CN111734339B - 一种大通径的液压可取式封隔器 - Google Patents

Abstract

本发明专利涉及一种大通径的液压可取式封隔器，属油气井井下作业工具领域。中心管上通过平衡接头安装有衬套；衬套一端装有卡瓦；卡瓦一侧装有下椎体；另一侧装有上椎体，上椎体一侧装有下缸套和上缸套，导环与平衡接头之间装有中间胶筒，中间胶筒两侧的衬套上装有边胶筒。该封隔器采用一体式中心管，由此保证了油管压力的完整性，降低了施工能耗；向棘齿的锁环，可持续保持坐封力；双活塞有效降低坐封压力；通过胶筒组合，可承受双向环空压力差，降低了对套管的损伤；大通径，过液面大，可通过封隔器内孔的仪器、设备更多，兼容性更强；能有效减少管柱的摩阻，便于其他工具顺利通过封隔器，从而提高作业效能。

Description

一种大通径的液压可取式封隔器

技术领域

本发明专利涉及一种大通径的液压可取式封隔器，属油气井井下作业工具领域。

背景技术

液压可取式封隔器多为台阶式密封形式，即在有限的油管壁厚上设计台阶式密封面形成活塞差，再通过液压驱动活塞来坐封封隔器，同时，这种封隔器还自带自锁功能，因此在本来就有限的油管壁厚上分布出能够满足使用条件的活塞缸及自锁特征，无疑需要人为的缩小油管内径，也就是缩小了封隔器的内径。由于内径小，则导致过液量小、产油慢，降低了生产效率；并且由于内径小容易形成节流，导致压力产生波动，影响压力动态监测；不利于其他工具的下入，使得可通过封隔器内部的仪器、工具很有限，因此在油田使用时也受到较大限制。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种可有效保证油管压力的完整性，降低施工能耗；且无需油管操作，降低对套管的损伤，易于回收，便于其他工具通过的，有效减少管柱摩阻的大通径的液压可取式封隔器。

本发明的技术方案是：

一种大通径的液压可取式封隔器包括中心管、衬套、上缸套、下缸套、导环和卡瓦；其特征在于：中心管一端的圆周上设置有装配凸台；装配凸台一侧的中心管上通过平衡接头安装有衬套；衬套一端的中心管上通过释放爪装有卡瓦；卡瓦一侧的中心管上安装有下椎体；卡瓦另一侧的释放爪上安装有上椎体，上椎体一侧的衬套上依次安装有下缸套和上缸套，上缸套一侧的衬套上装有导环；导环与平衡接头之间的衬套上装有中间胶筒，中间胶筒两侧的衬套上装有边胶筒。

所述的中间胶筒与边胶筒之间设置有胶筒隔环。

所述的平衡接头与衬套螺纹连接；平衡接头与装配凸台紧密接触连接；平衡接头与中心管之间设置有密封圈；衬套端头的中心管上设置有限位环，限位环与平衡接头和衬套紧密接触连接。

所述的释放爪与衬套螺纹连接；释放爪与衬套和中心管之间分别设置有密封圈。

所述的卡瓦通过紧固螺钉和键块与释放爪连接，所述的下椎体通过剪切销钉与中心管连接，下椎体与释放爪咬合连接，下椎体与卡瓦接触连接。

所述的上椎体通过剪切销钉与释放爪连接。

所述的下缸套和上缸套之间螺纹连接；下缸套和上椎体之间螺纹连接。下缸套端头的上椎体内的中心管上装有下缸套下活塞，下缸套下活塞与下缸套螺纹连接。

所述的下缸套内的衬套上通过半环装有下缸套上活塞；半环与下缸套上活塞螺纹连接，半环与衬套通过安装槽卡合连接；半环与下缸套上活塞之间设置有隔环。

所述的下缸套上活塞端头的衬套和中心上对应状设置有打压孔。

所述的上缸套端头的下缸套内的衬套上装有上缸套下活塞，上缸套下活塞与上缸套螺纹连接。

所述的导环通过剪切销钉与衬套连接。导环端头的衬套上装有上缸套上活塞，上缸套上活塞与导环螺纹连接。缸套上活塞与上缸套和衬套之间分别安装有密封圈。

所述的导环上表面均布有导环棘齿。所述的导环棘齿上通过紧固螺钉安装有锁环，锁环的内、外表面均设置有锁环齿。

所述的上缸套端头螺纹安装有锁环座，锁环座的下表面设置有锁环座齿，锁环座通过锁环座齿和锁环齿与锁环啮合连接。

所述的限位环一侧的中心管上设置有旁通孔。

本发明的有益效果在于：

1）、一体式中心管，保证管柱压力的完整性及管柱整体高强度，避免中心管接口带来的压力泄露、强度降低、脱口等风险；

2）、内通径大，方便下入其他工具；过液面大，采油效率高，可满足高产井的需求；压力稳定，减少工具损伤;

