CN116677341A - 一种用于油田固井具有防护功能的封隔器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于油田固井具有防护功能的封隔器，涉及封隔器技术领域。一种用于油田固井具有防护功能的封隔器，包括有中心管，中心管设置有对称分布的环形空腔和环形槽，环形空腔内滑动连接有防护壳体，防护壳体设置有周向等间距分布的凹槽，防护壳体与中心管之间固接有周向等间距且位于相邻凹槽内的第一拉簧，第一拉簧位于相邻的环形空腔内，中心管设置有对称分布的卡槽，对称分布的卡槽设置有位于环形槽内的膨胀胶筒。本发明在向井下下入封隔器的过程中，通过对膨胀胶筒进行保护，避免胶筒与井壁接触受损，在膨胀胶筒密封的过程中通过挤压板配合连接杆将膨胀胶筒撑起，保证膨胀胶筒与井壁始终接触。

Description

一种用于油田固井具有防护功能的封隔器

技术领域

本发明涉及封隔器技术领域，具体涉及一种用于油田固井具有防护功能的封隔器。

背景技术

封隔器是油田开采中的一种井下工具，安装于石油套管下端，密封套管与井壁之间环形空腔的井下工具，封隔器分为扩张式、压缩式和膨胀式等，膨胀式封隔器在使用时需要进行加压操作，依靠压力将封隔器上的膨胀胶筒撑开实现密封，在拆除时需要依靠胶筒自身弹力回收。

目前自膨胀式封隔器存在下述问题：封隔器上的膨胀胶筒位于中心管的外侧，在向井下下入封隔器的过程中，膨胀胶筒会与井壁接触，造成膨胀胶筒外侧受磨损，从而影响后续的密封过程。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于油田固井具有防护功能的封隔器。

本发明的技术实施方案是：一种用于油田固井具有防护功能的封隔器，包括有中心管，中心管设置有对称分布的环形空腔和环形槽，环形空腔内滑动连接有防护壳体，防护壳体设置有周向等间距分布的凹槽，防护壳体与中心管之间固接有周向等间距且位于相邻凹槽内的第一拉簧，第一拉簧位于相邻的环形空腔内，中心管设置有对称分布的卡槽，对称分布的卡槽设置有位于环形槽内的膨胀胶筒，防护壳体设置有限位机构，限位机构用于限位相邻的防护壳体。

优选的技术方案，限位机构包括有周向等间距分布的限位杆，防护壳体设置有周向等间距分布的通槽，周向等间距分布的限位杆均固接于防护壳体且位于相邻的通槽内，中心管设置有周向等间距且对称分布的第一空腔，第一空腔与中心管内连通，中心管滑动连接有周向等间距分布且位于相邻第一空腔内的滑杆，滑杆固接有与中心管滑动连接的矩形框，限位杆设置有与矩形框配合的限位槽，滑杆设置有用于向环形槽内输送液体的输送部件。

优选的技术方案，滑杆探出相邻的第一空腔，滑杆探出第一空腔的长度与限位槽的深度相等。

优选的技术方案，输送部件包括有密封盘，密封盘滑动连接于相邻的滑杆，密封盘位于相邻的第一空腔内，中心管设置有周向等间距分布且与相邻第一空腔连通的滑槽，密封盘固接有与滑槽滑动连接的L形板，密封盘固接有与相邻滑杆滑动连接的套管，套管固接有与相邻滑杆滑动连接的封堵盘，封堵盘与相邻的第一空腔滑动连接，封堵盘与中心管之间固接有位于相邻第一空腔内的第一弹簧，中心管设置有周向等间距分布且与相邻第一空腔连通的通孔，中心管设置有周向等间距分布的第二空腔，第二空腔将相邻的第一空腔与环形槽连通，第二空腔滑动连接有限位盘，限位盘设置有导液孔，限位盘的导液孔内设置有单向阀，限位盘设置有与相邻L形板滑动连接的拦截槽，中心管内设置有周向等间距分布的支撑机构，支撑机构位于环形槽内，支撑机构用于支撑膨胀胶筒。

