强制卡瓦收缩的封隔器.pdf

本发明公开了一种强制卡瓦收缩的封隔器，在胶筒密封机构的金属挡环[5]与上锥体[13]之间设有一个在解封时可以使卡瓦收缩并锁住的下顶套[9]，下顶套[9]下端套在上锥体[12]上段并通过锁止机构连接，上锥体[12]内设有通过向上滑动可以打开锁止机构的解锁套[22]，中心管[21]上设有向上移动可推动解锁套上移的径向突起的凸台；下顶套[9]的长度使得在解封时胶筒的回位作用下其下端至少可以推动卡瓦[13]径向收缩。在封隔器解封起管柱时，下顶套下移可以使卡瓦处于稳定的收拢锁止状态，从而施工方便，减少了事故发生。

1.  强制卡瓦收缩的封隔器，包括上接头[1]、下接头、中心管[21]、胶筒密封机构、卡瓦机构和座封机构，座封机构包括座封活塞[20]、活塞套[19]、锥体连接套[18]；卡瓦机构包括卡瓦[13]、卡瓦座[14]、卡瓦弹簧[16]、弹簧座[17]、上锥体[12]；其特征是：在胶筒密封机构的金属挡环[5]与上锥体[13]之间设有一个在解封时可以使卡瓦收缩并锁住的下顶套[9]，所述下顶套[9]下端套在上锥体[12]上段并通过锁止机构连接，上锥体[12]内设有通过向上滑动可以打开锁止机构的解锁套[22]，中心管[21]上设有向上移动可推动解锁套上移的径向突起的凸台；下顶套[9]的长度使得在解封时胶筒的回位作用下其下端至少可以推动卡瓦[13]径向收缩。

2.  根据权利要求1所述的强制卡瓦收缩的封隔器，其特征是：上锥体[12]上段的管壁上设有安装锁止销[11]的销孔，下顶套[9]下端内圆柱面有一个与锁止销[11]外端配合的台阶[32]，台阶下端的内圆半径大于台阶上端的内圆半径，使得台阶下移时可推动锁止销[11]向轴心移动；解锁套[22]位于在锁止销[11]内端并通过剪钉[24]固定在上锥体[12]内壁上。

3.  根据权利要求2所述的强制卡瓦收缩的封隔器，其特征是：锁止销[11]与解锁套[22]的接触面采用圆柱面，锁止销[11]外端与下顶套[9]台阶[32]上下圆柱面紧密配合。

4.  根据权利要求1或2或3所述的强制卡瓦收缩的封隔器，其特征是：所述中心管[21]上径向突起的凸台为套在中心管[21]上可以径向收缩的开口环[25]，开口环上下两端设有与中心管[21]连接的上、下定位卡环[26、23]，解锁套[22]上端有压迫开口环收缩的内圆锥面[31]，开口环[25]的位置设在封隔器座封前和座封后解锁套所处两个位置的中间部位。

5.  根据权利要求1或2或3所述的强制卡瓦收缩的封隔器，其特征是：金属挡环[5]与下顶套[9]之间还设有一个用来调节封隔器座封行程的调节套[6]，所述调节套[6]通过剪钉[29]连接在座封机构的锁环座[7]上，下顶套[9]上端套在调节套[6]外侧并与调节套[6]固连。

