雙作用壓縮式封隔器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及的是具有雙壓縮作用的井下封隔器。封隔器中心管外套有外管，中心管上端的外臺階與外管上端的內(nèi)臺階相對應(yīng)，膠筒密封機(jī)構(gòu)套在外管上端，錨定機(jī)構(gòu)套在外管中部且位于膠筒密封機(jī)構(gòu)以下，液壓機(jī)構(gòu)套在外管下端且與錨定機(jī)構(gòu)相連；外管下部周向布設(shè)方孔，方孔內(nèi)裝有鎖塊，鎖塊徑向突出嵌入液壓機(jī)構(gòu)的內(nèi)凹槽里；在鎖塊的下方且在中心管的外周開設(shè)周向凹槽，在周向凹槽以下用剪釘把中心管與外管軸向上連在一起。在液壓機(jī)構(gòu)坐封動作完成后，可以利用送入管柱下壓的機(jī)械力來壓縮膠筒，并通過鎖環(huán)來把管柱對膠筒的壓縮變形鎖緊，這樣就能更好地提高封隔器膠筒與套管間的接觸應(yīng)力，從而提高封隔器的密封能力。
【專利說明】雙作用壓縮式封隔器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及石油開采中使用的井下封隔器【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種具有液壓、機(jī)械雙壓縮作用的井下封隔器。
【背景技術(shù)】
[0002]在石油開采領(lǐng)域的完井、采油等作業(yè)中，經(jīng)常使用井下封隔器來分隔油層、密封油套環(huán)空、懸掛井下管柱等。按照封隔器的分類，有一種是壓縮式的，如Y441、Y445、Y341等，其中的“Y”即是指封隔器上所使用的密封膠筒是壓縮式膠筒；其中的第二位數(shù)字“4”是指封隔器膠筒的壓縮方式是采用液壓坐封封隔器，這是一種常用的封隔器的坐封方式。
[0003]室內(nèi)研究與實(shí)驗(yàn)表明，壓縮式封隔器的膠筒在封隔器坐封后，膠筒的徑向與所密封套管的接觸應(yīng)力在軸向上是不均勻的，在靠近坐封液缸的一端接觸應(yīng)力較大，在遠(yuǎn)離坐封液缸的一端接觸應(yīng)力較小，這方面的研究可參考:劉天良，施紀(jì)澤.封隔器膠筒對套管接觸應(yīng)力模擬試驗(yàn)研究.石油機(jī)械，2001，29 (2):10?11。
[0004]常規(guī)設(shè)計(jì)的液壓式封隔器，如Υ441型，參考谷開昭，張富仁，古光明等，Υ441Β型雙向錨定封隔器結(jié)構(gòu)分析.石油機(jī)械，1997,25 (6):1?3，一方面封隔器只能靠液壓力坐封，坐封力受到限制，不能大幅度提高坐封力，另一方面，封隔器坐封后，隨著時間的推移和受密封壓力的影響,膠筒與套管間的接觸應(yīng)力會逐漸在軸向上變得均勻起來,接觸應(yīng)力也會變小，封隔器的密封能力也隨著顯著降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為提高液壓坐封的壓縮式封隔器的密封能力，發(fā)明了液壓坐封加送入管柱加壓坐封雙作用壓縮式封隔器。
[0006]本實(shí)用新型采用了如下的技術(shù)方案:雙作用壓縮式封隔器，包括中心管、外管、膠筒密封機(jī)構(gòu)、錨定機(jī)構(gòu)、液壓機(jī)構(gòu)。中心管外套有外管，中心管上端的外臺階與外管上端的內(nèi)臺階相對應(yīng)，膠筒密封機(jī)構(gòu)套在外管上端，錨定機(jī)構(gòu)套在外管中部且位于膠筒密封機(jī)構(gòu)以下，液壓機(jī)構(gòu)套在外管下端且與錨定機(jī)構(gòu)相連；外管下部周向布設(shè)方孔，方孔內(nèi)裝有鎖塊，鎖塊徑向突出嵌入液壓機(jī)構(gòu)的內(nèi)凹槽里；在鎖塊的下方且在中心管的外周開設(shè)周向凹槽，在周向凹槽以下用剪釘把中心管與外管軸向上連在一起。