优选的技术方案，套管的长度大于第二空腔的直径。

优选的技术方案，支撑机构包括有对称分布的固定板，对称分布的固定板均固接于中心管且位于环形槽内，对称分布的固定板之间固接有固定杆，固定杆滑动连接有滑块，滑块与靠近相邻第二空腔的固定板之间固接有第二弹簧，膨胀胶筒设置有周向等间距分布的挤压板，挤压板固接有对称分布的固定块，固定块与相邻的滑块之间铰接有连接杆，对称分布的固定板之间固接有辅助相邻滑块复位的回收部件。

优选的技术方案，挤压板设置为弹性片。

优选的技术方案，回收部件包括有导向套筒，导向套筒固接于相邻且对称分布的固定板之间，导向套筒滑动连接有限位环，限位环与相邻的滑块配合，限位环与相邻且靠近第二空腔的固定板之间固接有第二拉簧，导向套筒设置有用于限位相邻限位环的限位组件。

优选的技术方案，第二拉簧的弹性系数大于第二弹簧的弹性系数。

优选的技术方案，限位组件包括有拉杆，拉杆滑动连接于相邻的导向套筒，拉杆与相邻的限位盘固接，拉杆与相邻的固定板滑动连接，拉杆固接有三角块，固定板设置有导向槽，导向槽滑动连接有与相邻三角块配合的U形杆，限位环设置有与相邻U形杆配合的盲孔，U形杆与相邻的固定板之间滑动连接有第三弹簧，第三弹簧位于相邻的导向槽内。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、在向井下下入封隔器的过程中，通过对膨胀胶筒进行保护，避免胶筒与井壁接触受损。

2、在膨胀胶筒密封的过程中通过挤压板配合连接杆将膨胀胶筒撑起，保证膨胀胶筒与井壁始终接触。

3、在井下压力变化时，限位盘将膨胀胶筒内的水封堵隔断，避免井下压力影响膨胀胶筒的密封性。

4、通过第二拉簧提前储存一定的弹力，辅助膨胀胶筒回收复位，避免膨胀胶筒老化无法回收。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的立体结构剖面图；

图3为本发明膨胀胶筒和限位杆的立体结构爆炸图；

图4为本发明输送部件的立体结构示意图；

图5为本发明限位杆和矩形框的立体结构爆炸图；

图6为本发明限位机构的立体结构示意图；

图7为本发明支撑机构的立体结构示意图；

图8为本发明回收部件的立体结构示意图。

说明书附图中标号名称：1：中心管，101：环形空腔，102：环形槽，103：卡槽，104：第一空腔，1041：滑槽，105：第二空腔，2：防护壳体，201：凹槽，202：通槽，3：第一拉簧，4：膨胀胶筒，5：限位杆，501：限位槽，6：滑杆，7：矩形框，8：密封盘，801：L形板，9：套管，10：封堵盘，11：第一弹簧，12：限位盘，1201：拦截槽，13：固定板，1301：导向槽，14：固定杆，15：滑块，16：第二弹簧，17：挤压板，18：固定块，19：连接杆，20：导向套筒，21：限位环，22：第二拉簧，23：拉杆，24：三角块，25：U形杆，26：第三弹簧。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种用于油田固井具有防护功能的封隔器，如图1-图3所示，包括有中心管1，中心管1设置有上下对称分布的两个环形空腔101，中心管1外侧面的中部设置有环形槽102，环形空腔101内滑动连接有防护壳体2，上下两个防护壳体2相互接触，防护壳体2靠近相邻环形空腔101的一侧设置有周向等间距分布的三个凹槽201，防护壳体2与中心管1之间固接有周向等间距且位于相邻凹槽201内的第一拉簧3，第一拉簧3位于相邻的环形空腔101内，中心管1设置有上下对称分布的两个卡槽103，环形空腔101位于相邻卡槽103的外侧，两个卡槽103设置有位于环形槽102内的膨胀胶筒4，两个防护壳体2对膨胀胶筒4进行保护，避免膨胀胶筒4与井壁接触后受损，影响膨胀胶筒4的密封性，防护壳体2设置有限位机构，限位机构用于限位相邻的防护壳体2。

