封隔器的制作方法

專利名稱：封隔器的制作方法
技術領域：
本發明關于一種用于油井、氣井等礦井中封隔下部油、氣、水層的封堵工具，尤其有關一種封隔器。
背景技術：
封隔器廣泛應用于油井、氣井等礦井中，用來封隔下部油、氣、水層，是一種安全可靠、成本低廉、功能齊全、適用范圍廣的井下封堵工具。封隔器能與其它井下工具配合使用， 進行臨時性封堵、永久性封堵、選擇性封堵和不壓井作業等。可取式的封隔器主要由執行機構、錨定機構、鎖緊機構、密封機構及打撈機構五部分組成。其中，執行機構用來實現坐封及解封，依執行機構的坐封動力來源，封隔器主要分為機械坐封、液力坐封兩類，執行機構通過切斷坐封剪釘實現坐封，通過切斷解封剪釘實現解封。錨定機構通常包括上錐體、下錐體和雙卡瓦，用來將封隔器錨定在坐封位置。鎖緊機構通常由外中心管、坐封剪釘、解封剪釘及各種內鎖緊組件(如錐環、鎖環、鎖扣或鎖指扣以及棘輪機構)構成，用于在封隔器坐封之后，使坐封隔器固定保持在坐封狀態。密封機構通常包括膠筒、隔環、推力塊和膠筒座，用來在坐封以后，使封隔器的上下兩端呈現密封隔斷狀態。打撈機構依打撈方式的工作原理不同，主要分為旋轉式打撈機構和膨脹式打撈機構兩種，用于在執行機構切斷解封銷釘而完成解封作業后，將封隔器打撈至井面。其中旋轉式打撈機構由打撈耳、打撈內軌道組成，下入封隔器時，將封隔器的打撈耳導入打撈工具的內軌道，使封隔器懸掛在打撈工具的內軌道上；解封時，重新導入封隔器，旋轉油管，同時上提管柱，完成打撈。此種方式操作方便，內軌道和打撈耳所受拉力較大，對材質的要求較高。例如中國公告號觀76319專利文件揭示了一種防中途坐封高壓可鉆橋塞，其包括中心管、雙向錨定裝置、密封組件和膠筒防突裝置。雙向錨定裝置包括安裝在中心管下部的卡瓦、上錐體和下錐體，其中上錐體通過錐體剪釘定位在中心管上，下錐體固定安裝在中心管上。密封組件包括套裝在中心管中部的邊膠筒和中膠筒。膠筒防突裝置包括公脹環、母脹環和護環，在位于密封組件的上端和下端的中心管上分別安裝該公脹環、母脹環和護環。 該防中途坐封高壓可鉆橋塞具有外形短小精悍、施工方便可靠、橋塞承受上、下壓差大(最高可達70MPa)、使用一次成功率高、施工效率高、易鉆磨解封等特點，適用于油田勘探、開發中油氣井的封堵底水、選層酸壓與上返試油等管柱工藝措施中。又如中國公告號2009擬982專利文件也揭示一種一趟管柱液壓坐封擠注橋塞，其包括液壓缸總成、鋼球和球座。密封插管的上端連接在液壓缸總成的下端，密封插管的下端內固定安裝有能被鋼球封堵住的球座，滑套上部開口從而形成具有彈性功能的分瓣爪，該分瓣爪能套在密封插管上，密封插管下端的凸臺既能從內卡住分瓣爪使滑套向上移動，又能從外推動分瓣爪使滑套向下移動，中心管從下往上套在滑套和密封插管上。再如中國公告號沈35903專利文件也揭示了一種油井作業的封隔工具，其主要由自鎖機構、密封部分與卡緊部分構成。自鎖機構由上接頭、壓套與銅環、打撈套及鎖緊爪構成。密封部分由中心管與膠筒組合，由“0”形密封圈密封。卡緊部分是上錐體與下錐體由卡瓦卡緊連接。該封隔工具的主要優點是克服了可鉆式橋塞不可回收的缺陷，解決了油田封隔產層作業中的難題。以上三種封隔器都能用來封隔下部油、氣、水層，但在坐封后均依靠中心管和主要的鎖緊機構例如解封剪釘、各種內鎖緊組件(如錐環、鎖環、鎖扣或鎖指扣)等實現鎖緊， 以將封隔器固定保持在坐封位置。