一种带弹性解封棘爪及平衡旁通的高温高压封隔器的制作方法

本实用新型属于油气田设备技术领域，具体是一种带弹性解封棘爪及平衡旁通的高温高压封隔器。

背景技术：

封隔器作为石油勘探中重要的井下工具之一，被广泛用于油气测试、挤水泥、注水、采油、采气、压裂和酸化等作业中，其工作性能的好坏直接影响着生产成本和企业的经济效益。

随着人们对石油勘探的深入需求，不得不在越来越恶劣的环境—高温高压等复杂的井下进行钻井、完井和修井作业。在深井中由于管柱太深，机械旋转坐封方式的封隔器不能很好的传递扭矩进行封隔器的坐封操作，在大斜度井和水平井的作业中机械旋转坐封方式的封隔器同样也不能很好的传递管柱扭矩来坐封封隔器；常温常压的液压封隔器采用常规的三胶筒组合结构无法满足高温高压的需求，而且O型圈数量较多导致整个封隔器漏失隐患处较多，油气田中由于封隔器原因而导致的失封、漏封、错封等事故时有发生。因此，常温常压的封隔器已经不能适应越来越恶劣的环境。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种带弹性解封棘爪及平衡旁通的高温高压封隔器，密封圈数量少，解封前可自行平衡压差，具有独特的坐封、解封机构，能承受204℃的温度和85MPa的封隔器上下压差的恶劣工作环境，适用于深井、超深井、大斜度井和水平井的修井和完井作业。

为实现上述技术目的，本实用新型提供的方案是：一种带弹性解封棘爪及平衡旁通的高温高压封隔器，包括两端分别连接上接头和下接头的中心管，所述中心管外壁设有一段压差平衡槽，该压差平衡槽内至少设有一处凸环将压差平衡槽隔出一段供劈环滑动的解封行程槽，压差平衡槽外套设相互螺纹连接且与劈环固定连接的旁通接头和连接套，连接套上依次设有高温胶筒组件、液压坐封机构和锚定机构。

高温胶筒组件依次包括上导环、高温胶筒和下导环，上导环与旁通接头螺纹连接。

液压坐封机构包括棘齿芯轴、缸套、锁定组件和剪切套，棘齿芯轴的首端与下导环接触，尾端与剪切套螺纹连接；锁定组件包括内置锁环的锁环座，锁环与锁环座由锁环紧定销固定，锁环的内外侧均有单向朝下的锯齿状螺纹，锁环座内侧具有与锁环外侧相适应的单向朝上的锯齿状螺纹，棘齿芯轴外侧具有与锁环内侧相适应的单向朝上的锯齿状螺纹；缸套套设于棘齿芯轴的外侧，缸套的首端与下导环螺纹连接，尾端与锁环座的首端螺纹连接，锁环座的尾端通过启动剪切销与剪切套连接。

锚定机构包括棘爪套、上锥体、单片双向卡瓦、卡瓦套、下锥体和卡瓦套挡圈，棘爪套的首端与连接套螺纹连接，尾端与下锥体的首端螺纹连接，上锥体和下锥体对向布置，单片双向卡瓦在两锥体之间，卡瓦套通过剪切销钉与上锥体连接，卡瓦套通过与其螺纹连接的卡瓦套挡圈与下锥体连接，下锥体的尾端通过解封剪切销与中心管连接，单片双向卡瓦内设有复位弹簧。

