CN113107405A - 一种应用于双管封堵工具中的解封机构 - Google Patents

Abstract

一种应用于双管封堵工具中的解封机构，涉及油田井下设施技术领域，包括包括双层管柱以及连接在双层管柱下端的可洗井封隔器，双层管柱进一步包括内层管和外层管，内层管和外层管的下端分别与可洗井封隔器的上端连接，内层管和外层管之间的夹层与可洗井封隔器中的洗井通道连通；可洗井封隔器，进一步包括接箍、上接头、中心管、衬管、滑动限位套、胶筒、坐封活塞、活塞套和下接头；所述上接头和中心管之间为可转动连接。与现有技术相比，上述的解封机构结构更加简单，动作更加可靠，同时解封力更小。另外，解封时只需在地面通过管钳转动内层管，因此解封过程中无需大型作业车的参与，从而大幅降低了作业成本。

Description

一种应用于双管封堵工具中的解封机构

技术领域

本发明属于油田井下设施技术领域，尤其涉及一种应用于双管封堵工具中的解封机构。

背景技术

采油工程中，有一种应用于井下的双管封堵工艺，该工艺所采用的设备包括双层管柱以及连接在双层管柱下端的可洗井封隔器。所谓的双层管柱，即在直径较大的管柱内另设一根直径较小的管柱。另外，所述可洗井封隔器内设置有洗井通道，可洗井封隔器的上端还设置有用于与所述双层管柱对接的接头结构。使用时，液体在内外两层管柱之间的夹层内流动并进入可洗井封隔器内的洗井通道中，然后从洗井通道的出口流出。

众所周知，封隔器是一种常见的井下工具，其内部设置有胶筒，安装时，向封隔器的中心管内打压来触发相应的坐封机构，使胶筒的上下两端被压缩，胶筒被压缩后直径增大并最终贴合在井壁上，从而实现封隔器的封隔功能。解封时，需要通过一定的手段使坐封机构对胶筒的压力解除，从而使胶筒恢复至压缩前的形态，以便将封隔器上提出井。

在现有技术中，双管封堵工艺中的封隔器均是通过常规的上提管柱的方式实现解封，上提管柱过程中，封隔器胶筒与井壁之间的摩擦力阻碍封隔器胶筒向上运动，从而将封隔器内的解封销钉剪断，实现封隔器的解封。这种解封方式的优点是结构简单，但在某些工况下，尤其是在封隔器级数较多的情况下，这种解封方式需要很大的上提拉力，对地面作业设备的要求较高。另外，受各种细节因素的影响，所述解封销钉存在无法剪断的情况，使封隔器无法解封，这又给起井作业造成了新的困难。

因此，本发明力求设计一种全新的解封方式，一方面可降低对地面作业设备的要求，另一方面提高解封的可靠性。

发明内容

为了解决背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种应用于双管封堵工具中的解封机构。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：本发明提供了一种应用于双管封堵工具中的解封机构，包括双层管柱以及连接在双层管柱下端的可洗井封隔器，双层管柱进一步包括内层管和外层管，内层管和外层管的下端分别与可洗井封隔器的上端连接，内层管和外层管之间的夹层与可洗井封隔器中的洗井通道连通；

可洗井封隔器，进一步包括接箍、上接头、中心管、衬管、滑动限位套、胶筒、坐封活塞、活塞套和下接头；

所述上接头和中心管之间为可转动连接；

所述接箍的上下两端分别与所述外层管和上接头固定连接，所述内层管与上接头密封插接；

所述内层管和中心管之间设置有传动结构，内层管旋转后，中心管可在该传动结构的作用下随内层管一同旋转；

所述衬管套在所述中心管的外侧，中心管和衬管之间留有洗井通道，所述上接头上设置有轴向通孔，轴向通孔将所述夹层内的空间与所述过液通道连通；

所述胶筒套在衬管的外侧，胶筒上侧设置有限位件，胶筒下侧设置有挡环，所述活塞套的上端通过坐封销钉连接在挡环上，活塞套的下端固定连接在下接头上，所述坐封活塞位于所述中心管和活塞套之间的环形空间内，坐封活塞的上端抵在所述挡环的下端面上，所述中心管上与坐封活塞的上侧对应设置有过液孔；

