CN111502588B - 一种高温高压分层封隔器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温高压分层封隔器，包括中心管，中心管上自上而下依次套设有压套、胶筒锁定机构、胶筒、卡瓦锁定机构、锚定机构、套筒、通径环和下接头；锁定机构包括胶筒锁定机构和卡瓦锁定机构，卡瓦锁定机构将卡瓦锁定，封隔器受到的轴向载荷通过卡瓦锁定机构直接传递到卡瓦上，密封机构不承受轴向载荷，避免了密封失效风险，胶筒锁定机构将胶筒锁定密封。卡瓦采用整体式卡瓦，增加了卡瓦与套管的接触面积，锚定更加可靠，同时咬入套管深度较浅，对套管损坏较小。

Description

一种高温高压分层封隔器

技术领域

本发明属于石油天然气完井技术领域，具体来说涉及一种高温高压分层封隔器。

背景技术

在石油天然气完井技术领域，封隔器是一种非常重要的完井工具。目前常用的封隔器在使用过程中会受到各种轴向载荷和轴向震动载荷，该载荷会传递到密封机构上，长期作用会导致封隔器密封失效。同时，现有的封隔器采用的分瓣式卡瓦，咬入套管深度较深，对套管损坏较大，并且分瓣式卡瓦与套管接触面积小，锚定力有限，容易出现锚定不可靠的问题。上述的轴向载荷导致密封失效、卡瓦对套管损坏较大和锚定力不可靠等问题，在高温高压油气井中显得尤为严重。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高温高压分层封隔器。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高温高压分层封隔器，包括中心管，中心管上自上而下依次套设有压套、胶筒锁定机构、胶筒、卡瓦锁定机构、锚定机构、套筒、通径环和下接头；

所述中心管上端与上接头连接，所述中心管下端与套筒之间设置有弹性爪，中心管下端设置有解封环，解封环与下接头通过销钉连接，解封环支撑在弹性爪内部；

所述胶筒锁定机构包括上锁环套、上规环、上锁环和上键，所述上锁环套上端与压套连接，下端与上规环连接，所述上锁环和上键设置于上锁环套内，所述上规环下端与胶筒连接；

所述卡瓦锁定机构包括下规环、下锁环套、下锁环和防转销钉，所述下规环上端与胶筒连接，下端与下锁环套连接，所述下锁环设置于下锁环套内，所述防转销钉设置于下锁环套上；

所述锚定机构包括上锥体、下锥体、卡瓦、上剪切销钉、下剪切销钉，所述上锥体上端与下锁环套连接，所述下锥体下端与套筒连接，所述卡瓦设置于上锥体和下锥体之间，通过上剪切销钉与上锥体连接，通过下剪切销钉与下锥体连接；

所述中心管与下锁环套、上锥体之间设置有卡簧，用于在解封过程中，通过作用于下锁环套的台肩带动下规环和上锥体上移；所述中心管下端与与套筒接触的位置处形成有台肩，用于在解封过程中，对中心管的上移动进行限位。

在上述技术方案中，所述上锥体上设有键槽，中键通过紧定螺钉安装在上锥体上，防止卡瓦转动，上锥体上设有上剪切销钉孔，用于安装上剪切销钉，上锥体上设有防转销钉；

在上述技术方案中，所述下锥体上设有下剪切销钉孔，用于安装下剪切销钉，下锥体上设有防转销钉。

在上述技术方案中，所述卡瓦表面沿圆周形成有等间隔的切槽，分为由左侧开口的左端切槽，和由右侧开口的右端切槽，二者交替排布。

在上述技术方案中，所述卡瓦两侧设置有销钉孔，分别为左端孔和右端孔，用于安装上剪切销钉和下剪切销钉。

在上述技术方案中，所述上剪切销钉设有上端一字槽和下端一字槽，上端一字槽用来组装上剪切销钉于上锥体上，下端一字槽方便销钉被剪断后将其从上锥体上取下，下剪切销钉设有上端一字槽和下端一字槽，上端一字槽用来组装下剪切销钉于下锥体上，下端一字槽方便销钉被剪断后将其从下锥体上取下。

在上述技术方案中，所述上剪切销钉的尺寸大于下剪切销钉的尺寸，封隔器坐封时下剪切销钉先被剪断。

本发明具有的优点和积极效果是：

1、锁定机构包括胶筒锁定机构和卡瓦锁定机构，卡瓦锁定机构将卡瓦锁定，封隔器受到的轴向载荷通过卡瓦锁定机构直接传递到卡瓦上，密封机构不承受轴向载荷，避免了密封失效风险，胶筒锁定机构将胶筒锁定密封。

