CN117738613B - 长效双胶筒双解封方式扩张封隔器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了长效双胶筒双解封方式扩张封隔器，涉及石油开采技术领域，包括外管套和中心管，所述中心管设置于外管套的中心处，且外管套的中间段设置有两组扩张胶筒，并且扩张胶筒的上下端均固定连接有胶筒连接件，本发明针对上述问题在外管套和扩张胶筒之间增设了一组可套在中心管外壁上滑动的胶筒连接件，并由第二弹簧连接，当高频微振动产生时，原本高频微振动的外管套与静止状态下的扩张胶筒之间产生的拉扯作用会由胶筒连接件吸收并转移至第二弹簧上，从而使得胶筒连接件可套在中心管的外壁上随着振动进行适应性的微移动，进而有效降低了封隔器作业期间流体扰动引发的震动对扩张胶筒连接处的损伤，提高了封隔器的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及石油开采技术领域，具体为长效双胶筒双解封方式扩张封隔器。
背景技术
封隔器是一种连接于井下管柱之上，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，此封隔各种尺寸管柱与井眼之间以及管柱之间环形空间，并隔绝产层，以控制产液，保护套管的井下工具，封隔器的分类有很多，有自封式封隔器、压缩式封隔器、扩张式封隔器等。
然而传统的扩张封隔器在实际的使用过程中仍存在一些问题，具体如下：
1、扩张式胶筒在压差的作用下，扩张胶筒紧紧贴在套管壁上，封隔器不产生位移，在管柱内不断加压，封隔器和井口间的管柱由于油气开采时流体的扰动使中心管在它自己的固有频率下发生振动，封隔器除了胶筒外的封隔器整体在流体的扰动下，轴向和径向受力，而胶筒与封隔器套管间的连接为最薄弱处，胶筒交变受力，长此以往会使胶筒橡胶与套管粘接处产生脱离或破损。
2、另外，传统的扩张封隔器多采用解封销的方式解封，旋转套管或中心管，利用旋转剪切力切断解封销（剪切销），使油液回流达到解封的效果，但是该方式成本高，每次使用时都要更换新的解封销，费时费力，不符合长效发展理念。
针对上述问题，急需在原有扩张封隔器的基础上进行创新设计。
发明内容
本发明技术方案针对现有技术解决方案过于单一的技术问题，提供了显著不同于现有技术的解决方案，具体地本发明的目的在于提供长效双胶筒双解封方式扩张封隔器，以解决上述背景技术提出由于封隔器在管柱的扰动下，轴向、径向受力，最薄弱处，而上端的动作最频繁受压，胶简交变受力，使之橡胶与套管粘接处产生脱离或破损的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：长效双胶筒双解封方式扩张封隔器，包括外管套和中心管，所述中心管设置于外管套的中心处，且外管套的中间段设置有两组扩张胶筒，并且扩张胶筒的上下端均固定连接有胶筒连接件，所述外管套的内部开设有压力油腔，且中心管的外壁固定有套环，并且中心管的边侧安装有位于压力油腔内部的进出液口，所述套环与压力油腔的内壁之间设置有第一双解封式防回流组件，且外管套端部的T形杆状结构密封式插接于扩张胶筒的空腔内，并且套环与密封通道之间安装有第二双解封式防回流组件。
优选的，所述胶筒连接件套设于中心管的外壁且与中心管构成可旋转的滑动结构，所述胶筒连接件与外管套之间设置有缠绕于中心管外壁上的第二弹簧，且第二弹簧的一端焊接于胶筒连接件的外壁，并且第二弹簧的另一端固定于外管套端部的外壁。
优选的，所述压力油腔为环形设置，且套环的边缘插接封堵于压力油腔的内壁。
优选的，所述第一双解封式防回流组件包括回油管道、L形杆、重力球、L形堵板和滑杆，且压力油腔的侧壁开设有回油管道，且回油管道的内壁固定有L形杆，并且L形杆的外壁滑动设置有重力球，所述套环的上表面贴合设置有L形堵板，且L形堵板的边侧贴合于回油管道的上出口，并且压力油腔的内壁固定有用以对L形堵板进行限位的矩形限位杆，所述套环的上表面等角度开设有滑槽，且L形堵板一端的下表面固定有滑杆的上端，并且滑杆的下端滑动设置于滑槽的内部。
