CN114458223A - 一种用于大通径注水的分层封隔器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于大通径注水的分层封隔器及其使用方法，包括本体、第一活塞、第二活塞、第三活塞、短薄壁胶筒、长薄壁胶筒和下接头本体的尾端外壁与下接头的首端内壁螺纹连接，在本体的外壁上由上至下依次安装有第一活塞、第二活塞、第三活塞、短薄壁胶筒和长薄壁胶筒。该分层封隔器能够有效解决注水管柱通径较小，注水排量较低的问题。

Description

一种用于大通径注水的分层封隔器及其使用方法

技术领域

本发明涉及石油天然气开采技术领域，更具体地说涉及一种用于大通径注水的分层封隔器及其使用方法。

背景技术

为实现油井产量增加，需要在注水井进行注水，注水量增加对产量的提升具有较好的促进作用，但由于注水管柱尺寸的限制，随着注水排量的增加，注水压力也随之增加，注水压力的持续增加对注水设备提出了较高要求，同时过高的注水压力可能压开地层，反而影响产液的增加。在不大幅提高注水压力的情况下提高注水排量，只能增加注水管柱尺寸，注水管柱尺寸取决于井下分层封隔器的内通径，由于封隔器胶筒和锁定结构的原因，常规分层封隔器的内通径很难继续增大。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，现有的分层封隔器的内通径很难继续增大，提供了一种用于大通径注水的分层封隔器及其使用方法，该分层封隔器能够有效解决注水管柱通径较小，注水排量较低的问题。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现。

一种用于大通径注水的分层封隔器，包括本体、第一活塞、第二活塞、第三活塞、短薄壁胶筒、长薄壁胶筒、保护内环、保护外环和下接头；

所述本体的尾端外壁与所述下接头的首端内壁螺纹连接，

在所述本体的中部外壁上开设有第一活塞缩径段，在所述第一活塞缩径段的首端外壁开设有第一活塞公螺纹，所述第一活塞的首端内壁通过所述第一活塞公螺纹与所述第一活塞缩径段螺纹连接，所述第一活塞公螺纹与所述本体的竖直方向上形成的牙型角分别为43°和81°，在所述第一活塞缩径段下方的本体外壁上形成一第一活塞密封面，在所述第一活塞密封面下方的本体侧壁上开设有第一传压孔，在所述第一传压孔下方的第一活塞的内壁上形成一第一活塞缩径段，所述第一传压孔位于第一活塞密封面和第一活塞缩径段之间，所述第一活塞的尾端外壁与所述第二活塞的首端内壁螺纹连接，在所述第一活塞的上部外壁上设置有开缝单元，

在所述第一活塞缩径段的侧壁上开设有第一分瓣环安置槽，在所述第一分瓣环安置槽内设置有第一分瓣环，在位于第一分瓣环尾端的第一活塞缩径段与第二活塞的内壁形成的空间内由上至下依次设置有第一限位套和第一限位环，利用第一分瓣环能够限制第一限位套向上移动，在位于第一限位环处的本体侧壁上开设有第二传压孔，在第二传压孔下方的所述第二活塞的内壁上形成一第二活塞内缩径段，所述第二传压孔位于第一活塞缩径段和第二活塞内缩径段之间，所述第二活塞的尾端外壁与所述第三活塞的首端内壁螺纹连接，

所述第一活塞缩径段的侧壁上开设有第二分瓣环安置槽，在所述第二分瓣环安置槽内设置有第二分瓣环，在位于第二分瓣环尾端的第一活塞缩径段与第三活塞的内壁形成的空间内由上至下依次设置有第二限位套和第二限位环，利用第二分瓣环能够限制第二限位套向上移动，在位于第二限位环处的本体侧壁上开设有第三传压孔，在第三传压孔下方的所述第三活塞的内壁上形成一第三活塞内缩径段，所述第三传压孔位于第一活塞缩径段和第三活塞内缩径段之间，

在位于第三活塞的尾端与下接头的首端之间的本体外壁上由上至下依次设置有短薄壁胶筒和长薄壁胶筒，在所述短薄壁胶筒的首端与所述第三活塞的尾端之间由上至下依次设置有第一保护外环和第一保护内环，在所述长薄壁胶筒的尾端与所述下接头的首端之间由上至下依次设置有保护内环、保护外环和调节环。

在所述第一活塞密封面的首端侧壁上开设有开启钉凹槽，在所述第一活塞密封面的尾端侧壁上开设有第一O型圈安置槽，在所述第一O型圈安置槽内设置有第一O型圈，以实现第一活塞密封面与第一活塞的内壁面密封的目的。

所述第一活塞的首端内壁形成第一活塞母螺纹，所述第一活塞母螺纹与所述第一活塞公螺纹相配合，在所述第一活塞母螺纹下方的第一活塞内壁上形成一第一活塞内密封面，在所述第一活塞内密封面上开设有开启钉螺纹孔，所述开启钉螺纹孔与所述开启钉凹槽一一对应设置，开启钉贯穿开启钉螺纹孔伸入开启钉凹槽内，在所述第一活塞内密封面下方的第一活塞内壁上形成一第一活塞内缩径段，在所述第一活塞内缩径段上开设有第二O型圈安置槽，在所述第二O型圈安置槽内设置有第二O型圈，以实现第一活塞的内壁与第一活塞缩径段的面密封的目的，在所述第一活塞的尾端外壁形成第一活塞公螺纹。

