CN112228001B - 一种低坐封力低解封力的封隔器 - Google Patents
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Abstract
一种低坐封力低解封力的封隔器，涉及油田井下工具技术领域，包括上接头、下接头、中心管、洗井活塞、洗井活塞套、胶筒、衬管、卡簧、卡簧挂和坐封机构，上接头和下接头分别通过螺纹连接在中心管的上下两端，洗井活塞、衬管、卡簧挂和坐封机构按照从上到下的顺序安装在中心管的外侧，所述洗井活塞套设置在洗井活塞的外侧，所述衬管与中心管之间设置有洗井通道，所述胶筒套在衬管的外侧。本发明采用双缸设计(即设置了两个坐封活塞)，通过采用这种结构，坐封活塞的有效承压面积是原来的二倍，大幅提高了坐封推力，从而提高了胶筒承受层间压差的能力。
Description
技术领域
本发明属于油田井下工具技术领域，尤其涉及一种低坐封力低解封力的封隔器。
背景技术
压缩式封隔器是油田生产中的关键装备，这种封隔器的结构包括中心管、胶筒和坐封机构，胶筒和坐封机构均套装在中心管的外侧。使用时，通过向中心管内打压来驱动坐封机构内的坐封活塞运动，继而压缩胶筒，使胶筒的外径增大直至其紧密贴合在套管内壁上，从而完成胶筒的坐封。在压缩式封隔器中，坐封机构能够产生的坐封推力的大小直接影响封隔器承受层间压差的能力，而坐封推力主要是由坐封活塞的有效承压面积决定的，有效承压面积越大，坐封机构能产生的坐封推力越大。实践中，坐封活塞的有效承压面积是受安装空间限制的，即使将有效承压面积设置成条件允许的极限，普通的压缩式封隔器胶筒的承压能力也很难超过20MPa，而超大压差封隔器在采油工程中又有实际需求，因此，有必要设计一种坐封推力更大、承受层间压差能力更强的压缩式封隔器。
发明内容
为了解决背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种低坐封力低解封力的封隔器。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：本发明提供了一种低坐封力低解封力的封隔器，包括上接头、下接头、中心管、洗井活塞、洗井活塞套、胶筒、衬管、卡簧、卡簧挂和坐封机构，上接头和下接头分别通过螺纹连接在中心管的上下两端，洗井活塞、衬管、卡簧挂和坐封机构按照从上到下的顺序安装在中心管的外侧，所述洗井活塞套设置在洗井活塞的外侧，所述衬管与中心管之间设置有洗井通道，所述胶筒套在衬管的外侧。
所述衬管的上下两端分别设置有用于对胶筒的上下两侧进行限位的上挡环和下挡环，上挡环的下侧通过螺纹连接在衬管的上端，所述洗井活塞套的下端通过螺纹与所述上挡环连接，所述下挡环滑动安装在所述衬管的下端，所述卡簧挂通过解封销钉连接在所述衬管的下端，所述卡簧安装在卡簧挂的外侧，所述坐封推套的上端通过螺纹与所述下挡环连接，所述卡簧挂及卡簧位于坐封推套的内侧，坐封推套的内侧与所述卡簧对应设置有马牙扣；
坐封机构，包括两个坐封活塞、两个密封座和一个坐封推套，两个坐封活塞分别称为坐封活塞A和坐封活塞B，坐封活塞A的上端通过螺纹连接在所述坐封推套的下端，坐封活塞A的下端与所述坐封活塞B的上端通过螺纹连接，坐封活塞B的下端通过坐封销钉与所述下接头连接，所述中心管上与两个坐封活塞的下侧分别对应设置有一个过液孔，所述的两个密封座均通过螺纹固定连接在中心管上，两个密封座分别位于两个坐封活塞内，两个过液孔均位于与其对应的密封座的上侧；
