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专利名称：一种逐级解封可洗井扩张式封隔器

专利类型：实用新型专利

专利申请号：CN202410939140.9

专利申请（专利权）人：大庆市亚盛油田技术开发有限公司
权利人地址：黑龙江省大庆市高新区高端装备制造园科研办公楼六楼617室

专利发明（设计）人：李鑫,杨帆

专利摘要：一种逐级解封可洗井扩张式封隔器，涉及油田井下工具技术领域，包括上接头、中心管、下接头、胶筒组件和阀门组件，胶筒组件设置在中心管的外侧，胶筒组件内设置有胶筒，工作时，向中心管内注入高压液体，高压液体经过阀门组件和胶筒组件上的进液通道，进入胶筒内侧空间，使胶筒扩张；中心管，包括上中心管和下中心管，上中心管和下中心管通过管接头固定连接；下中心管的下端设置有阀门组件；阀门组件，包括卡簧座、C形卡簧、锁套、闭阀活塞、闭阀销钉、下外套和下接头；卡簧座的上下两端分别与下中心管的下端和下接头的上端固定连接。当中心管内的液体压力升高后，压力不会传导到胶筒内侧，从而有效解决了胶筒被涨破的问题。

主权利要求：
1.一种逐级解封可洗井扩张式封隔器，包括上接头（1）、中心管、下接头（27）、胶筒组件和阀门组件，胶筒组件设置在中心管的外侧，胶筒组件内设置有胶筒（33），工作时，向中心管内注入高压液体，高压液体经过阀门组件和胶筒组件内的进液通道（30），进入胶筒（33）内侧空间，使胶筒（33）扩张，其特征在于：中心管，包括上中心管（3）和下中心管（14），上中心管（3）和下中心管（14）通过管接头（12）固定连接；
下中心管（14）的下端设置有阀门组件；
阀门组件，包括卡簧座（21）、C形卡簧(23)、锁套（22）、闭阀活塞（25）、闭阀销钉（24）、下外套（26）和下接头（27）；
卡簧座（21）的上下两端分别与下中心管（14）的下端和下接头（27）的上端固定连接；
下外套（26）位于卡簧座（21）的外侧，锁套（22）和闭阀活塞（25）均位于卡簧座（21）和下外套（26）之间的环形空间内，锁套（22）的内外两侧、闭阀活塞（25）的内外两侧均分别与卡簧座（21）和下外套（26）密封滑动配合；
锁套（22）通过闭阀销钉（24）连接在卡簧座（21）的外侧，C形卡簧（23）安装在卡簧座（21）外侧的环槽内，C形卡簧（23）的外侧和锁套（22）的内侧分别加工有相互啮合的棘齿（34），所述闭阀活塞（25）位于锁套（22）的下方；
所述卡簧座（21）的侧壁上加工有上下两个过液孔，分别称为过液孔A（28）和过液孔B（29），其中，过液孔A（28）与锁套（22）上方的空间连通，过液孔B（29）与闭阀活塞（25）下方的空间连通；
所述卡簧座（21）的上端和下外套（26）的上端分别与所述胶筒组件的内外两侧密封对接；
向中心管内注入高压液体后，高压液体同时进入过液孔A（28）和过液孔B（29）；进入过液孔A（28）的高压液体向上进入胶筒组件内，继而到达胶筒（33）内侧，迫使胶筒（33）扩张；
进入过液孔B（29）内的高压液体作用在闭阀活塞（25）的下端面上，使闭阀活塞（25）具有向上的运动趋势；提高注入压力，在液体压力作用下，闭阀活塞（25）向上推动锁套（22），剪断闭阀销钉（24），继而通过锁套（22）将过液孔A（28）封堵；过液孔A（28）封堵后，即使中心管内的液体压力继续升高，也不再能够进入胶筒（33）内侧，即胶筒（33）内侧的压力不会继续升高，从而避免胶筒（33）被涨破；
所述上中心管（3）和上外套（2）之间的环形空间内设置有洗井活塞（9），洗井活塞（9）的内外两侧分别与所述上中心管（3）和上外套（2）滑动密封配合；