所述滑动限位套的上端面抵在所述衬管的下端面上；

所述滑动限位套的内侧固定设置有滑动销钉，对应地，所述中心管的外侧加工有L形滑道，滑动销钉插入L形滑道内并可在L形滑道内顺畅滑动；

所述挡环和滑动限位套之间设置有用于防止挡环回位的逆止机构。

作为进一步的技术方案，所述上接头是一个组件，进一步包括上接头A部和上接头B部，上接头B部通过螺纹固定连接在上接头A部的下端，所述中心管插装在上接头A部和上接头B部的内侧，上接头A部和上接头B部的连接处的内侧形成环形槽，对应地，中心管外侧的相应位置也设置有环形槽；

所述上接头和中心管之间设置有卡环，卡环同时插在上接头和中心管上的环形槽内，从而防止上接头与中心管沿轴向相对运动，并保证上接头与中心管可顺畅地相对转动。

作为进一步的技术方案，所述所述逆止机构进一步包括楔块和弹簧，所述挡环的内侧与所述楔块对应设置有楔形面，该楔形面与所述滑动限位套的外壁之间形成楔形角，楔块在弹簧弹力作用下始终保持向所述楔形角楔入的运动趋势。

作为进一步的技术方案，所述内层管和中心管之间的传动结构包括中间传动套，中间传动套同时通过花键与内层管和中心管连接，从而将内层管的旋转运动传递给中心管；

所述中间传动套可在内层管内顺畅滑动。

作为进一步的技术方案，所述限位件的内侧通过凹凸配合与衬管接触配合，限位件的外侧设置有解封套，解封套通过解封销钉连接在限位件上，解封套直接或间接连接在上接头上。

本发明的有益效果为：

1、双管封堵工艺中使用的可洗井封隔器与常规的可洗井封隔器有区别，其特点在于，这种可洗井封隔器的上端连接有内外两根油管(即所述的内层管和外层管)，而不是一根，本发明正是利用了这一结构特点，设计出了一种可通过旋转中心管实现解封的机构，需要解封时，在地面向内层管内投入中间传动套，使内层管和中心管之间建立传动连接，然后，在井口处转动内层管使中心管转动，中心管转动的同时，滑动限位套上的滑动销钉在所述L形滑道内滑动，当滑动销钉沿中心管的周向滑动至L形滑道的弯折处时，滑动限位套在胶筒弹性回复力的作用下沿L形滑道的竖直区段滑动，从而使胶筒解封。

与现有技术相比，上述的解封机构结构更加简单，动作更加可靠，同时解封力更小。另外，解封时只需在地面通过管钳转动内层管，因此解封过程中无需大型作业车的参与，从而大幅降低了作业成本。

2、本发明中，内层管和中心管在解封前无传动连接，只有在需要解封时，从井口投入中间传动套，才能在内层管和中心管之间建立传动连接，从而有效防止管柱安装过程中内层管转动造成的意外解封。

3、本发明设计了以楔块为核心的逆止机构，坐封时，向中心管内打压，压力经过过液孔到达坐封活塞的上方，继而推动坐封活塞向上运动，挡环在坐封活塞的推动下向上运动，从而压缩胶筒，实现坐封。当压力撤除后，挡环在楔块的作用下无法反向运动，从而使胶筒保持在坐封状态，从而实现了自动挡环的自动锁定。

另外，逆止机构同时也是一个备用的解封机构，当内层管发生断脱等事故时，中心管无法旋转，此时，可在井口安装脉冲振动发生器(现有技术)，楔块在高频的强力振动以及胶筒的弹力作用下会逐渐下滑，从而使胶筒逐渐复位，实现解封。

