CN114439407A - 一种螺旋式井下封隔工具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及石油井下施工领域，具体涉及一种螺旋式井下封隔工具，包括：呈锥形外表面的中心管，锚定密封结构匹配套设在中心管的外表面上，锚定密封结构具有第一密封段和锚定段，锚定段包括多个卡瓦，多个卡瓦与多个第一螺旋密封环一一对应并分别形成一体结构；中心管上设置有与锁定主体配合的锁定结构，锁定主体包括多个螺旋锁定环，多个卡瓦与多个螺旋锁定环一一对应并分别形成一体结。多个卡瓦在径向上均匀展开，实现卡瓦周向均匀分布，使得卡瓦在整个井筒内壁上均匀锚定，确保了井下封隔工具在径向上承压能力的均匀性，提高了密封承压效果。再有，螺旋锁定环与锁定结构锁定配合，避免了锚定密封结构从中心管上脱落。

Description

一种螺旋式井下封隔工具
技术领域
本发明涉及石油井下施工领域，具体涉及一种螺旋式井下封隔工具。
背景技术
井下封隔工具在井下完成坐封过程中，井下封隔工具的卡瓦会被扩展并挤压至井筒的内壁，卡瓦一般是多个卡瓦片组成，在卡瓦扩展过程中，由于卡瓦在径向上受到的力不均匀，卡瓦会在受力较大处先行展开，由于先行展开处的卡瓦受力会持续增加，造成该处卡瓦展开较大，其他处的卡瓦展开较小，造成卡瓦在整个井筒内壁展开锚定不均匀，使得井下封隔工具在径向上承压能力降低，影响了井下封隔工具的密封承压效果，进一步的中心管会脱出，造成封隔失败。
发明内容
本发明为解决上述的技术问题提供一种螺旋式井下封隔工具，以提高井下封隔工具在轴向上承压能力。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种螺旋式井下封隔工具，包括：
呈锥形外表面的中心管，所述中心管具有轴向通孔；
锚定密封结构，所述锚定密封结构匹配套设在所述中心管的外表面上，所述锚定密封结构具有第一密封段和锚定段，所述第一密封段位于所述中心管的大端，所述锚定段包括多个卡瓦，所述第一密封段包括多个第一螺旋密封环，多个所述卡瓦与多个所述第一螺旋密封环一一对应并分别形成一体结构，多个所述第一螺旋密封环相互嵌套形成所述第一密封段。
同时，所述锚定密封结构还具有锁定主体，所述锁定主体位于所述中心管的小端，所述中心管上设置有与所述锁定主体配合的锁定结构，所述锁定主体包括多个螺旋锁定环，多个所述卡瓦与多个所述螺旋锁定环一一对应并分别形成一体结构，多个所述螺旋锁定环相互嵌套形成所述锁定主体。
本发明的工作原理及有益效果是：在井下封隔工具下井过程中，通过井下工具使锚定密封结构在中心管上相对运动并在径向上扩展，由于所述卡瓦与所述第一螺旋密封环一一对应并分别形成一体结构，在所述第一密封段展开过程中，卡瓦也受到其径向展开力而展开；其中，多个所述第一螺旋密封环相互嵌套形成所述第一密封段，在第一密封段中每个第一螺旋密封环受到的径向展开力是均匀的，这样，每个第一螺旋密封环也在径向上均匀展开，进而带动多个所述卡瓦在径向上均匀展开，实现卡瓦周向均匀分布，使得卡瓦在整个井筒内壁上均匀展开并锚定，确保了井下封隔工具在径向上承压能力的均匀性，提高了井下封隔工具的密封承压效果。再有，由于密封段为相互嵌套的第一螺旋密封环，螺旋结构的密封段需要一定初始力才会展开膨胀，能起到防止提前坐封的效果。
在所述锚定密封结构设置锁定主体，并与所述中心管上的锁定结构配合锁定，当锚定密封结构到达预定位置并实现井筒密封时，由于锁定主体的多个螺旋锁定环具有在径向上回缩的效果，确保螺旋锁定环与锁定结构锁定配合，避免了锚定密封结构从中心管上脱落，提高了井下封隔工具密封锁定的可靠性。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述锁定结构为锁槽，所述锁槽在所述中心管的轴向上的宽度大于所述螺旋锁定环的螺距。
