本發(fā)明涉及石油開采中使用的井下封隔器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種雙向壓縮液壓坐封無錨定封隔器及其使用方法。

背景技術(shù)：

在石油開采領(lǐng)域，井下封隔器是分層采油的關(guān)鍵工具，按照封隔器的分類方法，具有“壓縮膠筒、無錨定、液壓坐封、上提解封”這四項特征的封隔器稱為Y341型封隔器。這類封隔器的解封，一般是通過上提管柱拉斷封隔器的解封剪釘來實現(xiàn)的。這帶來一個問題，當膠筒承受上部壓差時，上部壓差對膠筒有一個向下的推力，這個推力與上提管柱的拉力對剪釘來說是一個方向的，當上部壓差對膠筒的推力大于解封剪釘?shù)募魯嗔湍z筒與井壁的磨擦力之和時，封隔器就會解封。因此，Y341型封隔器承受上壓力的能力往往不大。長期以來，石油科技工作者為了提高這類封隔器的密封能力做了很多研究，中國專利：專利號01268288.8，專利名稱“側(cè)鉆井小直徑封隔器”公開了一種Y341型封隔器，該封隔器采用兩級坐封液缸，坐封時從下部上推膠筒，這種從膠筒一端加力坐封膠筒的方式并不能使膠筒充分坐封，因此，膠筒的密封能力不是很高。另外，該封隔器設(shè)置了壓力平衡機構(gòu)，提高了封隔器承受壓力差的能力，但當封隔器承受上壓力的時候，其解封剪釘仍然要承受剪切力，當上壓力較高時，封隔器會解封，因此其承上壓的能力是不足的。為了防止封隔器因承受高壓差而解封，該封隔器就需要增加解封剪釘?shù)目偪辜羟辛Γ@樣又帶來另外一個問題，封隔器膠筒與套管的摩擦力是有限的，例如，對于Y341-115封隔器來講，一般其摩擦力約為30～40kN，當解封剪釘?shù)目偪辜羟辛Υ笥谶@個值時，封隔器就不能解封。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，發(fā)明了雙向壓縮液壓坐封無錨定封隔器，本發(fā)明進一步提高了封隔器的密封能力，解決了封隔器承上壓能力不足的問題。

本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：

雙向壓縮液壓坐封無錨定封隔器，外中心管套在內(nèi)中心管外面，膠筒套在外中心管上，膠筒以下于外中心管外設(shè)有下坐封機構(gòu)、解封機構(gòu)和下鎖緊機構(gòu)，內(nèi)中心管設(shè)有內(nèi)中心管外臺階，相應(yīng)地，外中心管設(shè)有外中心管內(nèi)臺階，外中心管內(nèi)臺階掛在內(nèi)中心管外臺階上；膠筒以上于外中心管外設(shè)有上鎖緊機構(gòu)，外中心管以上于內(nèi)中心管外順次設(shè)有平衡液缸和上坐封機構(gòu)，于膠筒以下位置在下端環(huán)和外中心管上設(shè)平衡進液孔。

