CN114508320B - 一种可挂筛管的大通径封隔器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油装备技术领域，具体涉及一种可挂筛管的大通径封隔器，包括留井部分和可拆卸安装在留井部分内的服务部分，所述留井部分包括自密封结构、座封机构和液压推动机构；所述服务部分包含起丢脱离机构、启动保护机构、循环卫护机构。本发明具有稳定的悬挂能力，并且通过一套工具便可实现座封、悬挂、洗井、解锁回收等多重作业，另外本发明服务部分的管柱提出后，留井部分的管柱能够提供更大的通径。

Description

一种可挂筛管的大通径封隔器

技术领域

本发明涉及石油装备技术领域，具体涉及一种可挂筛管的大通径封隔器。

背景技术

在目前的石油钻完井技术领域内，随着油气田井段长度不断增加，工况越来越复杂，要求能够悬挂更长的管柱入井，并且具有可靠的密封性，这就要求封隔悬挂装置的悬挂能力越来越强，而目前油气水井所应用的封隔器具有悬挂力小的问题，且很多区域作业现场存在泵车排量大，液体惯性力大，冲击力强，未完成坐封作业前便极易使得封隔器留井部分提前与服务部分脱离的情况。

并且在传统作业时需要切换多套管柱，不仅作业步骤繁琐，而且增加作业周期，同时各个管柱需要的通径不同，还容易导致因通径太小影响作业的问题发生。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种可挂筛管的大通径封隔器，其结构合理，具有稳定的悬挂能力，并且通过一套工具便可实现座封、悬挂、洗井、解锁回收等多重作业，另外本发明服务部分的管柱提出后，留井部分的管柱能够提供更大的通径。

本发明的技术方案是：

一种可挂筛管的大通径封隔器，包括留井部分和可拆卸安装在留井部分内的服务部分；

所述留井部分包括自密封结构、座封机构和液压推动机构；

所述服务部分包含起丢脱离机构、启动保护机构、循环卫护机构；

所述自密封结构包括上中心管，所述上中心管的外侧中部安装有碗胶筒，所述座封机构位于碗胶筒的下方套装在上中心管的外侧；

所述液压推动机构包括推动套、下接头和锁定套，所述推动套滑动密封连接在上中心管的外部，并且推动套的顶部与座封机构连接，用于上行时推动座封机构涨封；

所述下接头的顶部位于推动套的腔内，并且与上中心管的底部螺纹连接，所述上中心管和下接头上对应的开设有对推动套上行传递液压动力的传压孔；

所述下接头的外部设有限位台阶，并且位于限位台阶的下方套装有锁环，所述锁环上开设有纵向的涨紧缝，所述下接头的外部还通过第一销钉连接有与限位台阶配合对锁环限位的解封环；

所述锁定套螺纹连接在推动套的下部，所述锁环的外周面和锁定套的内周面上设有相互配合的单向齿面，所述锁定套的底部通过第二销钉连接有下挡环，所述下挡环螺纹连接在下接头的外部；

所述起丢脱离机构包含上接头和丢手活塞，上接头底部开设有多条纵向割缝，并通过割缝使上接头底部形成一组环绕的弹片结构，所述弹片结构螺纹连接在上中心管的顶部腔内；

所述上接头内部螺纹连接有液压杆，并且在上接头和液压杆之间形成环空的活塞腔，所述丢手活塞顶部滑动密封连接在活塞腔内，所述丢手活塞通过第三销钉与上接头连接，所述丢手活塞的下端外部设有支撑环，所述支撑环支撑在丢手活塞与弹片结构之间的间隙内；

所述液压杆腔内通过第四销钉连接有上球座，所述液压杆上还设有与丢手活塞顶部位置连通的液压入口，并且通过上球座将所述液压入口封堵；

所述启动保护机构包含连接变扣、密封杆和下中心管，所述密封杆通过变扣连接在液压杆的下方，所述下中心管螺纹连接在密封杆的底部，所述下中心管的内部滑动安装有滑套，所述滑套和下中心管上设有对应的进液流道，所述滑套的腔内通过第五销钉连接有用于封堵进液流道的下球座；