所述开缝单元的数量为4个，开缝单元采用沿第一活塞的轴向上平行开设两个“一”字型的开缝后，再利用一个沿第一活塞的轴向的“一”字型的开缝将上述两个“一”字型的开缝的首端相连，在上述沿第一活塞的轴向的“一”字型的开缝的中点处沿第一活塞的轴向向上再开设一个“一”字型的开缝。

所述第二活塞的首端内壁形成第二活塞母螺纹，所述第二活塞母螺纹与所述第一活塞公螺纹相配合，在第二活塞母螺纹下方的第二活塞内壁上形成一第二活塞内壁封面，在所述第二活塞内壁封面的首端侧壁上开设有第一放压孔，当第一活塞移动的过程中，其位于第一活塞下方的液流通过第一放压孔流出，在第二活塞内壁封面下方的第二活塞内壁上形成一第二活塞内缩径段，在所述第二活塞内缩径段上开设有第五O型圈安置槽，在所述第五O型圈安置槽内设置有第五O型圈，以实现第一活塞缩径段与第二活塞的内壁面密封的目的。

所述第三活塞的首端内壁形成第三活塞母螺纹，所述第三活塞母螺纹与所述第二活塞公螺纹相配合，在第三活塞母螺纹下方的第三活塞内壁上形成一第三活塞内壁封面，在所述第三活塞内壁封面的首端侧壁上开设有第二放压孔，当第二活塞移动的过程中，其位于第二活塞下方的液流通过第二放压孔流出，在第三活塞内壁封面下方的第三活塞内壁上形成一第三活塞内缩径段，在所述第三活塞内缩径段上开设有第八O型圈安置槽，在所述第八O型圈安置槽内设置有第八O型圈，以实现第一活塞缩径段与第三活塞的内壁面密封的目的。

所述第一分瓣环和所述第二分瓣环均是由4个圆弧组成的一个圆环，第一分瓣环和第二分瓣环均是由一个完整的圆环切割后得到。

所述第一限位套和所述第二限位套的结构相同，限位套的首端内壁形成一分瓣环扩径段，在所述分瓣环扩径段内安装所述第一分瓣环或者第二分瓣环，以实现第一限位套或者第二限位套无法相对本体向上移动的目的，在分瓣环扩径段下方的限位套的内壁上形成一限位套缩径段，在所述限位套缩径段上开设有第三O型圈安置槽或者第六O型圈安置槽，在所述第三O型圈安置槽或者所述第六O型圈安置槽内分别设置有第三O型圈或者第六O型圈，所述限位套的外壁形成一限位套密封面，在所述限位套密封面上开设有第四O型圈安置槽或者第七O型圈安置槽，在所述第四O型圈安置槽或者所述第七O型圈安置槽内分别设置有第四O型圈或者第七O型圈。

所述第一限位环和所述第二限位环的结构相同，限位环的外壁采用圆柱面结构，在所述限位环的侧壁上均匀开设有沿限位环径向和周向分布的孔，所述限位环的内壁上形成一传压扩径段，所述传压扩径段与第二传压孔或者第三传压孔一一对应设置，当第二传压孔或者第三传压孔内有液流时，液流首先进入传压扩径段内，从传压扩径段内进入沿限位环径向和周向分布的孔内，最后再流至限位环的外侧，当液压升高，液流可以推动第二活塞或者第三活塞向下移动。

所述保护内环和所述第一保护内环的结构相同，所述保护内环的内壁形成一保护内环斜面，沿所述保护内环的周向开设有8条切割短缝，第三活塞压缩第一保护内环、第一保护外环、保护内环和保护外环时，在短薄壁胶筒和长薄壁胶筒的作用力下保护内环靠进短薄壁胶筒或者长薄壁胶筒一侧将压平，保护内环和第一保护内环的外径变大，与膨胀后的短薄壁胶筒和长薄壁胶筒的外径相差不大，进而起到保护短薄壁胶筒和长薄壁胶筒的作用。

所述保护外环和所述第一保护外环的结构相同，所述保护外环的内壁形成一为保护外环斜面，所述保护外环斜面与所述保护内环斜面相配合，在所述保护外环斜面上开设有12-18个沿保护外环径向分布的开槽，保护外环与保护内环、第一保护外环与第一保护内环均发生变形，并保持与短薄壁胶筒的首端和长薄壁胶筒的尾端的形状一致，进而起到肩保的作用，所述保护外环的外壁形成一圆柱结构，在圆柱结构的下方保护外环的外壁形成一平面结构，以便于传递第三活塞和调节环的压力。

所述短薄壁胶筒的首端外壁形成一短胶筒上斜面结构，所述短胶筒上斜面结构与第一保护内环的内壁斜面相配合，所述短薄壁胶筒的尾端外壁形成一短胶筒下斜面结构，所述长薄壁胶筒的首端内壁形成一长胶筒上斜面，所述短胶筒下斜面与所述长胶筒上斜面相配合，所述长薄壁胶筒的尾端外壁形成一长胶筒下斜面，所述长胶筒下斜面与所述保护内环的内壁斜面相配合，所述短薄壁胶筒的内壁和所述长薄壁胶筒的内壁分别与所述本体的第一活塞缩径段接触形成面密封。