而且，所述劈环是由一个封闭环形筒锯开成两个分瓣的C型环构成。

而且，所述劈环与解封行程槽接触的两端分别设有15°的倒角，解封行程槽的两端设有与之相适应的倒角。

而且，所述高温胶筒的中部是AFLAS材质的橡胶，两端是AFLAS材质的高温橡胶挡圈，高温橡胶挡圈内部具有编织成型的蜂窝状高弹性金属网丝。

而且，所述锁环由一个整体式桶状环铣开一条轴向的槽，形成一个C型开环桶状体。

而且，所述中心管位于棘爪套与下锥体的连接处设有解封释放槽，棘爪套的中部直至尾端均布沿轴向的长铣孔，棘爪套尾端的螺纹为向端部倾斜的斜坡状梯形螺纹。

而且，所述棘爪套尾端的斜坡状梯形螺纹倒角为3°。

而且，所述上接头与中心管的连接处设有1号O型密封圈，旁通接头与中心管的连接处设有2号O型密封圈，旁通接头与连接套的连接处设有3号O型密封圈，下导环与连接套的连接处设有4号O型密封圈，下导环与缸套的连接处设有5号O型密封圈，棘齿芯轴与连接套的连接处设有6号O型密封圈，棘齿芯轴与缸套的连接处设有7号O型密封圈，连接套与中心管的连接处设有8号O型密封圈，下接头与中心管的连接处设有9号O型密封圈。

本实用新型的有益效果在于：无需旋转或提拉实现液压坐封；单片双向卡瓦有效锚定，防止封隔器在各种施工阶段的上移或下移而导致的封隔器受力不均而产生的解封现象；防退锁环组合机构可以有效的锁定高温组合胶筒的坐封力，防止高温组合胶筒的回弹；特殊设计的棘爪套在坐封后能够承受抗拉载荷，在解封时能够有效的回缩脱扣以便解封封隔器；旁通接头机构能够在解封时提供高温组合胶筒的上下压差的平衡，使得封隔器上部无需添加其他平衡管柱压差的机构就可以轻松解封，组合高温胶筒及高温密封圈能够有效的抵抗井下204℃高温和85MPa压差；组合高温胶筒位于卡瓦上部，防止封隔器被砂卡的风险。结构简单，操作方便，承受高温高压，对修井设备要求低，主要适用于机械坐封式不便的大斜度井或水平井中，且能够解决常规封隔器不能承受高温高压以及没有解封压差平衡机构造成解封困难的难题。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是图1中A部分放大图。

图3是图1中B部分放大图。

图4是图1中C部分放大图。

图5是图1中D部分放大图。

图6是图3中E处放大图。

图7是图4中F处放大图。

图8是锁环的结构示意图。

图9是图8的轴向剖视图。

图10是棘爪套结构示意图。

图11是棘爪套轴向剖面图。

其中，1、上接头，2、1号O型密封圈，3、2号O型密封圈，4、旁通接头，5、劈环，6、3号O型密封圈，7、上导环，8、连接套，9、高温胶筒，9.1、高温橡胶挡圈，10、下导环，11、4号O型密封圈，12、5号O型密封圈，13、缸套，14、6号O型密封圈，15、7号O型密封圈，16、棘齿芯轴，17、锁环座，18、锁环，19、锁环紧定销，20、启动剪切销，21、剪切套，22、上锥体，23、8号O型密封圈，24、剪切销钉，25、棘爪套，26、单片双向卡瓦，27、复位弹簧，28、卡瓦套，29、下锥体，30、卡瓦套挡圈，31、解封剪切销，32、中心管， 33、下接头，34、9号O型密封圈，35、解封行程槽，36、压差平衡槽，37、解封释放槽，38、长铣孔，39、斜坡状梯形螺纹。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

本实施例提供一种带弹性解封棘爪及平衡旁通的高温高压封隔器，如图1~5所示，包括两端分别连接上接头1和下接头33的中心管32，所述中心管32外壁设有一段压差平衡槽36，该压差平衡槽36内至少设有一处凸环将压差平衡槽36隔出一段供劈环滑动的解封行程槽35，压差平衡槽36外套设相互螺纹连接且与劈环固定连接的旁通接头4和连接套8，连接套8上依次设有高温胶筒组件、液压坐封机构和锚定机构。

