专利名称：单向卡瓦液压座封封隔器的制作方法
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， 尤其是能在油井中阻止施工管柱蠕动、实施单向锚定的单向卡瓦液压座封封隔器。
技术背景目前，公知的单向卡瓦液压座封封隔器的座封机构如图8所示，卡瓦机构包括单向 卡瓦13、卡瓦座14、卡瓦弹簧15、弹簧座17、上锥体12。封隔器液压座封时，活塞22 上行，推动弹簧座17上行，与弹簧座17连成一体的推筒23上行剪断卡瓦座14与活塞 套19连接的剪钉40，卡瓦弹簧15张开，卡瓦座14在卡瓦弹簧15的作用下上移，并使 卡瓦13张开锚定，继而座封上活塞22和座封下活塞共同推动锥体连接套27及上锥体 12上行实施座封。其存在的主要缺点封隔器下井时，由于封隔器与套管的摩擦与碰撞， 容易中途剪断卡瓦座剪钉40而使卡瓦张开锚定引起发卡现象，如果通过增大剪钉的剪力 来消除上述问题，则会因所需的座封压力较大，产生较大的活塞效应，导致施工管柱伸 长，在座封压力撤除时管柱收縮，造成封隔器移动，极易破坏胶筒；另外，封隔器解封 后，卡瓦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也容易发卡。 发明内容为了解决上述单向卡瓦液压座封封隔器座封后易发生管柱蠕动、下井途中易发卡的 不足，本发明提供一种单向卡瓦液压座封封隔器，该单向卡瓦液压座封封隔器的卡瓦座 与锥体连接套刚性锁止，卡瓦张开锚定与否不受下井时封隔器与套管的摩擦、碰撞的影 响，下井途中不易发卡；卡瓦张开锚定所需压力较小，从而可以确保证施工管柱不蠕动。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、弹簧座和上锥体；卡瓦座下端有与锥体连接套配合的套筒，卡瓦弹 簧套装在套筒外侧，卡瓦座下端的套筒上设有锁止块安装孔，锥体连接套上相应部位设 有与锁止块配合锁止孔或槽；在卡瓦弹簧与卡瓦座套筒之间的还设有一个套装在卡瓦座 套筒上的卡瓦座锁套，该卡瓦座锁套将装在卡瓦座套筒中的锁止块压入至锥体连接套的 锁止孔或槽中，实现卡瓦座与锥体连接套刚性锁止；所述卡瓦座锁套上设有与锁止块配 合的解锁槽，当座封时推筒上移推动卡瓦座锁套沿卡瓦座套筒上行至卡瓦座台阶处时所 述解锁槽的位置对应于套筒上的锁止块安装孔部位。 上述卡瓦座锁套通过剪钉与卡瓦座套筒连接。可以实现在卡瓦座套筒上定位，其剪 钉剪力可设置较小。座封初始时，座封上活塞上行通过推筒推动卡瓦座锁套上行至卡瓦座台阶处时，卡瓦座在卡瓦弹簧的作用下与锥体连接套解锁而上行使卡瓦张开锚定，继而座封上、下活 塞共同推动锥体连接套上行完成座封动作。下井时封隔器与套管的摩擦、碰撞产生的冲击力传递至卡瓦座上，而卡瓦座刚性锁死在锥体连接套上，不会造成解锁，推筒上行所需的压力较小，即较小的压力卡瓦即可张开，压力较小时，产生的活塞效应也较小，由于座封管柱与套筒间有很大的摩擦力，其自身可以克服较小的活塞效应，因此，可确保施工管柱不蠕动，从而避免了管柱移动所带来的施工不成功、施工准确性不高、地层不必要的污染等问题；同时还可避免下井途中卡瓦张开锚定而发卡现象。解封时，为了解除卡瓦难收縮和起管柱易发卡问题，本发明在胶筒密封机构的金属 挡环与上锥体之间还设有一个在解封时可以使卡瓦收縮并锁住的下顶套，所述下顶套下 端套在上锥体上段并通过锁止机构连接，所述锁止机构包括解锁套和锁止销，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锥 面台阶，台阶下端的内圆半径大于台阶上端的内圆半径，解锁套位于在锁止销内端并通 过剪钉固定在上锥体内壁上；中心管上设有向上移动时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，中心管上的凸台上行，推动解锁套上行，在胶筒的 反作用力下下顶套通过锥面台阶推动锁止销向轴心移动而解锁，胶筒的回弹力进一步将 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。