所述洗井活塞套与所述上接头间隙配合，上接头的下端加工有径向通孔，径向通孔内插装有逆止块，逆止块的外端设置有弧形凸出部，所述洗井活塞套的内侧与该弧形凸出部对应设置有卡槽，卡槽的下沿设有倒角。
作为进一步的技术方案，所述坐封机构还可采用另一技术方案替换，该技术方案的结构包括两个坐封活塞、两个密封座和一个坐封推套，两个坐封活塞分别称为坐封活塞A和坐封活塞B，坐封活塞A的上端通过螺纹连接在所述坐封推套的下端，坐封活塞A的下端与所述坐封活塞B的上端滑动配合，坐封活塞B的下端通过坐封销钉与所述下接头连接，所述中心管上与两个坐封活塞的下侧分别对应设置有一个过液孔，所述的两个密封座均通过螺纹固定连接在中心管上，两个密封座分别位于两个坐封活塞内，两个过液孔均位于与其对应的密封座的上侧；
所述坐封活塞B的上端面上加工有阶梯孔，阶梯孔内插装有阶梯轴，阶梯轴的结构包括大直径区段和小直径区段，两个区段分别与阶梯孔的内壁滑动配合，所述大直径区段的外侧加工有退位槽，所述坐封活塞B上与所述大直径区段的外侧对应设置有锁块A和锁块B，锁块A位于所述退位槽的上侧，所述坐封活塞A的内壁上与锁块A对应设置有锁槽，锁块A的内端抵靠在所述大直径区段的外壁上，锁块A的外端插在坐封活塞A内壁上的锁槽内，所述锁块B位于所述退位槽的下侧，所述中心管的外壁上与锁块B对应设置有锁槽，锁块B的外端抵靠在所述大直径区段的外壁上，锁块B的内端插在中心管外壁上的锁槽内；
所述坐封活塞A与中心管之间的环形空间内还设置有弹簧和滑环，滑环夹在弹簧和所述阶梯轴之间，滑环在弹簧弹力作用下始终保持向阶梯轴靠近的运动趋势。
作为进一步的技术方案，所述退位槽的槽底直径与所述小直径区段的直径相同。
本发明的有益效果为：
1、本发明采用双缸设计（即设置了两个坐封活塞），通过中心管内的压力可分别通过两个过液孔进入两个坐封活塞内并同时推动两个坐封活塞向靠近胶筒的方向运动，通过采用这种结构，坐封活塞的有效承压面积是原来的二倍，大幅提高了坐封推力，从而提高了胶筒承受层间压差的能力。
2、在本发明中，两个坐封活塞产生的推力叠加后作用于胶筒，这种情况下，在坐封销钉剪断瞬间，坐封推套对胶筒的冲击力加倍，这无疑对胶筒的强度、韧性等机械性能提出了更高的要求，普通胶筒难以满足使用要求。为了解决这一问题，本发明通过设置以所述阶梯轴和两个锁块为核心的活塞释放机构，使坐封活塞A可以在中心管打压过程中随压力升高逐步释放，当压力达到坐封销钉的极限时，坐封销钉剪断，坐封活塞B便可以较小的冲击力冲击坐封活塞A，并将冲击力传递至胶筒，与单纯使两个坐封活塞固定连接相比，这种结构既能保证较大的坐封推力，又能防止胶筒承受过大的冲击，从而降低了对胶筒性能的要求。
3、现有技术中，压缩式封隔器大多是通过上提管柱（等同于上提中心管）的方式实现解封的，这种解封方式的缺点是结构复杂、容易出现解封卡死的问题。为了解决这一问题，本发明创造性地采用下压管柱的方式实现解封，与现有技术相比，封隔器的结构更加简单，解封也更加可靠。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是图1上半部分的结构示意图；
图3图1下半部分的结构示意图；
图4是上接头的剖面结构示意图；
图5是图4中A处的剖视图；
图6是逆止块的结构示意图；
图7是图6的左视图；
图8是图6的俯视图；
图9是逆止块的立体图；
图10是坐封机构的另一种实施例的结构示意图；
图11是阶梯轴的结构示意图；
图12是图2中B处的局部放大图。