采用上述进一步方案的有益效果是：所述锁槽在所述中心管的轴向上的宽度大于所述螺旋锁定环的螺距，工具完成座封时，确保有部分螺旋锁定环通过自身弹力回缩至锁槽中，保证了锁定结构的限位锁定效果。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述锁定结构的表面和所述锁定主体内表面上设有相互匹配的多个锁定齿。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置多个锁定齿，确保锁定了相互锁定的效果。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述锁槽为锁定凹槽，所述锁定凹槽在所述中心管的径向上具有凹槽侧面，远离所述中心管的小端的所述凹槽侧面为倾斜侧面，所述倾斜侧面开口处远离所述中心管的小端。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置锁定凹槽，直接利用回缩的螺旋锁定环与锁定凹槽匹配锁定，简化了锁定结构的结构；同时，将该凹槽侧面设置为倾斜侧面，在锚定密封结构移动到锁定凹槽后，在外部推力的作用下，第一密封段中的第一螺旋密封环可以沿倾斜侧面从锁定凹槽顺利移出，确保井下封隔工具井下工作的可靠性和使锚定密封结构对井筒进行可靠密封锁定。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述螺旋锁定环的螺距小于所述锁槽在所述中心管的轴向上的宽度，所述锁槽在所述中心管的轴向上的宽度小于所述第一螺旋密封环的螺距。
采用上述进一步方案的有益效果是：螺旋锁定环的螺距小于所述第一螺旋密封环的螺距，可以将螺旋锁定环在轴向上设置得短一些，减小了整个井下封隔工具的长度；同时，在锚定密封结构移动到锁定凹槽后，第一密封段中的第一螺旋密封环不会落入与螺旋锁定环匹配的锁定结构中，不会影响井下封隔工具井下工作的效率。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述中心管上设置有密封胶筒和挡环，所述密封胶筒的一端与所述第一密封段抵接，所述密封胶筒的另一端与所述挡环抵接。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置密封胶筒实现了再次密封，同时，挡环防止密封胶筒向轴向上膨胀，提高了密封胶筒的密封可靠性。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述挡环为螺旋挡环。
采用上述进一步方案的有益效果是：螺旋挡环在径向上螺旋展开，挡环不会断开破裂，提高了密封胶筒的轴向围挡效果；同时螺旋档环需要一定的初始力才会展开，也起到了井下封隔工具防提前座封的效果。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述第一螺旋密封环的外表面上设有密封凸台。
采用上述进一步方案的有益效果是：当第一螺旋密封环受到径向压力时，凸台的表面积较小，在同等压力的条件下，凸台位置受到的压强较大，使得凸台很容易挤压进井筒内壁并与井筒内壁形成密封，提高了密封效果。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，多个所述卡瓦之间的缝隙与所述中心管的轴线平行，且均布在所述中心管的周向上。
采用上述进一步方案的有益效果是：确保多个卡瓦均匀展开，并在井筒内壁形成均匀的锚定力。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，多个所述螺旋锁定环在远离所述卡瓦的一端相互连接成一体结构。
采用上述进一步方案的有益效果是：进一步提高了防提前座封的效果。
本发明还提供一种球座，包括下接头和上述的螺旋式井下封隔工具，所述下接头位于所述锁定主体的一端。
本发明球座的有益效果是：由于井下封隔工具在径向上承压能力的均匀性和螺旋结构的密封段需要一定初始力才会展开膨胀，提高了球座的密封承压效果和防提前坐封效果。
附图说明
图1是本发明螺旋式井下封隔工具实施例一的立体结构示意图；
图2是实施例一的一个方向上的剖视图；
图3是实施例一第一工作状态示意图；
图4是实施例一第二工作状态示意图；
图5是实施例二的一个方向上的剖视图；
图6是实施例二第一工作状态示意图；
图7是实施例二第二工作状态示意图；