需要说明的是，这种解封方式只能使胶筒外径缩小，无法完全恢复至坐封前的状态，但即使如此，直径缩小后的胶筒与井壁之间的摩擦力大幅减小，从而使封隔器得以顺利从井下起出。

4、本发明在制造成本没有明显增加的情况下，同时设置了上提解封、转动内层管解封和振动解封三种解封方式，与现有技术中单纯依靠上提解封相比，解封的可靠性大幅增加，彻底避免了无法解封的问题。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是L形滑道的平面展开图；

图3是本发明上部的结构示意图；

图4是本发明下部的结构示意图。

图中：1、外层管，2、内层管，3、接箍，4、上接头A部，5、中间传动套，6、卡环，7、上接头B部，8、中心管，9、解封套，10、解封销钉，11、限位件，12、胶筒，13、衬管，14、坐封销钉，15、挡环，16、活塞套，17、坐封活塞，18、下接头，19、过液孔，20、弹簧，21、楔块，22、滑动销钉，23、洗井通道，24、轴向通孔，25、L形滑道，26、滑动限位套。

图中，两个零件之间的配合面处的黑色填充区域为O型密封圈。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明：

如图1所示，包括双层管柱以及连接在双层管柱下端的可洗井封隔器，双层管柱进一步包括内层管2和外层管1，内层管2和外层管1的下端分别与可洗井封隔器的上端连接，内层管2和外层管1之间的夹层与可洗井封隔器中的洗井通道23连通。以上为现有技术中已经存在的结构，在此不再赘述。

如图1所示，可洗井封隔器，进一步包括接箍3、上接头、中心管8、衬管13、滑动限位套26、胶筒12、坐封活塞17、活塞套16和下接头18。

如图1所示，所述上接头和中心管8之间为可转动连接；所述接箍3的上下两端分别与所述外层管1和上接头固定连接，所述内层管2与上接头密封插接；所述内层管2和中心管8之间设置有传动结构，内层管2旋转后，中心管8可在该传动结构的作用下随内层管2一同旋转。中心管8旋转过程中，衬管13及其附属结构在胶筒12与井壁之间的摩擦力作用下静止不动。

如图1所示，所述衬管13套在所述中心管8的外侧，中心管8和衬管13之间留有洗井通道23，所述上接头上设置有轴向通孔24，轴向通孔24将所述夹层内的空间与所述过液通道连通。洗井通道23是可洗井封隔器内的必要结构，其在现有技术中的构造方式大同小异，在此不再赘述。

如图1所示，所述胶筒12套在衬管13的外侧，胶筒12上侧设置有限位件11，胶筒12下侧设置有挡环15，所述活塞套16的上端通过坐封销钉14连接在挡环15上，活塞套16的下端固定连接在下接头18上，所述坐封活塞17位于所述中心管8和活塞套16之间的环形空间内，坐封活塞17的上端抵在所述挡环15的下端面上，所述中心管8上与坐封活塞17的上侧对应设置有过液孔19；

如图1和图2所示，所述滑动限位套26的上端面抵在所述衬管13的下端面上。所述滑动限位套26的内侧固定设置有滑动销钉22，对应地，所述中心管8的外侧加工有L形滑道25，滑动销钉22插入L形滑道25内并可在L形滑道25内顺畅滑动。实施时，可使滑动限位套26的上端面与衬管13的下端面通过矩形齿配合，以防止二者相对旋转，从而保证滑动插销和L形滑道25得以相对运动。

如图1或图4所示，所述挡环15和滑动限位套26之间设置有用于防止挡环15回位的逆止机构。逆止机构是封隔器中保证有效坐封的必要机构，现有技术中采用的逆止机构大多为单向止退螺纹，单向止退螺纹在本发明中也适用。

