CN113338841B

CN113338841B - 一种机械式封隔器

Info

Publication number: CN113338841B
Application number: CN202110727815.XA
Authority: CN
Inventors: 郭洪霞
Original assignee: Daqing Tianshun Hetai Petroleum Technology Co ltd
Current assignee: Daqing Tianshun Hetai Petroleum Technology Co ltd
Priority date: 2021-06-29
Filing date: 2021-06-29
Publication date: 2022-07-22
Anticipated expiration: 2041-06-29
Also published as: CN113338841A

Abstract

一种机械式封隔器，涉及油田井下工具技术领域，包括上接头、中心管、储液筒和下接头，所述的中心管有两节，两节中心管分别固定连接在储液筒的上下两端，所述的储液筒的两侧分别带有两个止口；两节中心管外侧分别设置有坐封机构；两侧的坐封机构的结构上下对称，所述的坐封机构包括滑动密封套装于中心管外侧的衬管，衬管外侧套装有胶筒，胶筒的上下两端分别设置有滑动挡环和固定挡环，其中两个坐封机构的固定挡环分别滑动密封伸入到储液筒的两个止口内，两个止口内均盛装有液体。本发明在解封时除能够防砂卡、蜡卡以外，还能够抵御较大的层间压力，并且本发明能够在不出井的情况下重复的坐封和解封。

Description

一种机械式封隔器

技术领域

本发明属于油田井下工具领域，尤其涉及一种机械式封隔器。

背景技术

封隔器用于封隔油管与油气井套管或裸眼井壁环形空间的井下工具，传统的封隔器使用时至少存在以下问题：(1)封隔器坐封后，随着时间的流逝，胶筒两侧积砂或积蜡严重，积砂或者积蜡随着时间的积累越发的硬实，堵在胶筒两侧，使解封时胶筒没有回弹空间，导致解封失败，解封时只能强制性提拉封隔器，给施工带来较大困难和压力；(2)封隔器胶筒两侧无法承受较大的层间压力，层间压力会使解封剪钉被剪断，胶筒意外解封，给油田生产和作业带来困扰。

发明内容

为解决背景技术中的问题，本发明提供一种防砂卡、蜡卡的机械式封隔器，本发明在解封时除能够防砂卡、蜡卡以外，还能够抵御较大的层间压力，并且本发明能够在不出井的情况下重复的坐封和解封。

本发明提供的技术方案是：一种机械式封隔器，包括上接头、中心管、储液筒和下接头，所述的中心管有两节，两节中心管分别固定连接在储液筒的上下两端，中心管上端与上接头螺纹连接，中心管下端与下接头螺纹连接，所述的储液筒的两侧分别带有两个止口；两节中心管外侧分别设置有坐封机构；两侧的坐封机构的结构上下对称，所述的坐封机构包括滑动密封套装于中心管外侧的衬管，衬管外侧套装有胶筒，胶筒的上下两端分别设置有滑动挡环和固定挡环，其中两个坐封机构的固定挡环分别滑动密封伸入到储液筒的两个止口内，两个止口内均盛装有液体，止口端部螺纹连接有用于对固定挡环限位的限位环，滑动挡环的外侧套装有外套管，外套管与中心管之间留有环形空间，环形空间内设置有坐封活塞和反向活塞，上侧的反向活塞与上接头之间设置有弹簧A，在弹簧A弹力作用下上反向活塞具有靠近上坐封活塞的趋势，坐封活塞与反向活塞之间的中心管侧壁加工有坐封传压孔，反向活塞通过启动剪钉与外套管固定连接，坐封活塞通过坐封剪钉与中心管固定连接，坐封活塞与滑动挡环相抵靠，滑动挡环内侧螺纹连接有弹簧爪，弹簧爪内侧加工有马牙齿，对应的中心管上也加工有相匹配的马牙齿，弹簧爪与中心管通过马牙齿啮合从而锁定胶筒的坐封状态；