所述中心管与胶筒组件之间设置有洗井通道,洗井通道向上延伸至洗井活塞（9）处，洗井通道的上下两端分别设置有用于连通洗井通道和封隔器外部空间的洗井孔（10）；
洗井活塞（9）下端的外侧设置有洗井密封环（11），对应地，所述上外套（2）的内侧加工有圆锥密封面，洗井密封环（11）抵在圆锥密封面上能够实现密封，从而使洗井通道关闭；
所述上中心管（3）上加工有过液孔C（31），过液孔C（31）将上中心管（3）内空间与洗井活塞（9）上方空间连通。
2.根据权利要求1所述的一种逐级解封可洗井扩张式封隔器，其特征在于：所述胶筒组件的上端设置有泄压孔（32），泄压孔（32）与胶筒（33）内侧空间连通；
所述上接头（1）通过解封销钉（7）固定连接在所述上中心管（3）的上端，上接头（1）的下端依次固定连接有上外套（2）和解封套（13），解封套（13）的下端封堵在所述泄压孔（32）的外侧。
3.根据权利要求1所述的一种逐级解封可洗井扩张式封隔器，其特征在于：胶筒组件，包括上衬套（17）、上箍套（15）、下衬套（19）、下箍套（18）、衬管（16）和桥式接头（20），胶筒（33）的上下两端硫化后分别粘接在上衬套（17）和下衬套（19）的外侧，上箍套（15）和下箍套（18）分别与上衬套（17）和下衬套（19）固定连接，连接后，上箍套（15）和下箍套（18）分别箍在胶筒（33）的上下两端；
所述衬管（16）插在胶筒（33）的内侧，衬管（16）上端的外侧与上箍套（15）的内侧密封配合；
所述下箍套（18）和所述下外套（26）分别固定连接在桥式接头（20）的上下两侧，桥式接头（20）上端的内外两侧分别与衬管（16）和下箍套（18）密封配合，桥式接头（20）下端的内外两侧分别与所述卡簧座（21）和下外套（26）密封配合；所述进液通道（30）加工在桥式接头（20）内。
4.根据权利要求2所述的一种逐级解封可洗井扩张式封隔器，其特征在于：所述上中心管（3）和上外套（2）之间的环形空间内设置有锁定机构，锁定机构用于防止封隔器意外解封；
锁定机构，包括锁球（5）、释放环（6）、释放销钉（4）和上活塞（8）；
锁球（5）安装在上接头（1）下部的径向通孔内，释放环（6）通过释放销钉（4）固定连接在上接头（1）的外侧，并挡在锁球（5）的外侧，锁球（5）的内侧插入上中心管（3）外壁上的锁槽内，从而通过锁球（5）将上接头（1）锁定在上中心管（3）上，防止解封销钉（7）在锁球（5）释放前剪断；
上活塞（8）位于释放环（6）的下方，上活塞（8）的内外两侧分别与上中心管（3）和上外套（2）滑动密封配合，所述上中心管（3）上加工有过液孔C（31），过液孔C（31）将上中心管（3）内空间与上活塞（8）下方空间连通。 说明书 : 一种逐级解封可洗井扩张式封隔器技术领域[0001] 本发明属于油田井下工具技术领域，尤其涉及一种逐级解封可洗井扩张式封隔器。背景技术[0002] 在油田井下注水、找水、压裂等各项作业中，经常使用扩张式封隔器，此类封隔器因密封长度大，涨封效果好被广泛使用。[0003] 现有的扩张式封隔器在使用过程中存在如下问题：[0004] 1、现有的扩张式封隔器内设置有单向阀，封隔器坐封时，作业管柱内的液体通过单向阀进入封隔器胶筒内侧的空间，从而将胶筒撑起，使胶筒涨封。然而，坐封后进行其它施工作业时，单向阀无法阻止管柱内的液体继续注入胶筒内侧，当作业管柱内的压力较大时，可能涨破胶筒，使封隔器失效，继而造成很大的经济损失。[0005] 2、在对井下多个层位进行同时封堵时，需要通过油管将多个扩张式封隔器串联在一起使用，解封时，多个封隔器使得上提解封力过大,容易造成吊车超负荷作业,存在安全隐患。