CN212479159U - 一种高强度的机械可取式封隔器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高强度的机械可取式封隔器，属油气井井下作业工具技术领域。它由上接头、中心管、下接头构成，中心管的一端螺纹安装有上接头，中心管的另一端螺纹安装有下接头，上接头一侧的中心管上通过平衡阀套装有平衡活塞，平衡阀套的一端端头上通过延伸套螺纹安装有上端锚定扶正机构，上端锚定扶正机构一侧的中心管上通过锥筒装有密封机构，下接头上滑动装有爪接头，爪接头一侧的中心管上通过连接套和固定螺钉装有下端锚定扶正机构，该封隔器解封简单、坐封充分，满足了各种恶劣井况下封隔器及时解封的需求，有效避免了管柱工作时出现上窜的情况；非常适合油气井井下作业使用。

Description

一种高强度的机械可取式封隔器

技术领域

本实用新型涉及一种高强度的机械可取式封隔器，属油气井井下作业工具技术领域。

背景技术

封隔器是油井钻采工艺中重要的井下工具之一，在高温、高压、高钢级套管、高比重泥浆的井下苛刻作业环境中，现有封隔器因其结构的原因存在缺陷：

1、采用单向卡瓦的封隔器在高压作业时没有向上的锚定力，封隔器在工作时容易出现上窜的情况，坐封不稳定，存在安全隐患；

2、采用双向卡瓦的封隔器结构复杂，坐封完成后不易解封，甚至不能解封，不能满足各种恶劣井况下封隔器及时解封的需求，直接降低工作效率；因此有必要对其进行改进。

发明内容

本实用新型的目的在于：提供一种结构简单、坐封充分，有效提高工作效率，保证封隔器的稳定性，同时满足了各种恶劣井况下封隔器及时解封需求的高强度的机械可取式封隔器。

本实用新型的技术方案是：

一种高强度的机械可取式封隔器，它由上接头、中心管、下接头、密封机构、上端锚定扶正机构和下端锚定扶正机构构成，其特征在于：中心管的一端螺纹安装有上接头，中心管的另一端螺纹安装有下接头，上接头一侧的中心管上通过平衡阀套装有平衡活塞，平衡阀套的一端端头上通过延伸套螺纹安装有上端锚定扶正机构，上端锚定扶正机构一侧的中心管上通过锥筒装有密封机构，所述下接头上滑动装有爪接头，爪接头一侧的中心管上通过连接套和固定螺钉装有下端锚定扶正机构，下端锚定扶正机构通过套筒和锁环与锥筒间歇接触连接。

所述的中心管的圆周上设置有凸台，凸台与平衡活塞抵触连接。

所述的平衡阀套外圆上均布设置有平衡孔。

所述的锥筒外圆上均布设置有传压孔。

所述的上端锚定扶正机构由球齿座、上导环、复位弹簧A、合金球齿和压板构成，球齿座为变径筒状，球齿座套装在中心管上，球齿座的一端端头与延伸套螺纹连接，靠近延伸套的球齿座外圆上装有上导环，上导环一侧的球齿座外圆上均布设置有装配槽，装配槽与球齿座的中心孔连通，装配槽内通过压板装有合金球齿和复位弹簧A，合金球齿的中心部位设置有装配凹孔，复位弹簧A的顶端与压板抵触连接，复位弹簧A的底端与合金球齿的装配凹孔抵触连接。

所述的下端锚定扶正机构由牵引体、合金卡瓦、合金摩擦块和复位弹簧B构成，牵引体的一端端头通过弹簧片装有合金卡瓦，牵引体中间位置的外圆上均布设置有安装槽，安装槽内通过复位弹簧B装有合金摩擦块，牵引体的另一端与连接套之间通过固定螺钉固定连接。

所述的密封机构由上调节环、下调节环、隔环、胶筒和衬套构成，衬套上间隔状分别设置有上调节环和下调节环，上调节环和下调节环之间的衬套上间隔状分别设置有多个胶筒，各个胶筒之间分别设置有隔环，所述衬套套装在中心管上，衬套与锥筒之间通过键和键槽配合滑动连接，所述的上调节环与上端锚定扶正机构之间螺纹连接，下调节环与锥筒之间螺纹连接。