所述调节环采用圆环结构，所述调节环长度依据短薄壁胶筒和长薄壁胶筒的长度确定，以实现保证装配后的短薄壁胶筒和长薄壁胶筒不会沿着本体的外壁上下移动。

所述下接头的首端侧壁上开设有防松钉螺纹孔，在所述本体的尾端侧壁上开设有防松钉凹槽，所述防松钉螺纹孔与所述防松钉凹槽一一对应设置，防松钉贯穿所述防松钉螺纹孔伸入所述防松钉凹槽内，在防松钉螺纹孔下方的所述下接头的内壁上形成一下接头母螺纹，所述下接头母螺纹与所述本体的尾端外壁相连，在下接头母螺纹下方的下接头内壁上形成一下接头密封面，在所述下接头密封面上开设有第九O型圈安置槽，在所述第九O型圈安置槽内设置有第九O型圈，以实现下接头密封面与本体的尾端外壁面密封的目的，在下接头密封面下方的所述下接头的内壁上形成一下接头缩径段，在所述下接头缩径段的外壁上形成一套管公螺纹，利用套管公螺纹将下接头的尾端与防砂管柱相连。

一种用于大通径注水的分层封隔器的使用方法，按照下述步骤进行：

步骤1，下井及坐封过程

将分层封隔器作为分层装置连接在防砂管柱上，每层对应一个分层封隔器，并随防砂管柱一并下入井下预定深度，接着下入服务工具，通过服务工具向最下层对应的分层封隔器的内部打液压，液压进入本体的三个传压孔内，分别对第一活塞、第二活塞和第三活塞施加液压压力，当液压压力达到预定数值，启动钉被剪断，然后，第一活塞、第二活塞和第三活塞施在液压压力作用下，相对于本体向下移动，此时第三活塞将液压压力附加在第一保护外环和第一保护内环上，最终，液压压力传递到短薄壁胶筒和长薄壁胶筒上，短薄壁胶筒和长薄壁胶筒被压缩，长薄壁胶筒相对于短薄壁胶筒发生斜向滑移，同时长薄壁胶筒外径被压缩变大，先于短薄壁胶筒接触到套管的内壁，进而实现密封，随着第三活塞传递的液压压力的增大，短薄壁胶筒也被压缩，短薄壁胶筒的外壁最后也会接触到套管的内壁，但没有长薄壁胶筒的外壁与套管的内壁接触的充分，故实现密封主要靠长薄壁胶筒来实现，短薄壁胶筒仅起到辅助密封的作用，坐封结束后，撤除本体内部的液压压力，第一活塞的首端内壁的第一活塞母螺纹，使得第一活塞无法沿着本体向上移动，即使短薄壁胶筒和长薄壁胶筒对第三活塞形成回顶力，第三活塞也无法和第二活塞和第一活塞一并沿着本体向上移动，短薄壁胶筒和长薄壁胶筒的回顶力将全部施加在第一活塞与本体相连接的第一活塞母螺纹上，最终短薄壁胶筒和长薄壁胶筒将一直维持坐封结束时的被压缩状态；

步骤2，验封过程

分别向短薄壁胶筒和长薄壁胶筒的上方和下方的本体的内部打液压，进行验封操作，即验证短薄壁胶筒和长薄壁胶筒分别与套管的内壁的密封性能，验证结束后，上提服务工具对位于上层的分层封隔器进行坐封和验封，最终实现防砂管柱内所有分层封隔器的坐封和验封，以实现防砂管柱的分层。

本发明的有益效果为：与常规分层封隔器相比，本发明可以提供更大的内通径，从而增大注水管柱尺寸，实现大排量注水，达到更好的增产效果。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明中本体上第一活塞公螺纹的结构示意图，其中，I为第一活塞公螺纹的局部放大图；

图3是本发明中第一活塞的结构示意图，其中，a为第一活塞的结构示意图，b为开缝的展开结构示意图，A为a中的I部分放大图；

图4是本发明中保护内环的结构示意图，其中，A为侧视结构示意图，B为俯视结构示意图；

图5是本发明中保护外环的结构示意图，其中，A为侧视结构示意图，B为俯视结构示意图；

图中：1为本体，2为第一活塞，3为开启钉，4为第一O型圈，5为第二O型圈，6为第二活塞，7为第一分瓣环，8为第一限位套，9为第三O型圈，10为第四O型圈，11为第一限位环，12为第五O型圈，13为第二分瓣环，14为第二限位套，15为第六O型圈，16为第七O型圈，17为第二限位环，18为第八O型圈，19为第三活塞，20为短薄壁胶筒，21为长薄壁胶筒，22为保护内环，23为保护外环，24为调节环，25为防松钉，26为第九O型圈，27为下接头。

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

实施例一

一种用于大通径注水的分层封隔器，包括本体1、第一活塞2、第二活塞6、第三活塞19、短薄壁胶筒20、长薄壁胶筒21、保护内环22、保护外环23和下接头27；

本体1的尾端外壁与下接头27的首端内壁螺纹连接。

在本体1的中部外壁上开设有第一活塞缩径段，在第一活塞缩径段的首端外壁开设有第一活塞公螺纹，第一活塞的首端内壁通过第一活塞公螺纹与第一活塞缩径段螺纹连接，第一活塞公螺纹与本体1的竖直方向上形成的牙型角分别为43°和81°，在第一活塞缩径段下方的本体1外壁上形成一第一活塞密封面，在第一活塞密封面下方的本体1侧壁上开设有第一传压孔，在第一传压孔下方的第一活塞2的内壁上形成一第一活塞缩径段，第一传压孔位于第一活塞密封面和第一活塞缩径段之间，第一活塞的尾端外壁与第二活塞6的首端内壁螺纹连接，在第一活塞2的上部外壁上设置有开缝单元；