发明内容[0006] 本发明的目的是提供一种逐级解封可洗井扩张式封隔器，目的是解决现有扩张式封隔器存在的胶筒存在涨破隐患的问题。同时进一步解决现有扩张式封隔器多级组合使用时存在的解封力过大的问题。[0007] 本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：本发明提供了一种逐级解封可洗井扩张式封隔器，包括上接头、中心管、下接头、胶筒组件和阀门组件，胶筒组件设置在中心管的外侧，胶筒组件内设置有胶筒，工作时，向中心管内注入高压液体，高压液体经过阀门组件和胶筒组件上的进液通道，进入胶筒内侧空间，使胶筒扩张；[0008] 中心管，包括上中心管和下中心管，上中心管和下中心管通过管接头固定连接；[0009] 下中心管的下端设置有阀门组件；[0010] 阀门组件，包括卡簧座、C形卡簧、锁套、闭阀活塞、闭阀销钉、下外套和下接头；[0011] 卡簧座的上下两端分别与下中心管的下端和下接头的上端固定连接；[0012] 下外套位于卡簧座的外侧，锁套和闭阀活塞均位于卡簧座和下外套之间的环形空间内，锁套的内外两侧、闭阀活塞的内外两侧均分别与卡簧座和下外套密封滑动配合；[0013] 锁套通过闭阀销钉连接在卡簧座的外侧并与卡簧座滑动配合，C形卡簧安装在卡簧座外侧的环槽内，C形卡簧的外侧和锁套的内侧分别加工有相互啮合的棘齿，所述闭阀活塞位于锁套的下方；[0014] 所述卡簧座的侧壁上加工有上下两个过液孔，分别称为过液孔A和过液孔B，其中，过液孔A与锁套上方的空间连通，过液孔B与闭阀活塞下方的空间连通；[0015] 所述卡簧座的上端和下外套的上端分别与所述胶筒组件的内外两侧密封对接；[0016] 向中心管内注入高压液体后，高压液体同时进入过液孔A和过液孔B；进入过液孔A的高压液体向上进入胶筒组件内，继而到达胶筒内侧，迫使胶筒扩张；进入过液孔B内的高压液体作用在闭阀活塞的下端面上，使闭阀活塞具有向上的运动趋势；提高注入压力，在液体压力作用下，闭阀活塞向上推动锁套，剪断闭阀销钉，继而使锁套将过液孔A封堵；过液孔A封堵后，即使中心管内的液体压力继续升高，也不再能够进入胶筒内侧，即胶筒内侧的压力不会继续升高，从而避免胶筒被涨破。[0017] 作为优选方案，所述胶筒组件的上端设置有泄压孔，泄压孔与胶筒内侧空间连通；[0018] 所述上接头通过解封销钉固定连接在所述上中心管的上端，上接头的下端依次固定连接有上外套和解封套，解封套的下端封堵在所述泄压孔的外侧，解封时，向上提拉上接头，使上外套带动解封套上移，从而解除对泄压孔的封堵，封堵解除后，胶筒内侧的液体得以泄出，从而使胶筒解封。[0019] 作为优选方案，胶筒组件，包括上衬套、上箍套、下衬套、下箍套、衬管和桥式接头，胶筒的上下两端硫化后分别粘接在上衬套和下衬套的外侧，上箍套和下箍套分别与上衬套和下衬套固定连接，连接后，上箍套和下箍套分别箍在胶筒的上下两端；[0020] 所述衬管插在胶筒的内侧，衬管上端的外侧与上箍套的内侧密封配合；[0021] 所述下箍套和所述下外套分别固定连接在桥式接头（20）的上下两侧，，桥式接头上端的内外两侧分别与衬管和下箍套密封配合，桥式接头下端的内外两侧分别与所述卡簧座和下外套密封配合；所述进液通道加工在桥式接头内。[0022] 作为优选方案，所述上中心管和上外套之间的环形空间内设置有洗井活塞，洗井活塞的内外两侧分别与所述上中心管和上外套滑动密封配合；[0023] 所述中心管与胶筒组件之间设置有洗井通道,洗井通道向上延伸至洗井活塞处，洗井通道的上下两端分别设置有用于连通洗井通道和封隔器外部空间的洗井孔；[0024] 洗井活塞下端的外侧设置有洗井密封环，对应地，所述上外套的内侧加工有圆锥密封面，洗井密封环抵在圆锥密封面上能够实现密封，从而使洗井通道关闭；[0025] 所述上中心管上加工有过液孔C，过液孔C将上中心管内空间与洗井活塞上方空间连通。