所述的下接头外圆上设置有凸耳。

所述的爪接头外圆上设置有导向槽，导向槽呈J字形。

所述的上接头一端端头外圆上设置有台阶环槽，台阶环槽上螺纹安装有硫化密封件。

本实用新型的有益效果：

该高强度的机械可取式封隔器结构简单、坐封充分，通过硫化密封件与平衡阀套形成旁通机构，能有效阻隔油、套管间的压力差，有效消除封隔器解封时的抽汲效应，减少工具损伤；通过平衡阀套与平衡活塞形成的平衡机构，平衡因封隔器下环空承压时产生的上顶力，有效避免了管柱工作时出现上窜的情况；爪接头和下接头配合，能有效防止封隔器再次起、下过程中提前坐封或遇卡的情况发生；该封隔器的合金摩擦块耐磨性好，能保证该封隔器处于扶正居中的状态，有效克服坐封阻力，使该封隔器不会在套管内随意移动，非常适合油气井井下作业使用。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1中A处的放大结构示意图；

图3为图1中B处的放大结构示意图；

图4为图1中C处的放大结构示意图；

图5为图4中爪接头和下接头部分移动轨迹的工作状态结构示意图；

图6为本实用新型的工作状态结构示意图；

图7为图6中D处的放大结构示意图；

图8为图6中E处的放大结构示意图。

图中：1、上接头，2、中心管，3、下接头，4、硫化密封件，5、凸台，6、平衡阀套，7、平衡活塞，8、延伸套，9、平衡孔，10、球齿座，11、上导环，12、复位弹簧A，13、合金球齿，14、压板，15、固定螺钉，16、装配槽，17、上调节环，18、下调节环，19、隔环，20、胶筒，21、衬套，22、锥筒，23、凸耳，24、爪接头，25、导向槽，26、连接套，27、牵引体，28、合金卡瓦，29、合金摩擦块，30、复位弹簧B，31、安装槽，32、套筒，33、锁环，34、传压孔，35、套管，36、弹簧片，37、环空通道，38、旁通孔。

具体实施方式

该高强度的机械可取式封隔器由上接头1、中心管2、下接头3、密封机构、上端锚定扶正机构和下端锚定扶正机构构成，中心管2的一端螺纹安装有上接头1，上接头1一端端头外圆上设置有台阶环槽，台阶环槽上螺纹安装有硫化密封件4。

上接头1一侧的中心管2外圆上设置有凸台5，凸台5一侧的中心管上通过平衡阀套6装有平衡活塞7，平衡活塞7一端呈凸起状。平衡阀套6的一端端头设置有装配孔；装配孔与中心管2之间设置有环空形成的旁通孔38，平衡活塞7与中心管2之间形成有环空通道37，平衡阀套6与平衡活塞7之间设置有O型密封圈，平衡阀套6的一端端头螺纹安装有延伸套8，延伸套8与中心管2之间形成有环空通道37，延伸套8与平衡活塞7之间设置有O型密封圈，平衡阀套6外圆上均布设置有平衡孔9，平衡阀套6、平衡活塞7和延伸套8之间共同形成一个活塞腔，活塞腔与平衡孔9连通，平衡阀套6和平衡活塞7构成一个平衡机构，能平衡该封隔器下环空承压时产生的上顶力，有效保证了管柱工作时不上窜。

该封隔器的硫化密封件4与平衡阀套6的旁通孔38配合密封，有效阻隔油、套管间的压力差，以消除该封隔器解封时的抽汲效应，从而减少工具损伤。

延伸套8的一端端头上螺纹安装有上端锚定扶正机构，上端锚定扶正机构由球齿座10、上导环11、复位弹簧A12、合金球齿13和压板14构成，球齿座10为变径筒状，球齿座10套装在中心管2上，球齿座10与中心管2之间形成有环空通道37，球齿座10的一端端头与延伸套8螺纹连接，球齿座10与延伸套8之间设置有O型密封圈，球齿座10一端外圆上套装有上导环11，通过上导环11对球齿座10起到扶正作用；上导环11一侧的球齿座10外圆上均布设置有装配槽16，装配槽16与球齿座10的中心孔连通，装配槽16内通过压板14和复位弹簧A12装有合金球齿13，球齿座10与压板14之间通过固定螺钉15连接，合金球齿13与装配槽16的内壁之间设置有O型密封圈，合金球齿13的中心部位设置有装配凹孔，复位弹簧A12的顶端与压板14抵触连接，复位弹簧A12的底端与合金球齿13的装配凹孔抵触连接，复位弹簧A12的作用是：当作业完成后，通过复位弹簧A12的预紧力，使得合金球齿13在装配槽16内发生复位。

