可承受大扭矩高温高压封隔器的制作方法

本发明涉及油气田完井工具技术领域，尤其是涉及一种可承受大扭矩高温高压封隔器。

背景技术：

在油气田完井过程中，对于深井或超深井，以及井况复杂的裸眼井完井，完井管柱下入过程中很容易遇阻，导致完井管柱不能下放到预定位置，且深井和超深井井场伴随着高温高压环境。旋转下入和边冲边下是解决管柱下入问题的有效手段，但旋转下入需要封隔器可以承受很高的扭矩，边冲边下需要在完井管柱下入时保证封隔器不会被液压坐封。因此需要设计一种新型封隔器，在下入过程中可承受大扭矩旋转下入。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可承受大扭矩高温高压封隔器，以缓解现有技术中存在的旋转下入封隔器时，封隔器承受扭矩能力较差的技术问题。

本发明实施例提供一种可承受大扭矩高温高压封隔器，包括：封隔器以及用于与所述封隔器配合使用的坐封工具；所述封隔器包括中心管、扭矩接头、下接头以及封隔组件；所述扭矩接头和所述下接头分别固定套设于所述中心管的两端；所述封隔组件套设于所述中心管，且夹设于所述扭矩接头与所述下接头之间；所述坐封工具包括主体管和扭矩传递组件；所述扭矩传递组件包括上接头、扭矩传递套、扭矩块、旋转解锁组件以及锁爪，所述扭矩传递套套设于所述主体管，所述扭矩块插设于所述主体管与所述扭矩传递套之间；所述旋转解锁组件连接于所述主体管与所述上接头之间，所述旋转解锁组件用于压紧或释放所述扭矩块，以分别使所述主体管与所述扭矩传递套相对静止或相对转动；所述锁爪固定套设于所述主体管，且位于所述扭矩传递套的下端；所述封隔器与所述坐封工具在装配状态下，所述扭矩接头与所述扭矩传递套插接，所述锁爪位于所述中心管内并与所述扭矩接头螺纹连接。

进一步的，所述旋转解锁组件包括连接杆、保护套以及释放活塞；所述连接杆和所述保护套的上端均固定连接于所述上接头，且所述释放活塞位于所述连接杆与所述保护套之间，且所述上接头、所述连接杆、所述保护套以及所述释放活塞围成第一密封空间，所述连接杆上设有扭矩释放传压孔，所述扭矩释放传压孔与所述第一密封空间连通；所述连接杆内设有第一保护球座，所述第一保护球座具有用于封堵所述扭矩释放传压孔的第一初始状态和用于释放所述扭矩释放传压孔的第一释放状态；在所述第一释放状态下，所述第一密封空间内的扭矩释放压力能够逐渐增加，以推动所述释放活塞向上移动并释放所述扭矩块。

进一步的，所述主体管沿其周向设有多个凹槽，所述凹槽的侧面为第一斜面；所述扭矩块具有与所述第一斜面相适配的第二斜面，所述旋转解锁组件在释放所述扭矩块的状态下，所述主体管转动能够使所述扭矩块脱离出所述凹槽。

进一步的，所述封隔组件包括胶筒、卡瓦以及第二密封空间；所述胶筒和所述卡瓦均套设于所述中心管；所述中心管上设有中心管传压孔，所述中心管传压孔与所述第二密封空间相通；所述第二密封空间内的坐封压力逐渐增加，能够使所述胶筒和所述卡瓦紧密抵接于井壁；所述封隔组件采用耐高温材质。

进一步的，所述封隔组件还包括均套设于所述中心管的上坐封活塞、下坐封活塞、液压缸、锁环、上锥体以及下锥体；所述胶筒位于所述扭矩接头与所述上坐封活塞之间，所述上坐封活塞与所述下坐封活塞留有间隙，所述中心管传压孔位于所述间隙处；所述液压缸套设于所述上坐封活塞和所述下坐封活塞的外周侧，所述液压缸的上部与所述上坐封活塞固定连接，所述液压缸的下部与所述锁环固定连接，且所述中心管、所述上坐封活塞、所述下坐封活塞以及所述液压缸围成所述第二密封空间；所述卡瓦位于所述上锥体与所述下锥体之间；所述第二密封空间内的坐封压力逐渐增加，能够使所述上坐封活塞与所述下坐封活塞相背运动。

