设置第一凹槽11。在初始状态下，该锁定件5部分地嵌入到第一凹槽11，而移动套4固定设置在剪切套3的外壁上，并位于芯轴1的外侧以将锁定件5抵接在第一凹槽11内。这种设置方式使得在移动套4相对于剪切套3下移后，被径向限定的锁定件5得以释放，从而解除对芯轴1的限定，此时，可以上提芯轴1而解封。上述设置能有效避免封隔器100提前解封，尤其是该封隔器100应用于超高温(温度不低于204°)、超高压(压差不小于105MPa)、超深井(井深不小于6600m)的时候，油管收缩，芯轴1受到向上拉的力，上述结构使得锁定块5不能被释放，保证封隔器100坐封稳定。

优选地，移动套4与剪切套3通过剪钉6连接。该结构简单，易于实现。

优选地，在第一凹槽11的底壁上设置径向向外延伸的凸条12。进一步优选地，该凸台12的截面为梯形，且短边靠近外侧轴向延伸。也就是，凸条12的上下两个端面均设置为斜面。而锁定件5的内壁与凸条12凹凸配合式卡接。一方面，锁定件5与凸条12斜面配合，使得在解除移动套4限定后，容易从第一凹槽11内脱出。另一方面，锁定件5不仅与第一凹槽11的卡接，还与凸台12卡接，从而增加了轴向承载能力，保证了防提前解封的效果。

在一个实施例中，在移动套4的内壁上设置径向向内的环状的凸起41。优选地，凸起41的上端壁面构造为朝向上的斜面42。进一步优选地，斜面42与轴向之间的夹角为18-22度，例如20度。这种设置将移动套4的凸起41处构造为球座，从而可以通过投球200的方式封堵该移动套4的内腔。由此，在投球后200后，可以通过泵送压力液的方式使得移动套4受到轴向向下的力，从而下移。另外，上述斜面式的设置方式，在生产洗井过程中更有利于液体的流动，减小流体阻力，减小对凸起41在大排量洗井时对剪钉6产生剪切作用，防止提前解封。需要说明的是，还可以通过其它方式将作用力施加到凸起41上，以促动移动套4相对于剪切套3下移。

在一个实施例中，移动套4由不锈钢17-4PH材料制成。这种设置方式利用了该不锈钢17-4PH材料的优良特性，使得移动套4的硬度可达HRC28～33，耐腐蚀性较强，可耐一定的H2S(酸性)环境及全部的CO2。在持续的管柱内油、砂子、泥浆混合物的冲刷下可保持较长时间的凸起41的斜面42不被冲蚀，在封隔器100生产后投球200回收时，可保证与球200的完全密封，进而达到顺利解封的目的。

在初始状态下，固定套2的上端连接卡瓦80的下椎体，而下端面抵接在锁定件5的上端面上。另外，在芯轴1上设置第二凹槽14。在第二凹槽14内嵌入限位块9。同时，在固定套2的内壁上设置台阶面21。限位块9在部分嵌入到第二凹槽14内后，其径向凸出部分的下端面台阶面21抵接，并且限位块9的外壁面与固定套2的内壁面抵接。在封隔器100坐封过程中，卡瓦80运作径向突出并坐挂在套管或者井筒壁上。而由于锁定件5的限定，固定套2不能下移，同时由于限位块9的运作，使得固定套不能上移，从而在卡瓦80运作过程中，上述结构保证固定套2相对于卡瓦80不能轴向移动，由此保证了卡瓦80坐挂的稳定性。而在移动套4轴向移动并解除了锁定件5后，固定套2失去了设置在下端面的支撑，则固定套2与下接头7(后续描述)和剪切套3一起下移，直到卡瓦80的下椎体落在限位块9上。优选地，限位块9构造为梯形结构，且其短边位于外侧。也就是，在初始状态下，限位块9与固定套2通过斜面抵接，这种方式能有效防止应力集中，并增加受力面积，从而保证封隔器100的工作安全。而在卡瓦80的下椎体下落过程中，与限位块9也通过斜面连接，这种方式能增加接触面积，从而保证卡瓦80的下椎体更稳定地落在限位块9上。通过上述结构实现了卡瓦80的解挂。

在一个实施例中，封隔器100还包括套接在剪切套3的下端内壁上的下接头7，用于与其它工具连接。在下接头7的外壁上设置承接面71。移动套4在下移过程中能坐在承接面71上。该下接头7起到了承接移动套4和球200的作用，避免解封后形成井下落物。