但在高溫高壓的腐蝕性井底內，前述鎖緊機構的鎖緊功能可靠性差，容易在下放封隔器的過程中，在不該發生坐封的位置發生中途坐封事故，也容易在目標位置坐封后無法牢固地保持在坐封位置而發生坐封失效事故。并且前述三種封隔器，每下一趟管柱只能實現一次坐封和解封動作，如為進行下一井段的坐封和解封動作，必須將橋隔器提到井面，更換封隔器在執行坐封和解封過程中破損的坐封剪釘和解封剪釘， 才可以將封隔器重新再一次下入井內實現下一次坐封和解封，無法在一趟管柱中完成多次坐封和解封動作，操作復雜，井下作業效率低、成本高。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種封隔器，能有效地實現防中途坐封和防坐封失效，大大提高工作可靠性，并且能實現一趟管柱多次坐封和解封，簡化井下作業程序、提高作業效率，也大大節約了成本。本發明提供的一種封隔器，包括中心管和設于所述中心管外的鎖緊機構、執行機構、密封機構和錨定機構，所述執行機構使所述密封機構和錨定機構動作，所述鎖緊機構包括與所述密封機構鄰接的鎖套、設于所述鎖套外部的定位組件、安裝在所述鎖套內部且相隔一定距離的正螺母和反螺母，及設在所述中心管的外壁上的與所述正螺母和反螺母分別對應的正螺紋段和反螺紋段；在所述中心管與所述鎖套對應的管壁上設有通孔且在管壁外部設置擋板，所述擋板與所述鎖套的內壁面密封接合構成活塞腔的缸底，所述執行機構包括設在所述活塞腔內且與所述鎖套連接的活塞和與所述活塞相連接的解封彈性元件。根據上述方案，本發明相對于現有技術的效果是顯著的本發明利用能防中途坐封和解封的鎖緊機構結合液力活塞腔完成坐解封過程，以中心管的順時針右向旋轉實現正螺母、反螺母與中心管上的正螺紋段和反螺紋段嚙合或脫開。當封隔器下至井底的過程時，正螺母與中心管上的正螺紋段嚙合，只有正螺母隨著中心管的旋轉而從中心管上的正螺紋段脫開后，才可以由通孔注入壓力油，實現坐封的動作， 因此正螺母能有效防止封隔器在下入套管內的過程當中，在不應該坐封的位置發生中途坐封，而正螺母與中心管的正螺紋段嚙合，能明顯降低中途坐封的風險，可靠性高。坐封完成后，在活塞的帶動下，反螺母會向上運動而與中心管的反螺紋段嚙合實現鎖死，在卸掉活塞腔內的油壓后能起到保封的作用，有效防止坐封失效，可靠性極高。本發明的封隔器因未采用已有產品中使用的解封螺釘，在解封時，再度右旋中心管，會使反螺母相對中心管向下運動而從中心管的反螺紋段上脫開，之后即可進行解封， 封隔器恢復到下井時的初始狀態，之后可以將封隔器移動到下一位置實現再次的坐封和解封，因此本發明的封隔器一趟下管柱，可通過正反螺母實現多次坐封和解封，封隔器結構簡單，更能簡化井下作業操作，提高作業效率，也能大大節約成本。


圖1為本發明實施方式1的示意圖。圖2為本發明實施方式2的示意圖。
具體實施例方式實施方式1如圖1所示，本發明提供了一種例如靠液力坐封的封隔器，主要用于封隔油井油套環空，包括中心管1和設于中心管1外的鎖緊機構2、執行機構3、密封機構4和錨定機構5，執行機構3使密封機構4和錨定機構5動作，中心管1的上下兩端分別與上接頭101 和下接頭102聯接，利用油管使上接頭101帶動中心管1同時旋轉，以完成坐封和解封動作；本發明的改進之處是鎖緊機構2包括與密封機構4鄰接的鎖套21、設于鎖套21外部的定位組件22、安裝在鎖套21內部且相隔一定距離的正螺母6和反螺母7，及設在中心管 1的外壁上的與正螺母6和反螺母7分別對應的正螺紋段61和反螺紋段71 ；在中心管1與鎖套21對應的管壁上設有通孔11且在管壁外部設置擋板12，擋板12與鎖套21的內壁面密封接合構成活塞腔8的缸底，執行機構3包括設在活塞腔8內且與鎖套21連接的活塞31 和與活塞31相連接的解封彈性元件32。