高密封压缩式封隔器.pdf

本发明公开了一种高密封压缩式封隔器，包括上接头[1]、胶筒密封机构、座封机构和下接头[11]，胶筒密封机构包括对一个限位套筒[3]，限位套筒[3]设在端部胶筒[4]与外芯管[8]之间，限位套筒的轴向长度小于相应的端部胶筒的轴向长度。本发明的端部胶筒的压缩量可以控制，使得端部胶筒始终处于完好状态，对中间胶筒起到较好的保护作用，可以提高胶筒密封机构的密封稳定性，不会因胶筒损坏而导致密封失效。设定较短的端部胶筒，可使座封活塞行程缩短，缩短整个封隔器的长度，便于施工，减少事故发生。

1.  一种高密封压缩式封隔器，包括上接头[1]、胶筒密封机构、座封机构和下接头[11]，胶筒密封机构包括套在外芯管[8]上的若干串联的胶筒[4、6]及设在相邻胶筒之间的金属隔环[5、7]，其特征是：所述胶筒密封机构还包括对端部胶筒[4]的压缩量进行限制的限位套筒[3]，所述限位套筒[3]设在端部胶筒[4]与外芯管[8]之间，限位套筒的轴向长度小于相应的端部胶筒的轴向长度。

2.  根据权利要求1所述的高密封压缩式封隔器，其特征是：所述限位套筒[3]设在端部胶筒[4]的外端，使得端部胶筒上多出限位套筒的部分位于金属隔环[5]一侧。

3.  根据权利要求2所述的高密封压缩式封隔器，其特征是：端部胶筒[4]与中间胶筒[6]之间的金属隔环[5]在胶筒的唇部外缘的两侧端面有向顶部过渡的曲面[12]。