上端锚定扶正机构一侧的中心管2上通过锥筒22装有密封机构，密封机构由上调节环17、下调节环18、隔环19、胶筒20和衬套21构成，衬套21套装在中心管2上，衬套21与中心管2之间形成有环空通道37，衬套21一端端头与上端锚定扶正机构的球齿座10螺纹连接，衬套21与球齿座10之间设置有O型密封圈，衬套21另一端端头通过键和键槽配合与锥筒22滑动连接，衬套21的外圆上间隔状分别设置有上调节环17和下调节环18，上调节环17的一端与上端锚定扶正机构的球齿座10螺纹连接，下调节环18的一端与锥筒22螺纹连接，上调节环17和下调节环18之间的衬套21上间隔状分别设置有多个胶筒20，各个胶筒20之间分别设置有隔环19，锥筒22外圆上均布设置有传压孔34，通过锥筒22、衬套21、中心管2和球齿座10形成工作腔，工作腔和传压孔34连通。

中心管2的另一端螺纹安装有下接头3，下接头3外圆上设置有凸耳23，下接头3上滑动装有爪接头24，爪接头24外圆上设置有导向槽25，导向槽25为J字形，导向槽25与凸耳23配合卡接，爪接头24一侧的中心管2上通过连接套26和固定螺钉15装有下端锚定扶正机构，下端锚定扶正机构由牵引体27、合金卡瓦28、合金摩擦块29和复位弹簧B30构成，牵引体27的一端端头通过弹簧片36装有合金卡瓦28，牵引体27中间位置的外圆上均布设置有安装槽31，安装槽31内通过复位弹簧B30装有合金摩擦块29，安装槽31对合金摩擦块29形成限位，牵引体27的另一端与连接套26之间通过固定螺钉15固定连接，下端锚定扶正机构的牵引体27通过套筒32和锁环33与锥筒22间歇接触连接，套筒32和锁环33螺纹连接，锁环33对牵引体27形成限位。

该封隔器的合金球齿13、合金卡瓦28和合金摩擦块29上都镶有硬度为HRC95的硬质合金块，可以牢固的锚定于不同钢级的套管中，且耐磨性更好，坐封可靠，使得封隔器的适用性更强。

该封隔器工作时，首先将该封隔器与油管和钻井工具连接，然后下入至预定位置，该封隔器下入指定位置后，由于牵引体27的安装槽31内通过复位弹簧B30装有合金摩擦块29，牵引体27的安装槽31对合金摩擦块29形成限位，合金摩擦块29在复位弹簧B30的预紧力作用下始终贴合于套管35的内壁上，通过复位弹簧B30和合金摩擦块29的配合使下端锚定扶正机构不会随意移动。

通过上接头1对中心管2上提一定的吨位，中心管2带动下接头3同步发生向上的移动，下接头3的凸耳23在爪接头24的导向槽25内向上滑动，然后通过上接头1对中心管2施加右旋扭矩，中心管2将右旋扭矩传递给下接头3，下接头3的凸耳23沿着爪接头24的导向槽25滑出爪接头24，此时释放上提吨位及右旋扭矩，使下端锚定扶正机构与下接头3之间进行解锁。

通过上接头1对中心管2施加下压重量，由于下端锚定扶正机构与下接头3之间解锁完成，下端锚定扶正机构不会因对中心管2施加下压重量而发生随意移动，这样通过下端锚定扶正机构同时保证了该封隔器始终处于居中状态。