在一個實施方式中，正螺母6和反螺母7均位于活塞腔8的下方，優選使正螺母6 位于反螺母7的下方，可保證在坐封和解封過程中都由上接頭101帶動中心管1以順時針方向向右旋轉，能使各段油管越旋越緊，不松脫。反螺紋段71設在擋板12的下方，通孔11 設在擋板12的上方。在本發明中，正螺母6和反螺母7均為包括多個瓣體的分瓣式螺母， 由正螺母卡簧62和反螺母卡簧72分別為正螺母6和外螺母7的瓣體提供徑向向內的彈性力。在一個實施方式中，定位組件22包括設于鎖套21外部的彈性元件23及設于彈性元件23外部的定位塊24，彈性元件23向定位塊M施加徑向向外的力而使定位塊M定位在套管上，其中彈性元件23例如為擠壓簧片，定位塊M例如為橡膠或金屬制成的摩擦塊。在一個實施方式中，在鎖套21上形成徑向內凹的縮徑段211，定位組件22設置在縮徑段211的外部，可以縮小整個封隔器的外徑。在一個實施方式中，鎖套21包括相接合的下鎖套212和上鎖套213兩部分，下鎖套212與下接頭102鄰接，正螺母6通過緊固件安裝在下鎖套212上，反螺母7通過緊固件安裝在上鎖套213上，在上鎖套213與下鎖套212對接的一端前述縮徑段211，定位組件22 設置在該縮徑向211的外部，從而定位組件22位于正螺母6和反螺母7之間。在本發明的實施方式中，密封機構4包括沿中心管1軸向分布的膠筒推力塊41、間隔設置的三個膠筒42和兩個隔環43、以及膠筒座44，當然膠筒42和隔環43的數量不局限三個和兩個，能保證密封效果即可。在本發明的實施方式中，錨定機構5包括沿中心管1軸向分布的移動塊51、錐體 52、卡瓦53、卡瓦座M及設于錐體52和中心管1之間的錐體滑座55，在錐體滑座55的下端設有下止擋鍵551，在保證錨定機構5強度的同時避免卡瓦53錨定入套管管壁的深度不至于過大，移動塊51包括與錐體52下端面抵接的擠壓段56和從擠壓段56延伸的位于密封機構4與中心管1之間的推動段57，擠壓段56夾設在錐體52和膠筒座44之間且分別與膠筒座44、錐體52螺紋連接，推動段57的下端與膠筒推動塊41螺紋連接，而執行機構3 的解封彈性元件32與膠筒推力塊41和推動段57的下端面相抵接。在本發明的實施方式中，卡瓦座M與上接頭101相鄰接且能相對上接頭101周向旋轉，以利于實現坐封和解封，在卡瓦座M的上端設有上止擋鍵Ml。在本發明的實施方式中，封隔器還可包括打撈機構(未圖式)，從而構成一種可取式封隔器。本發明的封隔器的坐封過程如下坐封前，首先用油管將封隔器下入至坐封位置，然后右轉上接頭101進而右旋中心管1，打開正螺母6，定位塊M被彈性元件23推靠至套管，使得正螺母6相對于套管無周向旋轉，因正螺母6無周向旋轉，所以旋轉油管和中心管1時，可以使中心管1從正螺母6 中旋轉出來，中心管1相對于正螺母6向井底方向運動，使得中心管1脫開正螺母6能自由運動，為坐封做好準備，本發明只有在正螺母6從中心管1上的正螺紋段61脫開后，才可以實現坐封動作，因此正螺母6能有效防止封隔器在下入套管內的過程當中，在不應該坐封的位置發生中途坐封。