如图2-图6所示，限位机构包括有周向等间距分布的三个限位杆5，防护壳体2设置有周向等间距分布的三个通槽202，三个限位杆5均固接于防护壳体2的内侧且位于相邻的通槽202内，中心管1设置有周向等间距且对称分布的六个第一空腔104，第一空腔104与中心管1内连通，中心管1滑动连接有周向等间距分布且位于相邻第一空腔104内的滑杆6，滑杆6靠近相邻限位杆5的一端固接有与中心管1滑动连接的矩形框7，限位杆5设置有与矩形框7配合的限位槽501，初始状态下，矩形框7卡入限位槽501内对限位杆5限位，滑杆6探出相邻的第一空腔104，滑杆6探出第一空腔104的长度与限位槽501的深度相等，当滑杆6位于第一空腔104内时，矩形框7解除对相邻限位杆5的限位，滑杆6设置有用于向环形槽102内输送液体的输送部件。

如图4和图6所示，输送部件包括有密封盘8，密封盘8滑动连接于相邻的滑杆6，密封盘8位于相邻的第一空腔104内，中心管1设置有周向等间距分布且与相邻第一空腔104连通的滑槽1041，密封盘8固接有与滑槽1041滑动连接的L形板801，密封盘8固接有与相邻滑杆6滑动连接的套管9，套管9远离相邻密封盘8的一侧固接有与相邻滑杆6滑动连接的封堵盘10，封堵盘10与相邻的第一空腔104滑动连接，封堵盘10与中心管1之间固接有位于相邻第一空腔104内的第一弹簧11，第一弹簧11位于相邻滑杆6的外侧，中心管1设置有周向等间距分布且与相邻第一空腔104连通的通孔，中心管1设置有周向等间距分布的第二空腔105，第二空腔105将相邻的第一空腔104与环形槽102连通，对中心管1注水时，中心管1内的水通过第一空腔104和第二空腔105进入环形槽102内，套管9的长度大于第二空腔105的直径，第二空腔105滑动连接有限位盘12，中心管1设置有位于相邻第二空腔105内的凸环，中心管1的凸环对相邻的限位盘12限位，避免限位盘12远离相邻的第一空腔104，限位盘12的前侧设置有导液孔，限位盘12的导液孔内设置有单向阀，限位盘12靠近相邻第一空腔104的一侧设置有与相邻L形板801滑动连接的拦截槽1201，中心管1内设置有周向等间距分布的支撑机构，支撑机构位于环形槽102内，支撑机构用于支撑膨胀胶筒4。

如图4和图7所示支撑机构包括有上下对称分布的两个固定板13，两个固定板13均固接于中心管1中部的外侧且位于环形槽102内，两个固定板13之间固接有固定杆14，固定杆14滑动连接有滑块15，滑块15与靠近相邻第二空腔105的固定板13之间固接有第二弹簧16，膨胀胶筒4设置有周向等间距分布的三个挤压板17，挤压板17设置为弹性片，初始状态下，挤压板17的两侧处于压缩状态，挤压板17固接有上下对称分布的固定块18，固定块18与相邻的滑块15之间铰接有连接杆19，对称分布的固定板13之间固接有辅助相邻滑块15复位的回收部件。

如图4、图7和图8所示，回收部件包括有导向套筒20，导向套筒20固接于相邻且对称分布的固定板13之间，导向套筒20远离相邻第二空腔105的一侧滑动连接有限位环21，限位环21与相邻的滑块15配合，限位环21与相邻且靠近第二空腔105的固定板13之间固接有第二拉簧22，第二拉簧22位于相邻导向套筒20的外侧，第二拉簧22的弹性系数大于第二弹簧16的弹性系数，导向套筒20设置有用于限位相邻限位环21的限位组件。