在一个实施例中，在初始状态下，在移动套4与下接头7之间，以及在移动套4与芯轴1之间分别设置两组密封组件8。优选地，该密封组件8包括由Aflas材质制成的密封圈81和设置在密封圈之外的由PEEK制成的挡圈82。通过设置密封组件8不仅保证了在管柱内部有压差时，上下一致的密封面保证了移动套4不会产生向上或向下的位移从而剪切剪钉6。上述的密封组件有着非常好的耐高温耐高压的效果，不仅保证了坐封动作的可靠性，也保证了在井下严苛的高温H2S(酸性)泥浆环境较长时间不失效，当封隔器100在井下待足够长的时间后需要解封时，可顺利打压回收封隔器100。

在一个实施例中，在芯轴1上设置第一过流孔13。同时，在剪切套3上设置第二过流孔31。在初始状态下，第一过流孔13与第一过流孔13截止，而在移动套4相对于剪切套3下移过程中，第一过流孔13与第二过流孔31连通。由此可以实现芯轴1的内腔与外界连通，使得工作液循环，达到压井、排液的目的。

下面根据图1详细描述该封隔器100的解封过程。

在封隔器100需要解封回收时，向该封隔器100的内腔中投球200。该球200下落到移动套4的斜面42处，以封堵其流通通道。然后打压，移动套4受到向下的力。当力达到销钉6的剪断压力后，销钉6被剪断，移动套4下移，并坐到下接头7的承接面71上。此时，被径向限定的锁定件5得以释放。同时，第一过流孔13与第二过流孔31连通，芯轴1内外压力平衡。这时候上提芯轴1，则胶筒90回缩，解除了胶筒90坐封。

本申请中，方位用语“上”、“下”均以封隔器100的实际工作方位为参照。

以上仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种封隔器，其特征在于，包括：

芯轴，

套设在所述芯轴的外壁上的固定套，

固定套设在所述固定套的下端的剪切套，

上端设置在所述芯轴与所述剪切套之间的移动套，所述移动套与所述剪切套可选择性连接，

设置在所述芯轴与所述移动套之间的用于限定所述芯轴相对于所述移动套的位置的锁定件，

其中，在所述移动套相对于所述剪切套下移过程中，解除所述锁定件对所述芯轴的限定且所述芯轴的内腔与外界连通。

2.根据权利要求1所述的封隔器，其特征在于，所述锁定件构造为能部分嵌入到设置在所述芯轴的外壁上的第一凹槽内的块状，在初始状态下，所述锁定件通过所述移动套径向抵接在所述第一凹槽内。

3.根据权利要求2所述的封隔器，其特征在于，在所述第一凹槽的底壁上设置径向向外延伸的凸条，所述锁定件的内壁与所述凸条凹凸配合式卡接。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的封隔器，其特征在于，在所述移动套的内壁上设置径向向内的凸起，并且所述凸起的上端壁面构造为朝向上的斜面。

5.根据权利要求4所述的封隔器，其特征在于，所述斜面与所述轴向之间的夹角为18-22度。

6.根据权利要求2到5中任一项所述的封隔器，其特征在于，在初始状态下，所述固定套的下端面抵接在所述锁定件的上端面上，在所述芯轴上设置第二凹槽，在所述第二凹槽内嵌入限位块，所述限位块的径向凸出所述第二凹槽的下端面与设置在所述固定套的内壁上的台阶面抵接，并且所述限位块的外壁面与所述固定套的内壁面抵接。

7.根据权利要求1到6中任一项所述的封隔器，其特征在于，还包括套接在所述剪切套的下端内壁上的下接头，在所述下接头的外壁上设置承接面，所述移动套在下移过程中能坐在所述承接面上。

8.根据权利要求7所述的封隔器，其特征在于，在初始状态下，在所述移动套与所述下接头之间，以及在所述移动套与所述芯轴之间设置密封组件。

9.根据权利要求8所述的封隔器，其特征在于，所述密封组件包括由Aflas材质制成的密封圈和设置在所述密封圈之外的由PEEK制成的挡圈。

10.根据权利要求1到9中任一项所述的封隔器，其特征在于，在所述芯轴上设置第一过流孔，在所述剪切套上设置第二过流孔，在所述移动套相对于所述剪切套下移过程中，所述第一过流孔与所述第二过流孔连通。

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