3）、内通径大，方便下入其他工具；过液面大，采油效率高，可满足高产井的需求；压力稳定，减少工具损伤;

4）、二级活塞设计，有效减小了坐封力；

5）、内中心管上设计有旁通孔，可消除封隔器解封时的抽汲效应，减少封隔器损伤；

6）、单向棘齿锁环，可持续保持坐封力；

7）、完整的桶状卡瓦，360°均匀锚定在套管壁上，降低对套管的损伤，易回收，且双向锚定，位于胶桶下部，阻隔井底碎屑；

8）、上提解封，操作简单，且解封值可根据实际井况调整；

9）、标准螺纹。与井口设备相互兼容，便于与标准的下入、回收设备相连接；

10）、可经过维护后，再次使用，节省成本及生产周期。

附图说明

图1 为本发明的结构示意图；

图2 为图1中的A处放大结构示意图；

图3 为图1中的B处放大结构示意图；

图4 为本发明的卡瓦坐封示意图；

图5为图4中的D处放大结构示意图；

图6 为本发明的胶筒坐封示意图；

图7为图6中的E处放大结构示意图；

图8为解封时装配凸台与平衡接头脱离示意图；

图9为解封时释放爪与下椎体的脱离示意图；

图10为图9中的F处放大结构示意图；

图11为胶筒解封完成的示意图；

图12为本发明解封完成的示意图。

图中：1、中心管，2、衬套，3、中间胶筒，4、边胶筒，5、限位环，6、胶筒隔环，7、装配凸台，8、平衡接头，9、释放爪，10、卡瓦，11、紧固螺钉，12、下椎体，13、剪切销钉，14、上椎体，15、平衡孔，16、旁通孔，17、下缸套，18、上缸套，19、下缸套下活塞，20、半环，21、下缸套上活塞，22、隔环，23、打压孔，24、上缸套下活塞，25、导环，26、上缸套上活塞，27、导环棘齿，28、锁环，29、锁环座。

具体实施方式

该大通径的液压可取式封隔器包括中心管1、衬套2、上缸套3、下缸套4、导环5和卡瓦6。中心管1一端的圆周上设置有装配凸台7；装配凸台7一侧的中心管1上通过平衡接头8安装有衬套2；平衡接头8与衬套2螺纹连接；平衡接头8与装配凸台7紧密接触连接；平衡接头8与中心管1之间设置有密封圈；衬套2端头的中心管1上设置有限位环5，限位环5与平衡接头8和衬套2紧密接触连接。限位环5一侧的中心管1上设置有旁通孔16，以在工作时消除封隔器解封时的抽汲效应，减少封隔器损伤。

衬套2一端的中心管1上通过释放爪9装有卡瓦10；卡瓦10为桶状卡瓦，卡瓦10通过紧固螺钉11和键块与释放爪9连接，卡瓦10一侧的中心管1上安装有下椎体12；下椎体12通过剪切销钉13与中心管1连接，下椎体12与释放爪9上分别设置有咬合齿，下椎体12与释放爪9之间通过咬合齿的配合相互活动咬合连接，下椎体12与卡瓦10接触连接。

卡瓦10另一侧的释放爪9上安装有上椎体14，上椎体14与释放爪9和卡瓦10之间分别通过剪切销钉13连接。释放爪9与衬套2螺纹连接；释放爪9与衬套2和中心管1之间分别设置有密封圈。

上椎体14一侧的衬套2上依次安装有下缸套17和上缸套18，下缸套17和上缸套18之间螺纹连接；下缸套17和上椎体14之间螺纹连接。下缸套17端头的上椎体14内的中心管1上装有下缸套下活塞19，下缸套下活塞19与下缸套17螺纹连接；下缸套17与衬套2之间设置有密封圈。

下缸套17内的衬套2上通过半环20装有下缸套上活塞21；半环20与下缸套上活塞21螺纹连接，半环20与衬套2通过安装槽卡合连接；半环20与下缸套上活塞21之间设置有隔环22。下缸套上活塞21与衬套2和下缸套17之间设置有密封圈。下缸套上活塞21端头的衬套2和中心管1上对应状设置有打压孔23。