如图7和图8所示，限位组件包括有拉杆23，拉杆23滑动连接于相邻的导向套筒20，拉杆23与相邻的限位盘12固接，拉杆23与相邻的固定板13滑动连接，拉杆23远离相邻限位盘12的一端固接有三角块24，固定板13设置有导向槽1301，导向槽1301滑动连接有与相邻三角块24配合的U形杆25，拉杆23带动三角块24向上移动，U形杆25受三角块24挤压后向左移动，限位环21设置有与相邻U形杆25配合的盲孔，U形杆25插入限位环21的盲孔时，限位环21受限位无法移动，U形杆25与相邻的固定板13之间滑动连接有第三弹簧26，第三弹簧26位于相邻的导向槽1301内。

本封隔器安装在套管的下侧，主要用于密封套管与石油井壁之间的环形空腔，操作人员通过套管将本封隔器放入井下指定位置，在本封隔器下降的过程中，由于膨胀胶筒4被两个防护壳体2包围，因此，膨胀胶筒4并不会与井壁接触，避免膨胀胶筒4外侧受井壁磨损，导致后续膨胀胶筒4与井壁之间的密封性降低，在封隔器向下移动的过程中，井壁上的凸起会与中心管1的外侧和防护壳体2的外侧接触，初始状态下，第一拉簧3处于拉伸状态，矩形框7卡入限位槽501内对限位杆5进行限位，避免防护壳体2与井壁接触提前解除对膨胀胶筒4的防护作用。

当本封隔器下降至指定位置时，操作人员从地面投入密封球，密封球穿过中心管1的过程中，密封球依次与上侧和下侧的滑杆6接触，在密封球与滑杆6接触的过程中，以右侧上部的滑杆6为例，滑杆6受密封球的挤压向右移动，滑杆6带动矩形框7向右移动，矩形框7的右侧从限位槽501滑出，当滑杆6的左端位于第一空腔104内时，矩形框7解除对限位杆5的限位，三个第一拉簧3复位带动防护壳体2向上移动，防护壳体2带动三个限位杆5向上移动，同时，下侧的防护壳体2向下移动，两个防护壳体2相互远离并解除对膨胀胶筒4的防护，当第一拉簧3复位后，以上侧防护壳体2为例，上侧防护壳体2并未完全插入环形空腔101，防护壳体2内侧面的下侧仍与膨胀胶筒4外侧面的上侧贴合。

当密封球下落至球座上时，密封球将球座封堵，此时，地面进行加压工作，向中心管1内注入水，由于密封球将球座封堵，因此，中心管1内压力增大，中心管1内的水进入六个第一空腔104内，以右侧上部的第一空腔104为例，初始状态下，L形板801未卡入拦截槽1201内，限位盘12未被限位，进入第一空腔104内的水优先与密封盘8的左侧接触，水推动密封盘8沿第一空腔104向右移动，密封盘8带动L形板801沿滑槽1041向右移动，密封盘8通过套管9带动封堵盘10向右移动，第一弹簧11被压缩，第一空腔104内封堵盘10右侧的气体通过第一空腔104右侧的通孔排出，随着密封盘8继续向右移动，L形板801卡入拦截槽1201内并对限位盘12进行限位，避免限位盘12向上移动，当密封盘8位于限位盘12的上方时，第一空腔104内的水进入第二空腔105内限位盘12的上侧，限位盘12导液孔内的单向阀打开，第二空腔105内上侧的水通过导液孔进入限位盘12的下侧，并将环形槽102填充。

初始状态下，第二弹簧16处于压缩状态，挤压板17的上下两侧处于压缩状态，在水注入环形槽102内的过程中，环形槽102内的压力逐渐增大，膨胀胶筒4开始膨胀，在膨胀胶筒4膨胀的过程中，膨胀胶筒4带动挤压板17逐渐靠近井壁，膨胀胶筒4外侧面的上下两侧（弧形部分）会挤压两个防护壳体2，两个防护壳体2相互远离，第一拉簧3被压缩，当挤压板17位于中心管1的外侧时，挤压板17的上下两侧不再被压缩，挤压板17复位将膨胀胶筒4撑开，当膨胀胶筒4与井壁完全贴合后，挤压板17位于防护壳体2的右侧，第一拉簧3复位带动防护壳体2相互靠近，膨胀胶筒4外侧面的上下两侧受挤压，增加膨胀胶筒4的外扩力。