4.  根据权利要求1或2或3所述的高密封压缩式封隔器，其特征是：单个端部胶筒[4]的轴向长度小于中间胶筒[6]的轴向长度。

高密封压缩式封隔器
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，尤其是能提供安全、稳定、可靠密封性能的压缩式封隔器。
背景技术
目前，公知的压缩式封隔器无论是Y241型还是Y341型，其构造主要是由上下连接头、胶筒密封机构、座封机构组成。胶筒密封机构包括套在外芯管上的若干串联的胶筒及设在相邻胶筒之间的金属隔环。封隔器下入油井后，通过液压或其他外力使封隔器的胶筒径向涨起与套管紧密接触，座封机构锁定，从而封隔油井的上下油层或油管套管。存在的主要问题有：封隔器工作时封隔胶筒易损坏导致密封不稳定或容易失效，起管柱时容易造成事故而进行修井。
发明内容
为了克服现有的压缩式封隔器工作时胶筒易损坏而导致密封机构密封不稳定或容易失效的不足，本发明提供一种高密封压缩式封隔器，该压缩式封隔器的胶筒不易破坏，密封机构密封稳定，施工时安全可靠。
本发明人在研究过程中发现，压缩式封隔器的胶筒密封机构的破坏通常是由端部胶筒的破坏而引起的。封隔器在座封时需要对胶筒施加压力，如图1所示，端部胶筒4被压缩变形，并在封隔器钢体2与套管14的间隙处形成肩突13，该肩突随着施加在胶筒上的压力增大而显著增大，如果压力增加到一定值时会导致其肩突过长，当油管轻微蠕动时端部胶筒的肩突部位极易遭到破坏；端部胶筒破坏后，整个胶筒密封机构受力不均，继而导致其它胶筒遭受破坏，导致封隔器密封失效。当端部胶筒压缩量达到极限压缩量时，其肩突极易遭到破坏。如果端部胶筒的压缩量能够控制在低于极限压缩量的一定范围内，则端部胶筒在封隔器钢体与套管的间隙处形成的肩突不会被破坏，对中间胶筒就可起到保护作用，从而使整个胶筒密封机构稳定、可靠。
本发明正是基于上述思路而设计的。本发明所采用的技术方案是：高密封压缩式封隔器，包括上下连接头、胶筒密封机构、座封机构，胶筒密封机构包括套在外芯管上的若干串联的胶筒及设在相邻胶筒之间的金属隔环，所述胶筒密封机构还包括对端部胶筒的压缩量进行限制的限位套筒，所述限位套筒设在端部胶筒与外芯管之间，限位套筒的轴向长度小于相应端胶筒的轴向长度。
由于端部胶筒内设有限位套筒，当胶筒压缩至限位套筒处时就不再被继续压缩，其压缩量的最大值就是端部胶筒与限位套筒的长度差，因此，可以通过设定限位套筒的长度来控制端部胶筒的压缩量，使端部胶筒不会达到压缩极限，这样，端部胶筒在封隔器钢体与套管的间隙处形成的肩突不致过长而破坏，使端部胶筒始终处于完好状态，对中间胶筒起到较好的保护作用，因此可以提高胶筒密封机构的密封稳定性，不会因胶筒损坏而导致密封失效。
由于封隔器座封后，端部胶筒和中间胶筒都产生肩突，中间胶筒肩突到一定程度后要继续伸长时，受到端部胶筒肩突的限制，因此，座封时端部胶筒在金属隔环顶部的肩突具有限制中间胶筒的肩突在此处继续伸长的作用，即中间胶筒的肩突长度被有效地控制，不会伸长过长，从而保护中间胶筒不被破坏。为了便于端部胶筒在金属隔环顶部形成一定量的肩突，本发明的限位套筒设在端部胶筒的外端，使得端部胶筒上多出限位套筒的部分位于金属隔环一侧，这样，在座封时，端部胶筒在金属隔环一侧容易变形，容易在金属隔环顶部形成一定量的肩突，从而对中间胶筒在此处的肩突进行阻挡，以防止其延伸过长而遭到破坏。
端部胶筒与中间胶筒之间的金属隔环在胶筒的唇部外缘的两侧端面有向顶部过渡的曲面。使得其两侧的胶筒在金属隔环顶部形成的肩突曲率较大，便于胶筒沿该曲面向外爬升和向内收缩，可对胶筒起到较好的保护作用。
本发明端部胶筒主要起到保护中间胶筒作用，中间胶筒承担密封作用。因此，本发明的优先方案是单个端部胶筒轴向长度小于中间胶筒的轴向长度。这样可以设定较小的端部胶筒压缩量，从而使座封活塞行程缩短，使得整个封隔器的长度缩短，便于施工，减少事故发生。
本发明的有益效果是，端部胶筒的压缩量可以控制在低于其极限压缩量的一定范围内，端部胶筒始终处于完好状态，实施对中间胶筒的保护，从而提高胶筒密封机构的密封稳定性，从而保证施工准确、高效、可靠；同时，完好的胶筒可以保证起下管柱方便，减少或避免了修井等事故；本发明机构简单；设定较短的端部胶筒，可以使端部胶筒压缩后处于完好时的压缩量减小，可使座封时缩短活塞行程，缩短整个封隔器的长度，便于施工，减少事故发生。
附图说明
图1为座封后胶筒形成肩突的原理图。
图2为本发明结构示意图。
图3为本发明座封后胶筒端部肩突形状示意图。
图中，1、上接头，2、外芯管套接头，3、限位套筒，4、端部胶筒，5、金属隔环，6、中间胶筒，7、金属隔环，8、外芯管，9、金属挡环，10、座封活塞，11、下接头，12、曲面，13、肩突，14、套管。
具体实施方式
如图2所示，本发明高密封压缩式封隔器，包括上接头1、下接头11、胶筒密封机构、座封机构，胶筒密封机构的胶筒4、6套在外芯管8上，相邻胶筒之间设有金属隔环5和7。本实施例中所用胶筒为四个，两个端部胶筒4的外端分别与封隔器钢体外芯管接头2、金属挡环9接触，端部胶筒4与外芯管8之间装有限位套筒3，该限位套筒3的轴向长度小于端部胶筒4的轴向长度，限位套筒3设在端部胶筒4的外端，使得端部胶筒上多出限位套筒的部分位于金属隔环5一侧，在座封时，端部胶筒压缩到限位套筒的长度时受到限位套筒的阻挡不再被继续压缩，因此，两者的轴向长度差即为该端部胶筒设定的座封压缩量，改变限位套筒的长度可以改变该座封压缩量。这样，在座封时，端部胶筒4在套管与外芯管接头2和金属挡环9的间隙处形成的肩突13可以控制得完好无损坏，如图3所示，并且，由于端部胶筒的座封最大压缩量是恒定的，该肩突不会随座封压力的增大而增大。
端部胶筒4与中间胶筒6之间的金属隔环5在胶筒的唇部外缘的两侧端面有向顶部过渡的曲面12，使得其两侧的胶筒在金属隔环顶部形成的肩突曲率较大，便于胶筒沿该曲面向外爬升和向内收缩，可对胶筒起到较好的保护作用。