上缸套18端头的下缸套17内的衬套2上装有上缸套下活塞24，上缸套下活塞24与上缸套18螺纹连接。上缸套18与衬套2之间设置有密封圈。

上缸套18一侧的衬套2上装有导环25；导环25通过剪切销钉13与衬套2连接。上缸套18内导环25端头的衬套2上装有上缸套上活塞26，上缸套上活塞26与导环25螺纹连接。缸套上活塞26与上缸套18和衬套2之间分别安装有密封圈。上缸套上活塞26端头的衬套2和中心管1上对应状设置有打压孔23。

导环25上表面均布有导环棘齿27，导环25上表面通过导环棘齿27和紧固螺钉11安装有锁环28，锁环25的内、外表面均设置有锁环齿。上缸套18端头螺纹安装有锁环座29，锁环座29的下表面设置有锁环座齿，锁环座29通过锁环座齿和锁环齿与锁环28啮合连接。

导环25与平衡接头8之间的衬套2上装有中间胶筒3，中间胶筒3两侧的衬套2上装有边胶筒4，中间胶筒3与边胶筒4之间设置有胶筒隔环6。下缸套17、上缸套18和上椎体14分别设置有平衡孔15。

该大通径的液压可取式封隔器按其功能可分为密封机构、坐封机构和锚定机构。

密封机构由：

密封圈、限位环5、平衡接头8、边胶筒4、胶筒隔环6、中间胶筒3、导环25、剪切销钉13、衬套2组成。平衡接头8与衬套2螺纹连接，通过限位环5对衬套2进行走向限位。中间胶筒3位于两个边胶筒4的中间，并通过胶筒隔环6将边胶筒4与中间胶筒3隔开，为坐封后的胶筒提供有力的支撑；整个胶筒组合均是端面贴合，并依次套在衬套2的外圆上；上端边胶筒4的左端面与平衡接头8的右端面贴合，下端边胶筒4的右端面与导环25的左端面贴合；导环25套在衬套2的外圆上，并通过剪切销钉13与衬套2定位。

坐封机构由：

中心管1、紧固螺钉11、锁环28、锁环座29、上缸套18、上缸套上活塞26、密封圈、上缸套下活塞24、半环20、隔环22组成。

锁环28位于锁环座29与导环25之间，锁环28内、外表面均设有锁环齿，锁环28内、外锁环齿齿向相反，其外齿与锁环座29内锯啮合，内锁环齿与导环25的导环棘齿27啮合，工作时，在锁环座29的作用下带动锁环28产生形变，并在导环25的导环棘齿27上滑动，泄压后，锁环28还原，配合导环棘齿27可持久保持坐封力，锁环28为C型环，固紧螺钉位于锁环28轴向切缝处并与导环25上的螺钉孔锁紧，起止转作用；

上缸套18和下缸套17内部均有上活塞；并通过密封圈形成密封，上缸套18和下缸套17下端均与下活塞螺纹连接；上缸套18的上活塞与导环25底部螺纹连接，下缸套17的上活塞由半环20定位，并由隔环22将下缸套17的上活塞与半环20隔开，以此形成下缸套17上活塞整体位于衬套2上，并通过密封圈与衬套2外圆形成密封。

锚定机构由：

中心管1、上锥体14、密封圈、剪切销钉13、卡瓦10、释放爪9、键块、固紧螺钉11、下锥体12组成。

上锥体14套在释放爪9的外圆上，两者之间通过剪切销钉13定位；桶状的卡瓦10套在释放爪9外圆上，两端斜面分别于上锥体14、下锥体12的斜面贴合，并通过固紧螺钉11及键块与释放爪9定位；固紧螺钉11装在卡瓦10上端的销钉孔内，键块位于释放爪9的键槽内，其目的是防止下井时卡瓦10周向转动，下锥体12与释放爪9尾部咬合连接。

整个锚定机构位于中心管1的外圆上，其上端由上锥体14与坐封机构中的下缸套17螺纹连接，释放爪9上端与密封结构中的衬套2尾部螺纹连接，并通过密封圈与衬套2外圆形成密封，与中心管1外圆形成密封；锚定机构下端通过剪切销钉13将下锥体12与中心管1连接在一起。