现有技术中，双管封堵工艺中使用的可洗井封隔器与常规的可洗井封隔器有区别，其特点在于，这种可洗井封隔器的上端连接有内外两根油管(即所述的内层管2和外层管1)，而不是一根，本发明正是利用了这一结构特点，设计出了一种可通过旋转中心管8实现解封的机构，需要解封时，在地面向内层管2内投入中间传动套5，使内层管2和中心管8之间建立传动连接，然后，在井口处转动内层管2使中心管8转动，中心管8转动的同时，滑动限位套26上的滑动销钉22在所述L形滑道25内滑动，当滑动销钉22沿中心管8的周向滑动至L形滑道25的弯折处时，滑动限位套26在胶筒12弹性回复力的作用下沿L形滑道25的竖直区段滑动，从而使胶筒12解封。

与现有技术相比，上述的解封机构结构更加简单，动作更加可靠，同时解封力更小。另外，解封时只需在地面通过管钳转动内层管2，因此解封过程中无需大型作业车的参与，从而大幅降低了作业成本。

如图1或图3所示，作为进一步的技术方案，所述上接头是一个组件，进一步包括上接头A部4和上接头B部7，上接头B部7通过螺纹固定连接在上接头A部4的下端，所述中心管8插装在上接头A部4和上接头B部7的内侧，上接头A部4和上接头B部7的连接处的内侧形成环形槽，对应地，中心管8外侧的相应位置也设置有环形槽；

所述上接头和中心管8之间设置有卡环6，卡环6同时插在上接头和中心管8上的环形槽内，从而防止上接头与中心管8沿轴向相对运动，并保证上接头与中心管8可顺畅地相对转动。

如图1或图4所示，作为进一步的技术方案，所述所述逆止机构进一步包括楔块21和弹簧20，所述挡环15的内侧与所述楔块21对应设置有楔形面，该楔形面与所述滑动限位套26的外壁之间形成楔形角，楔块21在弹簧20弹力作用下始终保持向所述楔形角楔入的运动趋势。本发明设计了以楔块21为核心的逆止机构，坐封时，向中心管8内打压，压力经过过液孔19到达坐封活塞17的上方，继而推动坐封活塞17向上运动，挡环15在坐封活塞17的推动下向上运动，从而压缩胶筒12，实现坐封。当压力撤除后，挡环15在楔块21的作用下无法反向运动，从而使胶筒12保持在坐封状态，从而实现了自动挡环15的自动锁定。

另外，逆止机构同时也是一个备用的解封机构，当内层管2发生断脱等事故时，中心管8无法旋转，此时，可在井口安装脉冲振动发生器(现有技术)，楔块21在高频的强力振动以及胶筒12的弹力作用下会逐渐下滑，从而使胶筒12逐渐复位，实现解封。

需要说明的是，这种解封方式只能使胶筒12外径缩小，无法完全恢复至坐封前的状态，但即使如此，直径缩小后的胶筒12与井壁之间的摩擦力大幅减小，从而使封隔器得以顺利从井下起出。

如图1或图3所示，作为进一步的技术方案，所述内层管2和中心管8之间的传动结构包括中间传动套5，中间传动套5同时通过花键与内层管2和中心管8连接，从而将内层管2的旋转运动传递给中心管8；所述中间传动套5可在内层管2内顺畅滑动。内层管2和中心管8在解封前无传动连接，只有在需要解封时，从井口投入中间传动套5，才能在内层管2和中心管8之间建立传动连接，从而有效防止管柱安装过程中内层管2转动造成的意外解封。

如图1所示，作为进一步的技术方案，所述限位件11的内侧通过凹凸配合与衬管13接触配合，限位件11的外侧设置有解封套9，解封套9通过解封销钉10连接在限位件11上，解封套9直接或间接连接在上接头上。正常情况下，仍可通过上提外层管1的方式使解封套9向上滑动，继而将解封销钉10剪断，当限位件11完全外露并脱落后，胶筒12上方的限位解除，从而实现解封。

Claims (5)