所述下球座的顶部和上球座的底部设有相互配合的密封端面，所述滑套的下端设有多条开口槽，并且位于滑套腔内底部设有内台阶面，使滑套的底部呈具有弹性的爪状结构，所述爪状结构张开时下球座和上球座能够通过，所述爪状结构的外周面与下中心管内周面滑动接触的部分设有相互配合的滑动定位台阶面；

所述循环卫护机构包含球套、连接杆、转动接头和转动帽，所述下中心管与下接头之间设有将进液流道和传压孔连通的环空流道，所述球套安装在环空流道，并且下中心管、滑套和球套上设有拼合形成的储球空间，所述储球空间内放置有定位球，所述定位球的外周面与下接头的内周面接触，所述滑套上位于定位球的上方还设有用于定位球退回的回避槽；

所述连接杆螺纹连接在下中心管底部，所述转动帽螺纹连接在连接杆下端外部，所述转动接头通过转动帽转动安装在连接杆底部，所述连接杆的腔内底面上设有栅格槽。

优选的，所述上中心管外侧中部螺纹连接有护环，所述护环的底部螺纹连接有硫化环，所述硫化环的底部与所述碗胶筒的顶部硫化连接。

优选的，所述下接头的底部还连接有速连机构，所述速连机构包括快连接头、快连护套和可转接头；

所述快连接头螺纹连接在下接头底部，所述快连护套螺纹连接在快连接头的下端外部，所述快连接头与快连护套之间设有防转销钉，所述可转接头的顶部转动安装于快连接头和快连护套的内部。

优选的，所述快连接头和快连护套之间形成轴向的转动槽，所述可转接头的外周面上设有与转动槽配合的转动凸台。

优选的，所述转动凸台的顶部与转动槽的顶部槽面之间放置有一组钢珠。

优选的，所述硫化环与上中心管之间设有一组第一密封圈。

优选的，所述推动套与上中心管之间设有第二密封圈，所述推动套与下接头之间设有一组第三密封圈。

优选的，所述液压杆与上接头之间设有第四密封圈，所述液压杆与上球座之间设有第五密封圈。

本发明与现有技术相比较，具有以下优点：

1.本发明中启动保护机构用于保证本工具达到指定程序后才通过操作实现启动动作；

循环卫护机构能够对滑套的位置进行固定和解锁，从而在需要时能够开启循环通道；

起丢脱离机构用于液压分离服务部分和留井部分；

自密封结构用于密封工具与井内套管之间的环形空间；

封隔机构用于将管柱座封在井内套管上，起悬挂作用；

液压推动机构承受液压力时采自下而上推动封隔机构作用；

速连机构可用于在不转动该机构以上部分的情况下，灵活的快速连接下部分的筛管管柱；

2.本发明能够确保坐封完成后，才会丢手，坐封稳定可靠，悬挂效果好；

3.丢手后球座未脱离滑套前，本装置依然可以进行多次重复坐封操作，更加安全可靠；

4.本工具既可应用于多种类型的油井内油套间封隔，还可用于油层间封堵，及用于筛管等管柱的悬挂。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为留井部分的结构示意图；