图中：1-上接头，2-洗井活塞套，3-逆止块，4-洗井活塞，5-上挡环，6-胶筒，7-衬管，8-中心管，9-洗井通道,10-下挡环，11-卡簧挂，12-卡簧，13-坐封推套，14-密封座，15-坐封活塞A，16-坐封活塞B，17-坐封销钉，18-下接头，19-过液孔，20-马牙扣，21-径向通孔，22-弧形凸出部，23-弹簧，24-滑环,25-锁块A，26-阶梯轴,27-锁块B，28-退位槽，29-卡槽，30-倒角。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步描述：
实施例一：
如图1所示，本发明包括上接头1、下接头18、中心管8、洗井活塞4、洗井活塞套2、胶筒6、衬管7、卡簧12、卡簧挂11和坐封机构，上接头1和下接头18分别通过螺纹连接在中心管8的上下两端，洗井活塞4、衬管7、卡簧挂11和坐封机构按照从上到下的顺序安装在中心管8的外侧，所述洗井活塞套2设置在洗井活塞4的外侧，所述衬管7与中心管8之间设置有洗井通道9，所述胶筒6套在衬管7的外侧。以上为现有技术中的常见结构，在此不再赘述。
如图2和图3所示，所述衬管7的上下两端分别设置有用于对胶筒6的上下两侧进行限位的上挡环5和下挡环10，上挡环5的下侧通过螺纹连接在衬管7的上端，所述洗井活塞套2的下端通过螺纹与所述上挡环5连接，所述下挡环10滑动安装在所述衬管7的下端，所述卡簧挂11通过解封销钉（解封销钉是井下工具中的常见结构，结构与坐封销钉17相同，因此图中未示出）连接在所述衬管7的下端，所述卡簧12安装在卡簧挂11的外侧。解封时，下压管柱，使中心管8向下滑动，中心管8再带动卡簧挂11向下运动，从而将解封销钉剪断，卡簧挂11与衬管7脱离，最终使封隔器解封。
本发明的一大创新点在于坐封机构。
针对上述背景技术中记载的技术问题，本发明设计了独特的坐封机构。本发明采用双缸设计（即设置了两个坐封活塞），通过中心管8内的压力可分别通过两个过液孔19进入两个坐封活塞内并同时推动两个坐封活塞向靠近胶筒6的方向运动，通过采用这种结构，坐封活塞的有效承压面积是原来的二倍，大幅提高了坐封推力，从而提高了胶筒6承受层间压差的能力。坐封机构的具体结构如下：
坐封机构，包括两个坐封活塞、两个密封座14和一个坐封推套13，两个坐封活塞分别称为坐封活塞A15和坐封活塞B16。
坐封活塞A15的上端通过螺纹连接在所述坐封推套13的下端，坐封活塞A15的下端与所述坐封活塞B16的上端通过螺纹连接，从而将坐封推套13、坐封活塞A15和坐封活塞B16连接在一起。
坐封活塞B16的下端通过坐封销钉17与所述下接头18连接，所述中心管8上与两个坐封活塞的下侧分别对应设置有一个过液孔19，所述的两个密封座14均通过螺纹固定连接在中心管8上，两个密封座14分别位于两个坐封活塞内，两个过液孔19均位于与其对应的密封座14的上侧，所述坐封推套13的上端通过螺纹与所述下挡环10连接。坐封时，坐封销钉17在压力作用下剪断，从而将坐封推套13、坐封活塞A15和坐封活塞B16释放，释放后，坐封推套13直接推动下挡环10，实现对胶筒6的压缩。
所述卡簧挂11及卡簧12位于坐封推套13的内侧，坐封推套13的内侧与所述卡簧12对应设置有马牙扣20，卡簧12的作用是防止坐封推套13在坐封后复位，从而使封隔器处于稳定的坐封状态，此结构为现有技术中的常见结构，在此不再赘述。
所述洗井活塞套2与所述上接头1间隙配合，上接头1的下端加工有径向通孔21，径向通孔21内插装有逆止块3，逆止块3的外端设置有弧形凸出部22，所述洗井活塞套2的内侧与该弧形凸出部22对应设置有卡槽29，卡槽的下沿设有倒角30。