工作时，该封隔器底部预先连接坐封球座后，整体通过油管下入到井下预定位置。

封隔器下入到预定位置后，向油管内投球到底部球座上，此时封隔器内部可憋压。具体为：

向油管打压，压力通过封隔器的中心管1与衬套2上的2组打压孔23，分别传递到下缸套17和上缸套18内，因上锥体14与释放爪9之间的剪切销钉13、上锥体14与卡瓦10之间的剪切销钉13值小于导环25与衬套2上的剪切销钉13剪切值，即卡瓦10坐封力小于胶筒坐封力，且下缸套上活塞21由半环20锁定，压力首先促动上缸套18、下缸套17向下移动，并带动锁环座29及锁环28向下移动，同时推动下缸套17、上锥体14向下移动，这一过程中，上锥体14与释放爪9之间的剪切销钉13、上锥体14与卡瓦10之间的剪切销钉13被剪断；上锥体14配合下椎体12挤压卡瓦10，此时，卡瓦10开始坐封（径向伸出）；油管继续泵压，上锥体14在下缸套17的推动下向下继续移动，卡瓦10在上锥体14和下锥体12的作用下受力撑开，并锚定套管内壁，卡瓦10坐封完成。上缸套18向下移动的过程中，锁环28在上缸套18和锁环座29的拉动作用下带动锁环28产生形变，并在锁环座29和上缸套18的拉动下在导环棘齿27上滑动，泄压后，锁环28还原，锁环28通过锁环齿配合导环棘齿27可持久保持坐封力，进而保证卡瓦10的坐封。

油管继续泵压到一定的压力值时，导环25与衬套2上的剪切销钉13剪断；高压钻井液推动上缸套上活塞26向上移动，并推动导环25向上移动（向左），这一过程中，由于下缸套上活塞21由半环20锁定在衬套2上，由下缸套上活塞21端头的打压孔23进入至下缸套17内的高压钻井液只能作用在下缸套17上，而不能推动下缸套上活塞21向上移动。

由上缸套上活塞26端头的打压孔23进入至上缸套18内的高压钻井液作用在上缸套上活塞26端面，从而推动导环25向上移动，这一过程中，下缸套上活塞21对下缸套17形成向上运动的轴向限位，使得下缸套17、上缸套18、锁环座29和锁环28不能向上移动，导环25向上移动时形成与锁环28之间的相对滑动，并保证锁环28与导环25之间的啮合状态；导环25向上移动时，配合平衡接头8挤压各胶筒，从而使其变形开始坐封，即，各胶筒贴紧套管内壁，封隔环形空间。

胶筒坐封完成后，泄掉油管压力，锁环28的锁环齿（单向棘齿）可持久保持坐封力，有效保证了封隔器的锚定及密封效果。

作业完成后，直接上提油管，达到一定的张力后，下椎体12上的剪切销钉13被提断，继续上提，装配凸台7与平衡接头8脱离接触。平衡接头8上的密封圈脱离内中心管1的密封面，限位环5一侧的中心管1上设置的旁通孔16打开，由此平衡油管及环空的压力差，减轻了抽汲效应，有效保护胶筒，利于封隔器顺利起出井筒。

继续上提中心管1一段距离后，中心管1下端台阶与限位环5的斜面贴合，且释放爪9失去中心管1上的凸台的径向支撑而向内收缩。此时，持续施加的上提力会通过限位环5依次传递到平衡接头8、衬套2、释放爪9上，释放爪9尾端与中心管1上的凸台脱离，使释放爪9与下锥体12的咬合状态解除。

持续施加上提力，中心管1带动限位环5及平衡接头8向上移动，为胶筒回弹提供足够的空间；同时释放爪9在衬套2的带动下，其上端面与下缸套下活塞19的下端面接触，再次施加上提力，则释放爪9带动下缸套下活塞19、上锥体14、下缸套17、上缸套18、锁环28、锁环座29、导环25及胶桶组合整体向上移动，此时卡瓦10失去支撑力，径向收缩，封隔器解封完成。

该大通径的液压可取式封隔器采用一体式中心管1，由此保证了油管压力的完整性，降低了施工能耗；且自带活塞缸及自锁功能，液压驱动坐封封隔器，无需油管操作；该封隔器的单向棘齿锁环，可持续保持坐封力；双活塞有效降低坐封压力；通过胶筒组合，可承受双向环空压力差；卡瓦10使锚定力均匀作用在套管上，且易于回收，降低了对套管的损伤；大通径，过液面大，可通过封隔器内孔的仪器、设备更多，兼容性更强；能有效减少管柱的摩阻，便于其他工具顺利通过封隔器，从而提高作业效能。