優(yōu)選實施例一，所述的平衡液缸是兩級。

優(yōu)選實施例二，所述的平衡液缸是三級。

雙向壓縮液壓坐封無錨定封隔器的使用方法，其步驟是：

a、安裝并坐封封隔器：雙向壓縮液壓坐封無錨定封隔器連接在油管柱上并送入井下，然后提高油管內(nèi)液壓力坐封封隔器；

b、解封封隔器：先下放油管柱，然后上提油管柱。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：第一，由于在膠筒的上下均設(shè)置了坐封機構(gòu)和鎖緊機構(gòu)，膠筒坐封后與套管的接觸應(yīng)力大幅增加，因而提高了膠筒的密封能力；第二，內(nèi)中心管設(shè)置了外臺階，外中心管相應(yīng)設(shè)置了內(nèi)臺階并掛在內(nèi)中心管的外臺階上，當膠筒承受上壓力時，膠筒受的上壓力通過外中心管傳到了內(nèi)中心管的外臺階上，通過內(nèi)中心管下拉上接頭，因此其承上壓的能力不再受解封剪釘?shù)挠绊?，而只與膠筒本身的密封能力有關(guān)；第三，由于設(shè)置了平衡液缸，當膠筒承受下壓差時，膠筒下部的壓力通過平衡進液孔經(jīng)內(nèi)中心管和外中心管之間的環(huán)隙傳到膠筒以上平衡液缸，平衡液缸充液，其平衡活塞上推上接頭，平衡液缸套下推膠筒，膠筒承受的下壓力通過平衡液缸機構(gòu)傳遞到了上接頭。也就是說，本發(fā)明的封隔器不論承受上壓力還是下壓力，都是把力傳遞到了上接頭，其解封機構(gòu)不再受封隔器密封壓力的影響，從而提高了封隔器的密封能力。第四，由于設(shè)置了多級平衡液缸，本發(fā)明的封隔器未設(shè)置解封剪釘，解封力很小。

附圖說明

前面簡單地描述了本發(fā)明，接下來參考描述本發(fā)明的以下具體實施例的圖紙進一步、詳細地敘述本發(fā)明。這些圖紙只描述了該發(fā)明的一些典型的實施例，因此不能認為是限制本發(fā)明的范圍。在這些圖紙中：

圖1是雙向壓縮液壓坐封無錨定封隔器的結(jié)構(gòu)示意圖，本圖中的封隔器有兩級平衡液缸。

圖2是雙向壓縮液壓坐封無錨定封隔器的結(jié)構(gòu)示意圖，本圖中的封隔器有三級平衡液缸。

圖3是圖2中A部的放大圖。

圖4是雙向壓縮液壓坐封無錨定封隔器的結(jié)構(gòu)示意圖，本圖中的封隔器有一級平衡液缸。

具體實施方式

本發(fā)明中，除解封鎖塊19、上坐封剪釘2和下坐封剪釘16外，其它零件均為圓筒狀結(jié)構(gòu)。

見圖1所示，雙向壓縮液壓坐封無錨定封隔器，上接頭1與內(nèi)中心管8有螺紋相連接，外中心管11套在內(nèi)中心管8外面，內(nèi)中心管8設(shè)有內(nèi)中心管外臺階23，相應(yīng)地，外中心管11設(shè)有外中心管內(nèi)臺階22，外中心管內(nèi)臺階22掛在內(nèi)中心管外臺階23上。

上端環(huán)10、膠筒12和下端環(huán)14順次套在外中心管11外，下端環(huán)14與外中心11之間通過下坐封剪釘16相固定。

外中心管11上部外周設(shè)有上鎖緊螺紋91，上鎖環(huán)9套在外中心管11上并與上鎖緊螺紋91相嚙合。上鎖緊螺紋91和上鎖環(huán)9共同構(gòu)成上鎖緊機構(gòu)300。鎖環(huán)與鎖緊螺紋的結(jié)構(gòu)在封隔器設(shè)計領(lǐng)域是已知技術(shù)。

在內(nèi)中心管8外于上接頭1和外中心管11之間，自下而上順次套有平衡液缸套7、平衡活塞6、上液缸套5、上活塞4。上端環(huán)10和平衡液缸套7有螺紋相連接，平衡液缸套7與上液缸套5有螺紋相連接，上液缸套5上端套在上接頭1外并與上接頭1通過上坐封剪釘2相固定。