现有技术中，压缩式封隔器大多是通过上提管柱（等同于上提中心管8）的方式实现解封的，这种解封方式的缺点是结构复杂、容易出现解封卡死的问题。为了解决这一问题，本发明创造性地采用下压管柱的方式实现解封，通过下压管柱便可将解封销钉剪断，即使卡簧挂11与衬管7脱离，与现有技术相比，封隔器的结构更加简单，解封也更加可靠。
实施例二：
本实施例与实施例一的区别在于坐封机构的结构。
如图10和图11所示，本实施例中，坐封机构的结构包括两个坐封活塞、两个密封座14和一个坐封推套13，两个坐封活塞分别称为坐封活塞A15和坐封活塞B16，坐封活塞A15的上端通过螺纹连接在所述坐封推套13的下端，坐封活塞A15的下端与所述坐封活塞B16的上端滑动配合，坐封活塞B16的下端通过坐封销钉17与所述下接头18连接，所述中心管8上与两个坐封活塞的下侧分别对应设置有一个过液孔19，所述的两个密封座14均通过螺纹固定连接在中心管8上，两个密封座14分别位于两个坐封活塞内，两个过液孔19均位于与其对应的密封座14的上侧。以上结构与实施例一中坐封机构相比基本相同（区别仅在于坐封活塞A15和坐封活塞B16的连接方式），故在此不再赘述。
如图10所示，所述坐封活塞B16的上端面上加工有阶梯孔，阶梯孔内插装有阶梯轴26，阶梯轴26的结构包括大直径区段和小直径区段，两个区段分别与阶梯孔的内壁滑动配合，所述大直径区段的外侧加工有退位槽28，所述坐封活塞B16上与所述大直径区段的外侧对应设置有锁块A25和锁块B27，锁块A25位于所述退位槽28的上侧，所述坐封活塞A15的内壁上与锁块A25对应设置有锁槽，锁块A25的内端抵靠在所述大直径区段的外壁上，锁块A25的外端插在坐封活塞A15内壁上的锁槽内，所述锁块B27位于所述退位槽28的下侧，所述中心管8的外壁上与锁块B27对应设置有锁槽，锁块B27的外端抵靠在所述大直径区段的外壁上，锁块B27的内端插在中心管8外壁上的锁槽内。
在实施例一中，两个坐封活塞产生的推力叠加后作用于胶筒6，这种情况下，在坐封销钉17剪断瞬间，坐封推套13对胶筒6的冲击力加倍，这无疑对胶筒6的强度、韧性等机械性能提出了更高的要求，普通胶筒6难以满足使用要求。为了解决这一问题，本发明设置了以所述阶梯轴26和两个锁块为核心的活塞释放机构，坐封时，来自中心管8内的压力经过过液孔19进入两个坐封活塞内，进入坐封活塞B16内的压力推动阶梯轴26向靠近胶筒的方向运动，阶梯轴26运动过程中，当锁块A25与所述退位槽28对正时，锁块A25向靠近阶梯轴26的方向运动，从而使坐封活塞A15和坐封活塞B16脱离，当锁块B27和小直径区段对正时，锁块B27向靠近阶梯轴26的方向运动，从而使坐封活塞B16和中心管8脱离。基于上述结构，坐封过程中，坐封活塞A15在中心管8打压过程中随压力升高逐步释放，当压力达到坐封销钉17的极限时，坐封销钉17剪断，坐封活塞B16便可以较小的冲击力冲击坐封活塞A15，并将冲击力传递至胶筒6，与单纯使两个坐封活塞固定连接相比，这种结构既能保证较大的坐封推力，又能防止胶筒6承受过大的冲击，从而降低了对胶筒6性能的要求。