所述的储液筒的上下两个止口之间设置有连通孔，连通孔对应的储液筒内侧沿周向等距交替设置有分别与连通孔连通的径向孔和进液单流阀，两节中心管及储液筒三者的内侧滑动密封设置有滑套，滑套上加工有解封孔，滑套向下滑动过程中，所述的解封孔能够与所述的径向孔对位，滑套下方设置有弹性阻尼部件和瓣式固定套，所述的瓣式固定套位于下侧的中心管内，瓣式固定套下端抵在下接头上，所述的下压滑套的压力撤除后，在弹性阻尼部件的作用下滑套缓慢复位。

进一步的技术方案是：所述的两个衬管与储液筒之间分别设置有拉力弹簧，所述的拉力弹簧固定连接在储液筒上，在拉力弹簧的作用下两个衬管均具有靠近储液筒的趋势，衬管在向着远离储液筒移动过程中能够将弹簧爪与中心管的啮合解除；两个拉力弹簧对应的中心管侧壁分别加工有复位传压孔，所述的解封孔上下两侧的滑套上加工有与两个复位传压孔相对应的复位过夜缝隙，所述的复位过夜缝隙沿滑套周向均匀分布；位于下侧的中心管内壁带有导向销，对应的滑套外壁加工有导向滑道，导向滑道的上死点包括高上死点和矮上死点，高上死点与矮上死点间隔布置，导向销位于矮上死点位置时，所述的解封孔与所述的径向孔对位连通，此时两个复位过夜缝隙均不与两个复位传压孔连通，导向销切换到高上死点位置时，所述的解封孔与所述的进液单流阀对位，此时两个复位过夜缝隙分别与两个复位传压孔连通；

所述的反向活塞内侧带有承口，对应的坐封活塞内侧带有插口，承口段对应的反向活塞侧壁加工有锁块安装孔，锁块安装孔内安装有锁块，所述的插口段加工有环形长槽；反向活塞的外侧设置有弹性限位爪，对应的坐封活塞外径大于弹性限位爪内径；所述的外套管内壁加工有用于使锁块退位的锁块槽A、锁块槽B和用于使弹性限位爪外扩的限位爪槽；

所述的弹性部件包括位于两端的环形板以及位于环形板之间并与环形板固定连接的复位弹簧和阻尼器。

本发明的有益效果为：

(1)本发明具有两个坐封机构，每个坐封机构中都有一个胶筒组件，坐封时，在液压的作用下固定挡环不动，滑动挡环移动，上侧胶筒从上方施加坐封力，下侧胶筒从下方施加坐封力，坐封后，两个胶筒中间被封隔，不能积砂或积蜡，解封时，放掉储液筒内的液体，因此两个固定挡环可以相向滑动，上侧胶筒向下复位，下侧胶筒向上复位，两个胶筒的复位方向上均无积砂、积蜡阻挡，因此，能够保证胶筒具有解封回弹空间，大幅提升解封成功率。

(2)当层间压力较大时，层压对胶筒的推力与胶筒坐封方向一致，因此会使胶筒坐封更牢靠，另外由于固定挡环通过液压将较大层压作用在储液筒上，而储液筒又与中心管固定连接，因此不存在胶筒窜动移位的情况。

(3)本发明可在不起出管柱的情况下，重复性的坐封和解封封隔器，提升了作业效率。

附图说明

图1是本发明整体的结构示意图。

图2是图1中I段的局部放大图。

图3是图1中II段的局部放大图。

图4是图1中III段的局部放大图。

图5是本发明中滑套外侧导向滑道的展开图。

图6是坐封机构坐封后的示意图。

图7是坐封机构复位过程中的示意图。

图8是坐封机构坐封复位结束后的示意图。

图中：1、上接头；2、推力弹簧；3、外套管；4、启动剪钉；5、反向活塞；5-1、承口；6、坐封传压孔；7、锁块；8、弹性限位爪；9、坐封活塞；9-1、插口；9-2、环形长槽；10、弹簧爪；11、滑动挡环；12、衬管；13、中心管；14、胶筒；15、限位爪槽；16、锁块槽A；17、固定挡环；18、拉力弹簧；19、限位环；20、储液筒；21、连通孔；22、径向孔；23、复位传压孔；24、复位过液缝隙；25、进液单流阀；26、解封孔；27、下接头；28、瓣式固定套；29、环形板；30、复位弹簧；31、阻尼器；32、高上死点；33、矮上死点；34、滑套；35、锁块槽B。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