在第一活塞缩径段的侧壁上开设有第一分瓣环安置槽，在第一分瓣环安置槽内设置有第一分瓣环7，在位于第一分瓣环7尾端的第一活塞缩径段与第二活塞的内壁形成的空间内由上至下依次设置有第一限位套8和第一限位环11，利用第一分瓣环7能够限制第一限位套8向上移动，在位于第一限位环11处的本体1侧壁上开设有第二传压孔，在第二传压孔下方的第二活塞6的内壁上形成一第二活塞内缩径段，第二传压孔位于第一活塞缩径段和第二活塞内缩径段之间，第二活塞6的尾端外壁与第三活塞19的首端内壁螺纹连接，

第一活塞缩径段的侧壁上开设有第二分瓣环安置槽，在第二分瓣环安置槽内设置有第二分瓣环13，在位于第二分瓣环尾端的第一活塞缩径段与第三活塞19的内壁形成的空间内由上至下依次设置有第二限位套14和第二限位环17，利用第二分瓣环13能够限制第二限位套14向上移动，在位于第二限位环17处的本体1侧壁上开设有第三传压孔，在第三传压孔下方的第三活塞19的内壁上形成一第三活塞内缩径段，第三传压孔位于第一活塞缩径段和第三活塞内缩径段之间，

在位于第三活塞19的尾端与下接头27的首端之间的本体1外壁上由上至下依次设置有短薄壁胶筒20和长薄壁胶筒21，在短薄壁胶筒20的首端与第三活塞19的尾端之间由上至下依次设置有第一保护外环和第一保护内环，在长薄壁胶筒21的尾端与下接头27的首端之间由上至下依次设置有保护内环22、保护外环23和调节环27。

第一活塞2上的第一活塞母螺纹牙型角与本体1的外侧第一活塞公螺纹相契合，牙型角也一致，当第一活塞2的锯齿螺纹外径扩大时，由于43度的第一活塞公螺纹牙型角较平缓，因此第一活塞2可以相对于本体1向下移动，移动后，由于第一活塞公螺纹的另一个牙型角为81度，较陡，故即使第一活塞母螺纹外径发生变化，第一活塞2也无法相对于本体1向上移动，即第一活塞2相对于本体1仅可以向下移动，而无法向上移动，从而起到锁定的功能，也就是说短薄壁胶筒20和长薄壁胶筒21被向下压缩后，因为第一活塞2的锁定功能，短薄壁胶筒20和长薄壁胶筒21无法向上恢复。

实施例二

在实施例一的基础上，在第一活塞密封面的首端侧壁上开设有开启钉凹槽，在第一活塞密封面的尾端侧壁上开设有第一O型圈安置槽，在第一O型圈安置槽内设置有第一O型圈4，以实现第一活塞密封面与第一活塞2的内壁面密封的目的。

第一活塞2的首端内壁形成第一活塞母螺纹，第一活塞母螺纹与第一活塞公螺纹相配合，在第一活塞母螺纹下方的第一活塞内壁上形成一第一活塞内密封面，在第一活塞内密封面上开设有开启钉螺纹孔，开启钉螺纹孔与开启钉凹槽一一对应设置，开启钉3贯穿开启钉螺纹孔伸入开启钉凹槽内，在第一活塞内密封面下方的第一活塞2内壁上形成一第一活塞内缩径段，在第一活塞内缩径段上开设有第二O型圈安置槽，在第二O型圈安置槽内设置有第二O型圈5，以实现第一活塞2的内壁与第一活塞缩径段的面密封的目的，在第一活塞2的尾端外壁形成第一活塞公螺纹。

开缝单元的数量为4个，开缝单元采用沿第一活塞的轴向上平行开设两个“一”字型的开缝后，再利用一个沿第一活塞的轴向的“一”字型的开缝将上述两个“一”字型的开缝的首端相连，在上述沿第一活塞的轴向的“一”字型的开缝的中点处沿第一活塞的轴向向上再开设一个“一”字型的开缝，如图3b所示，由于开缝单元的存在使得第一活塞母螺纹可以径向变形，第一活塞母螺纹可以与本体的外侧第一活塞公螺纹相连，第一活塞受到液压力时，由于第一活塞的开缝单元，第一活塞母螺纹在径向上变形扩大，故第一活塞可相对于本体向下移动，但由于第一活塞公螺纹和第一活塞母螺纹的单向性的原因，第一活塞移动后无法恢复，进而起到锁定作用。

第二活塞6的首端内壁形成第二活塞母螺纹，第二活塞母螺纹与第一活塞公螺纹相配合，在第二活塞母螺纹下方的第二活塞6内壁上形成一第二活塞内壁封面，在第二活塞内壁封面的首端侧壁上开设有第一放压孔，当第一活塞2移动的过程中，其位于第一活塞2下方的液流通过第一放压孔流出，在第二活塞内壁封面下方的第二活塞内壁上形成一第二活塞内缩径段，在第二活塞内缩径段上开设有第五O型圈安置槽，在第五O型圈安置槽内设置有第五O型圈12，以实现第一活塞缩径段与第二活塞6的内壁面密封的目的。

