CN105239956A - 楔式密封器 - Google Patents
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Abstract
本发明创造提供了楔式密封器，属于油田开发采油工艺领域，所述楔式密封器设置在套管内，包括从上到下顺次连接的使得油管和套管连通的油套连通器、上护楔器、锥体、容楔连接管、下护楔器和正压时关闭反压时打开的单流阀，所述的锥体上套设有环形密封楔。本发明创造所述的楔式密封器，设置在套管(井筒)内，环形密封楔在压力作用下沿中间的椎体下行，越楔越紧，实现密封油套环形空间目的。同时在需要时，在套管(井筒)内通过打高压或上提管柱使环形密封楔脱离椎体落入容楔连接管而失效。
Description
技术领域
本发明创造属于油田开发采油工艺领域，尤其是涉及一种井筒(套筒)内密封用的楔式密封器。
背景技术
在从油井诞生那天起，世界范围内为了开发的需要在井筒套管内封隔油、气、水时所用的各类封隔器的密封元件都采用橡胶材料。工作原理是通过打压膨胀或机械挤压办法利用橡胶筒的高弹性实现封隔井筒的目的。用该原理制作的各种类型的封隔器在采油、注水等生产中、压裂、酸化、防砂、排液等施工中做出了巨大的历史性贡献。但是也发现了该类产品严重的缺陷：
1、耐老化和疲劳性差。由于橡胶筒在井筒套管内工作要承受高温、高压、温差变化、压差变化、管柱蠕动、频动磨损以及流体介质中腐蚀成分的综合作用使其在实验室中橡胶能耐老化5年的封隔器，实际使用中不到一年就失效了。大量的、长期的生产统计数据表明：目前在用的各类封隔器95％以上在一年内失效。而封隔器失效期至少要达到三年半以上才能满足油井和注水井的需要。
2、可靠性差。由于制造、装卸、运输、工作等诸环节特别是井斜和井筒套管不干净以及频繁坐封造成下井过程中橡胶筒损坏。还有结构的原因使胶筒受力不均匀，造成失效。现场施工中经常出现好容易将封隔器下到位置，却发现失效了，需要换一个下井。而新换的能不能保证不失效却是未知的。还有一种情况：由于胶筒有部分损伤(在井内无法检查，只有起出井口才能检查)，开始能有效工作，但不知什么时候就失效了等等，由此造成的损失非常巨大。
3、使用前需要用通井规通井和用刮削器刮削；使用后井内有橡胶块等井下落物。
4、由于目前没有一款可靠的密封油套环形空间的产品，在采油工艺领域不得不改变和放弃许多重大的工艺措施，由此造成的损失更是非常巨大。
发明内容
有鉴于此，本发明创造旨在提供了一种与现有产品结构完全不同的、在井筒套管内可靠性好、使用时间长的封隔工具-楔式密封器。
为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
一种楔式密封器，所述楔式密封器设置在套管1内，包括从上到下顺次连接的使得油管和套管1连通的油套连通器2、上护楔器3、锥体4、容楔连接管5、下护楔器6和正压时关闭反压时打开的单流阀7，所述的锥体4上套设有环形密封楔8；
所述的上护楔器3包括第一空心中心体31，均匀环设在第一空心中心体31外表面上的多个第一扶正筋板32、串联多个第一扶正筋板32并设置在第一空心中心体31下端的第一环形加强板33和设置在第一环形加强板33上的第一泄流孔34，所述的多个第一扶正筋板32远离第一环形加强板33一端的弧度小于靠近第一环形加强板33一端的弧度，所述的第一环形加强板33的高度与第一环形加强板33和第一扶正筋板32的连接处的第一扶正筋板32的高度一致；
所述的锥体4上端的直径小于锥体4下端的直径；
所述的容楔连接管5的外径小于锥体4的最小外径；
所述的下护楔器6的最大外径与套管1内径相适应，所述的下护楔器6包括第二空心中心体61，均匀环设在第二空心中心体61外表面上的多个第二扶正筋板62、串联多个第二扶正筋板62并设置在第二空心中心体61靠近下端处的第二环形加强板63和设置在第二环形加强板63上的第二泄流孔64，所述的多个第二扶正筋板62的弧度沿第二空心中心体61的上端到下端先增大后减小，所述的第二环形加强板63的高度与第二环形加强板63和第二扶正筋板62连接处第二扶正筋板62的高度一致；