图3为提出部分的结构示意图；

图4为图2中A处的放大图；

图5为图3中B处的放大图；

图6为图3中C处的放大图；

图7为球座掉落位置示意图；

图8为循环洗井时滑套及球座状态示意图。

图中：

1、上中心管，2、护环，3、第一密封圈，4、硫化环， 5、碗胶筒，6、座封机构，7、传压孔，8、环空流道，9、进液流道，10、限位台阶；

11、内台阶，12、推动套，13、第二密封圈，14、第三密封圈，15、下接头，16、锁环，17、解封环，18、第一销钉，19、锁定套，20、第二销钉；

21 、下挡环，22、快连接头，23、防转销钉，24、快连护套，25、可转接头，26、上接头，27、第四密封圈，28、钢球，29、第五密封圈，30、第四销钉；

31、第三销钉，32、上球座，33、弹片结构，34、液压杆，35、丢手活塞，36、支撑环，37、螺母环，38、第五销钉，39、连接变扣，40、密封杆；

41、下中心管，42、滑套，43、球套，44、定位球，45、紧定螺钉，46、连接杆，47、转动帽，48、转动接头，49、下球座，50、钢珠；

251、转动凸台，341、液压入口，321、密封端面， 421、回避槽，422、滑动定位台阶面，423、爪状结构，461格栅槽。

具体实施方式

下面是结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1

参见图1至图8，一种可挂筛管的大通径封隔器，包括留井部分和可拆卸安装在留井部分内的服务部分。

留井部分包括自密封结构、座封机构6和液压推动机构。

服务部分包含起丢脱离机构、启动保护机构、循环卫护机构。

自密封结构包括上中心管1，上中心管1的外侧中部安装有碗胶筒5，具体是上中心管1上外侧中部螺纹连接有护环2，护环2的底部螺纹连接有硫化环4，硫化环4的底部与碗胶筒5的顶部硫化连接。

碗胶筒5与井内套管通过过盈配合密封，座封机构6位于碗胶筒5的下方套装在上中心管1的外侧。

液压推动机构包括推动套12、下接头15和锁定套19，推动套12滑动密封连接在上中心管1的外部，并且推动套12的顶部与座封机构6连接，推动套12在液压动力推动下上行，并通过上行的推动套12驱动座封机构6涨封。

下接头15的顶部位于推动套12的腔内，并且与上中心管1的底部螺纹连接，上中心管1和下接头15上对应的开设有传压孔7，传压孔7连通至推动套12内侧的一个下端面上，并通过传压孔7对推动套12传递上行的液压动力。

下接头15的外部设有限位台阶10，并且位于限位台阶10的下方套装有锁环16，锁环16上开设有纵向贯穿的涨紧缝，使锁环16呈断开状态，锁环16受到径向压力时，涨紧缝的开口收缩，使锁环16的外径变小。

下接头15的外部还通过第一销钉18连接有解封环17，解封环17与限位台阶10配合对锁环16轴向位置进行固定。

锁定套19螺纹连接在推动套12的下部，锁环16的外周面和锁定套19的内周面上设有相互配合的单向齿面，在锁定套19上行时，锁环16和锁定套19的单向齿面不断啮合，从而对锁定套19的位置进行固定，并限制锁定套19向下运动。

锁定套19的底部通过第二销钉20连接有下挡环21，下挡环21螺纹连接在下接头15的外部。

起丢脱离机构包含上接头26和丢手活塞35。

上接头26底部开设有多条纵向割缝，并通过割缝使上接头26底部形成一组环绕的弹片结构33，弹片结构33螺纹连接在上中心管1的顶部腔内。

上接头26内部螺纹连接有液压杆34，液压杆34呈筒状结构，并且在上接头26和液压杆34之间形成环空的活塞腔，丢手活塞35的顶部滑动密封连接在活塞腔内。

丢手活塞35通过第三销钉31与上接头26连接，丢手活塞35的下端外部通过螺母环37安装转动安装有支撑环36，支撑环36支撑在丢手活塞35与弹片结构33之间的间隙内，通过支撑环36的支撑保证弹片结构33与上中心管1螺纹连接。

液压杆34腔内通过第四销钉30连接有上球座32，液压杆34上还设有与丢手活塞35顶部位置连通的液压入口341，并且通过上球座32将液压入口341封堵。

启动保护机构包含连接变扣39、密封杆40和下中心管41。

密封杆40通过变扣连接在液压杆34的下方，下中心管41螺纹连接在密封杆40的底部。

下中心管41的内部滑动安装有滑套42，滑套42和下中心管41上设有对应的进液流道9，滑套42的腔内通过第五销钉38连接有用于封堵进液流道9的下球座49。

值得注意的时，第五销钉38与进液流道9位于同一水平高度呈间隔环绕排列，所以在附图1中第五销钉38与进液流道9的位置出现重合。

如图7所示，下球座49的顶部和上球座32的底部设有相互配合的密封端面321，滑套42的下端设有多条开口槽，并且位于滑套42腔内底部设有内台阶面11，使滑套42的底部呈具有弹性的爪状结构423。

在爪状结构423受力张开时，下球座49和上球座32能够向下通过爪状结构423的内腔。

爪状结构423的外周面与下中心管41内周面滑动接触的部分设有相互配合的滑动定位台阶面422，从而对滑套42向下滑动时的距离进行限位，并且在滑套42受力向下滑动时，滑动的距离具体以保证爪状结构423向下移动后能够张开即可。

