CN112127826B - 一种可用于井下密封短节的坐封解封机构 - Google Patents

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    • E21B33/00—Sealing or packing boreholes or wells
    • E21B33/10—Sealing or packing boreholes or wells in the borehole
    • E21B33/12—Packers; Plugs
    • E21B33/126—Packers; Plugs with fluid-pressure-operated elastic cup or skirt

Abstract

一种可用于井下密封短节的坐封解封机构，包括活塞筒，活塞筒内设有活塞杆，活塞杆底部与推杆的顶端连接，活塞筒外侧从上到下依次套有套筒、弹簧、内锥套、螺环、推力环、压套、胶筒及导锥，活塞筒与套筒间设有空气腔；活塞筒筒壁开多个圆孔，内设钢球，钢球内侧压在推杆上，外侧与内锥套紧贴；推力环上端通过插销与推杆下端连接成一体，推力环外侧设压套，胶筒设于压套与活塞筒底部的导锥之间；通过导压孔与外界连通，上部通过泄压阀与泄压孔外界连通，内锥套和推杆、钢球形成的双锥面自锁锁定，锁定更加可靠，承受反推力更大，除非零件损坏否则锁定不会失效；本发明具有结构合理、操作方便、坐封安全可靠及高效实用的优点。

Description

一种可用于井下密封短节的坐封解封机构
技术领域
本发明属于油气田开发技术领域，特别涉及一种可用于井下密封短节的坐封解封机构。
背景技术
井下密封短节在分层注水、恢复压测试、验封、调剖等工艺中经常被使用，其作用和原理是利用驱动机构，推动胶筒压缩或扩张，将油管内或者工具段内部孔道进行堵塞，将油管管柱进行分隔，以方便后续的测试或者施工。
传统密封段主要依靠重力冲击、电机或液压来进行驱动；重力冲击和电机驱动力小，仅适用于自密封扩张式胶筒，承受压差小，且只能承受单向密封；另外，重力冲击没有位置锁定机构，胶筒有回退的风险；而电机驱动依靠丝杠的自锁进行胶筒防退，若井下长期使用会有电池和电气失效，仪器卡死不能解封的风险；传统液压驱动式密封段依靠活塞进行坐封，采用带倒齿的锁定块进行位置锁定，依靠多层衬套支撑的弹性限位环进行解封，结构复杂，解封力很大，且复位十分繁琐困难。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种可用于井下密封短节的坐封解封机构，能够解决液压驱动密封短节解封力大，复位困难的问题，具有结构合理、操作方便、坐封可靠及高效实用的优点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种可用于井下密封短节的坐封解封机构，包括活塞筒1，所述活塞筒1上端螺纹连接上接头4，活塞筒1内且上接头4下方设有活塞杆2的活塞端，活塞杆2的连接端与推杆8的顶端螺纹连接，推杆8顶端外周设有第一小角度锥面9，活塞筒1筒壁上设有导压孔3；活塞筒1外侧从上到下依次套有套筒17、弹簧5、内锥套6、螺环20、推力环13、压套14、胶筒16及导锥15；所述套筒17内壁分别设有上密封圈19与下密封圈18，活塞筒1、套筒17、上密封圈19与下密封圈18之间形成空气腔23，上密封圈19处设有泄压阀21及泄压孔22，弹簧5及内锥套6位于套筒17下段与活塞筒1之间，内锥套6内壁设有第二小角度锥面7，活塞筒1筒壁圆周上开有多个圆孔10，圆孔10内设有钢球11，钢球11内侧压在推杆8上，外侧与第二小角度锥面7紧密接触；推力环13上端通过插销12与推杆8下端连接成一体，推力环13外侧螺纹连接压套14，胶筒16设于压套14与活塞筒1底部螺纹连接的导锥15之间。
所述第一小角度锥面9及第二小角度锥面7的角度均为单边≤10°。
所述套筒17可以在活塞筒1上上下滑动，螺环20将套筒17下端封闭。
所述圆孔10至少2个，在活塞筒1筒壁圆周上均匀分布。
本发明的有益效果如下：
通过导压孔3与外界连通，上部通过泄压阀21与泄压孔22外界连通，在不同工况下，空气腔23及活塞筒1内的压力产生适应性变化；通过套筒17可在活塞筒1上上下移动，在坐封时将压力传递，挤压胶筒16压缩变形，形成与外侧工具段内孔壁的密封，且在坐封过程中推杆8下移，钢球11内侧与推杆8的第一小角度锥面9贴紧，推杆8对钢球11的支撑高度逐渐变小，内锥套6内部的第二小角度锥面7始终压在钢球11外侧，内锥套5在弹簧5的推力下不断下移，并利用自锁原理将钢球11锁死，使其不能向外侧移动，保持推杆8的单向运动不回退，内锥套6和推杆8、钢球11形成的双锥面自锁锁定，比传统的内锥套单锥面锁定更加可靠，承受反推力更大，除非零件损坏，否则锁定不会失效；解封时，由于内锥套6内部的第二小角度锥面7的作用，钢球11对内锥套6的压力有很大一部分被转变为轴向分力，方向与解封方向相同，剩余的少部分垂直于内锥套6的第二小角度锥面7的分力形成的摩擦阻力很小，使整个机构在很小的上提力下就能够解封。