进一步的，所述封隔组件还包括剪切环；所述剪切环与所述上锥体螺纹连接，所述剪切环与所述液压缸的下部通过铜螺钉连接。

进一步的，所述坐封工具还包括密封杆，所述密封杆插接于所述主体管的下端，所述密封杆上设有坐封传压孔和两组密封结构；所述坐封传压孔位于两组所述密封结构之间；两组所述密封结构在所述装配状态下，能够与所述中心管和所述主体管围成第三密封空间；所述密封杆内设有第二保护球座，所述第二保护球座具有用于封堵所述坐封传压孔的第二初始状态和用于释放所述坐封传压孔的第二释放状态；在所述第二释放状态下，所述第二密封空间内的坐封压力能够逐渐增加，以使所述胶筒和所述卡瓦沿径向向外扩张并抵紧于井壁。

进一步的，所述坐封工具还包括液压脱手组件；所述扭矩传递套与所述主体管之间具有环状安装空间；所述液压脱手组件包括均套设于所述主体管的脱手活塞、支撑套以弹性件，所述弹性件套设于所述脱手活塞；所述主体管沿其径向设有凸台，所述锁爪和所述弹性件沿所述主体管的轴向设置，且夹设于所述环状安装空间的顶面与所述凸台之间；所述支撑套夹设于所述主体管与所述锁爪之间，且所述主体管、所述支撑套、所述锁爪以及所述凸台围成第四密封空间；所述主体管上设有脱手传压孔，所述脱手传压孔与所述第四密封空间连通；所述主体管内设有中间保护球座，所述中间保护球座具有用于封堵所述脱手传压孔的第三初始状态和用于释放所述脱手传压孔的第三释放状态；在所述第三释放状态下，所述第四密封空间内的液压脱手压力能够逐渐增加，以推动所述支撑套向上移动，并缩减所述脱手活塞的直径。

进一步的，所述可承受大扭矩高温高压封隔器具有下入状态和坐封状态；所述可承受大扭矩高温高压封隔器还包括投球；所述第一保护球座、所述中间保护球座以及所述第二保护球座由上至下间隔设置；在所述下入状态中，所述第一保护球座、所述中间保护球座以及所述第二保护球座均处于初始状态，所述封隔器和所述坐封工具能够一起转动；在所述坐封状态中，所述投球能够经所述第一保护球座和所述中间保护球座，并停留在所述第二保护球座，所述扭矩释放传压孔和所述中心管传压孔均处于释放状态；其中，所述第一保护球座、所述中间保护球座以及所述第二保护球座三者的打开压力、扭矩释放压力以及坐封压力依次增大。

进一步的，所述可承受大扭矩高温高压封隔器还具有液压脱手状态；在所述液压脱手状态中，所述脱手传压孔处于释放状态；其中，所述坐封压力小于所述液压脱手压力。

有益效果：

本发明提供的可承受大扭矩高温高压封隔器，封隔器与坐封工具在装配状态下，扭矩接头与扭矩传递套插接，锁爪位于中心管内并与扭矩接头螺纹连接。在钻杆带动上接头转动的过程中，锁爪与扭矩接头螺纹连接，能够实现封隔器与坐封工具的可靠连接，同时，扭矩接头与扭矩传递套插接的方式，能够实现扭矩的传递，进而在将封隔器下入油气井的过程中，能够使可承受大扭矩高温高压封隔器可承受较大的扭矩旋转下入。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的可承受大扭矩高温高压封隔器的剖视图；

图2为封隔器的剖视图；

图3为坐封工具的剖视图；

图4为主体管、扭矩块、扭矩传递套以及释放活塞装配后的剖视图之一，其中，扭矩块处于压紧状态；

图5为主体管、扭矩块、扭矩传递套以及释放活塞装配后的剖视图之二，其中，扭矩块处于释放状态；

图6为图3所示坐封工具的部分结构的局部放大示意图，其中，第一保护球座处于第一初始状态；

图7为图3所示坐封工具的部分结构的局部放大示意图，其中，第一保护球座处于第一释放状态。

图标：

10-封隔器；101-中心管；102-扭矩接头；103-下接头；104-胶筒；105-卡瓦；106-上坐封活塞；107-下坐封活塞；108-液压缸；109-锁环；110-上锥体；111-下锥体；112-剪切环；1011-中心管传压孔；

