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1、(10)申请公布号 CN 103397863 A (43)申请公布日 2013.11.20 CN 103397863 A *CN103397863A* (21)申请号 201310333524.8 (22)申请日 2013.08.02 E21B 33/127(2006.01) E21B 33/126(2006.01) (71)申请人 中国石油化工股份有限公司 地址 100728 北京市朝阳区朝阳门北大街 22 号 申请人 中国石油化工股份有限公司胜利油 田分公司采油工艺研究院 (72)发明人 张煜 汪庐山 郝金克 田启忠 刘建新 张瑞霞 杨洁 李娜 王卫明 王世杰 (74)专利代理机构 东营双。
2、桥专利代理有限责任 公司 37107 代理人 周京兰 (54) 发明名称 双作用压缩式封隔器及其使用方法 (57) 摘要 本发明涉及的是具有双压缩作用的井下封隔 器及其使用方法。封隔器中心管外套有外管， 中 心管上端的外台阶与外管上端的内台阶相对应， 胶筒密封机构套在外管上端， 锚定机构套在外管 中部且位于胶筒密封机构以下， 液压机构套在外 管下端且与锚定机构相连 ； 外管下部周向布设方 孔， 方孔内装有锁块， 锁块径向突出嵌入液压机构 的内凹槽里 ； 在锁块的下方且在中心管的外周开 设周向凹槽， 在周向凹槽以下用剪钉把中心管与 外管轴向上连在一起。在液压机构坐封动作完成 后， 可以利用送入管。
3、柱下压的机械力来压缩胶筒， 并通过锁环来把管柱对胶筒的压缩变形锁紧， 这 样就能更好地提高封隔器胶筒与套管间的接触应 力， 从而提高封隔器的密封能力。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书4页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103397863 A CN 103397863 A *CN103397863A* 1/2 页 2 1. 双作用压缩式封隔器， 包括中心管、 外管、 胶筒密封机构、 锚定机构、 液压机构， 其特 征在于， 中心管外套有外管， 中心管上端的外台阶与外管。
4、上端的内台阶相对应， 胶筒密封机 构套在外管上端， 锚定机构套在外管中部且位于胶筒密封机构以下， 液压机构套在外管下 端且与锚定机构相连 ； 外管下部周向布设方孔， 方孔内装有锁块， 锁块径向突出嵌入液压机 构的内凹槽里 ； 在锁块的下方且在中心管的外周开设周向凹槽， 在周向凹槽以下用剪钉把 中心管与外管轴向上连在一起。 2. 根据权利要求 1 所述的双作用压缩式封隔器， 其特征在于， 液压机构包括液缸、 活 塞、 锁环和锁环压帽 ； 活塞套在液缸内， 液缸与活塞与外管共同形成液压腔 ； 与液压腔相对 的位置于外管和中心管上开孔与液压腔相通 ； 活塞外周于密封填料槽以下设有锁紧螺纹， 锁环安装。
5、于锁紧螺纹外周并且位于锁环压帽的凹槽内， 锁环压帽与液缸相连。 3. 根据权利要求 2 所述的双作用压缩式封隔器， 其特征在于， 活塞上端内孔设有内凹 槽， 锁块压帽与活塞相连共同形成内凹槽， 安装于外管上的锁块突出部分嵌入内凹槽。 4. 根据权利要求 1 所述的双作用压缩式封隔器， 其特征在于， 锚定机构包括上锥体、 下 锥体、 卡瓦、 弹簧和卡瓦笼 ； 上锥体和下锥体安装在卡瓦笼内的上下两端， 卡瓦笼的内台阶 卡住上锥体与下锥体的外台阶， 卡瓦位于上锥体与下锥体之间， 卡瓦牙从卡瓦笼的开孔处 由内向外伸出， 弹簧在径向上位于卡瓦与卡瓦笼之间。 5.根据权利要求1至4任一权利要求所述的双作用。