本发明包括上接头1、中心管13、储液筒20和下接头27，所述的中心管13有两节，两节中心管13分别固定连接在储液筒20的上下两端，中心管13上端与上接头1螺纹连接，中心管13下端与下接头27螺纹连接，所述的储液筒20的两侧分别带有两个止口，两个止口内均盛装有液体；两节中心管13外侧分别设置有坐封机构；两侧的坐封机构的结构上下对称。

所述的坐封机构包括滑动密封套装于中心管13外侧的衬管12，衬管12外侧套装有胶筒14，胶筒14的上下两端分别设置有滑动挡环11和固定挡环17，其中两个坐封机构的固定挡环17分别滑动密封伸入到储液筒20的两个止口内，由于液体是不可压缩的，因此两个固定挡环17不能相向滑动。

止口端部螺纹连接有用于对固定挡环17限位的限位环19。

滑动挡环11的外侧套装有外套管3，外套管3与中心管13之间留有环形空间，环形空间内设置有坐封活塞9和反向活塞5，位于上侧的反向活塞5与上接头1之间设置有弹簧A，在弹簧A弹力作用下上反向活塞5具有靠近上坐封活塞9的趋势，坐封活塞9与反向活塞5之间的中心管13侧壁加工有坐封传压孔6，反向活塞5通过启动剪钉4与外套管3固定连接，坐封活塞9通过坐封剪钉与中心管13固定连接，坐封活塞9与滑动挡环11相抵靠，滑动挡环11内侧螺纹连接有弹簧爪10，弹簧爪10内侧加工有马牙齿，对应的中心管13上也加工有相匹配的马牙齿，弹簧爪10与中心管13通过马牙齿啮合从而锁定胶筒14的坐封状态；

因此本发明下入井下，第一次坐封时，向中心管13内打压，液压通过坐封传压孔6推动坐封活塞9和反向活塞5相背移动，坐封活塞9推动滑动挡环11及弹簧爪10移动，而固定挡环17在储液筒20内液压的作用下不动，从而将上下两个胶筒14挤压胀封。

本发明坐封后需要关闭坐封传压孔6，关闭坐封传压孔6的方式是设计了反向活塞5，位于上侧的反向活塞5与上接头1之间设置有推力弹簧2，坐封时由于坐封传压孔6进液也同时推动反向活塞5压缩推力弹簧2，因此，反向活塞5在坐封过程中无法封堵坐封传压孔6，坐封结束进行一个停压动作，此时的反向活塞5在推力弹簧2的作用下向着靠近坐封活塞9的方向移动，将坐封传压孔6封堵，再次向中心管13打压时，压力不能传至坐封传压孔6。

所述的储液筒20的上下两个止口之间设置有连通孔21，连通孔21对应的储液筒20内侧沿周向等距交替设置有分别与连通孔21连通的径向孔22和进液单流阀25，两节中心管13及储液筒20三者的内侧滑动密封设置有滑套34，滑套34上加工有解封孔26，滑套34向下滑动过程中，所述的解封孔26能够与所述的径向孔22对位，二者对位后，将储液筒20内的液体释放出，从而使固定挡环17相向滑动，胶筒14得以解封。滑套34向下滑动的动作可通过投球完成，向管柱内投球，球卡在滑套34下部的球座上，向中心管13打压，压力压缩滑套34下方的弹性阻尼部件，从而滑套34向下移动，在下压滑套34的压力撤除后，在弹性阻尼部件的作用下滑套34缓慢复位。缓慢复位的时间得以使储液筒20内的液体通过径向孔22流出。需要说明的是，第一次投球推动滑套34下行，导向销落在矮上死点33处，压力撤除后滑套34上行复位，当再次向下推动滑套34时，导向销落在高上死点32处。

