CN113027378A - 一种高温高压封隔器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高温高压封隔器，涉及油气田完井工具技术领域，所述的一种高温高压封隔器包括上密封接头、中心管、下接头、锚定密封机构、坐封机构、解封机构；锚定密封机构、坐封机构与解封机构设于中心管外侧，且夹设于上密封接头与下接头之间；锚定密封机构由上下卡瓦座、上下卡瓦、上下锥体以及组合胶筒构成，坐封机构中的活塞、缸体与中心管形成第二密封空间，并采用双PTFE材质密封挡圈加氟橡胶O圈的内部密封结构；解封机构采用释放爪与支撑环的组合结构，可强制解封，解封简单可靠。该封隔器保证了在高温高压环境下的气密封性能，坐封、解封功能便捷、可靠，减小了作业风险及难度。

Description

一种高温高压封隔器

技术领域

本发明涉及一种高温高压封隔器，属于油气田完井工具技术领域。

背景技术

在油气田完井过程中，面对井下温度超过177℃、压力超过12500psi的井况时，封隔器密封单元易在高温高压环境下损坏，胶筒失封；也会出现封隔器胶筒和卡瓦永久坐封在套管内，造成无法解封、回收的难题。因此需要设计一种新型封隔器保证在恶劣环境中的气密封性能，坐封、解封功能简单、可靠。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高温高压封隔器，以缓解现有技术中高温高压环境下封隔器密封性能易失效，坐封、解封困难的问题。

本发明提供一种高温高压封隔器，其包括上密封接头、中心管、锚定密封机构、坐封机构、解封机构、下接头、密封挡圈、O圈；所述锚定密封机构包括位于中心管上的上卡瓦、上椎体、承压环、组合胶筒、下椎体、下卡瓦、下卡瓦座，所述上卡瓦、下卡瓦为4片式结构，所述组合胶筒为3瓣式胶筒结构，所述组合胶筒内设有边胶筒、隔环、护肩、边胶筒、中胶筒，所述坐封机构包括锁环套、第一锁环、支撑套、缸体、定位滑销、第一剪切销钉、活塞，所述坐封机构与中心管构成第一密封空间，所述坐封机构中的缸体、活塞与中心管形成第二密封空间，所述第一密封空间与第二密封空间之间通过设有传压孔相连通，所述组合胶筒、上卡瓦、下卡瓦与套管内壁形成第三密封空间，所述解封机构包括连接套、限位环、第二锁环、第二定位环、剪切环、定位销钉、释放爪、支撑环、第二剪切销钉，释放爪与支撑环通过第二剪切销钉连接，定位销钉将第二定位环、剪切环、释放爪定位在中心管的槽中。

优选地，所述上密封接头、中心管、锚定密封机构、坐封机构、解封机构、下接头自上而下依次相连接。

优选地，所述上卡瓦座与中心管相连接，所述中心管上设有挡圈、挡块、定位圈，所述挡圈、挡块、定位圈对上卡瓦座进行限位，所述挡圈通过设有紧定螺钉固定于中心管上。

优选地，所述释放爪上设有定位装置，所述定位装置由螺丝、弹簧、弹销组成。

优选地，所述边胶筒远离隔环一端设有护肩，所述边胶筒与隔环之间通过设有中胶筒相连接。

优选地，所述坐封机构当未达到预定坐封压力时，第一剪切销钉不剪断，支撑套与活塞通过第一剪切销钉连接，所述活塞穿过支撑套的定位滑销固定在中心管槽中无法移动。

优选地，所述坐封机构坐封完成后，锁环、支撑套的齿形相背受力压紧，锁环顶在锁环套上，此时组合胶筒、上卡瓦、下卡瓦无法收缩。

优选地，所述解封机构解封时，支撑环剪断第二剪切销钉并移动定位到螺丝、弹簧、弹销构成的定位装置上，所述释放爪管柱自重作用下可以收缩；解封工具带动释放爪剪断剪切环、释放爪、限位环、锁环在中心管上移动，释放爪的爪子强制收缩完成解封。