优选的，所述套环的内部开设有进油通道，且L形堵板的内部对应开设有与进油通道相匹配的圆形通槽，所述进油通道的内壁固定有支撑杆，且支撑杆的上表面焊接有第一弹簧的下端，并且第一弹簧的上端固定连接有封堵于进油通道上端的第一弹力球。
优选的，所述回油管道的两端均为进口逐渐变窄的喇叭口状设置，且滑槽为偏心式的弧形设置，并且滑杆与滑槽为卡合式的滑动连接。
优选的，所述第二双解封式防回流组件包括异型推块、竖杆、双解封双向通道、伸缩杆和第二弹力球，且套环的下表面等角度固定有异型推块，所述压力油腔的内部设置有竖杆，且压力油腔的内壁固定有用以对竖杆进行限位的限位窄板，所述T形杆状结构的内部开设有双解封双向通道，且竖杆的下端插接于双解封双向通道的内部，所述竖杆下端的内部开设有腔槽，且腔槽的内部滑动设置有伸缩杆的一端，并且伸缩杆的另一端贯穿竖杆固定连接有第二弹力球。
优选的，所述竖杆的外壁缠绕有第三弹簧，且第三弹簧的一端焊接于竖杆外壁的挡块上，并且第三弹簧的另一端固定于限位窄板的上表面，所述伸缩杆的外壁缠绕有第四弹簧，且第四弹簧的一端焊接于腔槽的内壁，并且第四弹簧的另一端固定于伸缩杆端部的外壁，所述双解封双向通道的两端均为进口逐渐变窄的喇叭口状设置，且第二弹力球贴合式封堵于双解封双向通道下喇叭口的内壁。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
首先将扩张封隔器按照正常的施工设计方案置于井壁预定的位置，待封隔器就位后通过外部液压设备向中心管内部施压，油液通过中心管边侧均匀设置的进出液口注入对应的压力油腔中，当压力油腔内由套环隔开的上部分被油注满后，在油压持续作用下会对第一弹力球产生向下的推力使其压缩第一弹簧稳定下落从而使得进油通道打开并使得油液进入到压力油腔的下半部分并对第二弹力球产生向下的推力，使第二弹力球带动伸缩杆同步下落，以此实现双解封双向通道的开启，随后油液通过双解封双向通道顺利进入到扩张胶筒的内腔，且扩张胶筒上下端均匀分布有多个注油的双解封双向通道，使扩张胶筒能够高效且均匀的膨胀，待扩张胶筒加压膨胀至一定程度后，横向膨胀的扩张胶筒将井壁的环形空间封闭，上下部分设置两个扩张胶筒，一方面增加了封隔器在井壁环空内的稳定性，另一方面达到双保险的作用，一个失效另一个还可以继续使用；
在封隔器作业过程中，扩张胶筒与井壁之间保持相对静止状态，但在作业过程中由于流体的扰动使中心管在它自己的固有频率下的振动，且中心管的高频微振动也会同步传递至外管套，使得外管套与相对静止的扩张胶筒之间产生高频的相对位移，而扩张胶筒与外管套的连接处最为薄弱，也就是硬质材料与橡胶材料的连接处最为薄弱，在长期高频微振动下，其连接处容易出现破损、撕裂以及断开等现象，最终会导致封隔器的失效，本发明针对上述问题在外管套和扩张胶筒之间增设了一组可套在中心管外壁上滑动的胶筒连接件，并由第二弹簧连接，当高频微振动产生时，原本高频微振动的外管套与静止状态下的扩张胶筒之间产生的拉扯作用会由胶筒连接件吸收并转移至第二弹簧上，从而使得胶筒连接件可套在中心管的外壁上随着振动进行适应性的微移动，进而有效降低了封隔器作业期间流体扰动引发的震动对扩张胶筒连接处的损伤，提高了封隔器的使用寿命；
取出封隔器时，逆时针扭动中心管使套环同步逆时针旋转并对滑杆产生向心的拉力，从而使L形堵板水平向右移动，一方面水平向右移动的L形堵板会将第一弹力球压进进油通道中并利用自身的横板坐封进油通道，另一方面水平向右移动的L形堵板会将回油管道的上端开启并与压力油腔连通，紧接着，套环会同步带动异型推块进行小角度的逆时针旋转并对竖杆的半球状上端产生向下的挤压力，从而使得第二弹力球下落解除对双解封双向通道的封闭，压力油腔下半部分油液注满后油压会逐渐作用在回油管道内部的重力球上，使得重力球克服自身重力并沿着L形杆的外壁斜向上滑动，从而使油液顺利通过回油管道回流至压力油腔上半部分最终由进出液口复位，本发明利用中心管的旋转即可实现封隔器内双封隔状态的同步解除使油液能够顺利回流，相比较现有的上体管柱切断解封销的方式，更为简单方便实用，同时可长效循环使用。
附图说明