图8是实施例三第二工作状态示意图；
图9是实施例四第二工作状态示意图；
图10是实施例五的一个方向上的剖视图；
图11是实施例五中凸台部分的局部视图；
图12是实施例六的立体结构示意图；
图13是实施例六的一个方向上的剖视图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、中心管，11、锁定结构，2、锚定密封结构，21、第一密封段，211、第一螺旋密封环，22、锚定段，221、卡瓦，222、卡瓦齿，23、锁定主体，231、螺旋锁定环，24、第二密封段，241、第二螺旋密封环，3、密封胶筒，4、挡环，5、井筒
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明螺旋式井下封隔工具实施例一的结构示意图参见图1至图4。
一种螺旋式井下封隔工具，包括：呈锥形外表面的中心管1，中心管1具有轴向通孔。
锚定密封结构2，锚定密封结构2匹配套设在中心管1的外表面上，锚定密封结构2具有第一密封段21和锚定段22，第一密封段21位于中心管1的大端，锚定段22包括多个卡瓦221，第一密封段21包括多个第一螺旋密封环211，多个卡瓦221与多个第一螺旋密封环211一一对应并分别形成一体结构，多个第一螺旋密封环211相互嵌套形成第一密封段21。
在本实施例中，卡瓦221的数量为五个，也就是对应的第一螺旋密封环211也为五个，五个第一螺旋密封环211相互嵌套形成第一密封段21。其中，每个卡瓦221上设置有九个卡瓦齿222。
本实施例的工作原理及有益效果是：井下封隔工具下井过程中，通过井下工具使锚定密封结构2在中心管1相对运动并在径向上扩展，由于卡瓦221与第一螺旋密封环211一一对应并分别形成一体结构，在第一密封段21展开过程中，卡瓦221也受到其径向展开力而展开；其中，五个第一螺旋密封环211相互嵌套形成第一密封段21，在第一密封段21中每个第一螺旋密封环211受到的径向展开力是均匀的，这样，每个第一螺旋密封环211也在径向上均匀展开，进而带动多个卡瓦221在径向上均匀展开，实现卡瓦周向均匀分布，使得卡瓦221在整个井筒内壁上均匀锚定，确保了井下封隔工具在径向上承压能力的均匀性，提高了井下封隔工具的密封承压效果。再有，由于密封段为相互嵌套的第一螺旋密封环211，螺旋结构的密封段需要一定初始力才会展开膨胀，能起到防止提前坐封的效果。
在本实施例中，锚定密封结构2还具有锁定主体23，锁定主体23位于中心管1的小端，中心管1上设置有与锁定主体23配合的锁定结构11，锁定主体23包括多个螺旋锁定环231，多个卡瓦221与多个螺旋锁定环231一一对应并分别形成一体结构，多个螺旋锁定环231相互嵌套形成锁定主体23。
其中，锁定结构11为锁槽，锁槽在中心管1的轴向上的宽度大于螺旋锁定环231的螺距。锁槽为锁定凹槽，锁定凹槽在中心管1的径向上具有凹槽侧面，远离中心管1的小端的凹槽侧面为倾斜侧面，倾斜侧面开口处远离中心管1的小端。在本实施例中，锁定凹槽的宽度为螺旋锁定环231的螺距的1.2倍。由于本实例中具有五个螺旋锁定环231，也就是任任意一圈螺旋锁定环231的一个螺距之间包括了五个螺旋锁定环231(包括其本身的螺旋锁定环231)，这样确保了五个用于锁定的螺旋锁定环231中的部分段能够落入锁定凹槽中，锁定防退效果可靠。
在锚定密封结构2设置锁定主体23，并与中心管1上的锁定结构11配合锁定，当锚定密封结构2到达预定位置并实现井筒密封时，由于锁定主体23的多个螺旋锁定环231具有在径向上回缩的效果，确保螺旋锁定环231与锁定结构11锁定配合，避免了锚定密封结构2从中心管1上脱落，提高了井下封隔工具密封锁定的可靠性。通过设置锁定凹槽，直接利用回缩的螺旋锁定环231与锁定凹槽匹配锁定，简化了锁定结构11的结构；同时，将该凹槽侧面设置为倾斜侧面，在锚定密封结构2移动到锁定凹槽后，在外部推力的作用下，第一密封段21中的第一螺旋密封环211可以沿倾斜侧面从锁定凹槽顺利移出，确保井下封隔工具井下工作的可靠性和使锚定密封结构2对井筒进行可靠密封锁定。