第三活塞19的首端内壁形成第三活塞母螺纹，第三活塞母螺纹与第二活塞公螺纹相配合，在第三活塞母螺纹下方的第三活塞19内壁上形成一第三活塞内壁封面，在第三活塞内壁封面的首端侧壁上开设有第二放压孔，当第二活塞移动的过程中，其位于第二活塞6下方的液流通过第二放压孔流出，在第三活塞内壁封面下方的第三活塞内壁上形成一第三活塞内缩径段，在第三活塞内缩径段上开设有第八O型圈安置槽，在第八O型圈安置槽内设置有第八O型圈18，以实现第一活塞缩径段与第三活塞19的内壁面密封的目的。

实施例三

在实施例二的基础上，第一分瓣环7和第二分瓣环13均是由4个圆弧组成的一个圆环，第一分瓣环7和第二分瓣环13均是由一个完整的圆环切割后得到。

第一限位套8和第二限位套14的结构相同，限位套的首端内壁形成一分瓣环扩径段，在分瓣环扩径段内安装第一分瓣环7或者第二分瓣环13，以实现第一限位套8或者第二限位套14无法相对本体1向上移动的目的，在分瓣环扩径段下方的限位套的内壁上形成一限位套缩径段，在限位套缩径段上开设有第三O型圈安置槽或者第六O型圈安置槽，在第三O型圈安置槽或者第六O型圈安置槽内分别设置有第三O型圈9或者第六O型圈15，限位套的外壁形成一限位套密封面，在限位套密封面上开设有第四O型圈安置槽或者第七O型圈安置槽，在第四O型圈安置槽或者第七O型圈安置槽内分别设置有第四O型圈10或者第七O型圈16。

第一限位环11和第二限位环17的结构相同，限位环的外壁采用圆柱面结构，在限位环的侧壁上均匀开设有沿限位环径向和周向分布的孔，限位环的内壁上形成一传压扩径段，传压扩径段与第二传压孔或者第三传压孔一一对应设置，当第二传压孔或者第三传压孔内有液流时，液流首先进入传压扩径段内，从传压扩径段内进入沿限位环径向和周向分布的孔内，最后再流至限位环的外侧，当液压升高，液流可以推动第二活塞6或者第三活塞19向下移动。

保护内环22和第一保护内环的结构相同，保护内环22的内壁形成一保护内环斜面，沿保护内环22的周向开设有8条切割短缝，第三活塞19压缩第一保护内环、第一保护外环、保护内环22和保护外环23时，在短薄壁胶筒20和长薄壁胶筒21的作用力下保护内环22靠进短薄壁胶筒20或者长薄壁胶筒21一侧将压平，保护内环22和第一保护内环的外径变大，与膨胀后的短薄壁胶筒20和长薄壁胶筒21的外径相差不大，进而起到保护短薄壁胶筒20和长薄壁胶筒21的作用。

保护外环23和第一保护外环的结构相同，保护外环23的内壁形成一为保护外环斜面，保护外环斜面与保护内环斜面相配合，在保护外环斜面上开设有12-18个沿保护外环23径向分布的开槽，保护外环23与保护内环22、第一保护外环与第一保护内环均发生变形，并保持与短薄壁胶筒20的首端和长薄壁胶筒21的尾端的形状一致，进而起到肩保的作用，保护外环23的外壁形成一圆柱结构，在圆柱结构的下方保护外环的外壁形成一平面结构，以便于传递第三活塞19和调节环24的压力。

实施例四

在实施例三的基础上，短薄壁胶筒20的首端外壁形成一短胶筒上斜面结构，短胶筒上斜面结构与第一保护内环的内壁斜面相配合，短薄壁胶筒20的尾端外壁形成一短胶筒下斜面结构，长薄壁胶筒21的首端内壁形成一长胶筒上斜面，短胶筒下斜面与长胶筒上斜面相配合，长薄壁胶筒21的尾端外壁形成一长胶筒下斜面，长胶筒下斜面与保护内环22的内壁斜面相配合，短薄壁胶筒20的内壁和长薄壁胶筒21的内壁分别与本体1的第一活塞缩径段接触形成面密封。

调节环24采用圆环结构，调节环24长度依据短薄壁胶筒20和长薄壁胶筒21的长度确定，以实现保证装配后的短薄壁胶筒20和长薄壁胶筒21不会沿着本体1的外壁上下移动。

下接头27的首端侧壁上开设有防松钉螺纹孔，在本体1的尾端侧壁上开设有防松钉凹槽，防松钉螺纹孔与防松钉凹槽一一对应设置，防松钉25贯穿防松钉螺纹孔伸入防松钉凹槽内，在防松钉螺纹孔下方的下接头27的内壁上形成一下接头母螺纹，下接头母螺纹与本体1的尾端外壁相连，在下接头母螺纹下方的下接头内壁上形成一下接头密封面，在下接头密封面上开设有第九O型圈安置槽，在第九O型圈安置槽内设置有第九O型圈26，以实现下接头密封面与本体1的尾端外壁面密封的目的，在下接头密封面下方的下接头的内壁上形成一下接头缩径段，在下接头缩径段的外壁上形成一套管公螺纹，利用套管公螺纹将下接头的尾端与防砂管柱相连。