循环卫护机构包含球套43、连接杆46、转动接头48和转动帽47。

下中心管41与下接头15之间设有将进液流道9和传压孔7连通的环空流道8，球套43安装在环空流道8内，并通过紧定螺钉45固定在下中心管41上。

下中心管41、滑套42和球套43上设有拼合形成的储球空间，储球空间内放置有定位球44。

定位球44的外周面与下接头15的内周面接触，从而将定位球44困在储球空间内，并通过定位球44的另一侧对滑套42和下中心管41的相对位置进行锁定；

当定位球44的外周面与下接头15的内周面不接触时，定位球44可以向球套43一侧稍微移动，从而将滑套42和下中心管41的相对位置进行解锁。

滑套42上位于定位球44的上方还设有用于定位球44退回的回避槽421，当滑套42向下滑动到爪状结构423可以张开的距离时，定位球44随之移动到回避槽421的位置。

连接杆46螺纹连接在下中心管41底部，转动帽47螺纹连接在连接杆46下端外部，转动接头48通过转动帽47转动安装在连接杆46底部，通过转动设置的转动接头48便于与下方管柱连接。

连接杆46的腔内底面上设有栅格槽，当下球座49落到格栅槽461上端时，通过格栅槽461能够形成上下连通的通路。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上进行优化，具体是：

下接头15的底部还连接有速连机构，速连机构包括快连接头22、快连护套24和可转接头25。

快连接头22螺纹连接在下接头15底部，快连护套24螺纹连接在快连接头22的下端外部，快连接头22与快连护套24之间设有防转销钉23，可转接头25的顶部转动安装于快连接头22和快连护套24的内部。

快连接头22和快连护套24之间形成轴向的转动槽，可转接头25的外周面上设有与转动槽配合的转动凸台251。

可转接头25的外周面与快连护套24和快连接头22的内周面转动接触，可转接头25的内周面与转动帽47的外周面转动接触，从而对可转接头25起到扶正的作用。

转动凸台251的顶部与转动槽的顶部槽面之间放置有一组钢珠50。

通过增加速连机构能够在不转动速连机构上部管柱的情况下，快速方便的与下方的筛管管柱进行连接。

实施例3

本实施例是在实施例1的基础上，对各个部件间的密封进行优化，具体是：

硫化环4与上中心管1之间设有一组第一密封圈3，推动套12与上中心管1之间设有第二密封圈13，推动套12与下接头15之间设有一组第三密封圈14。

液压杆34与上接头26之间设有第四密封圈27，液压杆34与上球座32之间设有第五密封圈29，通过在各个部件间增加密封圈，提高密封的可靠性。

实施例4

本实施例是在上述实施例的基础上，应用本发明进行作业：

工作过程：

1.通井、刮管：

下入本工具之前刮井中套管，用清洁工作液将井筒洗净，在座封位置反复刮削3-4次，并避开套管接箍位置。

2.连接管柱：用油漆笔在本工具留井部分与服务部分连接处，及以上所有丝扣连接处画一竖线，以观察连接过程中不可倒扣。

3.下放管柱：

下井前检查工具，确保无损坏，然后将本工具可转接头25与筛管管柱连接，上接头26连接钻杆。

4. 下钻：

下钻过程要操作平稳，严禁猛提、猛放或顿钻，下钻过程如需循环，控制泵压不超过5MPa，下放速度不超过0.3m/s，此时碗胶筒5与套管内周面为过盈配合密封。

5.洗井：

将本装置下到位后悬挂，用清洁工作液低泵速试循环，泵速不超过 13L/min，泵压不高于5MPa。

6.座封：

投入钢球28，等待15min后，从上接头26上部用6~10L/min的泵速将钢球28送至上球座32上，然后打压至8MPa，上球座32剪断第四销钉30后下落到下球座49上，上球座32与下球座49接触并密封，与此同时传压孔7打开。