1.一种应用于双管封堵工具中的解封机构，包括双层管柱以及连接在双层管柱下端的可洗井封隔器，双层管柱进一步包括内层管(2)和外层管(1)，内层管(2)和外层管(1)的下端分别与可洗井封隔器的上端连接，内层管(2)和外层管(1)之间的夹层与可洗井封隔器中的洗井通道(23)连通，其特征在于：

可洗井封隔器，进一步包括接箍(3)、上接头、中心管(8)、衬管(13)、滑动限位套(26)、胶筒(12)、坐封活塞(17)、活塞套(16)和下接头(18)；

所述上接头和中心管(8)之间为可转动连接；

所述接箍(3)的上下两端分别与所述外层管(1)和上接头固定连接，所述内层管(2)与上接头密封插接；

所述内层管(2)和中心管(8)之间设置有传动结构，内层管(2)旋转后，中心管(8)可在该传动结构的作用下随内层管(2)一同旋转；

所述衬管(13)套在所述中心管(8)的外侧，中心管(8)和衬管(13)之间留有洗井通道(23)，所述上接头上设置有轴向通孔(24)，轴向通孔(24)将所述夹层内的空间与所述过液通道连通；

所述胶筒(12)套在衬管(13)的外侧，胶筒(12)上侧设置有限位件(11)，胶筒(12)下侧设置有挡环(15)，所述活塞套(16)的上端通过坐封销钉(14)连接在挡环(15)上，活塞套(16)的下端固定连接在下接头(18)上，所述坐封活塞(17)位于所述中心管(8)和活塞套(16)之间的环形空间内，坐封活塞(17)的上端抵在所述挡环(15)的下端面上，所述中心管(8)上与坐封活塞(17)的上侧对应设置有过液孔(19)；

所述滑动限位套(26)的上端面抵在所述衬管(13)的下端面上；

所述滑动限位套(26)的内侧固定设置有滑动销钉(22)，对应地，所述中心管(8)的外侧加工有L形滑道(25)，滑动销钉(22)插入L形滑道(25)内并可在L形滑道(25)内顺畅滑动；

所述挡环(15)和滑动限位套(26)之间设置有用于防止挡环(15)回位的逆止机构。

2.根据权利要求1所述的一种应用于双管封堵工具中的解封机构，其特征在于：所述上接头是一个组件，进一步包括上接头A部(4)和上接头B部(7)，上接头B部(7)通过螺纹固定连接在上接头A部(4)的下端，所述中心管(8)插装在上接头A部(4)和上接头B部(7)的内侧，上接头A部(4)和上接头B部(7)的连接处的内侧形成环形槽，对应地，中心管(8)外侧的相应位置也设置有环形槽；

所述上接头和中心管(8)之间设置有卡环(6)，卡环(6)同时插在上接头和中心管(8)上的环形槽内，从而防止上接头与中心管(8)沿轴向相对运动，并保证上接头与中心管(8)可顺畅地相对转动。

3.根据权利要求1所述的一种应用于双管封堵工具中的解封机构，其特征在于：所述所述逆止机构进一步包括楔块(21)和弹簧(20)，所述挡环(15)的内侧与所述楔块(21)对应设置有楔形面，该楔形面与所述滑动限位套(26)的外壁之间形成楔形角，楔块(21)在弹簧(20)弹力作用下始终保持向所述楔形角楔入的运动趋势。

4.根据权利要求1所述的一种应用于双管封堵工具中的解封机构，其特征在于：所述内层管(2)和中心管(8)之间的传动结构包括中间传动套(5)，中间传动套(5)同时通过花键与内层管(2)和中心管(8)连接，从而将内层管(2)的旋转运动传递给中心管(8)；

所述中间传动套(5)可在内层管(2)内顺畅滑动。

5.根据权利要求1所述的一种应用于双管封堵工具中的解封机构，其特征在于：所述限位件(11)的内侧通过凹凸配合与衬管(13)接触配合，限位件(11)的外侧设置有解封套(9)，解封套(9)通过解封销钉(10)连接在限位件(11)上，解封套(9)直接或间接连接在上接头上。

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