6、压缩式封隔器， 其特征在于， 中心管 下端比外管下端长 ； 活塞内孔是阶梯孔， 其大直径孔部分与外管配合， 其小直径孔部分与中 心管配合。 6. 根据权利要求 1 所述的双作用压缩式封隔器， 其特征在于， 中心管上端与上接头相 连， 活塞下端有连接螺纹。 7. 使用权利要求 1 至 6 任一权利要求所述的双作用压缩式封隔器的方法， 其步骤是 ： a、 用油管或钻杆把双作用压缩式封隔器送入井下设计位置， 其必须的管柱组合是 ： 油 管或钻杆 + 双作用压缩式封隔器 + 压力控制器 ； b、 提高管柱内液压力达到双作用压缩式封隔器坐封力的设计值 ； c、 保持或降低管柱内的液压力， 但应保证管柱内。
7、的液压力大于油套环空内的液压力 ； d、 从井口下放送入管柱给双作用压缩式封隔器加载机械力 ； e、 卸去管柱内的液压力。 8. 使用权利要求 1 至 6 任一权利要求所述的双作用压缩式封隔器的方法， 其步骤是 ： a、 用油管或钻杆把双作用压缩式封隔器送入井下设计位置， 其必须的管柱组合是 ： 油 管或钻杆 + 双作用压缩式封隔器 + 压力控制器 ； b、 提高管柱内液压力达到双作用压缩式封隔器坐封力的设计值 ； c、 卸去管柱内的液压力 ； d、 从井口下放送入管柱给双作用压缩式封隔器加载机械力并安装井口 ； e、 再次提高管柱内的液压力， 然后卸去管柱内的液压力。 9. 根据权利要求 7。
8、 所述的使用双作用压缩式封隔器的方法， 其特征在于， 所述的加载 机械力为 50kN 250kN。 10. 根据权利要求 8 所述的使用双作用压缩式封隔器的方法， 其特征在于， 所述的加载 机械力为 50kN 250kN。 权 利 要 求 书 CN 103397863 A 2 2/2 页 3 11.根据权利要求9或10所述的使用双作用压缩式封隔器的方法， 其特征在于， 所述的 加载机械力， 对于应用于 139.7mm 套管的双作用压缩式封隔器的力为 70kN 120kN ； 对于 应用于 177.8mm 套管的双作用压缩式封隔器的力为 80kN 150kN。 权 利 要 求 书 CN 1033。
9、97863 A 3 1/4 页 4 双作用压缩式封隔器及其使用方法 技术领域 0001 本发明涉及石油开采中使用的井下封隔器技术领域， 特别是涉及一种具有液压、 机械双压缩作用的井下封隔器。 背景技术 0002 在石油开采领域的完井、 采油等作业中， 经常使用井下封隔器来分隔油层、 密封油 套环空、 悬挂井下管柱等。按照封隔器的分类， 有一种是压缩式的， 如 Y441、 Y445、 Y341 等， 其中的 “Y” 即是指封隔器上所使用的密封胶筒是压缩式胶筒 ； 其中的第二位数字 “4” 是指 封隔器胶筒的压缩方式是采用液压坐封封隔器， 这是一种常用的封隔器的坐封方式。 0003 室内研究与实验。
10、表明， 压缩式封隔器的胶筒在封隔器坐封后， 胶筒的径向与所密 封套管的接触应力在轴向上是不均匀的， 在靠近坐封液缸的一端接触应力较大， 在远离坐 封液缸的一端接触应力较小， 这方面的研究可参考 ： 刘天良， 施纪泽封隔器胶筒对套管接 触应力模拟试验研究石油机械， 2001， 29（2） ： 10 11。 0004 常规设计的液压式封隔器， 如 Y441 型， 参考谷开昭， 张富仁， 古光明等， Y441B 型双 向锚定封隔器结构分析石油机械， 1997， 25（6） ： 1 3， 一方面封隔器只能靠液压力坐封， 坐封力受到限制， 不能大幅度提高坐封力， 另一方面， 封隔器坐封后， 随着时间的推。
11、移和受 密封压力的影响， 胶筒与套管间的接触应力会逐渐在轴向上变得均匀起来， 接触应力也会 变小， 封隔器的密封能力也随着显著降低。 0005 发明内容 0006 为提高液压坐封的压缩式封隔器的密封能力， 发明了液压坐封加送入管柱加压坐 封双作用压缩式封隔器。 0007 本发明采用了如下的技术方案 ： 双作用压缩式封隔器， 包括中心管、 外管、 胶筒密 封机构、 锚定机构、 液压机构。中心管外套有外管， 中心管上端的外台阶与外管上端的内台 阶相对应， 胶筒密封机构套在外管上端， 锚定机构套在外管中部且位于胶筒密封机构以下， 液压机构套在外管下端且与锚定机构相连 ； 外管下部周向布设方孔， 方孔。