本发明还包括一个弹簧座锁止机构，包括锁止钢球、解锁拉杆，所述推筒设在弹簧 座与锥体连接套之间并与弹簧座滑动连接，并在轴向位于座封上活塞与卡瓦座锁套之间， 锥体连接套上设有对推筒下端限位的卡环；推筒内侧开有轴向槽，轴向槽底壁厚小于锁 止钢球的直径，轴向槽的底壁上开有与锁止钢球相配的锁孔，与所述锁孔相应位置的弹 簧座上设有锁止槽，解锁拉杆一端设置在所述推筒内侧轴向槽中，将锁止钢球限制在推 筒的锁孔内并部分地嵌入弹簧座的锁止槽中，将弹簧座锁在锥体连接套上；所述解锁拉 杆的上端与解锁套铰连，卡瓦座及上锥体上开有使解锁拉杆通过的槽或孔。解封时，解 锁套带动解锁拉杆上行，解锁拉杆下端脱离推筒的锁止钢球部位，在卡瓦弹簧的作用下， 锁止钢球嵌入到解锁拉杆轴向槽中，使得弹簧座与推筒分开，弹簧座下行，卡瓦弹簧的 预紧力可进一步释放。
所述中心管上突起的凸台为套在中心管上可以径向收縮的弹性开口环，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縮的圆锥面，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，解锁套上端圆锥面挤压开口环使其收縮， 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，所述距离为在 保证过流通道的情况下尽力縮小，这样解封距离縮短，可以縮短封隔器的长度，便于管 柱施工，减少事故发生。本发明的上锥体与中心管、锥体连接套与中心管之间有环形间隙，该间隙为洗井液 过流通道，弹簧座和推筒上开设有过液孔，可以实施洗并作业。本发明的优点在于1、下井时封隔器与套管的摩擦或碰撞的冲击力施加在卡瓦座上， 卡瓦座与锥体连接套刚性锁止，因此可以避免下井途中易发卡问题；同时，卡瓦座锁套 上设置的剪钉仅用于卡瓦座锁套定位，所以剪钉剪力可以根据油井情况和施工的要求进 行自由设定，可以保证在油气井各项作业施工中作业管柱不产生蠕动，从而能更好地实 现各项作业的成功率与准确率2、在下管柱或封隔器解封起管柱时，单向卡瓦始终处于 稳定的收拢锁止状态，从而施工方便，减少了事故发生；3、设有洗井过流通道，便于洗 井作业，同时由于单向卡瓦设在封隔器下端洗井通道的上方，不占用洗井过流通道，同 时避免了洗井时污染物堵塞卡瓦和卡瓦发卡的可能。4、此种结构的封隔器座封稳定，解 封可靠。
图1为本发明结构示意图。图2为图1中沿A—A线剖面图。图3为图1中沿B—B线剖面图。图4为图1中虛框C部放大示意图。图5为图1中虚框D部放大示意图。图6为本发明在座封状态的结构示意图。图7为本发明在解封状态的结构示意图。图8为现有封隔器结构示意图。图9为本发明另一实施例结构示意图。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、卡瓦弹簧，16、锁止块(锁止钢球)，17、弹簧座，18、锁止钢球，19、 活塞套，20、座封下活塞，21、下接头，22、座封上活塞，23、推筒，24、卡环，25、 解锁拉杆，26、卡瓦座锁套，27、锥体连接套，28、中心管，29、过流通道，30、解锁 拉杆上端，31、解锁套，32、下卡环，33、剪钉，34、开口环，35、上卡环，36、阀座， 37、节流弹簧，38、剪钉，39、外芯管，40、剪钉，41、套管，42、楔块，43、过液孔， 44、导向槽上壁，45、侧冀，46、斜槽，47、锁止槽，48、锁孔，49、套筒，50、解锁 槽，51、销钉槽(过液孔)，52、内圆锥面，53、台阶，54、销钉，55 — 56、过液孔。
具体实施方式