优选地，所述锁环承受尾管重量，尾管重量经下接头、连接套压迫到释放爪，最终传递到锁环，锁环齿形与中心管齿形向下为相背，无法产生相对运动，向上与之相反。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的一种高温高压封隔器适用于井下温度超过177℃、压力超过12500psi的复杂井况，保证了在高温高压环境下的气密封性能，且坐封、解封功能便捷、可靠，减小了作业风险及难度。

1.锚定密封结构中的组合胶筒：采用边胶筒、中胶筒、边胶筒的三组合胶筒结构，两端的边胶筒强度高，且增加了保护机构护肩，不易出现损坏；上下卡瓦采用片式卡瓦结构，保证卡瓦推出时在套管锚定的可靠性，这种合胶筒、卡瓦结构能可靠保证高温高压下锚定密封性能。

2.坐封机构具有防提前坐封功能，防止封隔器在边冲边下过程中，封隔器未到达预定位置便坐封的问题。

3.解封机构采用特有结构，当解封过程中尾管悬挂自重不足时可继续上提，强制解封，保证封隔器与套管分离，实现可靠解封作业。

4.高温高压封隔器内部密封结构采用两道PTFE材质密封挡圈加氟橡胶O圈的组合结构，保证了在恶劣环境下的气密封性能。

附图说明

图1为本发明一种高温高压封隔器的剖视图；

图2为本发明一种高温高压封隔器锚定密封机构的剖视图；

图3为本发明一种高温高压封隔器坐封机构的剖视图；

图4为本发明一种高温高压封隔器解封机构的剖视图；

图5为本发明一种高温高压封隔器解封结构定位装置的结构示意图；

上图中：10、上密封接头，20、中心管，30、锚定密封机构，40、坐封机构，50、解封机构，60、下接头，70、密封挡圈，80、O圈，201、传压孔，301、上卡瓦座，302、上卡瓦，303、上椎体，304、承压环，305、组合胶筒，306、下椎体，307、下卡瓦，308、下卡瓦座，401、锁环套，402、第一锁环，403、支撑套，404、缸体，405、定位滑销，406、第一剪切销钉，407、活塞，501、连接套，502、限位环，503、第二锁环，504、第二定位环，505、剪切环，506、定位销钉，507、释放爪，508、支撑环，509、第二剪切销钉，3011、挡圈，3012、挡块，3013、定位圈，3014、紧定螺钉，3031、第一定位环，3041、剪切销钉，3051、护肩，3052、边胶筒，3053、隔环，3054、中胶筒，5071、螺丝，5072、弹簧，5073、弹销。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

本发明实施例提供一种高温高压封隔器，如图1所示，该所述一种高温高压封隔器包括上密封接头10、中心管20、锚定密封机构30、坐封机构40、解封机构50、下接头60、密封挡圈70、O圈80；所述上密封接头10和所述下接头60分别通过螺纹连接所述中心管20上端与解封机构50下端，中心管20通过下端槽与解封机构50中的第二定位环504连接；所述锚定密封机构30、坐封机构40、解封机构50依次夹设于所述上密封接头10与所述下接头60之间。

如图2所示，所述的锚定密封机构30包括套设于所述中心管20的上卡瓦座301、上卡瓦302、上椎体303、承压环304、组合胶筒305、下椎体306、下卡瓦307、下卡瓦座308；上卡瓦座301通过位于中心管20槽中的挡圈3011、挡块3012、定位圈3013进行限位，挡圈3011通过紧定螺钉3014定位于中心管20槽中；上卡瓦302、下卡瓦307为4片式结构，分别通过圆柱螺丝固定于上卡瓦座301、下卡瓦座308上；上椎体303内部装有位于中心管20下槽中的第一定位环3031，承压环304与中心管20通过剪切销钉3041连接，承压环304可定位于上椎体303内部的第一定位环3031；组合胶筒305由护肩3051、边胶筒3052、中胶筒3054、隔环3053组成，护肩3051位于2个边胶筒3052外侧，2个边胶筒3052与中胶筒3054之间设有隔环3053。