在本实施例中，多个卡瓦221之间的缝隙与中心管1的轴线平行，且均布在中心管1的周向上。确保多个卡瓦均匀展开，并在井筒内壁形成均匀的锚定力。
在本实施例中，如图4所示，当五个第一螺旋密封环211相互嵌套形成第一密封段21与井筒5内壁密封连接后，卡瓦221上的卡瓦齿222与井筒4的内壁锚定，同时，螺旋锁定环231落入锁定凹槽中，实现锁定防退功能。
在本实施例中，五个第一螺旋密封环211在端头处处于同一平面内，确保坐封后井液对锚定密封结构2的压力均衡。
在本实施例中，第一密封段21和锚定段22之间设置有台阶。
本发明实施例二的结构示意图参见图5至图7，在本实施例中，与实施例一相比其区别在于，锚定密封结构2还具有第二密封段24，第二密封段24位于锚定段22和锁定主体23之间，第二密封段24包括多个第二螺旋密封环241，多个第二螺旋密封环241位于多个螺旋锁定环231的螺旋线的延长线上，并与多个卡瓦221与一一对应并分别形成一体结构，多个第二螺旋密封环241相互嵌套形成第二密封段24。
通过设置第二密封段24实现了井下封隔工具的多级密封的效果，提高了密封的可靠性。
在本实施例中，螺旋锁定环231的螺距小于锁槽在中心管1的轴向上的宽度，锁槽在中心管1的轴向上的宽度都小于第一螺旋密封环211的螺距和第二螺旋密封环241的螺距。
通过设置上述结构，可以将螺旋锁定环231在轴向上设置得短一些，减小了整个井下封隔工具的长度；同时，在锚定密封结构2移动到锁定凹槽后，第一密封段21中的第一螺旋密封环211和第二密封段24中的第二螺旋密封环241都不会落入与螺旋锁定环231匹配的锁定结构11(即锁槽)中，不会影响井下封隔工具井下工作的效率。
本发明实施例三的结构示意图参见图8，在本实施例中，与实施例一的区别在于，中心管1上设置有密封胶筒3和挡环4，密封胶筒3的一端与第一密封段21抵接，密封胶筒3的另一端与挡环4抵接。其中，挡环4为螺旋挡环。
通过设置密封胶筒3实现了多级密封，同时，挡环4防止密封胶筒3向轴向上膨胀，提高了密封胶筒3的密封可靠性。同时，螺旋挡环在径向上螺旋展开，挡环不会断开破裂，提高了密封胶筒3的轴向围挡效果。由于螺旋挡环在展开时需要一定的径向压力，其以进一步提高防提前坐封的效果。
在密封胶筒3的选取上，可以选取便于井下环境溶解的可溶密封胶筒。挡环4也可以选取便于井下环境溶解的可溶金属。
本发明实施例四的结构示意图参见图9，在本实施例中，与实施例二的区别在于，中心管1上设置有密封胶筒3和挡环4，密封胶筒3的一端与第一密封段21抵接，密封胶筒3的另一端与挡环4抵接。其中，挡环4为螺旋挡环。
本发明实施例五的结构示意图参见图10至11，在本实施例中，第一螺旋密封环211的外表面上设有密封凸台。
当第一螺旋密封环211受到径向压力时，凸台的表面积较小，在同等压力的条件下，凸台位置受到的压强较大，使得凸台很容易挤压进井筒内壁并与井筒内壁形成密封，提高了密封效果。
本发明实施例六的立体结构示意图参见图12，本实施例的结构与实施例一相比，其区别主要在于，多个螺旋锁定环231在远离卡瓦221的一端相互连接成一体结构(图示的右下方的端面为一体结构)，进一步提高了防提前座封的效果。
本发明实施例七的剖面示意图参见图13，本实施例的结构与实施例一相比，其区别主要在于一密封段21和锚定段22之间没有设置台阶，其工作原理是一样的。
在具体实施例中，第二螺旋密封环241的外表面上也可设置密封凸台。
同样，当第二螺旋密封环241受到径向压力时，凸台的表面积较小，在同等压力的条件下，凸台位置受到的压强较大，使得凸台很容易挤压进井筒内壁并与井筒内壁形成密封，提高了密封效果。
在具体实施例中，锁定结构11的表面和锁定主体23内表面上设有相互匹配的多个锁定齿。通过设置多个锁定齿，确保锁定了相互锁定的效果。
在具体实施例中，螺旋锁定环231与卡瓦221整体个数可以根据实际使用需要进行调整。
在具体实施例中，锁定结构11可以设置为与螺旋锁定环231螺旋方向匹配的螺旋结构，这样大部分螺旋锁定环231都可以落入锁定结构11内并与其匹配面接触，使得螺旋锁定环231与锁定结构11在径向上具有更大的接触面积，提高了螺旋锁定环231与锁定结构11的锁定限位可靠性。比如：螺旋锁定环231与锁定结构11设置为相互锁定的锁定齿结构，螺旋凹槽结构等，其锁定结构11的长度大于整圈螺纹的一半为宜，可以确保与其匹配的螺旋结构的螺旋锁定环231落入锁定结构11内的锁定限位的可靠性。