12、内装有锁块， 锁块 径向突出嵌入液压机构的内凹槽里 ； 在锁块的下方且在中心管的外周开设周向凹槽， 在周 向凹槽以下用剪钉把中心管与外管轴向上连在一起。 0008 双作用压缩式封隔器的使用步骤是 ： a、 用油管或钻杆把双作用压缩式封隔器送入井下设计位置， 其必须的管柱组合是 ： 油 管或钻杆 + 双作用压缩式封隔器 + 压力控制器 ； b、 提高管柱内液压力达到双作用压缩式封隔器坐封力的设计值 ； c、 保持或降低管柱内的液压力， 但应保证管柱内的液压力大于油套环空内的液压力 ； d、 从井口下放送入管柱给双作用压缩式封隔器加载机械力 ； e、 卸去管柱内的液压力 说 明 书 CN 1033。
13、97863 A 4 2/4 页 5 双作用压缩式封隔器也可以这样安装 ： a、 用油管或钻杆把双作用压缩式封隔器送入井下设计位置， 其必须的管柱组合是 ： 油 管或钻杆 + 双作用压缩式封隔器 + 压力控制器 ； b、 提高管柱内液压力达到双作用压缩式封隔器坐封力的设计值 ； c、 卸去管柱内的液压力 ； d、 从井口下放送入管柱给双作用压缩式封隔器加载机械力并安装井口 ； e、 再次提高管柱内的液压力， 然后卸去管柱内的液压力。 0009 与现有技术相比， 本发明的有益效果是， 外管外从上至下依次安装了胶筒密封机 构、 锚定机构和液压机构， 在液压机构坐封动作完成后， 可以利用送入管柱下压的。
14、机械力来 压缩胶筒， 并通过锁环来把管柱对胶筒的压缩变形锁紧， 这样就能更好地提高封隔器胶筒 与套管间的接触应力， 从而提高封隔器的密封能力。 附图说明 0010 图 1 是双作用压缩式封隔器的半剖结构示意图。 0011 图 2 是双作用压缩式封隔器的安装管柱结构示意图。 具体实施方式 0012 为方便叙述， 双作用压缩式封隔器在以下部分称为封隔器。 0013 见图 1 所示 ： 上接头 1 上端有螺纹用于连接其它工具或管柱， 下端与中心管 2 相连。 0014 中心管 2 上端于上接头 1 以下设有外台阶 32。外管 3 套在中心管 2 的外面。外管 3 上端有内台阶 31， 内台阶 31 。
15、与外台阶 32 相对应， 解封封隔器时中心管 2 上提， 外台阶 32 挂住内台阶 31。 0015 胶筒 4 和挡环 5 共同构成了胶筒密封机构。胶筒密封机构有多种结构形式， 常见 的有一个胶筒、 二个胶筒组合、 三个胶筒组合。单胶筒或多胶筒组合的两端有挡环， 一般挡 环可能会与封隔器的相邻钢体部件融合在一起， 就如同图 1 中胶筒 4 的上端， 外管 3 与胶筒 4 相邻的大头直径与挡环 5 相同， 起到了挡环 5 的作用。多胶筒组合的， 每个胶筒之间可以 有或没有挡环。挡环的结构其半剖断面不局限于方形。胶筒密封机构套在外管 3 的上端的 大头以下位置。 0016 锚定机构套在外管3中部且。
16、位于胶筒密封机构以下。 锚定机构包括上锥体6、 下锥 体 10、 卡瓦 8、 弹簧 9 和卡瓦笼。卡瓦套 7 下端与锥体压帽 11 相连构成卡瓦笼。上锥体 6 和下锥体 10 安装在卡瓦笼内的上下两端， 卡瓦笼的内台阶卡住上锥体 6 与下锥体 10 的外 台阶， 卡瓦 8 位于上锥体 6 与下锥体 10 之间。多个卡瓦 8 沿外管 3 周向分布。卡瓦 8 的径 向外表面设有卡瓦牙 33， 卡瓦牙 33 从卡瓦笼的开孔处由内向外伸出， 弹簧 9 在径向上位于 卡瓦 8 与卡瓦笼之间。 0017 液缸环 12 与液缸套 13 构成液缸。液压机构包括液缸、 活塞 16、 锁环 18 和锁环压 帽 1。