图1为本发明立体结构示意图；
图2为本发明正视结构示意图；
图3为本发明正视剖面结构示意图；
图4为本发明外管套与胶筒连接件连接处的剖面结构示意图；
图5为本发明套环的俯视安装结构示意图；
图6为本发明L形堵板的俯视安装结构示意图；
图7为本发明中心管和异型推块的侧视结构示意图；
图8为本发明压力油腔内部结构的放大示意图；
图9为本发明图4中A处放大结构示意图。
图中：1、外管套；11、压力油腔；12、回油管道；13、L形杆；14、重力球；15、L形堵板；16、滑杆；2、中心管；21、套环；22、进油通道；23、支撑杆；24、第一弹力球；25、第一弹簧；26、滑槽；27、异型推块；3、胶筒连接件；31、第二弹簧；4、扩张胶筒；5、竖杆；51、双解封双向通道；52、第三弹簧；53、伸缩杆；54、第四弹簧；55、第二弹力球；6、进出液口。
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。
请参阅图1-9，本发明提供技术方案：长效双胶筒双解封方式扩张封隔器，包括外管套1和中心管2，中心管2设置于外管套1的中心处，且外管套1的中间段设置有两组扩张胶筒4，并且扩张胶筒4的上下端均固定连接有胶筒连接件3，外管套1的内部开设有压力油腔11，且中心管2的外壁固定有套环21，并且中心管2的边侧安装有位于压力油腔11内部的进出液口6，套环21与压力油腔11的内壁之间设置有第一双解封式防回流组件，且外管套1端部的T形杆状结构密封式插接于扩张胶筒4的空腔内，并且套环21与密封通道之间安装有第二双解封式防回流组件。
胶筒连接件3套设于中心管2的外壁且与中心管2构成可旋转的滑动结构，胶筒连接件3与外管套1之间设置有缠绕于中心管2外壁上的第二弹簧31，且第二弹簧31的一端焊接于胶筒连接件3的外壁，并且第二弹簧31的另一端固定于外管套1端部的外壁。
压力油腔11为环形设置，且套环21的边缘插接封堵于压力油腔11的内壁。
第一双解封式防回流组件包括回油管道12、L形杆13、重力球14、L形堵板15和滑杆16，且压力油腔11的侧壁开设有回油管道12，且回油管道12的内壁固定有L形杆13，并且L形杆13的外壁滑动设置有重力球14，套环21的上表面贴合设置有L形堵板15，且L形堵板15的边侧贴合于回油管道12的上出口，并且压力油腔11的内壁固定有用以对L形堵板15进行限位的矩形限位杆，套环21的上表面等角度开设有滑槽26，且L形堵板15一端的下表面固定有滑杆16的上端，并且滑杆16的下端滑动设置于滑槽26的内部。
套环21的内部开设有进油通道22，且L形堵板15的内部对应开设有与进油通道22相匹配的圆形通槽，进油通道22的内壁固定有支撑杆23，且支撑杆23的上表面焊接有第一弹簧25的下端，并且第一弹簧25的上端固定连接有封堵于进油通道22上端的第一弹力球24。
回油管道12的两端均为进口逐渐变窄的喇叭口状设置，且滑槽26为偏心式的弧形设置，并且滑杆16与滑槽26为卡合式的滑动连接。
第二双解封式防回流组件包括异型推块27、竖杆5、双解封双向通道51、伸缩杆53和第二弹力球55，且套环21的下表面等角度固定有异型推块27，压力油腔11的内部设置有竖杆5，且压力油腔11的内壁固定有用以对竖杆5进行限位的限位窄板，T形杆状结构的内部开设有双解封双向通道51，且竖杆5的下端插接于双解封双向通道51的内部，竖杆5下端的内部开设有腔槽，且腔槽的内部滑动设置有伸缩杆53的一端，并且伸缩杆53的另一端贯穿竖杆5固定连接有第二弹力球55。
竖杆5的外壁缠绕有第三弹簧52，且第三弹簧52的一端焊接于竖杆5外壁的挡块上，并且第三弹簧52的另一端固定于限位窄板的上表面，伸缩杆53的外壁缠绕有第四弹簧54，且第四弹簧54的一端焊接于腔槽的内壁，并且第四弹簧54的另一端固定于伸缩杆53端部的外壁，双解封双向通道51的两端均为进口逐渐变窄的喇叭口状设置，且第二弹力球55贴合式封堵于双解封双向通道51下喇叭口的内壁。