之后，壓力油經中心管1上的通孔11進入活塞腔8，推動執行機構3 的活塞31上行，此時因活塞31和鎖套21固定連接，同時在軸向向上的液壓坐封推力的作用下，首先推動錨定機構5的移動塊51進而推動錐體52，使得卡瓦53在卡瓦座M和錐體 52的軸向推力作用下被擠壓而徑向向外移動并最終錨定至套管壁上，完成坐封過程，同時解封彈性元件32被活塞31擠壓收縮，錨定之后，鎖套21和液壓力會擠壓密封機構4的膠筒推力塊41和膠筒座44，使膠筒42徑向膨脹、貼緊套管表面起到密封作用。在活塞31和鎖套21向上運動的過程中，會帶動反螺母7向上運動而與中心管1 上的反螺紋71嚙合，此時反螺母7與中心管1上的反螺紋段71嚙合完畢，此情況下，即使在解封彈性元件32的彈力作用下和油管泄壓，也不會使反螺母7從反螺紋段71上脫開，可實現鎖死，起到保封的作用，能有效防止坐封失效，工作可靠性極高。本發明的封隔器的解封過程是將中心管1內的油壓降低，然后右旋油管以帶動中心管1旋轉，此時其上的反螺紋段71相對反螺母7發生相對運動，隨著中心管1的旋轉，反螺母7相對向井口螺旋運動，反螺母7相對運動至反螺紋段71的下方，最后反螺母7從中心管1上的反螺紋段71上脫開， 坐封時錨定的卡瓦53和膠筒42不被軸向的反螺母7鎖止，失去了反螺母7和膠筒座44擠壓的膠筒42徑向向內回彈并向井底方向運動，并推動膠筒推動塊41、鎖套21、反螺母7、正螺母6向井底方向回彈。同時，被預緊擠壓的解封彈性元件32回彈，向下推動活塞31、與活塞31連接的鎖套21。最后，鎖套21、反螺母7、正螺母6恢復至坐封前的位置，正螺母6 再次與中心管1上的正螺紋段61嚙合，為下一次的防中途坐封作好準備。解封時，膠筒座 44、移動塊51、錐體52同時被回彈的膠筒42推動并恢復至坐封前狀態。綜上所述，本發明通過將正反螺母6、7和正反螺紋段61、71所構成的螺紋式鎖緊機構創新的應用在液力坐封的封隔器中，鎖緊機構設計合理，結構簡單，耐高溫高壓，鎖緊牢固，適合推廣應用，且能有效實現防中途坐封和防坐封失效，可靠性高，并能實現一趟管柱可多次坐封和解封，簡化井下作業程序、提高作業效率，也大大節約了成本。實施方式2如圖2所示，該實施方式的原理、效果、具體實施步驟和過程與實施方式1 一致，只是在元件布置和結構上略有不同。在該實施方式中，鎖緊機構2的鎖套21同樣包括相接合的下鎖套212和上鎖套 213，所述下鎖套212與下接頭102鄰接，不同之處是在上鎖套212上開螺栓孔，將正螺母 6和反螺母7均安裝在上鎖套213上，而縮徑段211形成在下鎖套212上，從而使定位組件 22移至下接頭102處而與下接頭102相鄰接并位于正螺母6的下方。雖然本發明只例舉了一種采用液力坐封的封隔器實施方式，但本領域技術人員還能想到采用氣壓力坐封或機械坐封的實施方式，不再詳舉。以上所述，僅為本發明的具體實施方式
，當然不能以此限定本發明實施的范圍，凡依本發明的內容所作的等同變化與修飾，均應屬于本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種封隔器，包括中心管和設于所述中心管外的鎖緊機構、執行機構、密封機構和錨定機構，所述執行機構使所述密封機構和錨定機構動作，其特征是所述鎖緊機構包括與所述密封機構鄰接的鎖套、設于所述鎖套外部的定位組件、安裝在所述鎖套內部且相隔一定距離的正螺母和反螺母，及設在所述中心管的外壁上的與所述正螺母和反螺母分別對應的正螺紋段和反螺紋段；在所述中心管與所述鎖套對應的管壁上設有通孔且在管壁外部設置擋板，所述擋板與所述鎖套的內壁面密封接合構成活塞腔的缸底，所述執行機構包括設在所述活塞腔內且與所述鎖套連接的活塞和與所述活塞相連接的解封彈性元件。