在上端環(huán)10和平衡液缸套7之間形成一個內(nèi)環(huán)槽，上鎖環(huán)9位于所述內(nèi)環(huán)槽中；在所述內(nèi)環(huán)槽以上位置，平衡液缸套7有環(huán)形內(nèi)臺階，其剖面呈“L”形；上液缸套5也有環(huán)形內(nèi)臺階，其剖面也呈“L”形；平衡活塞6有環(huán)形外臺階，其剖面呈反“L”形；平衡活塞6套在內(nèi)中心管8外并置于平衡液缸套7和上液缸套5內(nèi)，平衡活塞6的反“L”形底邊外周與平衡液缸套7“L”形內(nèi)臺階的豎邊內(nèi)表面形成密封面；平衡活塞6的反“L”形豎邊外周與上液缸套5“L”形內(nèi)臺階的底邊內(nèi)表面形成密封面；上活塞4套在內(nèi)中心管8與上液缸套5所形成的環(huán)空內(nèi)，并分別與內(nèi)中心管8的外表面和上液缸套5“L”形內(nèi)臺階的豎邊內(nèi)表面形成密封面；在上活塞4以上位置于內(nèi)中心管8上設(shè)上液缸進液孔3；平衡活塞6反“L”形外臺階的豎邊長度應(yīng)能保證當平衡活塞6、上活塞4和上接頭1接連壓緊時，平衡活塞6外臺階的反“L”形底邊上表面與上液缸套5不相接觸。

上接頭1、上坐封剪釘2、上液缸進液孔3、上活塞4、上液缸套5和內(nèi)中心管8共同構(gòu)成上坐封機構(gòu)100。這里需要說明：由于內(nèi)中心管8在本發(fā)明的多個機構(gòu)中是共用的，且在圖1中內(nèi)中心管8的標號離上坐封機構(gòu)100的標號較遠，上坐封機構(gòu)100在圖1中就未把內(nèi)中心管8包括進來，但這并不表示上坐封機構(gòu)100不包括內(nèi)中心管8。機構(gòu)的構(gòu)成以文字說明為準，其它機構(gòu)的構(gòu)成也基于同樣的理由，圖中表示范圍與文字說明范圍不同的，以文字說明為準，后面不再重復說明。

上活塞4、上液缸套5、平衡活塞6、平衡液缸套7和內(nèi)中心管8共同構(gòu)成平衡液缸200。平衡液缸200由兩級平衡液缸構(gòu)成，其中上活塞4、上液缸套5和內(nèi)中心管8共同構(gòu)成一級平衡液缸；平衡活塞6、平衡液缸套7和內(nèi)中心管8共同構(gòu)成二級平衡液缸。

下活塞18套在外中心管11外并位于下端環(huán)14以下，外中心管11設(shè)徑向鎖塊安裝孔，下活塞18設(shè)內(nèi)環(huán)槽，解封鎖塊19置于所述的徑向鎖塊安裝孔和內(nèi)環(huán)槽中；解封鎖塊19以上位置于內(nèi)中心管8外周設(shè)外凹槽26；下活塞18、解封鎖塊19、外凹槽26、內(nèi)中心管8和外中心管11共同構(gòu)成了解封機構(gòu)500。

下液缸套17套在下活塞18外，上部與下端環(huán)14有螺紋相連接；下活塞18外設(shè)下鎖緊螺紋27，下鎖環(huán)20套在下活塞18外并與下鎖緊螺紋27相嚙合；擋帽21套在下活塞18外并與下液缸套17有螺紋相連接，下鎖環(huán)20位于下液缸套17、擋帽21及下活塞18所形成的環(huán)空內(nèi)；下鎖環(huán)20、擋帽21和下鎖緊螺紋27共同構(gòu)成下鎖緊機構(gòu)600。

在下端環(huán)14以下位置于內(nèi)中心管8上設(shè)下液缸進液內(nèi)孔24，于外中心管11上設(shè)下液缸進液外孔25。

下端環(huán)14、下坐封剪釘16、下液缸套17、下活塞18、外中心管11、內(nèi)中心管8、下液缸進液內(nèi)孔24和下液缸進液外孔25共同構(gòu)成下坐封機構(gòu)400。