20-坐封工具；201-主体管；202-上接头；203-扭矩传递套；204-扭矩块；205-锁爪；206-连接杆；207-保护套；208-释放活塞；209-密封杆；210-脱手活塞；211-支撑套；212-弹性件；2011-凹槽；2012-脱手传压孔；2061-扭矩释放传压孔；2091-坐封传压孔；

30-第一保护球座；40-第二保护球座；50-中间保护球座；60-投球。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明实施例提供一种可承受大扭矩高温高压封隔器，如图1至图3所示，该可承受大扭矩高温高压封隔器包括封隔器10以及用于与封隔器10配合使用的坐封工具20；封隔器10包括中心管101、扭矩接头102、下接头103以及封隔组件；扭矩接头102和下接头103分别固定套设于中心管101的两端；封隔组件套设于中心管101，且夹设于扭矩接头102与下接头103之间；坐封工具20包括主体管201和扭矩传递组件；扭矩传递组件包括上接头202、扭矩传递套203、扭矩块204、旋转解锁组件以及锁爪205，扭矩传递套203套设于主体管201，扭矩块204插设于主体管201与扭矩传递套203之间；旋转解锁组件连接于主体管201与上接头202之间，旋转解锁组件用于压紧或释放扭矩块204，以分别使主体管201与扭矩传递套203相对静止或相对转动；锁爪205固定套设于主体管201，且位于扭矩传递套203的下端；封隔器10与坐封工具20在装配状态下，扭矩接头102与扭矩传递套203插接，锁爪205位于中心管101内并与扭矩接头102螺纹连接。

本实施例提供的可承受大扭矩高温高压封隔器，封隔器10与坐封工具20在装配状态下，扭矩接头102与扭矩传递套203插接，锁爪205位于中心管101内并与扭矩接头102螺纹连接。在钻杆带动上接头202转动的过程中，锁爪205与扭矩接头102螺纹连接，能够实现封隔器10与坐封工具20的可靠连接，同时，扭矩接头102与扭矩传递套203插接的方式，能够实现扭矩的传递，进而在将封隔器10下入油气井的过程中，能够使可承受大扭矩高温高压封隔器可承受较大的扭矩旋转下入。

需要说明的是，可承受大扭矩高温高压封隔器在下入井中的过程中，主体管201与扭矩传递套203相对静止。

进一步的，如图3至图5所示，旋转解锁组件包括连接杆206、保护套207以及释放活塞208；连接杆206和保护套207的上端均固定连接于上接头202，且释放活塞208位于连接杆206与保护套207之间，且上接头202、连接杆206、保护套207以及释放活塞208围成第一密封空间，连接杆206上设有扭矩释放传压孔2061，扭矩释放传压孔2061与第一密封空间连通；连接杆206内设有第一保护球座30，第一保护球座30具有用于封堵扭矩释放传压孔2061的第一初始状态和用于释放扭矩释放传压孔2061的第一释放状态；在第一释放状态下，第一密封空间内的扭矩释放压力能够逐渐增加，以推动释放活塞208向上移动并释放扭矩块204。

其中，如图3所示，释放活塞208的上端与上接头202之间留有用于供释放活塞208向上移动的空间。

在本申请的一个实施例中，如图3至图5所示，主体管201沿其周向设有多个凹槽2011，凹槽2011的侧面为第一斜面；扭矩块204具有与第一斜面相适配的第二斜面，旋转解锁组件在释放扭矩块204的状态下，主体管201转动能够使扭矩块204脱离出凹槽2011。

上面已经描述封隔器10与坐封工具20实现扭矩传递具体结构，接下来分别对封隔器10和坐封工具20进一步描述。

本实施例中，如图2所示，该封隔组件包括胶筒104、卡瓦105以及第二密封空间；胶筒104和卡瓦105均套设于中心管101；中心管101上设有中心管传压孔1011，中心管传压孔1011与第二密封空间相通；第二密封空间内的坐封压力逐渐增加，能够使胶筒104和卡瓦105紧密抵接于井壁。

具体的，请继续参照图2，封隔组件还包括均套设于中心管101的上坐封活塞106、下坐封活塞107、液压缸108、锁环109、上锥体110以及下锥体111；胶筒104位于扭矩接头102与上坐封活塞106之间，上坐封活塞106与下坐封活塞107留有间隙，中心管传压孔1011位于间隙处；液压缸108套设于上坐封活塞106和下坐封活塞107的外周侧，液压缸108的上部与上坐封活塞106固定连接，液压缸108的下部与锁环109固定连接，且中心管101、上坐封活塞106、下坐封活塞107以及液压缸108围成第二密封空间；卡瓦105位于上锥体110与下锥体111之间；第二密封空间内的坐封压力逐渐增加，能够使上坐封活塞106与下坐封活塞107相背运动，推动胶筒104膨胀，卡瓦105扩张，并抵紧于井壁。