如图1至图7所示，本发明包括上接头l、下接头21、中心管28、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22、座封下活塞20、活塞套19、锥体连接套 28。卡瓦机构包括单向卡瓦13、卡瓦座14、卡瓦弹簧15、弹簧座17、上锥体12和推筒23。 洗井活塞套3通过剪钉2连接在上接头1上。弹簧座17下端设有销钉槽51，活塞套19通过销 钉54及销钉槽51与弹簧座17滑动连接，使得活塞套与弹簧座之间可以相对滑动。弹簧座17通过锁止机构滑动连接在推筒23。该弹簧座锁止机构包括锁止钢球18、解 锁拉杆25，推筒23设在锥体连接套27和弹簧座17之间，锥体连接套27下端设有对推简23 下端限位的卡环24:推筒23内侧开有轴向槽，参见图3，轴向槽的底壁厚度小于锁止钢球 18的直径，轴向槽的底壁上开有与锁止钢球18相配的锁孔48，与锁孔相应位置的弹簧座 17上设有锁止槽47，解锁拉杆一端25设置在轴向槽中，将锁止钢球18限制在推筒23的锁 孔48内并部分地嵌入弹簧座17的锁止槽47中，在卡瓦弹簧15的反推作用下弹簧座17通过 锁止钢球18与推筒23连在一起，从而实现与锥体连接套27的连接。当解锁拉杆25上行使 其下端脱离锁止钢球18所在部位时，在卡瓦弹簧15的反推下弹簧座17将锁止钢球挤入推 筒的解锁拉杆轴向槽内，弹簧座17解锁、脱离推筒23而下行，卡瓦15的预紧力进一步释 放，更有利于封隔器解封时卡瓦收縮。卡瓦座14通过卡瓦座锁止机构与锥体连接套27连接。该锁止机构包括卡瓦座锁套26 和锁止钢球16，卡瓦座14下端有与锥体连接套27配合的套筒49，套筒的厚度小于锁止钢 球即锁止块16的直径，套筒上设有与锁止钢球相配的孔，并设有与卡瓦座锁套26对应的 数个剪钉40安装孔，锥体连接套27上相应部位设有锁止孔，卡瓦座锁套26套在套筒49和 卡瓦弹簧15之间，并将装在套筒上的锁止钢球16嵌入到锥体连接套27的锁止孔中，将卡 瓦座14锁在锥体连接套27上，弹簧座17的内径大于卡瓦座锁套26的外径，如图4所示，卡 瓦座锁套26下端设有与相应锁止钢球16配合的解锁槽50，当座封活塞22上行剪断连接卡 瓦座锁套26与卡瓦座14下端套筒49的剪钉40,继续上行推动卡瓦座锁套26向上运动到卡 瓦座台阶时，锁止钢球16在卡瓦弹簧作用下被挤压至相应的解锁槽50内以使卡瓦座14与 锥体连接套27分离。卡瓦座14下端的套筒49与卡瓦座锁套26之间设有连接卡瓦座剪钉40。上锥体12固定在锥体连接套27上，上锥体12下端的卡瓦13安装槽两侧设有卡瓦导向 槽，图5中的件44为该导向槽的上壁，卡瓦13轴向两侧设有与导向槽配合的侧冀45。卡瓦 座14上端还设有与卡瓦13下端的方形楔块42配合的方形斜槽46。下顶套9与上锥体12之间的锁止机构包括解锁套31、开口环34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ll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53，锁止销外端与 下顶套锥面台阶53上下圆柱面紧密配合。解锁套31通过剪钉33安装在筒体内并将锁止销 ll挡在销孔内。开口环34套在中心管28上，其位置设在解锁套31上端，并且在封隔器座 封后位于解锁套下端，并使解锁套与开口环之间保持一定距离，形成间隙作为洗井通道， 开口环34上下两端设有与中心管28连接的上、下定位卡环35、 32，解锁套31上端及开口 环34下端的接触部分分别设有相互配合的内圆锥面52、外圆锥面，解锁套31在座封时通 过上端的内圆锥面52挤压开口环34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34上移，开口环34推动解锁套31下端径向直台阶上行，并剪断解封剪 钉33，实施解锁。开口环34下端内圆锥面与下定位卡环32的上端外圆锥面上设有相互配 合接触面，如图7所示，解封时，开口环34承受向下的力，当推动解锁套31下端径向直台 阶受力时，在下定位卡环32的上端外圆锥面的作用下，开口环34外圆柱面与解锁套31下 端内圆柱面紧密结合，同时推动解锁套31的径向直台阶上移，实施解锁，解锁稳定可靠。