2、卡瓦采用整体式卡瓦，增加了卡瓦与套管的接触面积，锚定更加可靠，同时咬入套管深度较浅，对套管损坏较小。

附图说明

图1是本发明一种高温高压分层封隔器结构示意图。

图2是本发明胶筒锁定机构局部结构示意图。

图3是本发明卡瓦锁定机构局部结构示意图。

图4是本发明锚定机构局部结构示意图。

图5是本发明中卡瓦结构示意图。

图6是本发明中上锥体结构示意图。

图7是本发明中下锥体结构示意图。

图8是本发明中上剪切销钉(下剪切销钉)结构示意图。

其中：1为压套，2为上接头，3为上锁环，4为上锁环套，5为上键，6为中心管，7为上规环，8为下规环，9为下锁环，10为防转销钉，11为下锁环套，12为上锥体，13为紧定螺钉，14为中键，15为上剪切销钉，16为卡瓦，17为下锥体，18为套筒，19为下键，20为弹性爪，21为解封环，22为通径环，23为下接头，24为下剪切销钉，25为导向销，26为卡簧，27为胶筒。28为左端孔，29为右端孔，30为左端切槽，31为右端切槽，32为上剪切销钉孔，33为导向销钉孔，34为键槽，35为紧定螺钉孔，36为下剪切销钉孔，37为上端一字槽，38为下端一字槽。

对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例

参阅图1，一种高温高压分层封隔器。主要由压套1、上接头2、上锁环3、上锁环套4、上键5、中心管6、上规环7、下规环8、下锁环9、防转销钉10、下锁环套11、上锥体12、紧定螺钉13、中键14、上剪切销钉15、卡瓦16、下锥体17、套筒18、下键19、弹性爪20、解封环21、通径环22、下接头23、下剪切销钉24、导向销25、卡簧26、胶筒27等零件组成。

所述中心管6上端与上接头2连接，所述中心管6下端与套筒之间设置有弹性爪20，中心管6下端设置有解封环21，解封环21与下接头23通过销钉连接，解封环21支撑在弹性爪20内部；

所述胶筒锁定机构包括上锁环套4、上规环7、上锁环3和上键5，所述上锁环套4上端与压套1连接，下端与上规环7连接，所述上锁环3和上键5设置于上锁环套4内，所述上规环7下端与胶筒连接；

所述卡瓦锁定机构包括下规环8、下锁环套11、下锁环9和防转销钉10，所述下规环8上端与胶筒连接，下端与下锁环套11连接，所述下锁环9设置于下锁环套11内，所述防转销钉10设置于下锁环套11上；

所述锚定机构包括上锥体12、下锥体17、卡瓦16、上剪切销钉15、下剪切销钉24，所述上锥体12上端与下锁环套11连接，所述下锥体17下端与套筒18连接，所述卡瓦16设置于上锥体12和下锥体17之间，通过上剪切销钉15与上锥体12连接，通过下剪切销钉24与下锥体17连接；

所述中心管6与下锁环套11、上锥体12之间设置有卡簧26，用于在解封过程中，通过作用于下锁环套的台肩带动下规环8和上锥体12上移；所述中心管6下端与与套筒18接触的位置处形成有台肩，用于在解封过程中，对中心管的上移动进行限位。

所述上锥体12上设有键槽34，中键14通过紧定螺钉13安装在上锥体上，防止卡瓦转动，上锥体上设有上剪切销钉孔32，用于安装上剪切销钉15，上锥体上设有防转销钉；

所述下锥体上设有下剪切销钉孔36，用于安装下剪切销钉24，下锥体上设有防转销钉25。

所述卡瓦16表面沿圆周形成有等间隔的切槽，分为由左侧开口的左端切槽30，和由右侧开口的右端切槽31，二者交替排布。

所述卡瓦16两侧设置有销钉孔，分别为左端孔28和右端孔29，用于安装上剪切销钉15和下剪切销钉24。

所述上剪切销钉15设有上端一字槽37和下端一字槽38，上端一字槽用来组装上剪切销钉于上锥体上，下端一字槽方便销钉被剪断后将其从上锥体上取下，下剪切销钉24设有上端一字槽和下端一字槽，上端一字槽用来组装下剪切销钉于下锥体上，下端一字槽方便销钉被剪断后将其从下锥体上取下。

所述上剪切销钉15的尺寸大于下剪切销钉24的尺寸，封隔器坐封时下剪切销钉先被剪断。

该高温高压分层封隔器的工作原理如下：坐封时，由于封隔器上接头2的左旋方扣和服务工具连接，故中心管6不产生位移，服务工具的推筒推动封隔器压套1、上锁环套4、上规环7下行，压缩胶筒27，然后推动下规环8、下锁环套11、上锥体12下行，先剪断下剪切销钉24和上剪切销钉15，在上锥体12和下锥体17的作用下卡瓦16径向张开咬住套管，