强制卡瓦收缩的封隔器
技术领域
本发明涉及一种油气田勘探、开发过程中封隔油气井各油层或油管套管的封隔装置，尤其是能实施在卡瓦封隔器解封时可强制卡瓦收缩的封隔器。
背景技术
目前，公知的设有卡瓦机构的封隔器，如图1中虚框C部所示，包括座封活塞22、活塞套18、卡瓦13、卡瓦座14、卡瓦弹簧16、弹簧座17、上锥体12、锥体连接套27。封隔器液压座封时，活塞上行，与弹簧座17上端相连的推筒上行剪断卡瓦座14与活塞套19连接的剪钉15，卡瓦座14在卡瓦弹簧16的作用下上移，并使卡瓦13沿上锥体12上行而张开锚定。这种结构的卡瓦封隔器在解封后，卡瓦13仍处在张开锚定状态，遇到管套接箍、套管壁毛刺等不规则地方容易发卡。
发明内容
为了解决上述封隔器解封后易发卡的不足，本发明提供一种强制卡瓦收缩的封隔器，该封隔器在解封后可实施强制卡瓦收缩，解除锚定，从而不易发卡。
本发明是这样解决的：它包括上接头、下接头、中心管、胶筒密封机构、卡瓦机构和座封机构，座封机构包括座封活塞、活塞套和锥体连接套；卡瓦机构包括单向卡瓦、卡瓦座、卡瓦弹簧、弹簧座、上锥体；在胶筒密封机构的金属挡环与上锥体之间设有一个在解封时可以强制卡瓦收缩并锁住的下顶套，所述下顶套下端套在上锥体上段并通过锁止机构连接，上锥体内设有通过向上滑动可以打开锁止机构的解锁套，中心管上设有向上移动可推动解锁套上移的径向突起的凸台；下顶套的长度使得在解封时胶筒的回位作用下其下端至少可以推动卡瓦径向收缩。解封时，上提管柱带动中心管上移，中心管上的凸台上移，推动解锁套上移，打开下顶套的锁止机构，此时，胶筒的回弹力将下顶套沿上锥体外圆柱面向下反推，下顶套下行并推回卡瓦向下回位，使卡瓦强制收缩，解除锚定，从而可以避免因卡瓦始终张开而发卡现象。
本发明下顶套的锁止机构可以有多种结构，优先的方案是：上锥体上段的管壁上设有安装锁止销的销孔，下顶套下端内圆柱面有一个与锁止销外端配合的台阶，台阶下端的内圆半径大于台阶上端的内圆半径，使得台阶下移时可推动锁止销向轴心移动；解锁套位于在锁止销内端并通过解封剪钉固定在上锥体内壁上。在锁止销内端失去支撑时，所述下顶套下端内圆柱面台阶可以推动锁止销向轴心方向移动。
锁止销与解锁套的接触面采用圆柱面，锁止销外端与下顶套锥面台阶上下圆柱面紧密配合。这样在座封过程中，下顶套、锁止销和解锁套不会因应力集中而产生变形，从而保证解封动作稳定、可靠。
所述中心管上径向突起的凸台为套在中心管上可以径向收缩的弹性开口环，开口环上下两端设有与中心管连接的定位卡环，解锁套上端有压迫开口环收缩的内圆锥面，开口环的位置设在封隔器座封前和座封后解锁套所处两个位置的中间部位。在座封前开口环位于解锁套上端，座封时上锥体带动解锁套上行，解锁套上端内圆锥面挤压开口环使其收缩，解锁套继续上行至开口环上端；座封后解锁套位于开口环上端一定距离，所述距离是在保证过流通道的情况下尽力缩小的距离，这样解封距离缩短，可以缩短封隔器的长度。
金属挡环与下顶套之间还设有一个用来调节封隔器座封行程的调节套，所述调节套通过剪钉连接在座封机构的锁环座上，下顶套上端套在调节套外侧并与调节套固连。
本发明的优点在于：1、在封隔器解封起管柱时，卡瓦处于稳定的收拢锁止状态，从而施工方便，减少了事故发生；2、锁止销与解锁套的接触面采用圆柱面，锁止销外端与下顶套锥面台阶上下圆柱面紧密配合。这样在座封过程中，下顶套、锁止销和解锁套不会因应力集中而产生变形，从而保证解封动作稳定、可靠。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为图1中虚框D部放大示意图。