[0007]雙作用壓縮式封隔器的使用步驟是:
[0008]a、用油管或鉆桿把雙作用壓縮式封隔器送入井下設(shè)計(jì)位置，其必須的管柱組合是:油管或鉆桿+雙作用壓縮式封隔器+壓力控制器；
[0009]b、提高管柱內(nèi)液壓力達(dá)到雙作用壓縮式封隔器坐封力的設(shè)計(jì)值；
[0010]C、保持或降低管柱內(nèi)的液壓力，但應(yīng)保證管柱內(nèi)的液壓力大于油套環(huán)空內(nèi)的液壓力；
[0011]d、從井口下放送入管柱給雙作用壓縮式封隔器加載機(jī)械力；
[0012]e、卸去管柱內(nèi)的液壓力[0013]雙作用壓縮式封隔器也可以這樣安裝:
[0014]a、用油管或鉆桿把雙作用壓縮式封隔器送入井下設(shè)計(jì)位置，其必須的管柱組合是:油管或鉆桿+雙作用壓縮式封隔器+壓力控制器；
[0015]b、提高管柱內(nèi)液壓力達(dá)到雙作用壓縮式封隔器坐封力的設(shè)計(jì)值；
[0016]C、卸去管柱內(nèi)的液壓力；
[0017]d、從井口下放送入管柱給雙作用壓縮式封隔器加載機(jī)械力并安裝井口 ；
[0018]e、再次提高管柱內(nèi)的液壓力，然后卸去管柱內(nèi)的液壓力。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是，外管外從上至下依次安裝了膠筒密封機(jī)構(gòu)、錨定機(jī)構(gòu)和液壓機(jī)構(gòu)，在液壓機(jī)構(gòu)坐封動作完成后，可以利用送入管柱下壓的機(jī)械力來壓縮膠筒，并通過鎖環(huán)來把管柱對膠筒的壓縮變形鎖緊，這樣就能更好地提高封隔器膠筒與套管間的接觸應(yīng)力，從而提高封隔器的密封能力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是雙作用壓縮式封隔器的半剖結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2是雙作用壓縮式封隔器的安裝管柱結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為方便敘述，雙作用壓縮式封隔器在以下部分稱為封隔器。
[0023]見圖1所示:
[0024]上接頭I上端有螺紋用于連接其它工具或管柱，下端與中心管2相連。
[0025]中心管2上端于上接頭I以下設(shè)有外臺階32。外管3套在中心管2的外面。外管3上端有內(nèi)臺階31，內(nèi)臺階31與外臺階32相對應(yīng)，解封封隔器時中心管2上提，外臺階32掛住內(nèi)臺階31。
[0026]膠筒4和擋環(huán)5共同構(gòu)成了膠筒密封機(jī)構(gòu)。膠筒密封機(jī)構(gòu)有多種結(jié)構(gòu)形式，常見的有一個膠筒、二個膠筒組合、三個膠筒組合。單膠筒或多膠筒組合的兩端有擋環(huán)，一般擋環(huán)可能會與封隔器的相鄰鋼體部件融合在一起，就如同圖1中膠筒4的上端，外管3與膠筒4相鄰的大頭直徑與擋環(huán)5相同，起到了擋環(huán)5的作用。多膠筒組合的，每個膠筒之間可以有或沒有擋環(huán)。擋環(huán)的結(jié)構(gòu)其半剖斷面不局限于方形。膠筒密封機(jī)構(gòu)套在外管3的上端的大頭以下位置。
[0027]錨定機(jī)構(gòu)套在外管3中部且位于膠筒密封機(jī)構(gòu)以下。錨定機(jī)構(gòu)包括上錐體6、下錐體10、卡瓦8、彈簧9和卡瓦籠?？ㄍ咛?下端與錐體壓帽11相連構(gòu)成卡瓦籠。上錐體6和下錐體10安裝在卡瓦籠內(nèi)的上下兩端，卡瓦籠的內(nèi)臺階卡住上錐體6與下錐體10的外臺階，卡瓦8位于上錐體6與下錐體10之間。多個卡瓦8沿外管3周向分布?？ㄍ?的徑向外表面設(shè)有卡瓦牙33，卡瓦牙33從卡瓦籠的開孔處由內(nèi)向外伸出，彈簧9在徑向上位于卡瓦8與卡瓦籠之間。