在通过上接头1对中心管2施加下压重量的过程中，上接头1上的硫化密封件4与平衡阀套6的旁通孔38相互贴死时，硫化密封件4与平衡阀套6之间形成密封，这样有效阻隔油、套管35间的压力差，同时，上接头1对平衡阀套6施加的压力通过延伸套8传递给上端锚定扶正机构、密封机构和锥筒22，从而使得上接头1同步带动硫化密封件4、中心管2、平衡活塞7、平衡阀套6、上端锚定扶正机构、密封机构和锥筒22发生向下的运动。

随着上接头1带动锥筒22在衬套21上滑动，直到锥筒22完全与合金卡瓦28接触并挤压合金卡瓦28，通过弹簧片36和牵引体27的配合使其向外张开，合金卡瓦28锚定于套管35内壁上，合金卡瓦28完成坐封。

此时，继续对上接头1施加下压重量，合金卡瓦28和合金摩擦块29同时克服向下的摩擦阻力，上接头1受到的压力传递给平衡阀套6，并通过延伸套8和球齿座10传递给上调节环17，密封机构的衬套21和上调节环17在球齿座10的推动下沿着锥筒22的键槽向下滑动，由于下端锚定扶正机构对锥筒22形成限位，从而通过锥筒22对下调节环18形成限位，通过上调节环17与下调节环18相互配合，实现对胶筒20的挤压，胶筒20受挤压后紧贴套管35内壁上，胶筒20完成坐封。

胶筒20坐封完成后，打入高压钻井液，高压钻井液通过钻井工具进入该封隔器与套管35之间的环空通道，由于该封隔器胶筒20的阻隔，高压钻井液通过锥筒22上的传压孔34进入锥筒22与中心管2之间的工作腔内，经衬套21与中心管2之间的环空通道37进入至上端锚定扶正机构与中心管2之间的环空通道37中，由于中心管2发生了移动，带动中心管2的凸台5发生移动，使得延伸套8和中心管2之间的环空通道37与平衡活塞7和中心管2之间的环空通道37相互连通，上端锚定扶正机构与中心管2之间环空通道37的高压钻井液，在压力的作用下，绕过中心管2的凸台5进入至平衡活塞7和中心管2之间的环空通道37中，由于硫化密封件4与平衡阀套6的旁通孔38配合密封，高压钻井液汇集于平衡活塞7左端的台阶面上，在压力差的作用下，推动平衡活塞7发生向下移动，直到平衡活塞7与中心管2的凸台5抵触连接，通过平衡活塞7平衡了该封隔器下环空承压时产生的上顶力，有效保证管柱工作时压力平衡而不上窜，此时，上端锚定扶正机构与中心管2之间的环空通道37压力增大，使得上端锚定扶正机构的合金球齿13内外形成压力差，合金球齿13在压力差作用下由球齿座10的装配槽16径向伸出，合金球齿13并压缩复位弹簧A12，使得合金球齿13上的硬质合金块锚定在套管35内壁上，从而完成合金球齿13锚定作业；由此，完成了该封隔器整个坐封作业。

该封隔器解封时，首先上提管柱，通过上接头1带动中心管2发生向上的移动，然后硫化密封件4在上接头1的带动下发生向上移动，并脱离平衡阀套6的旁通孔38，此时硫化密封件4与平衡阀套6之间形成密封面解除，平衡阀套6与中心管2之间的旁通孔38打开，使得油管和套管35之间压力平衡，合金球齿13失去高压钻井液的压力支撑，在复位弹簧A12的弹力作用下合金球齿13在球齿座10的装配槽16内径向收缩，此时合金球齿13成功释放。

合金球齿13释放成功后，继续上提管柱，中心管2的凸台5带动平衡活塞7、平衡阀套6、延伸套8、球齿座10、上调节环17和衬套21向上运动，由此通过上调节环17和衬套21与下调节环18配合，上调节环17和下调节环18不再对胶筒20形成挤压，胶筒20发生回弹，此时胶筒20成功解封。

胶筒20成功解封后，再次上提管柱，衬套21带动锥筒22向上移动，锥筒22不再对合金卡瓦28形成支撑，在弹簧片36的弹力作用下，合金卡瓦28径向收缩，当合金卡瓦28完全脱离套管35内壁时，此时合金卡瓦28成功解封；即，完成该封隔器整个解封作业。