实施例五

一种用于大通径注水的分层封隔器的使用方法，按照下述步骤进行：

步骤1，下井及坐封过程

将分层封隔器作为分层装置连接在防砂管柱上，每层对应一个分层封隔器，并随防砂管柱一并下入井下预定深度，接着下入服务工具，通过服务工具向最下层对应的分层封隔器的内部打液压，液压进入本体的三个传压孔内，分别对第一活塞、第二活塞和第三活塞施加液压压力，当液压压力达到预定数值，启动钉被剪断，然后，第一活塞、第二活塞和第三活塞施在液压压力作用下，相对于本体向下移动，此时第三活塞将液压压力附加在第一保护外环和第一保护内环上，最终，液压压力传递到短薄壁胶筒和长薄壁胶筒上，短薄壁胶筒和长薄壁胶筒被压缩，长薄壁胶筒相对于短薄壁胶筒发生斜向滑移，同时长薄壁胶筒外径被压缩变大，先于短薄壁胶筒接触到套管的内壁，进而实现密封，随着第三活塞传递的液压压力的增大，短薄壁胶筒也被压缩，短薄壁胶筒的外壁最后也会接触到套管的内壁，但没有长薄壁胶筒的外壁与套管的内壁接触的充分，故实现密封主要靠长薄壁胶筒来实现，短薄壁胶筒仅起到辅助密封的作用，坐封结束后，撤除本体内部的液压压力，第一活塞的首端内壁的第一活塞母螺纹，使得第一活塞无法沿着本体向上移动，即使短薄壁胶筒和长薄壁胶筒对第三活塞形成回顶力，第三活塞也无法和第二活塞和第一活塞一并沿着本体向上移动，短薄壁胶筒和长薄壁胶筒的回顶力将全部施加在第一活塞与本体相连接的第一活塞母螺纹上，最终短薄壁胶筒和长薄壁胶筒将一直维持坐封结束时的被压缩状态；

步骤2，验封过程

分别向短薄壁胶筒和长薄壁胶筒的上方和下方的本体的内部打液压，进行验封操作，即验证短薄壁胶筒和长薄壁胶筒分别与套管的内壁的密封性能，验证结束后，上提服务工具对位于上层的分层封隔器进行坐封和验封，最终实现防砂管柱内所有分层封隔器的坐封和验封，以实现防砂管柱的分层。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于大通径注水的分层封隔器，其特征在于：包括本体、第一活塞、第二活塞、第三活塞、短薄壁胶筒、长薄壁胶筒、保护内环、保护外环和下接头；

所述本体的尾端外壁与所述下接头的首端内壁螺纹连接，

在所述本体的中部外壁上开设有第一活塞缩径段，在所述第一活塞缩径段的首端外壁开设有第一活塞公螺纹，所述第一活塞的首端内壁通过所述第一活塞公螺纹与所述第一活塞缩径段螺纹连接，所述第一活塞公螺纹与所述本体的竖直方向上形成的牙型角分别为43°和81°，在所述第一活塞缩径段下方的本体外壁上形成一第一活塞密封面，在所述第一活塞密封面下方的本体侧壁上开设有第一传压孔，在所述第一传压孔下方的第一活塞的内壁上形成一第一活塞缩径段，所述第一传压孔位于第一活塞密封面和第一活塞缩径段之间，所述第一活塞的尾端外壁与所述第二活塞的首端内壁螺纹连接，在所述第一活塞的上部外壁上设置有开缝单元，

在所述第一活塞缩径段的侧壁上开设有第一分瓣环安置槽，在所述第一分瓣环安置槽内设置有第一分瓣环，在位于第一分瓣环尾端的第一活塞缩径段与第二活塞的内壁形成的空间内由上至下依次设置有第一限位套和第一限位环，利用第一分瓣环能够限制第一限位套向上移动，在位于第一限位环处的本体侧壁上开设有第二传压孔，在第二传压孔下方的所述第二活塞的内壁上形成一第二活塞内缩径段，所述第二传压孔位于第一活塞缩径段和第二活塞内缩径段之间，所述第二活塞的尾端外壁与所述第三活塞的首端内壁螺纹连接，

所述第一活塞缩径段的侧壁上开设有第二分瓣环安置槽，在所述第二分瓣环安置槽内设置有第二分瓣环，在位于第二分瓣环尾端的第一活塞缩径段与第三活塞的内壁形成的空间内由上至下依次设置有第二限位套和第二限位环，利用第二分瓣环能够限制第二限位套向上移动，在位于第二限位环处的本体侧壁上开设有第三传压孔，在第三传压孔下方的所述第三活塞的内壁上形成一第三活塞内缩径段，所述第三传压孔位于第一活塞缩径段和第三活塞内缩径段之间，

在位于第三活塞的尾端与下接头的首端之间的本体外壁上由上至下依次设置有短薄壁胶筒和长薄壁胶筒，在所述短薄壁胶筒的首端与所述第三活塞的尾端之间由上至下依次设置有第一保护外环和第一保护内环，在所述长薄壁胶筒的尾端与所述下接头的首端之间由上至下依次设置有保护内环、保护外环和调节环。