滑套34下方设置有弹性阻尼部件和瓣式固定套28，所述的瓣式固定套28位于下侧的中心管13内，瓣式固定套28下端抵在下接头27上。

两个衬管12与储液筒20之间分别设置有拉力弹簧18所述的拉力弹簧18固定连接在储液筒20上，在拉力弹簧18的作用下两个衬管12均具有靠近储液筒20的趋势，衬管12在向着远离储液筒20移动过程中能够将弹簧爪10与中心管13的啮合解除；两个拉力弹簧18对应的中心管13侧壁分别加工有复位传压孔23，所述的解封孔26上下两侧的滑套34上加工有与两个复位传压孔23相对应的复位过夜缝隙，所述的复位过夜缝隙沿滑套34周向均匀分布；位于下侧的中心管13内壁带有导向销，对应的滑套34外壁加工有导向滑道，在导向销与导向滑道的配合下，滑套34上下滑动过程中发生转动，导向滑道的上死点包括高上死点32和矮上死点33，高上死点32与矮上死点33间隔布置，导向销位于矮上死点33位置时，所述的解封孔26与所述的径向孔22对位连通，此时两个复位过夜缝隙均不与两个复位传压孔23连通，导向销切换到高上死点32位置时，所述的解封孔26与所述的进液单流阀25对位，此时两个复位过夜缝隙分别与两个复位传压孔23连通。

所述的反向活塞5内侧带有承口5-1，对应的坐封活塞9内侧带有插口9-1，承口5-1段对应的反向活塞5侧壁加工有锁块安装孔，锁块安装孔内安装有锁块7，所述的插口9-1段加工有环形长槽9-2；反向活塞5的外侧设置有弹性限位爪8，对应的坐封活塞9外径大于弹性限位爪8内径；所述的外套管3内壁加工有用于使锁块7退位的锁块槽A16、锁块槽B35和用于使弹性限位爪8外扩的限位爪槽15；

所述的弹性部件包括位于两端的环形板29以及位于环形板29之间并与环形板29固定连接的复位弹簧30和阻尼器31。

本发明解封后，坐封机构能够重新复位，具体的过程是：

首先需要说明的是：如上文所述，解封时为第一次投球，第一次推动滑套34下行，导向销落在矮上死点33处。

本发明的使用过程是：

一、初次坐封：本发明下入井下，第一次坐封时，向中心管13内打压，液压通过坐封传压孔6推动坐封活塞9和反向活塞5相背移动，将启动剪钉4和坐封剪钉剪断后，坐封活塞9推动滑动挡环11及弹簧爪10移动，而此时的滑套34将径向孔22封堵，固定挡环17在储液筒20内液压的作用下不动，从而上侧胶筒14从上方施加坐封力，下侧胶筒14从下方施加坐封力，将胶筒14挤压胀封。坐封后，两个胶筒14中间被封隔，不能积砂或积蜡。

本发明坐封后需要关闭坐封传压孔6，关闭坐封传压孔6的方式是设计了反向活塞5，位于上侧的反向活塞5与上接头1之间设置有推力弹簧2，位于下侧的反向活塞5与下接头27之间设置有推力弹簧2，坐封时由于坐封传压孔6进液也同时推动反向活塞5压缩推力弹簧2，因此，反向活塞5在坐封过程中无法封堵坐封传压孔6，坐封结束进行一个停压动作，此时的反向活塞5在推力弹簧2的作用下向着靠近坐封活塞9的方向移动，将坐封传压孔6封堵，再次向中心管13打压时，压力不能传至坐封传压孔6。

二、解封：向管柱内投球，球卡在滑套34下部的球座上，向中心管13打压，压力压缩滑套34下方的弹性阻尼部件，从而滑套34向下移动，导向销落在矮上死点33，解封孔26与所述的径向孔22对位连通，下压滑套34的压力撤除后，在弹性阻尼部件的作用下滑套34缓慢复位。缓慢复位的时间内储液筒20内的液体通过径向孔22及解封孔26流出，从而使两个固定挡环17相向滑动，胶筒14得以解封。需要说明的是，第一次投球推动滑套34下行，导向销落在矮上死点33处，压力撤除后滑套34上行复位，当再次向下推动滑套34时，导向销落在高上死点32处。