平衡進液外孔15和平衡進液內(nèi)孔13共同構(gòu)成平衡進液孔。當膠筒密封下壓力時，下部壓力通過平衡進液孔、外中心管11與內(nèi)中心管8之間的環(huán)隙傳到平衡液缸200，壓力下推平衡液缸套7和上液缸套5，同時上推平衡活塞6和上活塞4，當平衡液缸套7和上液缸套5對膠筒12的下推力大于下壓力對膠筒的上推力時，膠筒就不會移動，封隔器也不會解封。同時，平衡液缸套7和上液缸套5對膠筒12的下推力會使膠筒進一步被壓縮，其壓縮變形被上鎖緊機構(gòu)鎖定，這種設(shè)計會使膠筒的密封能力得到進一步提高。

為了保證平衡液缸對膠筒的下推力大于下壓力對膠筒的上推力，還可以設(shè)置三級平衡液缸，在圖1的兩級平衡液缸的基礎(chǔ)上，再增加一級平衡液缸，見圖2所示，上液缸套5和平衡液缸套7之間增加平衡液缸套二201和平衡活塞二202。平衡液缸套二201通過螺紋分別連接上液缸套5和平衡液缸套7，平衡活塞二202套在平衡液缸套7和平衡液缸套二201與內(nèi)中心管8所形成的環(huán)空內(nèi)。平衡液缸套二201的剖面也呈“L”形，與上液缸套5的結(jié)構(gòu)基本相同，不同之處在平衡液缸套二201的上部有與上液缸套5的連接螺紋。平衡活塞二202與平衡活塞6的結(jié)構(gòu)和安裝方式完全相同。上活塞4、上液缸套5和內(nèi)中心管8共同構(gòu)成一級平衡液缸；平衡活塞6、平衡液缸套二201和內(nèi)中心管8共同構(gòu)成二級平衡液缸；平衡活塞二202、平衡液缸套7和內(nèi)中心管8共同構(gòu)成三級平衡液缸。

當膠筒承受上壓力較高時，解封鎖塊19就承受了較高的剪切力，這個剪切力對鎖塊的端部形成了較高的擠壓力，擠壓力超過所用材料的屈服強度時，結(jié)構(gòu)就會失效，為解決這一問題，設(shè)計如圖3所示的結(jié)構(gòu)，解封鎖塊19和下活塞18的接觸部的剖面呈齒狀，這樣擠壓力就會分布在多個斜面上，從而大幅度地提高解封鎖塊的抗擠壓能力。

當封隔器的密封壓力需求較低時，如圖4所示，本發(fā)明的封隔器也可以是一級液缸，平衡液缸套7、上活塞4與內(nèi)中心管共同構(gòu)成平衡液缸。為了防止解封，內(nèi)中心管和外中心管之間還可以設(shè)置解封剪釘401。

坐封時，升高內(nèi)中心管內(nèi)壓力，上下坐封機構(gòu)各自啟動從兩端擠壓膠筒，坐封完成時，上下鎖緊機構(gòu)把膠筒的變形鎖定。

解封時，下放油管柱，內(nèi)中心管8下行，外凹槽26與解封鎖塊19相對時，解封鎖塊26徑向向中心移動，下活塞18就失去了解封鎖塊19的約束，膠筒12、下端環(huán)14、下液缸套17也就一起失去了約束，封隔器完成了解封。

雙向壓縮液壓坐封無錨定封隔器的使用方法，其步驟是：

a、安裝并坐封封隔器：雙向壓縮液壓坐封無錨定封隔器連接在油管柱上并送入井下，然后提高油管內(nèi)液壓力坐封封隔器；

b、解封封隔器：先下放油管柱，然后上提油管柱。

本文所述的實施例僅僅為典型實施例，但不僅限于這些實施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在不偏離本發(fā)明的精神和啟示下做出修改。本文所公開的方案可能存在很多變更、組合和修改，且都在本發(fā)明的范圍內(nèi)，因此，保護范圍不僅限于上文的說明，而是根據(jù)權(quán)利要求來定義，保護范圍包括權(quán)利要求的標的的所有等價物。