2.根据权利要求1所述的一种用于大通径注水的分层封隔器，其特征在于：在所述第一活塞密封面的首端侧壁上开设有开启钉凹槽，在所述第一活塞密封面的尾端侧壁上开设有第一O型圈安置槽，在所述第一O型圈安置槽内设置有第一O型圈，以实现第一活塞密封面与第一活塞的内壁面密封的目的；

所述第一活塞的首端内壁形成第一活塞母螺纹，所述第一活塞母螺纹与所述第一活塞公螺纹相配合，在所述第一活塞母螺纹下方的第一活塞内壁上形成一第一活塞内密封面，在所述第一活塞内密封面上开设有开启钉螺纹孔，所述开启钉螺纹孔与所述开启钉凹槽一一对应设置，开启钉贯穿开启钉螺纹孔伸入开启钉凹槽内，在所述第一活塞内密封面下方的第一活塞内壁上形成一第一活塞内缩径段，在所述第一活塞内缩径段上开设有第二O型圈安置槽，在所述第二O型圈安置槽内设置有第二O型圈，以实现第一活塞的内壁与第一活塞缩径段的面密封的目的，在所述第一活塞的尾端外壁形成第一活塞公螺纹；

所述开缝单元的数量为4个，开缝单元采用沿第一活塞的轴向上平行开设两个“一”字型的开缝后，再利用一个沿第一活塞的轴向的“一”字型的开缝将上述两个“一”字型的开缝的首端相连，在上述沿第一活塞的轴向的“一”字型的开缝的中点处沿第一活塞的轴向向上再开设一个“一”字型的开缝。

3.根据权利要求2所述的一种用于大通径注水的分层封隔器，其特征在于：所述第二活塞的首端内壁形成第二活塞母螺纹，所述第二活塞母螺纹与所述第一活塞公螺纹相配合，在第二活塞母螺纹下方的第二活塞内壁上形成一第二活塞内壁封面，在所述第二活塞内壁封面的首端侧壁上开设有第一放压孔，当第一活塞移动的过程中，其位于第一活塞下方的液流通过第一放压孔流出，在第二活塞内壁封面下方的第二活塞内壁上形成一第二活塞内缩径段，在所述第二活塞内缩径段上开设有第五O型圈安置槽，在所述第五O型圈安置槽内设置有第五O型圈，以实现第一活塞缩径段与第二活塞的内壁面密封的目的。

4.根据权利要求3所述的一种用于大通径注水的分层封隔器，其特征在于：所述第三活塞的首端内壁形成第三活塞母螺纹，所述第三活塞母螺纹与所述第二活塞公螺纹相配合，在第三活塞母螺纹下方的第三活塞内壁上形成一第三活塞内壁封面，在所述第三活塞内壁封面的首端侧壁上开设有第二放压孔，当第二活塞移动的过程中，其位于第二活塞下方的液流通过第二放压孔流出，在第三活塞内壁封面下方的第三活塞内壁上形成一第三活塞内缩径段，在所述第三活塞内缩径段上开设有第八O型圈安置槽，在所述第八O型圈安置槽内设置有第八O型圈，以实现第一活塞缩径段与第三活塞的内壁面密封的目的。

5.根据权利要求4所述的一种用于大通径注水的分层封隔器，其特征在于：所述第一限位套和所述第二限位套的结构相同，限位套的首端内壁形成一分瓣环扩径段，在所述分瓣环扩径段内安装所述第一分瓣环或者第二分瓣环，以实现第一限位套或者第二限位套无法相对本体向上移动的目的，在分瓣环扩径段下方的限位套的内壁上形成一限位套缩径段，在所述限位套缩径段上开设有第三O型圈安置槽或者第六O型圈安置槽，在所述第三O型圈安置槽或者所述第六O型圈安置槽内分别设置有第三O型圈或者第六O型圈，所述限位套的外壁形成一限位套密封面，在所述限位套密封面上开设有第四O型圈安置槽或者第七O型圈安置槽，在所述第四O型圈安置槽或者所述第七O型圈安置槽内分别设置有第四O型圈或者第七O型圈；

所述第一限位环和所述第二限位环的结构相同，限位环的外壁采用圆柱面结构，在所述限位环的侧壁上均匀开设有沿限位环径向和周向分布的孔，所述限位环的内壁上形成一传压扩径段，所述传压扩径段与第二传压孔或者第三传压孔一一对应设置，当第二传压孔或者第三传压孔内有液流时，液流首先进入传压扩径段内，从传压扩径段内进入沿限位环径向和周向分布的孔内，最后再流至限位环的外侧，当液压升高，液流可以推动第二活塞或者第三活塞向下移动。

6.根据权利要求5所述的一种用于大通径注水的分层封隔器，其特征在于：所述保护内环和所述第一保护内环的结构相同，所述保护内环的内壁形成一保护内环斜面，沿所述保护内环的周向开设有8条切割短缝，第三活塞压缩第一保护内环、第一保护外环、保护内环和保护外环时，在短薄壁胶筒和长薄壁胶筒的作用力下保护内环靠进短薄壁胶筒或者长薄壁胶筒一侧将压平，保护内环和第一保护内环的外径变大，与膨胀后的短薄壁胶筒和长薄壁胶筒的外径相差不大，进而起到保护短薄壁胶筒和长薄壁胶筒的作用；