工作原理：在使用该长效双胶筒双解封方式扩张封隔器时，首先将扩张封隔器按照正常的施工设计方案置于井壁预定的位置，待封隔器就位后通过外部液压设备向中心管2内部施压，如图4和图9所示，油液通过中心管2边侧均匀设置的进出液口6注入对应的压力油腔11中，当压力油腔11内由套环21隔开的上部分被油注满后，在油压持续作用下会对第一弹力球24产生向下的推力使其压缩第一弹簧25稳定下落从而使得进油通道22打开并使得油液进入到压力油腔11的下半部分。
紧接着，如图8所示，压力油腔11下半部分被油液填满后油液继续加压并对第二弹力球55产生向下的推力，从而使得第二弹力球55竖直下落带动伸缩杆53同步下落并压缩第四弹簧54，进而实现双解封双向通道51的开启，随后如图3和图4所示，油液通过双解封双向通道51顺利进入到扩张胶筒4的内腔，且扩张胶筒4上下端均匀分布有多个注油的双解封双向通道51，使扩张胶筒4能够高效且均匀的膨胀，待扩张胶筒4加压膨胀至一定程度后，横向膨胀的扩张胶筒4将井壁的环形空间封闭，上下部分设置两个扩张胶筒4，一方面增加了封隔器在井壁环空内的稳定性，另一方面达到双保险的作用，一个失效另一个还可以继续使用。
待封隔完成时，在油压断开的一瞬间，由油液作为载体传输的液压瞬间消失，此时上述中的第一弹力球24和第二弹力球55分别在第一弹簧25和第四弹簧54的作用下快速复位并分别封闭进油通道22和双解封双向通道51，从而使得油液能够稳定的以一种高压状态被封锁于扩张胶筒4内，即使一个通道失效还有另外一个通道被封堵，达到了一种双保险的额外效果，避免了在油气开采过程中由于扩张胶筒4失压导致的油气泄露等一系列问题。
在封隔器作业过程中，扩张胶筒4与井壁之间保持相对静止状态，但在作业过程中由于流体的扰动使中心管2在它自己的固有频率下的振动，且中心管2的高频微振动也会同步传递至外管套1，使得外管套1与相对静止的扩张胶筒4之间产生高频的相对位移，而扩张胶筒4与外管套1的连接处最为薄弱，也就是硬质材料与橡胶材料的连接处最为薄弱，在长期高频微振动下，其连接处容易出现破损、撕裂以及断开等现象，最终会导致封隔器的失效，本发明针对上述问题在外管套1和扩张胶筒4之间增设了一组可套在中心管2外壁上滑动的胶筒连接件3，并由第二弹簧31连接，当高频微振动产生时，原本高频微振动的外管套1与静止状态下的扩张胶筒4之间产生的拉扯作用会由胶筒连接件3吸收并转移至第二弹簧31上，从而使得胶筒连接件3可套在中心管2的外壁上随着振动进行适应性的微移动，进而有效降低了封隔器作业期间流体扰动引发的震动对扩张胶筒4连接处的损伤，提高了封隔器的使用寿命。
假设需要取出封隔器时，逆时针小角度扭动中心管2（中心管2一般固定连接至地面，在取封隔器时会拆除其固定机构，正规的操作规程中可以实现中心管2上提），当中心管2旋转时外管套1在扩张胶筒4的压力作用下保持相对稳定不会跟转，而中心管2只会同步带动套环21和进出液口6进行小角度逆时针旋转，外管套1内腔开设有可供进出液口6小角度旋转的腔槽，因此不影响注液出液，而当套环21逆时针旋转时，如图5所示，滑槽26会同步逆时针旋转并对只能横向移动的滑杆16产生向心的拉力，从如使得如图9所示的滑杆16带动L形堵板15水平向右移动，一方面水平向右移动的L形堵板15会将第一弹力球24压进进油通道22中并利用自身的横板坐封进油通道22，另一方面水平向右移动的L形堵板15会将回油管道12的上端开启并与压力油腔11连通。
与此同时，如图7所示，套环21会同步带动异型推块27进行小角度的逆时针旋转，而异型推块27逆时针旋转时其边侧的弧形面会逐渐对竖杆5的半球状上端产生竖直向下的挤压力，从而使得竖杆5适应性的竖直下落并压缩第三弹簧52，同时如图8所示，竖杆5竖直下落时会通过最大回缩状态的伸缩杆53同步推动第二弹力球55竖直下落，从而使得第二弹力球55解除对双解封双向通道51的封闭，进而使得扩张胶筒4内部油液通过双解封双向通道51顺利回流至压力油腔11的下半部分，如图9所示，压力油腔11下半部分油液注满后油压会逐渐作用在回油管道12内部的重力球14上，使得重力球14克服自身重力并沿着L形杆13的外壁斜向上滑动，从而使油液顺利通过回油管道12回流至压力油腔11上半部分最终由进出液口6复位。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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 (1)