如图7所示，继续打压至10MPa，第五销钉38被剪断，上球座32同下球座49一同下落到滑套42的内台阶面11上，此时进液流道9打开。

按以下程序打压座封：

5MPa稳压 3min，泄压至1MPa。

10MPa 稳压 5min，泄压至1MPa。

16MPa稳压 10min。下放管柱6-10T，泄压至0。

液压由传压孔7进入环空流道8，并推动套12向上运动推动座封机构6座封，于此同时推动套12带动锁定套19向上运动，在锁环16与锁定套19相互啮合的单向齿面作用下，对推动套12的位置进行固定，实现稳定可靠的座封。

7.验挂：

下放管柱10T，确认可挂筛管的大通径封隔装置座封牢固。

8.丢手：

继续打压至20MPa，打压液体经由液压入口341推动丢手活塞35剪断第三销钉31向下移动。

与此同时丢手活塞35带动支撑环36下行，支撑环36脱离对上接头26的弹片结构33的支撑，从而实现丢手。

9.建立洗井通道：

丢手作业完成后，上提服务部分的管柱，上接头26底部弹片结构33的外螺纹斜面使上接头26底部向内收缩，从而上接头26脱离上中心管1，上提服务部分管柱，使服务部分与留井部分脱离，此时定位球44外侧面脱离上接头26内表面的支撑。

从上接头26向内打压，钢球28、上球座32、下球座49共同承压带动滑套42下行，于此同时定位球44受力向外侧移动，脱离对滑套42的锁定，滑套42解锁后下行至内台阶面11处，此时定位球44也移动至回避槽421的位置。

如图8所示，观察压力上升后又下降为零，此时上球座32和下球座49将滑套42底部的爪状结构423撑开，然后上球座32和下球座49落入连接杆46内腔底部的格栅槽461上方，并通过格栅槽461形成上下的通路，从而建立洗井通道。

10.正洗井：

液体从上接头26进入，一直往下走经转动接头48返到其外侧，进行洗井作业。

11.最后将服务部分提出。

解封/回收程序

1.连接解封/回收工具。

2.下入解封/回收工具至上中心管1内部。

3.开泵循环清洗可挂筛管的大通径封隔装置顶部。

4.确认解封/回收工具到位后，解封工具捞住上中心管1的最小内表面上提，上中心管1上行，同时带动下接头15上行。

因座封时锁环16和锁定套19已经啮合卡紧，此时锁环16无法动，上提时上提力传给解封环17，并通过上提力将上中心管1和解封环17之间的第一销钉18剪断，锁环16解除定位，锁定套19可以活动，座封机构6座封失效，然后下压5T，再试过提5T，继续过提至解封力。

5.解封后，保持上提悬重静置60分钟，以让座封机构6充分收缩，然后提出。

本发明中启动保护机构用于保证本工具达到指定程序后才通过操作实现启动动作；循环卫护机构是用于保证循环通道的正常应用；起丢脱离机构用于液压分离服务部分和留井部分；自密封结构用于密封工具与井内套管之间的环形空间；封隔机构用于将管柱座封在井内套管上，起悬挂作用；液压推动机构承受液压力时采自下而上推动封隔机构作用；速连机构可用于在不转动该机构以上部分的情况下，灵活的快速连接下部分的筛管管柱；

通过各个机构的协调配合，是本发明能够实现座封、悬挂、洗井、解锁回收等作业。

本发明并不限于上述的实施方式，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化，变化后的内容仍属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种可挂筛管的大通径封隔装置，包括留井部分和可拆卸安装在留井部分内的服务部分，其特征在于：

所述留井部分包括自密封结构、座封机构和液压推动机构；

所述服务部分包含起丢脱离机构、启动保护机构、循环卫护机构；

所述自密封结构包括上中心管，所述上中心管的外侧中部安装有碗胶筒，所述座封机构位于碗胶筒的下方套装在上中心管的外侧；

所述液压推动机构包括推动套、下接头和锁定套，所述推动套滑动密封连接在上中心管的外部，并且推动套的顶部与座封机构连接，用于上行时推动座封机构涨封；

所述下接头的顶部位于推动套的腔内，并且与上中心管的底部螺纹连接，所述上中心管和下接头上对应的开设有对推动套上行传递液压动力的传压孔；

所述下接头的外部设有限位台阶，并且位于限位台阶的下方套装有锁环，所述锁环上开设有纵向的涨紧缝，所述下接头的外部还通过第一销钉连接有与限位台阶配合对锁环限位的解封环；