图中，1、上接头，2、剪钉，3、洗井活塞套，4、胶筒，5、金属挡环，6、调节套，7、锁环座，8、锁环，9、下顶套，10、限位销，11、锁止销，12、上锥体，13、卡瓦，14、卡瓦座，15、剪钉，16、卡瓦弹簧，17、弹簧座，18、锥体连接套，19、活塞套，20、座封上活塞，21、中心管，22、解锁套，23、下卡环，24、剪钉，25、开口环，26、上卡环，27、阀座，28、节流弹簧，29、剪钉，30、外芯管，31、内圆锥面，32、台阶。
具体实施方式
如图1至图2所示，本发明包括上接头1、下接头(图中未示)、中心管21、外芯管30、洗井机构、胶筒密封机构、卡瓦机构和座封机构，座封机构包括座封上活塞20、活塞套19、锥体连接套18。卡瓦机构包括卡瓦13、卡瓦座14、卡瓦弹簧16、弹簧座17、上锥体12。洗井活塞套3通过剪钉2连接在上接头1上。
下顶套9与上锥体12之间的锁止机构包括解锁套22、开口环25和锁止销11，上锥体12上段有伸入下顶套9内的筒体，筒体壁上设有安装锁止销11的销孔，锁止销与解锁套的接触面采用圆柱面，下顶套9的下端内壁上有与锁止销11配合的锥面台阶32，台阶下端的内圆半径大于台阶上端的内圆半径，锁止销外端与下顶套锥面台阶32上下圆柱面紧密配合。解锁套22通过剪钉24安装在一锥体12的筒体内并将锁止销11挡在销孔内。开口环25套在中心管21上，其位置设在解锁套22上端，并且在封隔器座封后位于解锁套下端，同时解锁套与开口环的之间保持一定距离，形成的间隙作为洗井通道，开口环25上下两端设有与中心管21连接的上、下定位卡环26、23，解锁套22上端及开口环25下端的接触部分分别设有相互配合的内圆锥面31、外圆锥面，解锁套22在座封时通过上端的内圆锥面31挤压开口环25下端的外圆锥面使得开口环受压而径向收缩。解封时，中心管带动开口环25上移，开口环25推动解锁套22下端径向直台阶上行，并剪断解锁剪钉24，实施解锁。开口环25下端内圆锥面与下定位卡环23的上端外圆锥面上设有相互配合接触面，如图3所示，解封时，开口环25承受向下的力，当推动解锁套22下端径向直台阶受力时，在下定位卡环23的上端外圆锥面的作用下，开口环25外圆柱面与解锁套22下端内圆柱面紧密结合，同时推动解锁套22的径向直台阶上移，实施解封，解封稳定可靠。
金属挡环5与下顶套9之间设有一个用来调节封隔器座封行程的调节套6，调节套6通过剪钉29连接在座封机构的锁环座7上，下顶套9上端套在调节套6外侧并与调节套以螺纹连接。
其工作原理如下：座封时，座封活塞上行，座封上活塞20推动弹簧座17上的推筒向上移动，推动卡瓦座上移剪断卡瓦座剪钉15，预紧的卡瓦弹簧16推动卡瓦座14上行使卡瓦13张开锚定在井壁的套管上；同时，座封上活塞20和座封下活塞(图中未示)继续上行，推动锥体连接套18、上锥体12及下顶套9上行，切断调节套6上的座封剪钉29，通过调节套推动金属挡环5上行，使胶筒4压缩座封，同时上锥体12上端的环形牙(图1中未示)与锁环8的牙咬合锁定实现座封。图1中件27、28为洗井节流阀组件。
解封时，上提管柱带动中心管21上移，中心管带动开口环25上移，开口环25推动解锁套22下端径向直台阶剪断解封剪钉24，解锁套22继续上移至限位销10，解锁套22脱离锁销11部位，锁销11失去支撑，胶筒的回弹力使下顶套9向下反推锁销11，锁销11在向轴心方向滑动而脱离下顶套9下端的锥面台阶，下顶套9解锁并沿着上锥体下移，继续下移时推动卡瓦13下行而收缩，下行至终点时解除卡瓦13锚定，同时，卡瓦13的上端面全部进入下顶套9下端的内圆柱面，使卡瓦13无法再张开锚定，实施稳定锁止。
上例中所示的卡瓦机构为单向卡瓦机构。本发明同样也适用双向卡瓦机构的封隔器。