[0026] 作为优选方案，所述上中心管和上外套之间的环形空间内设置有锁定机构，锁定机构用于防止封隔器意外解封；[0027] 锁定机构，包括锁球、释放环、释放销钉和上活塞；[0028] 锁球安装在上接头下部的径向通孔内，释放环通过释放销钉固定连接在上接头的外侧，并挡在锁球的外侧，锁球的内侧插入上中心管外壁上的锁槽内，从而通过锁球将上接头锁定在上中心管上，防止解封销钉在锁球释放前剪断；[0029] 上活塞位于释放环的下方，上活塞的内外两侧分别与上中心管和上外套滑动密封配合，所述上中心管上加工有过液孔C，过液孔C将上中心管内空间与上活塞下方空间连通；封隔器下井坐封时，高压液体经过液孔C到达上活塞下方空间，继而向上推动上活塞和释放环，使释放销钉剪断，继而使锁球释放，解封时，向上提拉上接头，中心管及胶筒组件在胶筒外侧所受摩擦力的作用下保持静止，从而将解封销钉剪断。[0030] 本发明的有益效果是：[0031] 1、本发明设置了具有卡簧座、C形卡簧、锁套、闭阀活塞、闭阀销钉等结构的阀门组件，在功能上，所述阀门组件具有两方面特点：[0032] 一方面，阀门组件能够保证中心管内的高压液体顺利进入胶筒内侧空间，使胶筒顺利涨封；[0033] 另一方面，阀门组件能够在胶筒膨胀到位后启动锁套和闭阀活塞，将过液孔A封堵，封堵后，胶筒内侧的液体无法泄出，进而保证胶筒坐封状态的持续性，同时，当中心管内的液体压力升高后，压力不会传导到胶筒内侧，从而有效解决了胶筒被涨破的问题。[0034] 2、本发明在胶筒组件的上端设置了泄压孔，封隔器正常工作时，泄压孔被封堵，解封时，通过向上提拉上接头的方式，使泄压孔打开，继而使胶筒内的液体泄出，完成封隔器胶筒的解封。[0035] 基于上述解封方式，在对井下多个层位进行同时封堵时，先通过上提方式，使最上面一级封隔器解封，解封后的封隔器与井壁脱离，不再阻碍下一级封隔器的解封，从而实现逐级解封，逐级解封的方式，降低了多级封隔器的解封力，使得多级封隔器的解封力与一级封隔器的解封力大小相当，降低了解封作业的难度,也消除了安全隐患。附图说明[0036] 图1是本发明的整体结构示意图。[0037] 图2是本发明上半部分的结构示意图。[0038] 图3是本发明下半部分的结构示意图。[0039] 图4是坐封后各可动零部件的位置状态图。[0040] 图1中：1、上接头；2、上外套；3、上中心管；4、释放销钉；5、锁球；6、释放环；7、解封销钉；8、上活塞；9、洗井活塞；10、洗井孔；11、洗井密封环；12、管接头；13、解封套；14、下中心管；15、上箍套；16、衬管；17、上衬套；18、下箍套；19、下衬套；20、桥式接头；21、卡簧座；22、锁套；23、C形卡簧；24、闭阀销钉；25、闭阀活塞；26、下外套；27、下接头；28、过液孔A；29、过液孔B；30、进液通道；31、过液孔C；32、泄压孔；33、胶筒；34、棘齿。具体实施方式[0041] 以下结合附图对本发明做进一步描述：[0042] 如图1?3所示，本实施例包括上接头1、中心管、下接头27、胶筒组件和阀门组件，胶筒组件设置在中心管的外侧，胶筒组件内设置有胶筒33，工作时，向中心管内注入高压液体，高压液体经过阀门组件和胶筒组件上的进液通道30，进入胶筒33内侧空间，使胶筒33扩张，以上为现有技术中的常规结构，在此不再赘述。[0043] 如图1、2所示，本实施例中，中心管，包括上中心管3和下中心管14，上中心管3和下中心管14通过管接头12固定连接。将中心管设置成两段式结构，主要目的是利于装配和零件加工。