金属挡环5与下顶套9之间设有一个用来调节下顶套向下行程的调节套6，调节套6通 过剪钉28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。解锁拉杆的上端30与解锁套31铰连，卡瓦座14及上锥体12上开有使解锁拉杆30、 25 通过的槽或孔。座封后的解锁套31与中心管28之间、上锥体12与开口环34之间形成的间隙为洗 井液过流通道，锥体连接套27与中心管28之间有环形间隙，该间隙为洗井液过流通道 29，推筒23上开设有过液孔43,弹簧座17上的锁钉槽为过液孔，提供了洗井过液通道。 本发明设有洗井过流通道，便于洗井作业，同时由于单向卡瓦13设在封隔器下端洗井通 道的上方，增大了洗井过流通道，同时避免了洗井时污染物堵塞卡瓦和卡瓦发卡的可能。
其工作原理如下座封时，参见图6，座封活塞上行，座封上活塞22推动推筒23、卡瓦弹簧座17及卡瓦座锁套26向上移动，剪断卡瓦座锁套26与卡瓦座连接的剪钉40 后顶在卡瓦座14下端部，此时，卡瓦座锁套26上的解锁槽对应于锁止钢球所在部位， 在卡瓦弹簧15的作用下，锁止钢球被挤压到卡瓦座锁套26的解锁槽50内，卡瓦座14 解锁，预紧的卡瓦弹簧15推动卡瓦座14上行使卡瓦13张开锚定在井壁即套管41上； 同时，座封上活塞22和座封下活塞20继续上行，推动锥体连接套27、上锥体12及下 顶套9上行，切断调节套6上的座封剪钉38，通过调节套推动金属挡环5上行，使胶筒 4压縮座封，同时上锥体12上端的环形牙(图l中未示)与锁环8的牙咬合锁定实现座 封。图1中件36、 37为洗井节流阀组件。解封时，参见图7，上提管柱带动中心管28上移，中心管带动开口环34上移，开口环 34推动解锁套31下端径向直台阶剪断解封剪钉33，解锁套31继续上移至限位销10，解锁 套31脱离锁销11部位，锁销ll失去支撑，胶筒的回弹力使下顶套9向下反推锁销11，锁销 U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下行而收縮，解除卡瓦13锚定，并且，下行至终点时卡瓦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；解锁 套31上行的同时还带解锁拉杆25上行，解锁拉杆25下端脱离推筒23的锁止钢球18部位， 在卡瓦弹簧15的反压下锁止钢球18脱离弹簧座17而嵌入到解锁拉杆轴向槽中，使得弹簧 座17与推筒23分开而解锁，卡瓦弹簧15的预紧力进一步释放，使卡瓦13及卡瓦座14能够 轻松下行。下井途中活塞套受碰撞上移时带动弹簧座上移，由于弹簧座的内径大于推筒及卡瓦 座锁套的外径，弹簧座上移时仅通过卡瓦弹簧将力传递到锁止的卡瓦座上，而不会使推 筒及卡瓦座锁套动作，因此，可以避免下井途中易发卡问题。图9所示为本发明的弹簧座与推筒连成一体形成一个构件的实施例。图中卡瓦座的 锁止机构、下顶套的锁止机构与上例中相同，不再描述。本例中的活塞套套在弹簧座外 侧，当活塞套上移与卡瓦座接触时，活塞套与弹簧座之间相隔一定距离，这样下井途中 活塞套受碰撞上移作用于卡瓦座，而不会带动弹簧座上移使卡瓦座解锁。弹簧座和活塞 套上端设有用于洗井的过液孔55、 56。座封时，座封上活塞直接推动卡瓦座锁套上行解 锁。
权利要求
1、一种单向卡瓦液压座封封隔器，包括上接头[1]、下接头[21]、中心管[28]、胶筒密封机构、卡瓦机构和座封机构，座封机构包括座封上、下活塞[20、22]、活塞套[19]、锥体连接套[27]；卡瓦机构包括单向卡瓦[13]、卡瓦座[14]、卡瓦弹簧[15]、弹簧座[17]、上锥体[13]；其特征是卡瓦座[14]下端有与锥体连接套[27]配合的套筒[49]，卡瓦弹簧[15]套装在套筒[49]外侧，卡瓦座下端的套筒[49]上设有锁止块[16]安装孔，锥体连接套[27]上相应部位设有与锁止块配合锁止孔或槽；在卡瓦弹簧与卡瓦座套筒之间还设有一个套装在卡瓦座套筒上的卡瓦座锁套[26]，该卡瓦座锁套将装在卡瓦座套筒中锁止块[16]压入至锥体连接套[27]的锁止孔或槽中，实现卡瓦座与锥体连接套刚性锁止；所述卡瓦座锁套[26]上设有与锁止块[16]配合的解锁槽[50]，当座封时推筒上移推动卡瓦座锁套[26]沿卡瓦座套筒[49]上行至卡瓦座台阶处时所述解锁槽[50]的位置对应于套筒上的锁止块[16]安装孔部位。