17、9 ； 活塞 16 安装在液缸内， 液缸与活塞 16 与外管 3 共同形成液压腔 34 ； 与液压腔 34 相 对的位置于外管 3 上设外管孔 36， 于中心管 2 上设中心管孔 35 与液压腔 34 相通 ； 活塞 16 外周于密封填料槽以下设有锁紧螺纹 38， 锁环 18 安装于锁紧螺纹 38 外周并且位于锁环压 说 明 书 CN 103397863 A 5 3/4 页 6 帽 19 的凹槽内， 锁环压帽 19 与液缸套 13 相连。液压机构套在外管 3 下端且与锚定机构相 连。在另外的设计中， 液缸环 12 可以和下锥体 10 合为一体。 0018 活塞 16 上端内孔设有内凹槽， 锁块。
18、压帽 14 与活塞 16 相连共同形成内凹槽。外管 3 下部周向布设方孔， 方孔内装有锁块 15， 锁块 15 径向突出嵌入内凹槽里 ； 在锁块 15 的下 方且在中心管 2 的外周开设周向凹槽 37， 在周向凹槽 37 以下用剪钉 17 把中心管 2 与外管 3 轴向上连在一起。 0019 中心管 2 下端比外管 3 下端长， 活塞 16 内孔是阶梯孔， 其大直径孔部分与外管 3 配合， 其小直径孔部分与中心管 2 配合。 0020 活塞下端有连接螺纹， 用于连接其它工具或管柱。 0021 为保证封隔器内的液压力不漏， 于封隔器各密封处设有密封填料槽， 内设密封填 料。 0022 坐封时， 。
19、向封隔器中心管 2 内打液压， 液体通过中心管孔 35 和外管孔 36 进入液压 腔 34， 推动液缸上行压缩胶筒 4 并锚定卡瓦 8， 液缸带动锁环 18 沿锁紧螺纹 38 上行， 当卸 去液压力时， 液缸的位移被锁环 18 锁定， 从而保持胶筒 4 的压缩状态和锚定机构在套管上 的锚定力。 当液压坐封力达到设计值后， 在保持或不完全卸去液压力的状态下， 通过送入管 柱下压上接头 1， 下压力通过外管 3 传递给胶筒 4， 胶筒 4 下端被锚定机构所支撑， 外管 3 在 液压坐封力的基础上再次压缩胶筒 4， 外管 3 与中心管 2、 锁块 15、 活塞 16、 锁块压帽 14、 剪 钉 17。
20、 一起下行， 这一下行位移再次被锁环 18 所锁紧。 0023 见图 2 所示， 在油井套管 51 内， 送入油管或钻杆 52， 下接封隔器 53， 下接压力控制 器 54。压力控制器 54 可以是盲堵、 单流阀、 节流器或投球球座等， 用于使封隔器 53 的内外 可形成压差。这是必须的安装管柱组合， 在实际应用中可根据生产需要进行组合管柱。 0024 双作用压缩式封隔器的安装步骤是 ： a、 用油管或钻杆52把封隔器53送入井下设计位置， 其必须的管柱组合是 ： 油管或钻杆 52+ 封隔器 53+ 压力控制器 54 ； b、 提高管柱内液压力达到封隔器 53 坐封力的设计值 ； c、 保持或。
21、降低管柱内的液压力， 但应保证管柱内的液压力大于油套环空内的液压力 ； d、 从井口下放送入管柱给封隔器 53 加载机械力 ； e、 卸去管柱内的液压力。 0025 双作用压缩式封隔器还可以用以下步骤安装 ： a、 用油管或钻杆52把封隔器53送入井下设计位置， 其必须的管柱组合是 ： 油管或钻杆 52+ 封隔器 53+ 压力控制器 54 ； b、 提高管柱内液压力达到封隔器 53 坐封力的设计值 ； c、 卸去管柱内的液压力 ； d、 从井口下放送入管柱给封隔器 53 加载机械力并安装井口 ； e、 再次提高管柱内的液压力， 然后卸去管柱内的液压力。 0026 在上述安装步骤中， 所述的加载机械力对于不同尺寸的封隔器是不同的， 一般规 律是越大尺寸的封隔器所需要的加载机械力越大， 可从50kN250kN不等， 当然， 更大或更 小的封隔器所需的加载机械力也可以突破这一范围。 对于应用于139.7mm， 即51/2的套管 的封隔器的加载机械力可为 70kN 120kN ； 对于应用于 177.8mm， 即 7的套管的封隔器的 说 明 书 CN 103397863 A 6 4/4 页 7 加载机械力可为 80kN 150kN。 说 明 书 CN 103397863 A 7 1/1 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103397863 A 8 。