[0044] 如图3所示，本实施例中，下中心管14的下端设置有阀门组件；阀门组件，包括卡簧座21、C形卡簧23、锁套22、闭阀活塞25、闭阀销钉24、下外套26和下接头27；卡簧座21的上下两端分别与下中心管14的下端和下接头27的上端通过螺纹固定连接。下外套26位于卡簧座21的外侧，锁套22和闭阀活塞25均位于卡簧座21和下外套26之间的环形空间内，锁套22的内外两侧、闭阀活塞25的内外两侧均分别与卡簧座21和下外套26密封滑动配合。[0045] 如图3所示，所述闭阀活塞25位于锁套22的下方；所述卡簧座21的侧壁上加工有上下两个过液孔，分别称为过液孔A28和过液孔B29，其中，过液孔A28与锁套22上方的空间连通，过液孔B29与闭阀活塞25下方的空间连通；所述卡簧座21的上端和下外套26的上端分别与所述胶筒组件的内外两侧密封对接，对接的目的是将进液孔A与胶筒33内侧空间连通，从而向胶筒33内侧打压。[0046] 如图3所示，锁套22通过闭阀销钉24连接在卡簧座21的外侧并与卡簧座21滑动配合，C形卡簧23安装在卡簧座21外侧的环槽内，C形卡簧23的外侧和锁套22的内侧分别加工有相互啮合的棘齿34，工作时，通过外力推动闭阀活塞25和锁套22，闭阀销钉24剪断，使锁套22上移后封堵进液孔B，进液孔B被封堵的同时，C形卡簧23上的棘齿34和锁套22上的棘齿34相遇并啮合，使得锁套22无法回退，从而保证对进液孔B的持续封堵。[0047] 如图1?3所示，向中心管内注入高压液体后，高压液体同时进入过液孔A28和过液孔B29；进入过液孔A28的高压液体向上进入胶筒组件内，继而到达胶筒33内侧，迫使胶筒33扩张；进入过液孔B29内的高压液体作用在闭阀活塞25的下端面上，使闭阀活塞25具有向上的运动趋势；提高注入压力，在液体压力作用下，闭阀活塞25向上推动锁套22，剪断闭阀销钉24，继而使锁套22将过液孔A28封堵；过液孔A28封堵后，即使中心管内的液体压力继续升高，也不再能够进入胶筒33内侧，即胶筒33内侧的压力不会继续升高，从而避免胶筒33被涨破。本发明设置了具有卡簧座21、C形卡簧23、锁套22、闭阀活塞25、闭阀销钉24等结构的阀门组件，在功能上，所述阀门组件具有两方面特点：一方面，阀门组件能够保证中心管内的高压液体顺利进入胶筒33内侧空间，使胶筒33顺利涨封；另一方面，阀门组件能够在胶筒33膨胀到位后启动锁套22和闭阀活塞25，将过液孔A28封堵，封堵后，胶筒33内侧的液体无法泄出，进而保证胶筒33坐封状态的持续性，同时，当中心管内的液体压力升高后，压力不会传导到胶筒33内侧，从而有效解决了胶筒33被涨破的问题。[0048] 如图2所示，所述胶筒组件的上端设置有泄压孔32，泄压孔32与胶筒33内侧空间连通；所述上接头1通过解封销钉7固定连接在所述上中心管3的上端，上接头1的下端依次固定连接有上外套2和解封套13，解封套13的下端封堵在所述泄压孔32的外侧。封隔器正常工作时，泄压孔32被封堵，解封时，通过向上提拉上接头1的方式，使泄压孔32打开，继而使胶筒33内的液体泄出，完成封隔器胶筒33的解封。[0049] 如图1?3所示，胶筒组件，包括上衬套17、上箍套15、下衬套19、下箍套18、衬管16和桥式接头20，胶筒33的上下两端硫化后分别粘接在上衬套17和下衬套19的外侧，上箍套15和下箍套18分别与上衬套17和下衬套19固定连接，连接后，上箍套15和下箍套18分别箍在胶筒33的上下两端；所述衬管16插在胶筒33的内侧，衬管16上端的外侧与上箍套15的内侧密封配合；所述下箍套18和所述下外套26分别固定连接在桥式接头20的上下两侧，桥式接头20上端的内外两侧分别与衬管16和下箍套18密封配合，桥式接头20下端的内外两侧分别与所述卡簧座21和下外套26密封配合；所述进液通道30加工在桥式接头20内。