所述的环形密封楔8包括柔性密封套81和尼龙外筒82，所述的柔性密封套81包括密封帽811和密封环812，所述的密封帽811和密封环812一体成型，所述的密封帽811设置在密封环812的上端，所述的尼龙外筒82套设在密封环812外，所述的尼龙外筒82的顶端顶在密封帽811上，所述的尼龙外筒82外表面上沿其轴向方向交错设有多条互不连通的缝隙821，所述的尼龙外筒82的外径与套管1的内径相同，所述的尼龙外筒82的上端的内径小于下端的内径。
进一步的，所述油套连通器2为油管上开有条形通槽的结构。
进一步的，所述上护楔器3的第一空心中心体31上下两端分别设有第一母接头35和第一公接头36，所述第一母接头35通过丝扣与油套连通器2连接，所述第一公接头36与锥体4之间螺纹连接。
进一步的，所述下护楔器6的第二空心中心体61的上下两端分别设有第二母接头65和第二公接头66，所述第二母接头65通过丝扣与容楔连接管5连接，所述第二公接头66与单流阀7通过丝扣连接。
进一步的，所述所有相邻两个扶正筋板之间的环形加强板上均设置泄流孔，且泄流孔靠近空心中心体的一侧设置。
进一步的，所述锥体4的长度不小于环形密封楔8的长度。
进一步的，所述多个缝隙821之间平行设置，且分布在整个尼龙外筒82的外表面上。
进一步的，所述容楔连接管5的长度不小于环形密封楔8的长度。
进一步的，所述上护楔器3和下护楔器6的最大外径均小于套管1内径3-6mm。
进一步的，所述单流阀7包括自由阀球和球座，所述正压力状态下的自由阀球坐落在球座上，反压状态下的自由阀球离开球座。
相对于现有技术，本发明创造所述的楔式密封器具有以下优势：
本发明创造所述的楔式密封器，设置在套管(井筒)内，环形密封楔在压力作用下沿中间的椎体下行，越楔越紧，实现密封油套环形空间目的。同时在需要时，在套管(井筒)内通过打高压或上提管柱使环形密封楔脱离椎体落入容楔连接管而失效。
附图说明
构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
图1为本发明创造实施例所述的楔式密封器的下井状态图；
图2为本发明创造实施例所述的楔式密封器中上护楔器的结构示意图；
图3为本发明创造实施例所述的楔式密封器中下护楔器的结构示意图；
图4为图3的A向视图；
图5为本发明创造实施例所述的楔式密封器中环形密封楔的结构示意图；
图6为本发明创造实施例所述的楔式密封器中柔性密封套的结构示意图；
图7为本发明创造实施例所述的楔式密封器中尼龙外筒结构示意图；
图8为本发明创造实施例所述的楔式密封器的工作状态图；
图9为本发明创造实施例所述的楔式密封器的起出状态图。
附图标记说明：
1-套管，2-油套连通器，3-上护楔器，31-第一空心中心体，32-第一扶正筋板，33-第一环形加强板，34-第一泄流孔，35-第一母接头，36-第一公接头，4-锥体，5-容楔连接管，6-下护楔器，61-第二空心中心体，62-第二扶正筋板，63-第二环形加强板，64-第二泄流孔，65-第二母接头，66-第二公接头，7-单流阀，8-环形密封楔，81-柔性密封套，811-密封帽，812-密封环，82-尼龙外筒，821-缝隙。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。
如图1所示，楔式密封器，所述楔式密封器设置在套管1内，包括从上到下顺次连接的使得油管和套管1连通的油套连通器2、上护楔器3、锥体4、容楔连接管5、下护楔器6和正压时关闭反压时打开的单流阀7，所述的锥体4上套设有环形密封楔8。
如图2所示，所述上护楔器3的最大外径小于套管1内径3-6mm，所述的上护楔器3包括第一空心中心体31，均匀环设在第一空心中心体31外表面上的多个第一扶正筋板32、串联多个第一扶正筋板32并设置在第一空心中心体31下端的第一环形加强板33和设置在第一环形加强板33上的第一泄流孔34，所述的多个第一扶正筋板32远离第一环形加强板33一端的弧度小于靠近第一环形加强板33一端的弧度，所述的第一环形加强板33的高度与第一环形加强板33和第一扶正筋板32的连接处的第一扶正筋板32的高度一致，上护楔器3的第一空心中心体31上下两端分别设有第一母接头35和第一公接头36，所述第一母接头35通过丝扣与油套连通器2连接，所述第一公接头36与锥体4之间螺纹连接，上护楔器3的主要作用是下井时第一空心中心体31和第一环形加强板33推动件环形密封楔8下行的同时与下护楔器6共同保护环形密封楔8免受强烈冲击和挤压，同时在套管1变形、井内落物等遇卡时利用扶正筋板的变形轻松解卡。泄流孔的作用是：下井或起出、打压时流体能从其中通过。