如图3所示，所述的坐封机构40包括锁环套401、第一锁环402、支撑套403、缸体404、定位滑销405、第一剪切销钉406、活塞407；支撑套403与活塞407通过第一剪切销钉406连接，活塞407将穿过支撑套403的定位滑销405固定在中心管20槽中；其中活塞407、缸体404与中心管20形成第二密封空间，其坐封工具与中心管20构成第一密封空间，二者通过中心管20的传压孔201连通；坐封完成后，上卡瓦302、下卡瓦307、组合胶筒305与套管构成第三密封空间。

如图4所示，所述的解封机构50包括连接套501、限位环502、第二锁环503、第二定位环504、剪切环505、定位销钉506、释放爪507、支撑环508、第二剪切销钉509，释放爪507具有螺丝5071、弹簧5072、弹销5073构成的定位装置。释放爪507与支撑环508通过第二剪切销钉509连接，定位销钉506将第二定位环504、剪切环505、释放爪507定位在中心管20的槽中。

如图5所示，所述的封隔器内部密封结构由密封挡圈70、O圈80组成，密封挡圈70为PTFE材质，O圈80为氟橡胶材质，二者组合实现高温高压下的气密封性能。

具体的，该发明所述的一种高温高压封隔器在使用过程中，按照先后顺序具有下入状态、坐封状态以及解封状态。下面将对这三个状态进行详细的描述。

1、下入状态

在下入状态中，所述的一种高温高压封隔器如图1所示，封隔器各部件处于初始位置，坐封工具插入封隔器中心管20内部，此时坐封机构40中活塞407将穿过支撑套403的定位滑销405固定在中心管20槽中，支撑套403与活塞407通过第一剪切销钉406连接，保证在边冲边下过程，未达到坐封压力第一剪切销钉406不剪切，防止提前坐封。

2、坐封状态

在坐封状态中，如图1、图2、图3、图4所示，坐封工具与中心管20内壁构成第一密封空间；坐封机构40中的活塞407、缸体404与中心管20外壁形成第二密封空间；压力通过中心管20的传压孔201到达第二密封空间，推动活塞407剪断第一剪切销钉406，活塞407到达支撑套403的限位位置，此时定位滑销405滑出中心管20槽；活塞407、支撑套403上行推动锚定密封机构30，锚定密封机构30中的承压环304剪断剪切销钉3041上行推动上卡瓦302张开并锚定在套管上，最终承压环304通过位于中心管20槽中的第一定位环3031完成定位，上卡瓦302锚定完成；活塞407、支撑套403继续上行挤压组合胶筒305、下卡瓦307锚定密封在套管内壁，完成坐封。

3、解封状态

解封工具下入到预定位置上提，解封工具带动支撑环508剪断第二剪切销钉509，支撑环508定位在螺丝5071、弹簧5072、弹销5073构成的定位装置上，此时释放爪507失去支撑可以进行收缩；解封工具继续上提，通过支撑环508带动释放爪507剪断剪切环505，释放爪507、第二定位环504、第二锁环503、限位环502在中心管20上移，第二锁环503的齿形与中心管20齿形相向，可以发生相对运动，释放爪507完全收缩；在尾管自重作用下，下接头60通过连接套501带动下卡瓦座下行，上卡瓦302、组合胶筒305、下卡瓦307释放，完成解封。