2.根據權利要求1所述的封隔器，其特征是所述正螺母和反螺母均位于所述活塞腔的下方，所述正螺母位于反螺母的下方；所述反螺紋段設在擋板的下方，所述通孔設在所述擋板的上方。
3.根據權利要求2所述的封隔器，其特征是所述正螺母和反螺母均為包括多個瓣體的分瓣式螺母，由正螺母卡簧和反螺母卡簧分別為所述正螺母和外螺母的瓣體提供徑向向內的彈性力。
4.根據權利要求3所述的封隔器，其特征是所述定位組件包括設于鎖套外部的彈性元件及設于所述彈性元件外部的定位塊，所述彈性元件向所述定位塊施加徑向向外的力而使定位塊定位在套管上。
5.根據權利要求4所述的封隔器，其特征是在所述鎖套上形成徑向內凹的縮徑段，所述定位組件設置在所述縮徑段的外部。
6.根據權利要求5所述的封隔器，其特征是所述鎖套包括相接合的下鎖套和上鎖套， 所述下鎖套與下接頭鄰接，所述正螺母設在下鎖套上，反螺母設在上鎖套上，所述縮徑段形成在所述上鎖套與所述下鎖套對接的一端，從而所述定位組件位于所述正螺母和反螺母之間。
7.根據權利要求5所述的封隔器，其特征是所述鎖套包括相接合的下鎖套和上鎖套， 所述下鎖套與下接頭鄰接，所述正螺母和反螺母均設在上鎖套上，所述縮徑段形成在所述下鎖套上，從而所述定位組件與所述下接頭相鄰接且位于所述正螺母的下方。
8.根據權利要求1 7中任意一項所述的封隔器，其特征是所述密封機構包括沿中心管軸向分布的膠筒推力塊、間隔設置的三個膠筒和兩個隔環、以及膠筒座；所述錨定機構包括沿中心管軸向分布的移動塊、錐體、卡瓦、卡瓦座及設于所述錐體和中心管之間的錐體滑座，所述移動塊包括與所述錐體下端面抵接的擠壓段和延伸在密封機構與中心管之間的推動段，所述擠壓段夾設在所述錐體和所述膠筒座之間且分別與所述膠筒座、所述錐體螺紋連接，所述推動段與膠筒推動塊螺紋連接，所述解封彈性元件與所述膠筒推力塊和推動段的下端面相抵接。
9.根據權利要求8所述的封隔器，其特征是所述封隔器還包括打撈機構。
10.根據權利要求8所述的封隔器，其特征是所述卡瓦座與上接頭相鄰接且能相對上接頭周向旋轉，在所述錐體滑座的下端設有下止擋鍵，在所述卡瓦座上端設有上止擋鍵。
全文摘要
一種封隔器，包括中心管和設于中心管外的鎖緊機構、執行機構、密封機構和錨定機構，執行機構使密封機構和錨定機構動作，鎖緊機構包括與密封機構鄰接的鎖套、設于鎖套外部的定位組件、安裝在鎖套內部且相隔一定距離的正螺母和反螺母，及設在中心管的外壁上的與正螺母和反螺母分別對應的正螺紋段和反螺紋段；在中心管與鎖套對應的管壁上設有通孔且在管壁外部設置擋板，擋板與鎖套的內壁面密封接合構成活塞腔的缸底，執行機構包括設在活塞腔內且與鎖套連接的活塞和與活塞相連接的解封彈性元件。本發明能有效地實現防中途坐封和防坐封失效，提高工作可靠性，且能實現一趟管柱多次坐封和解封，簡化井下作業程序、提高作業效率，也大大節約了成本。
文檔編號E21B33/134GK102337860SQ20101027102
公開日2012年2月1日 申請日期2010年9月3日 優先權日2010年9月3日
發明者劉恒, 張仕民, 耿岱, 譚桂斌, 趙宏林 申請人:中國石油大學(北京)