锥体4上端的直径小于锥体4下端的直径，锥体4的长度不小于环形密封楔8的长度，环形密封楔8在压力作用下紧贴其外壁从小端向大端滑动，并同时与套管1内壁紧密贴合，从而达到密封油管和套管1环形空间的目的。
容楔连接管5的外径小于锥体的最小外径，容楔连接管5的长度不小于环形密封楔8的长度，在需要将楔式密封器起出套管1时使失效的环形密封楔8挤入此处存留。
如图3-图4所示，下护楔器6的最大外径小于套管1内径3-6mm，所述的下护楔器6包括第二空心中心体61，均匀环设在第二空心中心体61外表面上的多个第二扶正筋板62、串联多个第二扶正筋板62并设置在第二空心中心体61靠近下端处的第二环形加强板63和设置在第二环形加强板63上的第二泄流孔64，所述的多个第二扶正筋板62的弧度沿第二空心中心体61的上端到下端先增大后减小，所述的第二环形加强板63的高度与第二环形加强板63和第二扶正筋板62连接处第二扶正筋板62的高度一致，下护楔器6的第二空心中心体61的上下两端分别设有第二母接头65和第二公接头66，所述第二母接头65通过丝扣与容楔连接管5连接，所述第二公接头66与单流阀7通过丝扣连接，下护楔器6的主要作用是下井时代替通井规和刮削器对套管1内壁进行处理，与上护楔器3共同保护环形密封楔8免受强烈冲击和挤压，同时扶正筋板的形状是下面的直径大、上面的直径小，在套管1内不易被卡住，即使由于套管1变形、井内落物等遇卡时利用扶正筋板的变形也可以轻松解卡，同时位于容楔连接管5的下部，使失效的环形密封楔落8在其上。
所有相邻两个扶正筋板之间的环形加强板上均设置泄流孔，且泄流孔靠近空心中心体的一侧设置。
如图5-图7所示，所述的环形密封楔8包括柔性密封套81和尼龙外筒82，所述的柔性密封套81包括密封帽811和密封环812，所述的密封帽811和密封环812一体成型，所述的密封帽811设置在密封环812的上端，所述的尼龙外筒82套设在密封环812外，所述的尼龙外筒82的顶端顶在密封帽811上，所述的尼龙外筒82外表面上沿其轴向方向交错设有多条互不连通的缝隙821，多个缝隙821之间平行设置，且分布在整个尼龙外筒82的外表面上，所述的尼龙外筒82的外径与套管1的内径相同，所述的尼龙外筒82的上端的内径小于下端的内径，柔性密封套81的制作材料为耐油、耐高温、耐腐蚀、耐冲击的橡胶，自然状态下密封帽811外径大于套管1内径，下井时靠其柔韧性被挤入套管1内，与套管1内壁始终处于紧密贴合状态。初始打压时，在其上下形成正压差推动整个环形密封楔8沿锥体4外壁向下楔动。尼龙外筒82是将一种即有一定硬度、又有一定弹性、在一定受力范围内不会发生塑性变形的尼龙材料做成外径与套管1内径相同、内径下端大上端小的楔形筒，并沿轴向在其上下圆周上各均匀切割出数条角度相互交错、长度相互重叠、上下不连通、有一定宽度的缝隙821。尼龙外筒82受挤压时，缝隙821变小，则周长变小，直径自然变小。在套管1内顺利滑行。当外力超过尼龙发生塑性变形的力时，缝隙821容纳尼龙外筒82本体变形。又由于尼龙外筒82强度高、耐磨性好，在套管1内滑行时对柔性密封套81形成保护。
油套连通器2为油管上开有条形通槽的结构。
单流阀7包括自由阀球和球座，所述正压力状态下的自由阀球坐落在球座上，反压状态下的自由阀球离开球座。
如图8所示，楔式密封器进入预定位置后，关闭油管闸门，反洗井打压，单流阀7在正压力作用下关闭，流体挤压环形密封楔8紧贴锥体4外壁和套管1内壁向下楔行。随压力增高，环形密封楔8在锥体4外壁与套管1内壁环形空间内楔入的更紧密，从而密封油套环形空间。打开油管出口闸门，洗井液通过油套连通器2从油套环形空间进入油管内，从油管闸门排出。当洗井结束后，抽油泵通过油套连通器2将环形密封楔8以上油套环形空间液体排空，环形密封楔8在其自身收缩力、上下压差、液体汐涌、管柱蠕动的联合作用下沿锥体上行，从而处于被保护状态。以后每次洗井时重复上述过程。实现洗井液体不污染地层从而保护地层的目的。