当解封工具矛爪到达预定位置508下部位置，上提解封工具，矛爪带动支撑环508剪断剪切销钉509，继续上移到达限位位置，弹销5073定位在支撑环508的槽中，支撑环508位置固定，解封工具矛爪在释放爪507的缩径位置收缩，继续上提，解封工具取出，在尾管自重作用下，下接头60通过连接套501带动下卡瓦座压缩释放爪507的爪子从而实现下行，上卡瓦302、组合胶筒305、下卡瓦307释放，完成解封。

当不存在定位装置时解封工具矛爪到达预定位置508下部位置，上提解封工具，矛爪带动支撑环508剪断剪切销钉509，继续上移，解封工具矛爪在释放爪507的缩径位置收缩，继续上提，解封工具取出，此时支撑环508处于可移动状态，支撑环508下移到释放爪下部位置，此时下接头60、连接套501向下移动时，无法压缩释放爪507，最终无法完成解封。

需要说明的是，由于每个销钉剪切需要的压力是不一样的，因而，可在使用过程中通过施加不同的压力来控制相应的过程。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种高温高压封隔器，其特征在于：包括上密封接头（10）、中心管（20）、锚定密封机构（30）、坐封机构（40）、解封机构（50）、下接头（60）、密封挡圈（70）、O圈（80）；所述锚定密封机构（30）包括位于中心管（20）上的上卡瓦（302）、上椎体（303）、承压环（304）、组合胶筒（305）、下椎体（306）、下卡瓦（307）、下卡瓦座（308），所述上卡瓦（302）、下卡瓦（307）为4片式结构，所述组合胶筒（305）为3瓣式胶筒结构，所述组合胶筒（305）内设有边胶筒（3052）、隔环（3053）、护肩（3051）、边胶筒（3052）、中胶筒（3054），所述坐封机构（40）包括锁环套（401）、第一锁环（402）、支撑套（403）、缸体（404）、定位滑销（405）、第一剪切销钉（406）、活塞（407），所述坐封机构（40）与中心管（20）构成第一密封空间，所述坐封机构（40）中的缸体（404）、活塞（407）与中心管（20）形成第二密封空间，所述第一密封空间与第二密封空间之间通过设有传压孔（201）相连通，所述组合胶筒（305）、上卡瓦（302）、下卡瓦（307）与套管内壁形成第三密封空间，所述解封机构（50）包括连接套（501）、限位环（502）、第二锁环（503）、第二定位环（504）、剪切环（505）、定位销钉（506）、释放爪（507）、支撑环（508）、第二剪切销钉（509），释放爪（507）与支撑环（508）通过第二剪切销钉（509）连接，定位销钉（506）将第二定位环（504）、剪切环（505）、释放爪（507）定位在中心管（20）的槽中。

2.根据权利要求1所述的一种高温高压封隔器，其特征在于：所述上密封接头（10）、中心管（20）、锚定密封机构（30）、坐封机构（40）、解封机构（50）、下接头（60）自上而下依次相连接。

3.根据权利要求1所述的一种高温高压封隔器，其特征在于：所述上卡瓦座（301）与中心管（20）相连接，所述中心管（20）上设有挡圈（3011）、挡块（3012）、定位圈（3013），所述挡圈（3011）、挡块（3012）、定位圈（3013）对上卡瓦座（301）进行限位，所述挡圈（3011）通过设有紧定螺钉（3014）固定于中心管（20）上。

4.根据权利要求1所述的一种高温高压封隔器，其特征在于：所述释放爪（507）上设有定位装置，所述定位装置由螺丝（5071）、弹簧（5072）、弹销（5073）组成。

5.根据权利要求1所述的一种高温高压封隔器，其特征在于：所述边胶筒（3052）远离隔环（3053）一端设有护肩（3051），所述边胶筒（3052）与隔环（3053）之间通过设有中胶筒（3054）相连接。

6.根据权利要求1所述的一种高温高压封隔器，其特征在于所述坐封机构（40）、解封机构（50）内部密封采用两道PTFE材质密封挡圈（70）加氟橡胶O圈（80）的组合结构。

Images