本发明为纯机械结构，不存在电气失效风险；采用液压驱动，压缩力大，能够满足压缩式胶筒的需求；能够完成单向锁定、上提解封的功能，解封力小，动作简单；仪器复位简单，具有结构合理、操作方便、坐封可靠及高效实用的优点。
附图说明
图1为本发明下井时的状态示意图。
图2为本发明坐封后的状态示意图。
图中：1、活塞筒；2、活塞杆；3、导压孔；4、上接头；5、弹簧；6、内锥套；7、第一小角度锥面；8、推杆；9、第二小角度锥面；10、圆孔；11、钢球；12、连接销；13、推力环；14、压套；15、导锥；16、胶筒；17、套筒；18、下密封圈；19、上密封圈；20、螺环20；21、泄压阀；22、泄压孔；23、空气腔。
具体实施方式
下面结合附图对发明进行详细描述。
参见图1、图2，一种可用于井下密封短节的坐封解封机构，包括活塞筒1，所述活塞筒1上端螺纹连接上接头4，活塞筒1内且上接头4下方设有活塞杆2的活塞端，活塞杆2的连接端与推杆8的顶端螺纹连接，推杆8顶端外周设有第一小角度锥面9，活塞筒1筒壁上设有导压孔3，将活塞杆2活塞端下部空间与外界环境连通；活塞筒1外侧从上到下依次套有套筒17、弹簧5、内锥套6、螺环20、推力环13、压套14、胶筒16及导锥15；所述套筒17内壁分别设有上密封圈19与下密封圈18，活塞筒1、套筒17、上密封圈19与下密封圈18之间形成空气腔23，上密封圈19处设有泄压阀21及泄压孔22，用于连通空气腔23及外部；泄压阀21拧紧时，将泄压孔22关闭，拧松时，将泄压孔22打开；弹簧5及内锥套6位于套筒17下段与活塞筒1之间，内锥套6内壁设有第二小角度锥面7，活塞筒1筒壁圆周上开有多个圆孔10，圆孔10内设有钢球11，钢球11内侧压在推杆8外圈，外侧与第二小角度锥面7紧密接触，弹簧5顶紧内锥套6，使内锥套6始终与钢球11紧密接触并限制钢球11径向移动，钢球11限制推杆8回退；推力环13上端通过插销12与推杆8下端连接成一体，推力环13外侧螺纹连接压套14，胶筒16设于压套14与活塞筒1底部螺纹连接的导锥15之间。
所述第一小角度锥面9及第二小角度锥面7的角度均为单边≤10°。
所述套筒17可以在活塞筒1上上下滑动，螺环20将套筒17下端封闭。
所述圆孔10至少2个，在活塞筒1筒壁圆周上均匀分布。
本发明的工作原理为：
参见图1，本机构上接头4预先外接定位机构，初始时，活塞杆2下部通过导压孔3与外界连通，上部通过泄压阀21、泄压孔22与外界连通，空气腔23内部为大气压且为独立空间，活塞杆2所受压力平衡，不动作；钢球11外侧处于内锥套6大径处，内侧压在推杆8大径处，钢球11不能向中心移动，内锥套6在弹簧5的推力下，第二小角度锥面7始终与钢球11接触但不能移动。
参见图2，当需要坐封时，快速下放本机构，本机构上端连接的定位机构在工具段定位台阶定位遇阻，停止移动；依靠重力冲击作用，上端连接的定位机构将推动套筒17下移，下密封圈18移动到导压孔3下端，使导压孔3处于空气腔23内部，活塞杆2下部液体被抽出，由于空气腔23容积较大，活塞杆2下部压力近似大气压，活塞杆2上部受到井下压力的作用使活塞杆2向下运动，通过推杆8、插销12、推力环13、压套14的传递，挤压胶筒16压缩变形，形成与外侧工具段内孔壁的密封；在推杆8下移的过程中，钢球11内侧与推杆8的第一小角度锥面9贴紧，推杆8对钢球11的支撑高度逐渐变小，内锥套6内第二小角度锥面7始终压在钢球11外侧，内锥套6在弹簧5的推力下不断下移，并利用自锁原理将钢球11锁死，使其不能向外侧移动，保持推杆8的单向运动不回退；内锥套6和推杆8、钢球11形成的双锥面自锁锁定，比传统的内锥套单锥面锁定更加可靠，承受反推力更大，除非零件损坏否则锁定不会失效。
解封时，上提套筒17，套筒17下端连接的螺环20将拉动内锥套6上移，内锥套6对钢球11的限位逐渐解除，当套筒17和内锥套6移动到下井状态的初始位置时，钢球11限位完全解除，推杆8可以向反方向移动到初始位置；下密封圈18移动到导压孔3上端，活塞杆2下部与外界连通，活塞杆2上下压力平衡，胶筒16在自身弹性作用下将活塞杆2顶回原位，同时自身恢复原状；由于内锥套6内的第二小角度锥面7的作用，钢球11对内锥套6的压力有很大一部分被转变为轴向分力，方向与解封方向相同，剩余的少部分垂直于内锥套的第二小角度锥面7分力形成的摩擦阻力很小，使整个机构在很小的上提力下就能够解封。
机构回到地面后，所有零部件状态与初始状态一致，将泄压阀21打开，将空气腔23内部的带压液体排出后即可继续使用，不需要额外的复位操作。