所述保护外环和所述第一保护外环的结构相同，所述保护外环的内壁形成一为保护外环斜面，所述保护外环斜面与所述保护内环斜面相配合，在所述保护外环斜面上开设有12-18个沿保护外环径向分布的开槽，保护外环与保护内环、第一保护外环与第一保护内环均发生变形，并保持与短薄壁胶筒的首端和长薄壁胶筒的尾端的形状一致，进而起到肩保的作用，所述保护外环的外壁形成一圆柱结构，在圆柱结构的下方保护外环的外壁形成一平面结构，以便于传递第三活塞和调节环的压力。

7.根据权利要求6所述的一种用于大通径注水的分层封隔器，其特征在于：所述短薄壁胶筒的首端外壁形成一短胶筒上斜面结构，所述短胶筒上斜面结构与第一保护内环的内壁斜面相配合，所述短薄壁胶筒的尾端外壁形成一短胶筒下斜面结构，所述长薄壁胶筒的首端内壁形成一长胶筒上斜面，所述短胶筒下斜面与所述长胶筒上斜面相配合，所述长薄壁胶筒的尾端外壁形成一长胶筒下斜面，所述长胶筒下斜面与所述保护内环的内壁斜面相配合，所述短薄壁胶筒的内壁和所述长薄壁胶筒的内壁分别与所述本体的第一活塞缩径段接触形成面密封。

8.根据权利要求7所述的一种用于大通径注水的分层封隔器，其特征在于：所述下接头的首端侧壁上开设有防松钉螺纹孔，在所述本体的尾端侧壁上开设有防松钉凹槽，所述防松钉螺纹孔与所述防松钉凹槽一一对应设置，防松钉贯穿所述防松钉螺纹孔伸入所述防松钉凹槽内，在防松钉螺纹孔下方的所述下接头的内壁上形成一下接头母螺纹，所述下接头母螺纹与所述本体的尾端外壁相连，在下接头母螺纹下方的下接头内壁上形成一下接头密封面，在所述下接头密封面上开设有第九O型圈安置槽，在所述第九O型圈安置槽内设置有第九O型圈，以实现下接头密封面与本体的尾端外壁面密封的目的，在下接头密封面下方的所述下接头的内壁上形成一下接头缩径段，在所述下接头缩径段的外壁上形成一套管公螺纹，利用套管公螺纹将下接头的尾端与防砂管柱相连。

9.根据权利要求8所述的一种用于大通径注水的分层封隔器，其特征在于：所述第一分瓣环和所述第二分瓣环均是由4个圆弧组成的一个圆环，第一分瓣环和第二分瓣环均是由一个完整的圆环切割后得到；

所述调节环采用圆环结构，所述调节环长度依据短薄壁胶筒和长薄壁胶筒的长度确定，以实现保证装配后的短薄壁胶筒和长薄壁胶筒不会沿着本体的外壁上下移动。

10.一种用于大通径注水的分层封隔器的使用方法，其特征在于：按照下述步骤进行：

步骤1，下井及坐封过程

将分层封隔器作为分层装置连接在防砂管柱上，每层对应一个分层封隔器，并随防砂管柱一并下入井下预定深度，接着下入服务工具，通过服务工具向最下层对应的分层封隔器的内部打液压，液压进入本体的三个传压孔内，分别对第一活塞、第二活塞和第三活塞施加液压压力，当液压压力达到预定数值，启动钉被剪断，然后，第一活塞、第二活塞和第三活塞施在液压压力作用下，相对于本体向下移动，此时第三活塞将液压压力附加在第一保护外环和第一保护内环上，最终，液压压力传递到短薄壁胶筒和长薄壁胶筒上，短薄壁胶筒和长薄壁胶筒被压缩，长薄壁胶筒相对于短薄壁胶筒发生斜向滑移，同时长薄壁胶筒外径被压缩变大，先于短薄壁胶筒接触到套管的内壁，进而实现密封，随着第三活塞传递的液压压力的增大，短薄壁胶筒也被压缩，短薄壁胶筒的外壁最后也会接触到套管的内壁，但没有长薄壁胶筒的外壁与套管的内壁接触的充分，故实现密封主要靠长薄壁胶筒来实现，短薄壁胶筒仅起到辅助密封的作用，坐封结束后，撤除本体内部的液压压力，第一活塞的首端内壁的第一活塞母螺纹，使得第一活塞无法沿着本体向上移动，即使短薄壁胶筒和长薄壁胶筒对第三活塞形成回顶力，第三活塞也无法和第二活塞和第一活塞一并沿着本体向上移动，短薄壁胶筒和长薄壁胶筒的回顶力将全部施加在第一活塞与本体相连接的第一活塞母螺纹上，最终短薄壁胶筒和长薄壁胶筒将一直维持坐封结束时的被压缩状态；

步骤2，验封过程

分别向短薄壁胶筒和长薄壁胶筒的上方和下方的本体的内部打液压，进行验封操作，即验证短薄壁胶筒和长薄壁胶筒分别与套管的内壁的密封性能，验证结束后，上提服务工具对位于上层的分层封隔器进行坐封和验封，最终实现防砂管柱内所有分层封隔器的坐封和验封，以实现防砂管柱的分层。

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