在上锁环套4和下锁环套11下行过程中，分别带动上锁环3和下锁环9下行，坐封力达到设计值后，封隔器坐封完成，此时卡瓦16咬住套管，胶筒27膨胀完全。在锁紧机构的作用下，卡瓦16和胶筒27被锁定到坐封状态。在封隔器坐封状态下，封隔器如果受到向下的轴向载荷和轴向震动载荷，该载荷通过中心管6、下锁环9、下锁环套11、上锥体12传递到卡瓦16上，如果受到向上的轴向载荷和轴向震动载荷，该载荷通过下锥体17直接传递到卡瓦16上。因此无论封隔器受到何种轴向载荷，该载荷都不传递到胶筒27上。解封封隔器时，下入专用解封工具至遇阻位置，此时解封工具和封隔器上接头2实现定位，然后上提管柱，解封工具的解封爪上提封隔器的解封环21，剪断解封环和下接头23之间的剪切销钉，继续上提管柱，解封环21带动中心管6上移，中心管6带动上接头2、上锁环套4和上规环7上移，胶筒27释放，然后中心管6上的卡簧26带动下规环8和上锥体12上移，卡瓦16释放，下锥体17接触到中心管6的台肩，封隔器解封完成。解封后，由于压套1和上接头2实现轴向限位、上锥体12和中心管6上的卡簧26实现轴向限位，因此起出管柱过程中套管和封隔器的摩擦力不能使封隔器再次坐封。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种高温高压分层封隔器，其特征在于：包括中心管(6)，中心管上自上而下依次套设有压套(1)、胶筒锁定机构、胶筒(27)、卡瓦锁定机构、锚定机构、套筒(18)、通径环(22)和下接头(23)；

所述中心管(6)上端与上接头(2)连接，所述中心管(6)下端与套筒(18)之间设置有弹性爪(20)，中心管(6)下端设置有解封环(21)，解封环(21)与下接头(23)通过销钉连接，解封环(21)支撑在弹性爪(20)内部；

所述胶筒锁定机构包括上锁环套(4)、上规环(7)、上锁环(3)和上键(5)，所述上锁环套(4)上端与压套(1)连接，下端与上规环(7)连接，所述上锁环(3)和上键(5)设置于上锁环套(4)内，所述上规环(7)下端与胶筒连接；

所述卡瓦锁定机构包括下规环(8)、下锁环套(11)、下锁环(9)和防转销钉(10)，所述下规环(8)上端与胶筒连接，下端与下锁环套(11)连接，所述下锁环(9)设置于下锁环套(11)内，所述防转销钉(10)设置于下锁环套(11)上；

所述锚定机构包括上锥体(12)、下锥体(17)、卡瓦(16)、上剪切销钉(15)、下剪切销钉(24)，所述上锥体(12)上端与下锁环套(11)连接，所述下锥体(17)下端与套筒(18)连接，所述卡瓦(16)设置于上锥体(12)和下锥体(17)之间，通过上剪切销钉(15)与上锥体(12)连接，通过下剪切销钉(24)与下锥体(17)连接；

所述中心管(6)与下锁环套(11)、上锥体(12)之间设置有卡簧(26)，用于在解封过程中，通过作用于下锁环套的台肩带动下规环(8)和上锥体(12)上移；所述中心管(6)下端与套筒(18)接触的位置处形成有台肩，用于在解封过程中，对中心管的上移动进行限位。

2.根据权利要求1所述的一种高温高压分层封隔器，其特征在于：所述上锥体(12)上设有键槽(34)，中键(14)通过紧定螺钉(13)安装在上锥体上，防止卡瓦转动，上锥体上设有上剪切销钉孔(32)，用于安装上剪切销钉(15)，上锥体上设有防转销钉(25)。

3.根据权利要求1所述的一种高温高压分层封隔器，其特征在于：所述下锥体上设有下剪切销钉孔(36)，用于安装下剪切销钉(24)，下锥体上设有防转销钉(25)。

4.根据权利要求1所述的一种高温高压分层封隔器，其特征在于：所述卡瓦(16)表面沿圆周形成有等间隔的切槽，分为由左侧开口的左端切槽(30)，和由右侧开口的右端切槽(31)，二者交替排布。

5.根据权利要求1所述的一种高温高压分层封隔器，其特征在于：所述卡瓦(16)两侧设置有销钉孔，分别为左端孔(28)和右端孔(29)，用于安装上剪切销钉(15)和下剪切销钉(24)。

6.根据权利要求1所述的一种高温高压分层封隔器，其特征在于：所述上剪切销钉(15)设有上端一字槽(37)和下端一字槽(38)，上端一字槽用来组装上剪切销钉于上锥体上，下端一字槽方便上剪切销钉被剪断后将其从上锥体上取下，下剪切销钉(24)设有上端一字槽和下端一字槽，上端一字槽用来组装下剪切销钉于下锥体上，下端一字槽方便下剪切销钉被剪断后将其从下锥体上取下。

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