在挤压板17向右移动的过程中，连接杆19解除对滑块15的限位，第二弹簧16复位带动滑块15向下移动，当膨胀胶筒4与井壁完全贴合时，第二弹簧16复位完成，滑块15下表面的左侧与限位环21上表面的右侧接触，滑块15与固定块18处于同一水平面，连接杆19为平放状态，此时，连接杆19与挤压板17垂直并对挤压板17提供横向的支撑力，保证挤压板17不会回收从而失去对膨胀胶筒4的支撑力，由于限位盘12导液孔内单向阀的单向传递特性，环形槽102内的水并不会排出，当不再向中心管1内加压时，中心管1内的压力会降低，第一弹簧11逐渐复位，封堵盘10、套管9和密封盘8向左移动，由于中心管1内仍存有压力，并非初始状态下的无压状态，而第一弹簧11并不会完全复位，且中心管1内压力不断变化，密封盘8所受压力不同会左右往复移动，但是，L形板801始终会对限位盘12限位，避免环形槽102内高压水推动限位盘12向上移动。

当需要回收封隔器时，对中心管1进行抽负压的操作，密封盘8左侧的压力降低，第一弹簧11复位，密封盘8带动L形板801解除对限位盘12的限位，限位盘12的限位解除后，膨胀胶筒4自动收缩，第一拉簧3复位，环形槽102内的水推动限位盘12向上移动，限位盘12通过拉杆23带动三角块24向上移动，三角块24挤压U形杆25向左移动，第三弹簧26压缩，U形杆25解除对限位环21的限位，处于压缩状态的第二拉簧22复位带动限位环21向上移动，限位环21带动滑块15向上移动，滑块15通过连接杆19和固定块18带动挤压板17向左移动，挤压板17不再对膨胀胶筒4支撑，在限位盘12向上移动的过程中，限位盘12位于第一空腔104位，环形槽102内的水通过第二空腔105和第一空腔104进入中心管1内，当限位环21复位完成后，本封隔器回收完成。

虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但是应理解本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围应给予最宽泛的解释，以便涵盖所有的变型以及等同的结构和功能。

Claims (10)

1.一种用于油田固井具有防护功能的封隔器，其特征在于：包括有中心管（1），中心管（1）设置有对称分布的环形空腔（101）和环形槽（102），环形空腔（101）内滑动连接有防护壳体（2），防护壳体（2）设置有周向等间距分布的凹槽（201），防护壳体（2）与中心管（1）之间固接有周向等间距且位于相邻凹槽（201）内的第一拉簧（3），第一拉簧（3）位于相邻的环形空腔（101）内，中心管（1）设置有对称分布的卡槽（103），对称分布的卡槽（103）设置有位于环形槽（102）内的膨胀胶筒（4），防护壳体（2）设置有限位机构，限位机构用于限位相邻的防护壳体（2）。

2.按照权利要求1所述的一种用于油田固井具有防护功能的封隔器，其特征在于：限位机构包括有周向等间距分布的限位杆（5），防护壳体（2）设置有周向等间距分布的通槽（202），周向等间距分布的限位杆（5）均固接于防护壳体（2）且位于相邻的通槽（202）内，中心管（1）设置有周向等间距且对称分布的第一空腔（104），第一空腔（104）与中心管（1）内连通，中心管（1）滑动连接有周向等间距分布且位于相邻第一空腔（104）内的滑杆（6），滑杆（6）固接有与中心管（1）滑动连接的矩形框（7），限位杆（5）设置有与矩形框（7）配合的限位槽（501），滑杆（6）设置有用于向环形槽（102）内输送液体的输送部件。