Claims (4)

1.一种大通径的液压可取式封隔器，包括中心管（1）、衬套（2）、上缸套（18）、下缸套（17）、导环（25）和卡瓦（10）；中心管（1）一端的圆周上设置有装配凸台（7）；装配凸台（7）一侧的中心管（1）上通过平衡接头（8）安装有衬套（2）；衬套（2）一端的中心管（1）上通过释放爪（9）装有卡瓦（10）；卡瓦（10）一侧的中心管（1）上安装有下椎体（12）；卡瓦（10）另一侧的释放爪（9）上安装有上椎体（14），上椎体（14）通过剪切销钉（13）与释放爪（9）连接；其特征在于：上椎体（14）一侧的衬套（2）上依次安装有下缸套（17）和上缸套（18），下缸套（17）和上缸套（18）之间螺纹连接；下缸套（17）和上椎体（14）之间螺纹连接；下缸套（17）端头的上椎体（14）内的衬套（2）上装有下缸套下活塞（19），下缸套下活塞（19）与下缸套（17）螺纹连接；下缸套（17）内的衬套（2）上通过半环（20）装有下缸套上活塞（21）；以对下缸套（17）形成轴向限位；半环（20）与下缸套上活塞（21）螺纹连接，半环（20）与衬套（2）通过安装槽卡合连接；半环（20）与下缸套上活塞（21）之间设置有隔环（22），以将下缸套上活塞（21）与半环（20）隔开，形成下缸套上活塞（21）整体位于衬套（2）上，并通过密封圈与衬套（2）外圆形成密封；下缸套上活塞（21）端头的衬套（2）和中心管（1）上对应设置有打压孔（23）；上缸套（18）一侧的衬套（2）上装有导环（25）；导环（25）上表面均布有导环棘齿（27）；导环棘齿（27）上通过紧固螺钉（11）安装有锁环（28），锁环（28）的内、外表面均设置有锁环齿；上缸套（18）端头螺纹安装有锁环座（29），锁环座（29）的下表面设置有锁环座齿，锁环座（29）通过锁环座齿和锁环齿与锁环（28）啮合连接；导环（25）与平衡接头（8）之间的衬套（2）上装有中间胶筒（3），中间胶筒（3）两侧的衬套（2）上装有边胶筒（4）；导环（25）通过剪切销钉（13）与衬套（2）连接；导环（25）端头的衬套（2）上装有上缸套上活塞（26），上缸套上活塞（26）与导环（25）螺纹连接；上缸套上活塞（26）与上缸套（18）和衬套（2）之间分别安装有密封圈；上缸套（18）端头的下缸套（17）内的衬套（2）上装有上缸套下活塞（24），上缸套下活塞（24）与上缸套（18）螺纹连接；上椎体（14）通过剪切销钉（13）与卡瓦（10）连接；上椎体（14）与释放爪（9）之间的剪切销钉（13）的剪切值和上椎体（14）与卡瓦（10）之间的剪切销钉（13）的剪切值均小于导环（25）与衬套（2）上的剪切销钉（13）的剪切值。

2.根据权利要求1所述的一种大通径的液压可取式封隔器，其特征在于：所述的中间胶筒（3）与边胶筒（4）之间设置有胶筒隔环（6）；所述的释放爪（9）与衬套（2）螺纹连接；释放爪（9）与衬套（2）和中心管（1）之间分别设置有密封圈。

3.根据权利要求1所述的一种大通径的液压可取式封隔器，其特征在于：所述的平衡接头（8）与衬套（2）螺纹连接；平衡接头（8）与装配凸台（7）紧密接触连接；平衡接头（8）与中心管（1）之间设置有密封圈；衬套（2）端头的中心管（1）上设置有限位环（5），限位环（5）与平衡接头（8）和衬套（2）紧密接触连接，限位环（5）一侧的中心管（1）上设置有旁通孔（16）。

4.根据权利要求1所述的一种大通径的液压可取式封隔器，其特征在于：所述的卡瓦（10）通过紧固螺钉（11）和键块与释放爪（9）连接，所述的下椎体（12）通过剪切销钉（13）与中心管（1）连接，下椎体（12）与释放爪（9）咬合连接，下椎体（12）与卡瓦（10）接触连接。

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