1.长效双胶筒双解封方式扩张封隔器，包括外管套(1)和中心管(2)，其特征在于：所述中心管(2)设置于外管套(1)的中心处，且外管套(1)的中间段设置有两组扩张胶筒(4)，并且扩张胶筒(4)的上下端均固定连接有胶筒连接件(3)，所述外管套(1)的内部开设有压力油腔(11)，且中心管(2)的外壁固定有套环(21)，并且中心管(2)的边侧安装有位于压力油腔(11)内部的进出液口(6)，所述套环(21)与压力油腔(11)的内壁之间设置有第一双解封式防回流组件，且外管套(1)端部的T形杆状结构密封式插接于扩张胶筒(4)的空腔内，并且套环(21)与密封通道之间安装有第二双解封式防回流组件，所述胶筒连接件(3)套设于中心管(2)的外壁且与中心管(2)构成可旋转的滑动结构，所述胶筒连接件(3)与外管套(1)之间设置有缠绕于中心管(2)外壁上的第二弹簧(31)，且第二弹簧(31)的一端焊接于胶筒连接件(3)的外壁，并且第二弹簧(31)的另一端固定于外管套(1)端部的外壁，压力油腔(11)为环形设置，且套环(21)的边缘插接封堵于压力油腔(11)的内壁，所述压力油腔(11)的内壁开设有可供进出液口(6)从动旋转的腔槽，第一双解封式防回流组件包括回油管道(12)、L形杆(13)、重力球(14)、L形堵板(15)和滑杆(16)，且压力油腔(11)的侧壁开设有回油管道(12)，且回油管道(12)的内壁固定有L形杆(13)，并且L形杆(13)的外壁滑动设置有重力球(14)，所述套环(21)的上表面贴合设置有L形堵板(15)，且L形堵板(15)的边侧贴合于回油管道(12)的上出口，并且压力油腔(11)的内壁固定有用以对L形堵板(15)进行限位的矩形限位杆，所述套环(21)的上表面等角度开设有滑槽(26)，且L形堵板(15)一端的下表面固定有滑杆(16)的上端，并且滑杆(16)的下端滑动设置于滑槽(26)的内部，套环(21)的内部开设有进油通道(22)，且L形堵板(15)的内部对应开设有与进油通道(22)相匹配的圆形通槽，所述进油通道(22)的内壁固定有支撑杆(23)，且支撑杆(23)的上表面焊接有第一弹簧(25)的下端，并且第一弹簧(25)的上端固定连接有封堵于进油通道(22)上端的第一弹力球(24)，回油管道(12)的两端均为进口逐渐变窄的喇叭口状设置，且滑槽(26)为偏心式的弧形设置，并且滑杆(16)与滑槽(26)为卡合式的滑动连接，第二双解封式防回流组件包括异型推块(27)、竖杆(5)、双解封双向通道(51)、伸缩杆(53)和第二弹力球(55)，且套环(21)的下表面等角度固定有异型推块(27)，所述压力油腔(11)的内部设置有竖杆(5)，且压力油腔(11)的内壁固定有用以对竖杆(5)进行限位的限位窄板，所述T形杆状结构的内部开设有双解封双向通道(51)，且竖杆(5)的下端插接于双解封双向通道(51)的内部，所述竖杆(5)下端的内部开设有腔槽，且腔槽的内部滑动设置有伸缩杆(53)的一端，并且伸缩杆(53)的另一端贯穿竖杆(5)固定连接有第二弹力球(55)，竖杆(5)的外壁缠绕有第三弹簧(52)，且第三弹簧(52)的一端焊接于竖杆(5)外壁的挡块上，并且第三弹簧(52)的另一端固定于限位窄板的上表面，所述伸缩杆(53)的外壁缠绕有第四弹簧(54)，且第四弹簧(54)的一端焊接于腔槽的内壁，并且第四弹簧(54)的另一端固定于伸缩杆(53)端部的外壁，所述双解封双向通道(51)的两端均为进口逐渐变窄的喇叭口状设置，且第二弹力球(55)贴合式封堵于双解封双向通道(51)下喇叭口的内壁，所述异型推块(27)的一侧为内陷式的弧形面，且竖杆(5)的上端为半球状设置。
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