所述锁定套螺纹连接在推动套的下部，所述锁环的外周面和锁定套的内周面上设有相互配合的单向齿面，所述锁定套的底部通过第二销钉连接有下挡环，所述下挡环螺纹连接在下接头的外部；

所述起丢脱离机构包含上接头和丢手活塞，上接头底部开设有多条纵向割缝，并通过割缝使上接头底部形成一组环绕的弹片结构，所述弹片结构螺纹连接在上中心管的顶部腔内；

所述上接头内部螺纹连接有液压杆，并且在上接头和液压杆之间形成环空的活塞腔，所述丢手活塞顶部滑动密封连接在活塞腔内，所述丢手活塞通过第三销钉与上接头连接，所述丢手活塞的下端外部设有支撑环，所述支撑环支撑在丢手活塞与弹片结构之间的间隙内；

所述液压杆腔内通过第四销钉连接有上球座，所述液压杆上还设有与丢手活塞顶部位置连通的液压入口，并且通过上球座将所述液压入口封堵；

所述启动保护机构包含连接变扣、密封杆和下中心管，所述密封杆通过变扣连接在液压杆的下方，所述下中心管螺纹连接在密封杆的底部，所述下中心管的内部滑动安装有滑套，所述滑套和下中心管上设有对应的进液流道，所述滑套的腔内通过第五销钉连接有用于封堵进液流道的下球座；

所述下球座的顶部和上球座的底部设有相互配合的密封端面，所述滑套的下端设有多条开口槽，并且位于滑套腔内底部设有内台阶面，使滑套的底部呈具有弹性的爪状结构，所述爪状结构张开时下球座和上球座能够通过，所述爪状结构的外周面与下中心管内周面滑动接触的部分设有相互配合的滑动定位台阶面；

所述循环卫护机构包含球套、连接杆、转动接头和转动帽，所述下中心管与下接头之间设有将进液流道和传压孔连通的环空流道，所述球套安装在环空流道，并且下中心管、滑套和球套上设有拼合形成的储球空间，所述储球空间内放置有定位球，所述定位球的外周面与下接头的内周面接触，所述滑套上位于定位球的上方还设有用于定位球退回的回避槽；

所述连接杆螺纹连接在下中心管底部，所述转动帽螺纹连接在连接杆下端外部，所述转动接头通过转动帽转动安装在连接杆底部，所述连接杆的腔内底面上设有栅格槽。

2.根据权利要求1所述的一种可挂筛管的大通径封隔装置，其特征在于：所述上中心管外侧中部螺纹连接有护环，所述护环的底部螺纹连接有硫化环，所述硫化环的底部与所述碗胶筒的顶部硫化连接。

3.根据权利要求1所述的一种可挂筛管的大通径封隔装置，其特征在于：所述下接头的底部还连接有速连机构，所述速连机构包括快连接头、快连护套和可转接头；

所述快连接头螺纹连接在下接头底部，所述快连护套螺纹连接在快连接头的下端外部，所述快连接头与快连护套之间设有防转销钉，所述可转接头的顶部转动安装于快连接头和快连护套的内部。

4.根据权利要求3所述的一种可挂筛管的大通径封隔装置，其特征在于：所述快连接头和快连护套之间形成轴向的转动槽，所述可转接头的外周面上设有与转动槽配合的转动凸台。

5.根据权利要求4所述的一种可挂筛管的大通径封隔装置，其特征在于：所述转动凸台的顶部与转动槽的顶部槽面之间放置有一组钢珠。

6.根据权利要求2所述的一种可挂筛管的大通径封隔装置，其特征在于：所述硫化环与上中心管之间设有一组第一密封圈。

7.根据权利要求1所述的一种可挂筛管的大通径封隔装置，其特征在于：所述推动套与上中心管之间设有第二密封圈，所述推动套与下接头之间设有一组第三密封圈。

8.根据权利要求1所述的一种可挂筛管的大通径封隔装置，其特征在于：所述液压杆与上接头之间设有第四密封圈，所述液压杆与上球座之间设有第五密封圈。

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