3.按照权利要求2所述的一种用于油田固井具有防护功能的封隔器，其特征在于：滑杆（6）探出相邻的第一空腔（104），滑杆（6）探出第一空腔（104）的长度与限位槽（501）的深度相等。

4.按照权利要求2所述的一种用于油田固井具有防护功能的封隔器，其特征在于：输送部件包括有密封盘（8），密封盘（8）滑动连接于相邻的滑杆（6），密封盘（8）位于相邻的第一空腔（104）内，中心管（1）设置有周向等间距分布且与相邻第一空腔（104）连通的滑槽（1041），密封盘（8）固接有与滑槽（1041）滑动连接的L形板（801），密封盘（8）固接有与相邻滑杆（6）滑动连接的套管（9），套管（9）固接有与相邻滑杆（6）滑动连接的封堵盘（10），封堵盘（10）与相邻的第一空腔（104）滑动连接，封堵盘（10）与中心管（1）之间固接有位于相邻第一空腔（104）内的第一弹簧（11），中心管（1）设置有周向等间距分布且与相邻第一空腔（104）连通的通孔，中心管（1）设置有周向等间距分布的第二空腔（105），第二空腔（105）将相邻的第一空腔（104）与环形槽（102）连通，第二空腔（105）滑动连接有限位盘（12），限位盘（12）设置有导液孔，限位盘（12）的导液孔内设置有单向阀，限位盘（12）设置有与相邻L形板（801）滑动连接的拦截槽（1201），中心管（1）内设置有周向等间距分布的支撑机构，支撑机构位于环形槽（102）内，支撑机构用于支撑膨胀胶筒（4）。

5.按照权利要求4所述的一种用于油田固井具有防护功能的封隔器，其特征在于：套管（9）的长度大于第二空腔（105）的直径。

6.按照权利要求4所述的一种用于油田固井具有防护功能的封隔器，其特征在于：支撑机构包括有对称分布的固定板（13），对称分布的固定板（13）均固接于中心管（1）且位于环形槽（102）内，对称分布的固定板（13）之间固接有固定杆（14），固定杆（14）滑动连接有滑块（15），滑块（15）与靠近相邻第二空腔（105）的固定板（13）之间固接有第二弹簧（16），膨胀胶筒（4）设置有周向等间距分布的挤压板（17），挤压板（17）固接有对称分布的固定块（18），固定块（18）与相邻的滑块（15）之间铰接有连接杆（19），对称分布的固定板（13）之间固接有辅助相邻滑块（15）复位的回收部件。

7.按照权利要求6所述的一种用于油田固井具有防护功能的封隔器，其特征在于：挤压板（17）设置为弹性片。

8.按照权利要求6所述的一种用于油田固井具有防护功能的封隔器，其特征在于：回收部件包括有导向套筒（20），导向套筒（20）固接于相邻且对称分布的固定板（13）之间，导向套筒（20）滑动连接有限位环（21），限位环（21）与相邻的滑块（15）配合，限位环（21）与相邻且靠近第二空腔（105）的固定板（13）之间固接有第二拉簧（22），导向套筒（20）设置有用于限位相邻限位环（21）的限位组件。

9.按照权利要求8所述的一种用于油田固井具有防护功能的封隔器，其特征在于：第二拉簧（22）的弹性系数大于第二弹簧（16）的弹性系数。

10.按照权利要求8所述的一种用于油田固井具有防护功能的封隔器，其特征在于：限位组件包括有拉杆（23），拉杆（23）滑动连接于相邻的导向套筒（20），拉杆（23）与相邻的限位盘（12）固接，拉杆（23）与相邻的固定板（13）滑动连接，拉杆（23）固接有三角块（24），固定板（13）设置有导向槽（1301），导向槽（1301）滑动连接有与相邻三角块（24）配合的U形杆（25），限位环（21）设置有与相邻U形杆（25）配合的盲孔，U形杆（25）与相邻的固定板（13）之间滑动连接有第三弹簧（26），第三弹簧（26）位于相邻的导向槽（1301）内。