[0028]液缸環(huán)12與液缸套13構(gòu)成液缸。液壓機(jī)構(gòu)包括液缸、活塞16、鎖環(huán)18和鎖環(huán)壓帽19 ;活塞16安裝在液缸內(nèi)，液缸與活塞16與外管3共同形成液壓腔34 ;與液壓腔34相對的位置于外管3上設(shè)外管孔36，于中心管2上設(shè)中心管孔35與液壓腔34相通；活塞16外周于密封填料槽以下設(shè)有鎖緊螺紋38，鎖環(huán)18安裝于鎖緊螺紋38外周并且位于鎖環(huán)壓帽19的凹槽內(nèi)，鎖環(huán)壓帽19與液缸套13相連。液壓機(jī)構(gòu)套在外管3下端且與錨定機(jī)構(gòu)相連。在另外的設(shè)計(jì)中，液缸環(huán)12可以和下錐體10合為一體。
[0029]活塞16上端內(nèi)孔設(shè)有內(nèi)凹槽，鎖塊壓帽14與活塞16相連共同形成內(nèi)凹槽。外管3下部周向布設(shè)方孔，方孔內(nèi)裝有鎖塊15，鎖塊15徑向突出嵌入內(nèi)凹槽里；在鎖塊15的下方且在中心管2的外周開設(shè)周向凹槽37，在周向凹槽37以下用剪釘17把中心管2與外管3軸向上連在一起。
[0030]中心管2下端比外管3下端長，活塞16內(nèi)孔是階梯孔，其大直徑孔部分與外管3配合，其小直徑孔部分與中心管2配合。
[0031]活塞下端有連接螺紋，用于連接其它工具或管柱。
[0032]為保證封隔器內(nèi)的液壓力不漏，于封隔器各密封處設(shè)有密封填料槽，內(nèi)設(shè)密封填料。
[0033]坐封時，向封隔器中心管2內(nèi)打液壓，液體通過中心管孔35和外管孔36進(jìn)入液壓腔34，推動液缸上行壓縮膠筒4并錨定卡瓦8，液缸帶動鎖環(huán)18沿鎖緊螺紋38上行，當(dāng)卸去液壓力時，液缸的位移被鎖環(huán)18鎖定，從而保持膠筒4的壓縮狀態(tài)和錨定機(jī)構(gòu)在套管上的錨定力。當(dāng)液壓坐封力達(dá)到設(shè)計(jì)值后，在保持或不完全卸去液壓力的狀態(tài)下，通過送入管柱下壓上接頭I，下壓力通過外管3傳遞給膠筒4，膠筒4下端被錨定機(jī)構(gòu)所支撐，外管3在液壓坐封力的基礎(chǔ)上再次壓縮膠筒4，外管3與中心管2、鎖塊15、活塞16、鎖塊壓帽14、剪釘17 —起下行，這一下行位移再次被鎖環(huán)18所鎖緊。
[0034]見圖2所示，在油井套管51內(nèi)，送入油管或鉆桿52，下接封隔器53，下接壓力控制器54。壓力控制器54可以是盲堵、單流閥、節(jié)流器或投球球座等，用于使封隔器53的內(nèi)外可形成壓差。這是必須的安裝管柱組合，在實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)生產(chǎn)需要進(jìn)行組合管柱。
[0035]雙作用壓縮式封隔器的安裝步驟是:
[0036]a、用油管或鉆桿52把封隔器53送入井下設(shè)計(jì)位置，其必須的管柱組合是:油管或鉆桿52+封隔器53+壓力控制器54 ；
[0037]b、提高管柱內(nèi)液壓力達(dá)到封隔器53坐封力的設(shè)計(jì)值；
[0038]C、保持或降低管柱內(nèi)的液壓力，但應(yīng)保證管柱內(nèi)的液壓力大于油套環(huán)空內(nèi)的液壓力；
[0039]d、從井口下放送入管柱給封隔器53加載機(jī)械力；
[0040]e、卸去管柱內(nèi)的液壓力。
[0041]雙作用壓縮式封隔器還可以用以下步驟安裝:
[0042]a、用油管或鉆桿52把封隔器53送入井下設(shè)計(jì)位置，其必須的管柱組合是:油管或鉆桿52+封隔器53+壓力控制器54 ；
[0043]b、提高管柱內(nèi)液壓力達(dá)到封隔器53坐封力的設(shè)計(jì)值；
[0044]C、卸去管柱內(nèi)的液壓力；
[0045]d、從井口下放送入管柱給封隔器53加載機(jī)械力并安裝井口 ；