高温胶筒组件依次包括上导环7、高温胶筒9和下导环10，上导环7与旁通接头4螺纹连接。

液压坐封机构包括棘齿芯轴16、缸套13、锁定组件和剪切套21，棘齿芯轴16的首端与下导环10接触，尾端与剪切套21螺纹连接；如图6所示，锁定组件包括内置锁环18的锁环座17，锁环18与锁环座17由锁环紧定销19固定，锁环18的内外侧均有单向朝下的锯齿状螺纹，锁环座17内侧具有与锁环18外侧相适应的单向朝上的锯齿状螺纹，棘齿芯轴16外侧具有与锁环18内侧相适应的单向朝上的锯齿状螺纹；缸套13套设于棘齿芯轴16的外侧，缸套13的首端与下导环10螺纹连接，尾端与锁环座17的首端螺纹连接，锁环座17的尾端通过启动剪切销20与剪切套21连接。

锚定机构包括棘爪套25、上锥体22、单片双向卡瓦26、卡瓦套28、下锥体29和卡瓦套挡圈30，棘爪套25的首端与连接套8螺纹连接，尾端与下锥体29的首端螺纹连接，上锥体22和下锥体29对向布置，单片双向卡瓦26在两锥体之间，卡瓦套28通过剪切销钉24与上锥体22连接，卡瓦套28通过与其螺纹连接的卡瓦套挡圈30与下锥体29连接，下锥体29的尾端通过解封剪切销31与中心管32连接，单片双向卡瓦26内设有复位弹簧27。

进一步的，所述劈环5是由一个封闭环形筒锯开成两个分瓣的C型环构成。

进一步的，所述劈环5与解封行程槽35接触的两端分别设有15°的倒角，解封行程槽35的两端设有与之相适应的倒角。

进一步的，所述高温胶筒9的中部是AFLAS材质的橡胶，两端是AFLAS材质的高温橡胶挡圈9.1，防止高温胶筒9压缩时，边角因应力集中而导致的撕裂现象。高温橡胶挡圈9.1内部具有编织成型的蜂窝状高弹性金属网丝。

进一步的，所述锁环18由一个整体式桶状环铣开一条轴向的槽，形成一个C型开环桶状体，使得锁环在径向具有舒张性，如图8和图9所示。

进一步的，如图7所示，所述中心管32位于棘爪套25与下锥体29的连接处设有解封释放槽37，棘爪套25的中部直至尾端均布沿轴向的长铣孔38，棘爪套25尾端的螺纹为向端部倾斜的斜坡状梯形螺纹，如图10和图11所示。

进一步的，所述棘爪套25尾端的斜坡状梯形螺纹39倒角为3°。

进一步的，所述上接头1与中心管32的连接处设有1号O型密封圈2，旁通接头4与中心管32的连接处设有2号O型密封圈3，旁通接头4与连接套的连接处设有3号O型密封圈6，下导环与连接套的连接处设有4号O型密封圈11，下导环与缸套13的连接处设有5号O型密封圈12，棘齿芯轴16与连接套8的连接处设有6号O型密封圈14，棘齿芯轴16与缸套13的连接处设有7号O型密封圈15，连接套8与中心管32的连接处设有8号O型密封圈23，下接头33与中心管32的连接处设有9号O型密封圈34。