三、坐封机构复位：第二次投球，球落在滑套34下部的球座后，向中心管13打压，第二次向下推动滑动下行，导向销落在高上死点32处。此时的解封孔26与所述的进液单流阀25对位，此时两个复位过夜缝隙分别与两个复位传压孔23连通。一方面，液压通过复位过液缝隙24进入到复位传压孔23内，推动衬管12远离储液筒20，衬管12移动首先将弹簧爪10与中心管13的啮合解除，解除后，衬管12继续移动，推动坐封活塞9复位，坐封活塞9的插口9-1伸入到反向活塞5的承口5-1内，坐封活塞9外侧抵在弹性限位爪8上，将反向活塞5向着靠近上接头1方向推动，在锁块7经过锁块槽A16时，锁块7先进入到锁块槽A16内，使插口9-1的前段进入到承口5-1内，进而锁块7进入到坐封活塞9的环形长槽9-2内，从而使反向活塞5与坐封活塞9锁定为一体，二者为一体后，在二者经过坐封传压孔6过程中二者受力抵消，所以衬管12任然推动坐封活塞9移动，当弹性限位爪8达到限位爪槽15内时，外套管3上设置有锁块槽B35，反向活塞5上端刚好抵在外套管3上，因此坐封活塞9继续移动就会推动弹性限位爪8向外扩，进入到限位爪槽15内，使反向活塞5锁定在外套管3上，只要坐封活塞9不向下移动，反向活塞5无法向下移动。另一方面，解封孔26与进液单流阀25对位，径向孔22被封堵，液体通过进液单流阀25重新进入到储液筒20内，储液筒20内液压推动两个固定挡环17、两个胶筒14及两个滑动挡环11(此时的弹簧爪10与中心管13的啮合已解除)复位。

以上侧的坐封机构为例，复位开始时，坐封传压孔6受到反向活塞5的封堵，处于封闭状态，坐封活塞9与反向活塞5复位的过程中，坐封传压孔6逐渐被打开，坐封传压孔6打开后，为了能够继续复位(坐封活塞9继续上行)，设计上将坐封活塞9的插口9-1截面面积小于衬管12的截面面积，在压强相同的情况下，截面面积越大，推力越大，因此衬管12对坐封活塞9向上的推力大于液压对坐封活塞9向下的推力，从而坐封活塞9仍然可上行。

四、重新坐封：以上侧的坐封机构为例，由于坐封机构复位后，坐封传压孔6重新开启。因此再次向中心管13打压，坐封活塞9下行，坐封活塞9的插口9-1从承口5-1内脱出，坐封活塞9可压缩胶筒14坐封，而在中心管13压力的作用下反向活塞5不能向下运动，因此保持坐封传压孔6处于开启状态，坐封结束后，进行一个停压动作，使反向活塞5在推力弹簧2的作用下将坐封传压孔6封堵。

综上所述，本发明具有两个坐封机构，每个坐封机构中都有一个胶筒14，坐封时，在液压的作用下固定挡环17不动，滑动挡环11移动，上侧胶筒14从上方施加坐封力，下侧胶筒14从下方施加坐封力，坐封后，两个胶筒14中间被封隔，不能积砂或积蜡，解封时，放掉储液筒20内的液体，因此两个固定挡环17可以相向滑动，上侧胶筒14向下复位，下侧胶筒14向上复位，两个胶筒14的复位方向上均无积砂、积蜡阻挡，因此，能够保证胶筒14具有解封回弹空间，大幅提升解封成功率。

(2)当层间压力较大时，层压对胶筒14的推力与胶筒14坐封方向一致，因此会使胶筒14坐封更牢靠，另外由于固定挡环17通过液压将较大层压作用在储液筒20上，而储液筒20又与中心管13固定连接，因此不存在胶筒14相对管柱窜动移位的情况。