2、 根据权利要求l所述的单向卡瓦液压座封封隔器，其特征是在胶筒密封机构的金属 挡环[5]与上锥体[12]之间还设有一个在解封时可以强制卡瓦收縮的下顶套[9],所 述下顶套[9]下端套在上锥体[12]上并通过锁止机构连接，所述锁止机构包括解锁套[31]和锁止销[11],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]外端配合的锥面台阶[53]，台阶[53]下 端的内圆半径大于台阶上端的内圆半径，解锁套[31]位于在锁止销[11]内端并通过 剪钉[33]固定在上锥体[12]内壁上；中心管[28]上设有向上移动时可推动解锁套 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弹下其下端至少可以推动 卡瓦径向收縮。
3、 根据权利要求2所述的单向卡瓦液压座封封隔器，其特征是还包括一个弹簧座锁止 机构，包括锁止钢球[18]、解锁拉杆[25]，所述推筒[23]设在弹簧座[17]与锥体 连接套之间并与弹簧座滑动连接，并在轴向位于座封上活塞[20]与卡瓦座锁套[26] 之间，锥体连接套[27]上设有对推筒[23]下端限位的卡环[24];推筒内侧开有轴向 槽，轴向槽的底壁厚度小于锁止钢球[18]的直径，轴向槽的底壁上开有与锁止钢球相 配的锁孔，与所述锁孔相应位置的弹簧座[17]上设有锁止槽[47]，解锁拉杆[25] — 端设置在所述轴向槽中，将锁止钢球限制在推筒[23]的锁孔内并部分地嵌入弹簧座[17] 的锁止槽[47]中，将弹簧座[17]锁在锥体连接套[27]上；所述解锁拉杆的上端[30]与解锁套[31]铰连，卡瓦座[14]及上锥体[13]上开有使解锁拉杆通过的槽或孔。
4、 根据权利要求2或3所述的单向卡瓦液压座封封隔器，其特征是所述中心管[28]上 突起的凸台为套在中心管[28]上可以径向收縮的开口环[34],开口环上下两端设有与 中心管[28]连接的上、下定位卡环[35、 32],解锁套[31]上端有压迫开口环收縮的 内圆锥面[52],开口环[34]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所述的单向卡瓦液压座封封隔器，其特征是锥体连接套[27] 与中心管[28]之间有环形间隙，该间隙为洗井液过流通道[29]，推筒[26]和弹簧座[17]上分别开设有过液孔[43]和[51]。
6、 根据权利要求1或2或3所述的单向卡瓦液压座封封隔器，其特征是卡瓦座锁套[26] 通过剪钉[40]与卡瓦座套筒[49]连接。
全文摘要
本发明公开了一种单向卡瓦液压座封封隔器，卡瓦座[14]下端套筒[49]上设有锁止块[16]安装孔，卡瓦座锁套[26]将锁止块[16]压入至锥体连接套[27]的锁止孔中，实现卡瓦座与锥体连接套刚性锁止；卡瓦座锁套[26]上设解锁槽[50]，当推筒[23]推动卡瓦座锁套[26]上行使解锁槽[50]对应于锁止块[16]安装孔部位时可解锁。本发明封隔器下井途中不易发卡，卡瓦座剪钉剪力可以根据油井情况和施工的要求进行自由设定，保证在油气井各项作业施工中作业管柱不产生蠕动，能实现各项作业的成功率与准确率，还可以洗井作业。
文档编号E21B33/128GK101165310SQ200610137100
公开日2008年4月23日 申请日期2006年10月18日 优先权日2006年10月18日
发明者刘宜贵 申请人:刘宜贵