Claims (10)

1.一种高强度的机械可取式封隔器，它由上接头(1)、中心管(2)、下接头(3)、密封机构、上端锚定扶正机构和下端锚定扶正机构构成，其特征在于：中心管(2)的一端螺纹安装有上接头(1)，中心管(2)的另一端螺纹安装有下接头(3)，上接头(1)一侧的中心管(2)上通过平衡阀套(6)装有平衡活塞(7)，平衡阀套(6)的一端端头上通过延伸套(8)螺纹安装有上端锚定扶正机构，上端锚定扶正机构一侧的中心管(2)上通过锥筒(22)装有密封机构，所述下接头(3)上滑动装有爪接头(24)，爪接头(24)一侧的中心管(2)上通过连接套(26)和固定螺钉(15)装有下端锚定扶正机构，下端锚定扶正机构通过套筒(32)和锁环(33)与锥筒(22)间歇接触连接。

2.根据权利要求1所述的一种高强度的机械可取式封隔器，其特征在于：所述的中心管(2)的圆周上设置有凸台(5)，凸台(5)与平衡活塞(7)抵触连接。

3.根据权利要求1所述的一种高强度的机械可取式封隔器，其特征在于：所述的平衡阀套(6)外圆上均布设置有平衡孔(9)。

4.根据权利要求1所述的一种高强度的机械可取式封隔器，其特征在于：所述的锥筒(22)外圆上均布设置有传压孔(34)。

5.根据权利要求1所述的一种高强度的机械可取式封隔器，其特征在于：所述的上端锚定扶正机构由球齿座(10)、上导环(11)、复位弹簧A(12)、合金球齿(13)和压板(14)构成，球齿座(10)为变径筒状，球齿座(10)套装在中心管(2)上，球齿座(10)的一端端头与延伸套(8)螺纹连接，靠近延伸套(8)的球齿座(10)外圆上套装有上导环(11)，上导环(11)一侧的球齿座(10)外圆上均布设置有装配槽(16)，装配槽(16)与球齿座(10)的中心孔连通，装配槽(16)内通过压板(14)装有合金球齿(13)和复位弹簧A(12)，合金球齿(13)的中心部位设置有装配凹孔，复位弹簧A(12)的顶端与压板(14)抵触连接，复位弹簧A(12)的底端与合金球齿(13)的装配凹孔抵触连接。

6.根据权利要求1所述的一种高强度的机械可取式封隔器，其特征在于：所述的下端锚定扶正机构由牵引体(27)、合金卡瓦(28)、合金摩擦块(29)和复位弹簧B(30)构成，牵引体(27)的一端端头通过弹簧片(36)装有合金卡瓦(28)，牵引体(27)中间位置的外圆上均布设置有安装槽(31)，安装槽(31)内通过复位弹簧B(30)装有合金摩擦块(29)，牵引体(27)的另一端与连接套(26)之间通过固定螺钉(15)固定连接。

7.根据权利要求1所述的一种高强度的机械可取式封隔器，其特征在于：所述的密封机构由上调节环(17)、下调节环(18)、隔环(19)、胶筒(20)和衬套(21)构成，衬套(21)上间隔状分别设置有上调节环(17)和下调节环(18)，上调节环(17)和下调节环(18)之间的衬套(21)上间隔状分别设置有多个胶筒(20)，各个胶筒(20)之间分别设置有隔环(19)，所述衬套(21)套装在中心管(2)上，衬套(21)与锥筒(22)之间通过键和键槽配合滑动连接，所述的上调节环(17)与上端锚定扶正机构之间螺纹连接，下调节环(18)与锥筒(22)之间螺纹连接。

8.根据权利要求1所述的一种高强度的机械可取式封隔器，其特征在于：所述的下接头(3)外圆上设置有凸耳(23)。

9.根据权利要求1所述的一种高强度的机械可取式封隔器，其特征在于：所述的爪接头(24)外圆上设置有导向槽(25)，导向槽(25)呈J字形。

10.根据权利要求1所述的一种高强度的机械可取式封隔器，其特征在于：所述的上接头(1)一端端头外圆上设置有台阶环槽，台阶环槽上螺纹安装有硫化密封件(4)。

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