如图9所示，当需要将楔式密封器从套管1内提出时，需将环形密封楔8移至容楔连接管5的位置。方法有二：a从套管1反打高压，将环形密封楔8向下推过锥体4落入下护楔器6上面，进入容楔连接管5的位置。b上提油管柱，将锥体4从环形密封楔8中脱出，则环形密封楔8落入下护楔器6上面，进入容楔连接管5的位置，失效的状态而从锥体4上脱下。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种楔式密封器，其特征在于：所述楔式密封器设置在套管(1)内，包括从上到下顺次连接的使得油管和套管(1)连通的油套连通器(2)、上护楔器(3)、锥体(4)、容楔连接管(5)、下护楔器(6)和正压时关闭反压时打开的单流阀(7)，所述的锥体(4)上套设有环形密封楔(8)；
所述的上护楔器(3)包括第一空心中心体(31)，均匀环设在第一空心中心体(31)外表面上的多个第一扶正筋板(32)、串联多个第一扶正筋板(32)并设置在第一空心中心体(31)下端的第一环形加强板(33)和设置在第一环形加强板(33)上的第一泄流孔(34)，所述的多个第一扶正筋板(32)远离第一环形加强板(33)一端的弧度小于靠近第一环形加强板(33)一端的弧度，所述的第一环形加强板(33)的高度与第一环形加强板(33)和第一扶正筋板(32)的连接处的第一扶正筋板(32)的高度一致；
所述的锥体(4)上端的直径小于锥体(4)下端的直径；
所述的容楔连接管(5)的外径小于锥体(4)的最小外径；
所述的下护楔器(6)的最大外径与套管(1)内径相适应，所述的下护楔器(6)包括第二空心中心体(61)，均匀环设在第二空心中心体(61)外表面上的多个第二扶正筋板(62)、串联多个第二扶正筋板(62)并设置在第二空心中心体(61)靠近下端处的第二环形加强板(63)和设置在第二环形加强板(63)上的第二泄流孔(64)，所述的多个第二扶正筋板(62)的弧度沿第二空心中心体(61)的上端到下端先增大后减小，所述的第二环形加强板(63)的高度与第二环形加强板(63)和第二扶正筋板(62)连接处第二扶正筋板(62)的高度一致；
所述的环形密封楔(8)包括柔性密封套(81)和尼龙外筒(82)，所述的柔性密封套(81)包括密封帽(811)和密封环(812)，所述的密封帽(811)和密封环(812)一体成型，所述的密封帽(811)设置在密封环(812)的上端，所述的尼龙外筒(82)套设在密封环(812)外，所述的尼龙外筒(82)的顶端顶在密封帽(811)上，所述的尼龙外筒(82)外表面上沿其轴向方向交错设有多条互不连通的缝隙(821)，所述的尼龙外筒(82)的外径与套管(1)的内径相同，所述的尼龙外筒(82)的上端的内径小于下端的内径。
2.根据权利要求1所述的楔式密封器，其特征在于：所述油套连通器(2)为油管上开有条形通槽的结构。
3.根据权利要求1所述的楔式密封器，其特征在于：所述上护楔器(3)的第一空心中心体(31)上下两端分别设有第一母接头(35)和第一公接头(36)，所述第一母接头(35)通过丝扣与油套连通器(2)连接，所述第一公接头(36)与锥体(4)之间螺纹连接。
4.根据权利要求1所述的楔式密封器，其特征在于：所述下护楔器(6)的第二空心中心体(61)的上下两端分别设有第二母接头(65)和第二公接头(66)，所述第二母接头(65)通过丝扣与容楔连接管(5)连接，所述第二公接头(66)与单流阀(7)通过丝扣连接。
5.根据权利要求1所述的楔式密封器，其特征在于：所述所有相邻两个扶正筋板之间的环形加强板上均设置泄流孔，且泄流孔靠近空心中心体的一侧设置。
6.根据权利要求1所述的楔式密封器，其特征在于：所述锥体(4)的长度不小于环形密封楔(8)的长度。
7.根据权利要求1所述的楔式密封器，其特征在于：所述多个缝隙(821)之间平行设置，且分布在整个尼龙外筒(82)的外表面上。
8.根据权利要求1所述的楔式密封器，其特征在于：所述容楔连接管(5)的长度不小于环形密封楔(8)的长度。
9.根据权利要求1所述的楔式密封器，其特征在于：所述上护楔器(3)和下护楔器(6)的最大外径均小于套管(1)内径3-6mm。
10.根据权利要求1所述的楔式密封器，其特征在于：所述单流阀(7)包括自由阀球和球座，所述正压力状态下的自由阀球坐落在球座上，反压状态下的自由阀球离开球座。
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