在具体实施例中，第一螺旋密封环211的长度可以至少设置为一圈，这样多个第一螺旋密封环211形成的第一密封段21在其径向上具有足够的密封长度，进一步提高密封的可靠性。同样的，第二螺旋密封环241长度可以至少设置为一圈，这样多个第二螺旋密封环241形成的第二密封段24在其径向上具有足够的密封长度，确保了密封的可靠性。
本发明实施例还提供一种球座，包括下接头和上述的螺旋式井下封隔工具，所述下接头位于所述锁定主体的一端。由于上述井下封隔工具在径向上承压能力的均匀性和螺旋结构的密封段需要一定初始力才会展开膨胀，提高了球座的密封承压效果和防提前坐封效果。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种螺旋式井下封隔工具，其特征在于，包括：
呈锥形外表面的中心管(1)，所述中心管(1)具有轴向通孔；
锚定密封结构(2)，所述锚定密封结构(2)匹配套设在所述中心管(1)的外表面上，所述锚定密封结构(2)具有第一密封段(21)和锚定段(22)，所述第一密封段(21)位于所述中心管(1)的大端，所述锚定段(22)包括多个卡瓦(221)，所述第一密封段(21)包括多个第一螺旋密封环(211)，多个所述卡瓦(221)与多个所述第一螺旋密封环(211)一一对应并分别形成一体结构，多个所述第一螺旋密封环(211)相互嵌套形成所述第一密封段(21)；
所述锚定密封结构(2)还具有锁定主体(23)，所述锁定主体(23)位于所述中心管(1)的小端，所述中心管(1)上设置有与所述锁定主体(23)配合的锁定结构(11)，所述锁定主体(23)包括多个螺旋锁定环(231)，多个所述卡瓦(221)与多个所述螺旋锁定环(231)一一对应并分别形成一体结构，多个所述螺旋锁定环(231)相互嵌套形成所述锁定主体(23)。
2.根据权利要求1所述的一种螺旋式井下封隔工具，其特征在于，所述锁定结构(11)为锁槽，所述锁槽在所述中心管(1)的轴向上的宽度大于所述螺旋锁定环(231)的螺距。
3.根据权利要求1所述的一种螺旋式井下封隔工具，其特征在于，所述锁定结构(11)的表面和所述锁定主体(23)内表面上设有相互匹配的多个锁定齿。
4.根据权利要求2所述的一种螺旋式井下封隔工具，其特征在于，所述锁槽为锁定凹槽，所述锁定凹槽在所述中心管(1)的径向上具有凹槽侧面，远离所述中心管(1)的小端的所述凹槽侧面为倾斜侧面，所述倾斜侧面开口处远离所述中心管(1)的小端。
5.根据权利要求2所述的一种螺旋式井下封隔工具，其特征在于，所述螺旋锁定环(231)的螺距小于所述锁槽在所述中心管(1)的轴向上的宽度，所述锁槽在所述中心管(1)的轴向上的宽度小于所述第一螺旋密封环(211)的螺距。
6.根据权利要求1至5任一项所述的一种螺旋式井下封隔工具，其特征在于，所述中心管(1)上设置有密封胶筒(3)和挡环(4)，所述密封胶筒(3)的一端与所述第一密封段(21)抵接，所述密封胶筒(3)的另一端与所述挡环(4)抵接。
7.根据权利要求6所述的一种螺旋式井下封隔工具，其特征在于，所述挡环(4)为螺旋挡环。
8.根据权利要求1至5任一项所述的一种螺旋式井下封隔工具，其特征在于，所述第一螺旋密封环(211)的外表面上设有密封凸台。
9.根据权利要求1至5任一项所述的一种螺旋式井下封隔工具，其特征在于，多个所述卡瓦(221)之间的缝隙与所述中心管(1)的轴线平行，且均布在所述中心管(1)的周向上。
10.根据权利要求1至5任一项所述的一种螺旋式井下封隔工具，其特征在于，多个所述螺旋锁定环(231)在远离所述卡瓦(221)的一端相互连接成一体结构。
11.一种球座，其特征在于，包括下接头和权利要求1至10任一项所述的螺旋式井下封隔工具，所述下接头位于所述锁定主体(23)的一端。
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