需要注意的是，打压过程中，坐封活塞B16上下两侧的压力不能经由所述阶梯孔连通，否则会导致坐封活塞B16失去作用，为了避免这一问题，阶梯轴26和其所在的阶梯孔之间必须始终保持密封，该密封点由小直径区段外侧的密封圈来保证。同时，为了防止阶梯轴26完全从阶梯孔内脱出，本实施例中特别设置了滑环24，目的是对阶梯轴26的上侧进行限位。滑环24的上侧通过中心管8上的台肩限位。滑环24通过弹簧23进行支撑，滑环24夹在弹簧23和所述阶梯轴26之间，滑环24在弹簧23弹力作用下始终保持向阶梯轴26靠近的运动趋势。弹簧23和滑环24可使阶梯轴26始终处于阶梯孔内，
作为进一步的技术方案，所述退位槽的槽底直径与所述小直径区段的直径相同。
Claims (2)
1.一种低坐封力低解封力的封隔器，包括上接头(1)、下接头(18)、中心管(8)、洗井活塞(4)、洗井活塞套(2)、胶筒(6)、衬管(7)、卡簧(12)、卡簧挂(11)和坐封机构，上接头(1)和下接头(18)分别通过螺纹连接在中心管(8)的上下两端，洗井活塞(4)、衬管(7)、卡簧挂(11)和坐封机构按照从上到下的顺序安装在中心管(8)的外侧，所述洗井活塞套(2)设置在洗井活塞(4)的外侧，所述衬管(7)与中心管(8)之间设置有洗井通道(9)，所述胶筒(6)套在衬管(7)的外侧，其特征在于：
所述衬管(7)的上下两端分别设置有用于对胶筒(6)的上下两侧进行限位的上挡环(5)和下挡环(10)，上挡环(5)的下侧通过螺纹连接在衬管(7)的上端，所述洗井活塞套(2)的下端通过螺纹与所述上挡环(5)连接，所述下挡环(10)滑动安装在所述衬管(7)的下端，所述卡簧挂(11)通过解封销钉连接在所述衬管(7)的下端，所述卡簧(12)安装在卡簧挂(11)的外侧；
坐封机构，包括两个坐封活塞、两个密封座(14)和一个坐封推套(13)，两个坐封活塞分别称为坐封活塞A(15)和坐封活塞B(16)，坐封活塞A(15)的上端通过螺纹连接在所述坐封推套(13)的下端，坐封活塞A(15)的下端与所述坐封活塞B(16)的上端滑动配合，坐封活塞B(16)的下端通过坐封销钉(17)与所述下接头(18)连接，所述中心管(8)上与两个坐封活塞的下侧分别对应设置有一个过液孔(19)，所述的两个密封座(14)均通过螺纹固定连接在中心管(8)上，两个密封座(14)分别位于两个坐封活塞内，两个过液孔(19)均位于与其对应的密封座(14)的上侧；
所述坐封活塞B(16)的上端面上加工有阶梯孔，阶梯孔内插装有阶梯轴(26)，阶梯轴(26)的结构包括大直径区段和小直径区段，两个区段分别与阶梯孔的内壁滑动配合，所述大直径区段的外侧加工有退位槽(28)，所述坐封活塞B(16)上与所述大直径区段的外侧对应设置有锁块A(25)和锁块B(27)，锁块A(25)位于所述退位槽(28)的上侧，所述坐封活塞A(15)的内壁上与锁块A(25)对应设置有锁槽，锁块A(25)的内端抵靠在所述大直径区段的外壁上，锁块A(25)的外端插在坐封活塞A(15)内壁上的锁槽内，所述锁块B(27)位于所述退位槽(28)的下侧，所述中心管(8)的外壁上与锁块B(27)对应设置有锁槽，锁块B(27)的外端抵靠在所述大直径区段的外壁上，锁块B(27)的内端插在中心管(8)外壁上的锁槽内；
所述坐封活塞A(15)与中心管(8)之间的环形空间内还设置有弹簧(23)和滑环(24)，滑环(24)夹在弹簧(23)和所述阶梯轴(26)之间，滑环(24)在弹簧(23)弹力作用下始终保持向阶梯轴(26)靠近的运动趋势。
2.根据权利要求1所述的一种低坐封力低解封力的封隔器，其特征在于：所述退位槽(28)的槽底直径与所述小直径区段的直径相同。
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