(3)本发明可在不起出管柱的情况下，重复性的坐封和解封封隔器，大大提升了作业效率。

Claims

1.一种机械式封隔器，其特征在于：包括上接头（1）、中心管（13）、储液筒（20）和下接头（27），所述的中心管（13）有两节，两节中心管（13）分别固定连接在储液筒（20）的上下两端，中心管（13）上端与上接头（1）螺纹连接，中心管（13）下端与下接头（27）螺纹连接，所述的储液筒（20）的两侧分别带有两个止口；两节中心管（13）外侧分别设置有坐封机构；两侧的坐封机构的结构上下对称，所述的坐封机构包括滑动密封套装于中心管（13）外侧的衬管（12），衬管（12）外侧套装有胶筒（14），胶筒（14）的上下两端分别设置有滑动挡环（11）和固定挡环（17），其中两个坐封机构的固定挡环（17）分别滑动密封伸入到储液筒（20）的两个止口内，两个止口内均盛装有液体，止口端部螺纹连接有用于对固定挡环（17）限位的限位环（19），滑动挡环（11）的外侧套装有外套管（3），外套管（3）与中心管（13）之间留有环形空间，环形空间内设置有坐封活塞（9）和反向活塞（5），上侧的反向活塞（5）与上接头（1）之间设置有弹簧A，在弹簧A弹力作用下反向活塞（5）具有靠近坐封活塞（9）的趋势，坐封活塞（9）与反向活塞（5）之间的中心管（13）侧壁加工有坐封传压孔（6），反向活塞（5）通过启动剪钉（4）与外套管（3）固定连接，坐封活塞（9）通过坐封剪钉与中心管（13）固定连接，坐封活塞（9）与滑动挡环（11）相抵靠，滑动挡环（11）内侧螺纹连接有弹簧爪（10），弹簧爪（10）内侧加工有马牙齿，对应的中心管（13）上也加工有相匹配的马牙齿，弹簧爪（10）与中心管（13）通过马牙齿啮合从而锁定胶筒（14）的坐封状态；

所述的储液筒（20）的上下两个止口之间设置有连通孔（21），连通孔（21）对应的储液筒（20）内侧沿周向等距交替设置有分别与连通孔（21）连通的径向孔（22）和进液单流阀（25），两节中心管（13）及储液筒（20）三者的内侧滑动密封设置有滑套（34），滑套（34）上加工有解封孔（26），滑套（34）向下滑动过程中，所述的解封孔（26）能够与所述的径向孔（22）对位，滑套（34）下方设置有弹性阻尼部件和瓣式固定套（28），所述的瓣式固定套（28）位于下侧的中心管（13）内，瓣式固定套（28）下端抵在下接头（27）上，向下压动滑套（34）的压力撤除后，在弹性阻尼部件的作用下滑套（34）缓慢复位。

2.根据权利要求1所述的一种机械式封隔器，其特征在于：所述的衬管（12）与储液筒（20）之间分别设置有拉力弹簧（18），所述的拉力弹簧（18）固定连接在储液筒（20）上，在拉力弹簧（18）的作用下衬管（12）均具有靠近储液筒（20）的趋势，衬管（12）在向着远离储液筒（20）移动过程中能够将弹簧爪（10）与中心管（13）的啮合解除；两个拉力弹簧（18）对应的中心管（13）侧壁分别加工有复位传压孔（23），所述的解封孔（26）上下两侧的滑套（34）上加工有与两个复位传压孔（23）相对应的复位过液缝隙，所述的复位过液缝隙沿滑套（34）周向均匀分布；位于下侧的中心管（13）内壁带有导向销，对应的滑套（34）外壁加工有导向滑道，导向滑道的上死点包括高上死点（32）和矮上死点（33），高上死点（32）与矮上死点（33）间隔布置，导向销位于矮上死点（33）位置时，所述的解封孔（26）与所述的径向孔（22）对位连通，此时两个复位过液缝隙均不与两个复位传压孔（23）连通，导向销切换到高上死点（32）位置时，所述的解封孔（26）与所述的进液单流阀（25）对位，此时两个复位过液缝隙分别与两个复位传压孔（23）连通；

所述的反向活塞（5）内侧带有承口（5-1），对应的坐封活塞（9）内侧带有插口（9-1），承口（5-1）段对应的反向活塞（5）侧壁加工有锁块安装孔，锁块安装孔内安装有锁块（7），所述的插口（9-1）段加工有环形长槽（9-2）；反向活塞（5）的外侧设置有弹性限位爪（8），对应的坐封活塞（9）外径大于弹性限位爪（8）内径；所述的外套管（3）内壁加工有用于使锁块（7）退位的锁块槽A（16）、锁块槽B（35）和用于使弹性限位爪（8）外扩的限位爪槽（15）；

所述的弹性阻尼部件包括位于两端的环形板（29）以及位于环形板（29）之间并与环形板（29）固定连接的复位弹簧（30）和阻尼器（31）。