本方案的装配顺序为：将8号O型密封圈23装入连接套8的尾端内侧，连接套8的尾端与棘爪套25斜坡状梯形螺纹39连接，将下锥体29首端内螺纹与棘爪套25尾端外螺纹连接，将解封剪切销31通过下锥体29装入中心管32上的剪切孔中，将上锥体22套入卡瓦套28内部，在卡瓦套28内部装上复位弹簧27和单片双向卡瓦26，卡瓦套28尾端内螺纹和卡瓦套挡圈30的外螺纹通过三角螺纹连接，将剪切销钉24通过卡瓦套28装入上锥体22上的剪切销槽中，在上锥体22首端连接好剪切套21，将锁环18通过锯齿螺纹旋入锁环座17，找正锁环18上的锯槽孔和锁环座17的剪切紧定销螺纹孔，旋入锁环紧定销19，将棘齿芯轴16首端内外密封槽分别装上6号O型密封圈14和7号O型密封圈15，将棘齿芯轴16从缸套13尾端装入，将缸套13尾端螺纹与锁环座17的首端螺纹连接，找到锁环座17尾端的启动剪切销20与剪切套21对应的启动销钉孔位置，将启动剪切销20旋入，将下导环10尾端内外密封圈槽内分别装上4号O型密封圈11和5号O型密封圈12，将下导环10尾端外螺纹与缸套13的外螺纹连接起来，在连接套8上依次从首端套入高温胶筒9和上导环7，将2号O型密封圈3和3号O型密封圈6装入旁通接头4对应的密封槽中，将分瓣的劈环5卡入连接套8的首端，将旁通接头4尾端的内外螺纹分别与连接套8和上导环7连接，将上接头1尾端内密封槽中装入1号O型密封圈2，将其右端内螺纹与中心管32首端螺纹连接起来，将下接头33密封圈槽中装入9号O型密封圈34，将其左端内螺纹与中心管32尾端外螺纹连接起来，完成装配。

本方案的工作原理如下。

坐封时，将封隔器的下接头连接封隔器专用打压堵塞器或打压塞，将上接头1连接好打压堵头，将管柱置于高温高压试验井中，开始从上端打压，达到封隔器额定坐封压力时，撤掉打压管线，打压坐封，剪断启动销钉20，下导环左移压缩胶筒，棘齿芯轴右移，剪断销钉24，上椎体推动卡瓦，卡瓦锚定在套管内壁，此过程中下导环10推动并压缩高温胶筒9，同时活塞力作用在旁通接头4和连接套8上，连接套8最终将通过棘爪套25作用在下锥体29上，下锥体29通过斜面将力作用在单片双向卡瓦26上，最终锚定在卡瓦套28管内壁上，同时液压力作用在棘齿芯轴16上，棘齿芯轴16向下推动上锥体22下行作用在单片双向卡瓦26上，并将力通过单片双向卡瓦26的棘齿传递到卡瓦套28管内壁上。

验上环空时，液压力作用在旁通接头4和高温胶筒9上，通过下锥体10力传递到锁环座17上，锁环座17内部锯齿螺纹将力传递给锁环18，锁环18将力传递给棘齿芯轴16，棘齿芯轴16推动上锥体22，最终作用在单片双向卡瓦26上，单片双向卡瓦26咬合在套管内壁上，防止封隔器移动，从而阻止了高温胶筒9的回弹，保持了封隔器的坐封力。

验下环空时，液压力通过高温胶筒9上，力传递到上导环7上，紧接着传递到旁通接头4，将力传递给与旁通接头4连接的连接套8，旁通接头4带动棘爪套25，棘爪套25与下锥体29连接，最终通过下锥体29将活塞力传递到单片双向卡瓦29上，单片双向卡瓦29锚定在套管内壁上，防止封隔器移动，从而保证了封隔器承受下压差。

封隔器解封时，上提中心管32，将解封剪切销31剪断，中心管32上移，将中心管32下部的解封释放槽37移动到棘爪套25尾部的带特定斜坡角度的改型梯形螺纹上，斜坡弹性螺纹收缩，螺纹与下锥体连接的斜坡螺纹脱扣，中心管32上部解封行程槽35相对旁通接头4上移，使得液体可以通过2号密封圈3与中心管压差平衡槽36之间的间隙，从而实现了封隔器的上下压差的平衡，中心管32带动劈环5，带动旁通接头4、上导环7、连接套8上行，给出了高温胶筒9的回弹轴向空间，从而实现的封隔器的解封。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进或变形，这些改进或变形也应视为本实用新型的保护范围。