Claims (3)

1.一种可用于井下密封短节的坐封解封机构，包括活塞筒(1)，其特征在于：所述活塞筒(1)上端螺纹连接上接头(4)，活塞筒(1)内且上接头(4)下方设有活塞杆(2)的活塞端，活塞杆(2)的连接端与推杆(8)的顶端螺纹连接，推杆(8)顶端外周设有第一小角度锥面(9)，活塞筒(1)筒壁上设有导压孔(3)；活塞筒(1)外侧从上到下依次套有套筒(17)、弹簧(5)、内锥套(6)、螺环(20)、推力环(13)、压套(14)、胶筒(16)及导锥(15)；所述套筒(17)内壁分别设有上密封圈(19)与下密封圈(18)，活塞筒(1)、套筒(17)、上密封圈(19)与下密封圈(18)之间形成空气腔(23)，上密封圈(19)处设有泄压阀(21)及泄压孔(22)，弹簧(5)及内锥套(6)位于套筒(17)下段与活塞筒(1)之间，内锥套(6)内壁设有第二小角度锥面(7)，活塞筒(1)筒壁圆周上开有多个圆孔(10)，圆孔(10)内设有钢球(11)，钢球(11)内侧压在推杆(8)上，外侧与第二小角度锥面(7)紧密连接接触；推力环(13)上端通过插销(12)与推杆(8)下端连接成一体，推力环(13)外侧螺纹连接压套(14)，胶筒(16)设于压套(14)与活塞筒(1)底部螺纹连接的导锥(15)之间；所述套筒(17)可以在活塞筒(1)上上下滑动，螺环(20)将套筒(17)下端封闭。
2.根据权利要求1所述的一种可用于井下密封短节的坐封解封机构，其特征在于：所述第一小角度锥面(9)及第二小角度锥面(7)的角度均为单边≤10°。
3.根据权利要求1所述的一种可用于井下密封短节的坐封解封机构，其特征在于：所述的圆孔(10)至少2个，在活塞筒(1)筒壁圆周上均匀分布。
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