[0050] 如图2所示，所述上中心管3和上外套2之间的环形空间内设置有洗井活塞9，洗井活塞9的内外两侧分别与所述上中心管3和上外套2滑动密封配合；所述中心管与胶筒组件之间设置有洗井通道,洗井通道向上延伸至洗井活塞9处，洗井通道的上下两端分别设置有用于连通洗井通道和封隔器外部空间的洗井孔10，两个洗井孔10的在封隔器上的轴向位置分别位于胶筒33的上下两侧，其中，上侧的洗井孔10加工在上外套2上，下侧的洗井孔10加工在桥式接头20上。[0051] 如图2所示，洗井活塞9下端的外侧设置有洗井密封环11，对应地，所述上外套2的内侧加工有圆锥密封面，洗井密封环11抵在圆锥密封面上能够实现密封，从而使洗井通道关闭；所述上中心管3上加工有过液孔C31，过液孔C31将上中心管3内空间与洗井活塞9上方空间连通。[0052] 如图2所示，所述上中心管3和上外套2之间的环形空间内设置有锁定机构，锁定机构用于防止封隔器意外解封；锁定机构，包括锁球5、释放环6、释放销钉4和上活塞8；锁球5安装在上接头1下部的径向通孔内，释放环6通过释放销钉4固定连接在上接头1的外侧，并挡在锁球5的外侧，锁球5的内侧插入上中心管3外壁上的锁槽内，从而通过锁球5将上接头1锁定在上中心管3上，防止解封销钉7在锁球5释放前剪断；上活塞8位于释放环6的下方，上活塞8的内外两侧分别与上中心管3和上外套2滑动密封配合，所述上中心管3上加工有过液孔C31，过液孔C31将上中心管3内空间与上活塞8下方空间连通。[0053] 工作原理：[0054] 1、逐级解封原理[0055] 封隔器下井坐封时，高压液体经过液孔C31到达上活塞8下方空间，继而向上推动上活塞8和释放环6，使释放销钉4剪断，继而使锁球5释放，解封时，中心管及胶筒组件在胶筒33外侧所受摩擦力的作用下保持静止，此时，向上提拉上接头1，使上外套2带动解封套13上移，从而将解封销钉7剪断，继而解除对泄压孔32的封堵，封堵解除后，胶筒33内侧的液体得以泄出，从而使胶筒33解封。[0056] 在对井下多个层位进行同时封堵时，先通过上提方式，使最上面一级封隔器解封，解封后的封隔器与井壁脱离，不再阻碍下一级封隔器的解封，从而实现逐级解封，逐级解封的方式，降低了多级封隔器的解封力，使得多级封隔器的解封力与一级封隔器的解封力大小相当，降低了解封作业的难度,也消除了安全隐患。[0057] 2、洗井原理[0058] 本发明采用反洗井方式，向中心管内泵入洗井液（正向打压）时，洗井活塞9的上侧承压，迫使洗井活塞9关闭，向封隔器外侧的环形空间泵入洗井液（反向打压）时，压力从洗井活塞9侧面的洗井孔10进入，继而推动洗井活塞9上移，使洗井活塞9打开。洗井活塞9打开后，洗井液得以进入洗井通道，并经由洗井通道后从胶筒33下侧的洗井孔10流出，实现洗井。[0059] 3、阀门组件工作原理[0060] 向中心管内注入高压液体后，高压液体同时进入过液孔A28和过液孔B29；进入过液孔A28的高压液体向上进入胶筒组件内，继而到达胶筒33内侧，迫使胶筒33扩张；进入过液孔B29内的高压液体作用在闭阀活塞25的下端面上，使闭阀活塞25具有向上的运动趋势；提高注入压力，在液体压力作用下，闭阀活塞25向上推动锁套22，剪断闭阀销钉24，继而使锁套22将过液孔A28封堵；过液孔A28封堵后，即使中心管内的液体压力继续升高，也不再能够进入胶筒33内侧，即胶筒33内侧的压力不会继续升高，从而避免胶筒33被涨破。

专利地区：黑龙江

专利申请日期：2024-07-15

专利公开日期：2024-10-29

专利公告号：CN118532142B