[0046]e、再次提高管柱內(nèi)的液壓力，然后卸去管柱內(nèi)的液壓力。
[0047]在上述安裝步驟中，所述的加載機(jī)械力對于不同尺寸的封隔器是不同的，一般規(guī)律是越大尺寸的封隔器所需要的加載機(jī)械力越大，可從50kN?250kN不等，當(dāng)然，更大或更小的封隔器所需的加載機(jī)械力也可以突破這一范圍。對于應(yīng)用于139.7mm,即51//的套管的封隔器的加載機(jī)械力可為70kN?120kN ;對于應(yīng)用于177.8mm,即7"的套管的封隔器的加載機(jī)械力可為80kN?150kN。
【權(quán)利要求】
1.雙作用壓縮式封隔器，包括中心管、外管、膠筒密封機(jī)構(gòu)、錨定機(jī)構(gòu)、液壓機(jī)構(gòu)，其特征在于，中心管外套有外管，中心管上端的外臺階與外管上端的內(nèi)臺階相對應(yīng)，膠筒密封機(jī)構(gòu)套在外管上端，錨定機(jī)構(gòu)套在外管中部且位于膠筒密封機(jī)構(gòu)以下，液壓機(jī)構(gòu)套在外管下端且與錨定機(jī)構(gòu)相連；外管下部周向布設(shè)方孔，方孔內(nèi)裝有鎖塊，鎖塊徑向突出嵌入液壓機(jī)構(gòu)的內(nèi)凹槽里；在鎖塊的下方且在中心管的外周開設(shè)周向凹槽，在周向凹槽以下用剪釘把中心管與外管軸向上連在一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙作用壓縮式封隔器，其特征在于，液壓機(jī)構(gòu)包括液缸、活塞、鎖環(huán)和鎖環(huán)壓帽；活塞套在液缸內(nèi)，液缸與活塞與外管共同形成液壓腔；與液壓腔相對的位置于外管和中心管上開孔與液壓腔相通；活塞外周于密封填料槽以下設(shè)有鎖緊螺紋，鎖環(huán)安裝于鎖緊螺紋外周并且位于鎖環(huán)壓帽的凹槽內(nèi)，鎖環(huán)壓帽與液缸相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙作用壓縮式封隔器，其特征在于，活塞上端內(nèi)孔設(shè)有內(nèi)凹槽，鎖塊壓帽與活塞相連共同形成內(nèi)凹槽，安裝于外管上的鎖塊突出部分嵌入內(nèi)凹槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙作用壓縮式封隔器，其特征在于，錨定機(jī)構(gòu)包括上錐體、下錐體、卡瓦、彈簧和卡瓦籠；上錐體和下錐體安裝在卡瓦籠內(nèi)的上下兩端，卡瓦籠的內(nèi)臺階卡住上錐體與下錐體的外臺階，卡瓦位于上錐體與下錐體之間，卡瓦牙從卡瓦籠的開孔處由內(nèi)向外伸出，彈簧在徑向上位于卡瓦與卡瓦籠之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一權(quán)利要求所述的雙作用壓縮式封隔器，其特征在于，中心管下端比外管下端長；活塞內(nèi)孔是階梯孔，其大直徑孔部分與外管配合，其小直徑孔部分與中心管配合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙作用壓縮式封隔器，其特征在于，中心管上端與上接頭相連，活塞下端有連接螺紋。
【文檔編號】E21B33/127GK203420665SQ201320469402
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年8月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月2日
【發(fā)明者】張煜, 汪廬山, 郝金克, 田啟忠, 劉建新, 張瑞霞, 楊潔, 李娜, 王衛(wèi)明, 王世杰 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司采油工藝研究院