在一种实施方式中，上锥体110与卡瓦105相接触的部分均采用斜面，以使上锥体110沿轴向向下移动时，可以使卡瓦105向外扩张，并抵紧于井壁。

请继续参照图2，封隔组件还包括剪切环112；剪切环112与上锥体110螺纹连接，剪切环112与液压缸108的下部通过铜螺钉连接。在坐封状态时，剪切环112将随上锥体110向下移动，可剪断铜螺钉。铜螺钉相当于起到一个保险的作用，只有达到一定压力才能剪短铜螺钉，之后才能发生相对移动。另外，第一保护球座30、第二保护球座40、中间保护球座50以及脱手活塞210等，都安装有铜螺钉，具体原理与前述类似，在此不再详细赘述。

考虑到封隔器10在使用很长时间后需把它取出来的解封问题，该封隔器10还包括解封组件。其中，解封组件可采用或参照现有技术，在此不再赘述。

上面已经描述封隔器10的具体结构，接下来具体描述坐封工具20。

如图3所示，坐封工具20还包括密封杆209，密封杆209插接于主体管201的下端，密封杆209上设有坐封传压孔2091和两组密封结构；坐封传压孔2091位于两组密封结构之间；两组密封结构在装配状态下，能够与中心管101和主体管201围成第三密封空间；密封杆209内设有第二保护球座40，第二保护球座40具有用于封堵坐封传压孔2091的第二初始状态和用于释放坐封传压孔2091的第二释放状态；在第二释放状态下，第二密封空间内的坐封压力能够逐渐增加，以使胶筒104和卡瓦105沿径向向外扩张并抵紧于井壁。

其中，密封结构包括开在主体管201上密封槽和安装在密封槽内的密封圈。

具体的，卡瓦105可采用现有技术；另外，卡瓦105的外周侧还可设有卡瓦罩。

进一步的，如图3所示，坐封工具20还包括液压脱手组件；扭矩传递套203与主体管201之间具有环状安装空间；液压脱手组件包括均套设于主体管201的脱手活塞210、支撑套211以弹性件212，弹性件212套设于脱手活塞210；主体管201沿其径向设有凸台，锁爪205和弹性件212沿主体管201的轴向设置，且夹设于环状安装空间的顶面与凸台之间；支撑套211夹设于主体管201与锁爪205之间，且主体管201、支撑套211、锁爪205以及凸台围成第四密封空间；主体管201上设有脱手传压孔2012，脱手传压孔2012与第四密封空间连通；主体管201内设有中间保护球座50，中间保护球座50具有用于封堵脱手传压孔2012的第三初始状态和用于释放脱手传压孔2012的第三释放状态；在第三释放状态下，第四密封空间内的液压脱手压力能够逐渐增加，以推动支撑套211向上移动，并缩减脱手活塞210的直径。

其中，弹性件212采用弹簧。弹簧的主要作用是压紧锁爪205，以防止在旋转脱手过程中，当螺纹松开后，锁爪205的螺纹与扭矩接头102的螺纹松开后发生错位。为了确保缩减脱手活塞210的直径，锁爪205沿轴向设有多个割缝。

需要说明的是，第一保护球座30和中间保护球座50的结构和原理均相同。以第一保护球座30为例，图6所示为第一保护球座30处于第一初始状态；图7所示为第一保护球座30处于第一释放状态。

还需要说明是的，前述提到的第一密封空间、第二密封空间、第三密封空间以及第四密封空间，均是为了确保加压时，液压压力能够进入相应的密封空间，推动相应的部件动作，以完成相应的动作。该可承受大扭矩高温高压封隔器能够在高压环境中使用。另外，本实施例的可承受大扭矩高温高压封隔器中的胶筒104和其他密封元件都为高温密封元件，以使该气完井装置还能够在高温环境中使用。

本实施例中，可承受大扭矩高温高压封隔器具有下入状态和坐封状态；可承受大扭矩高温高压封隔器还包括投球60；第一保护球座30、中间保护球座50以及第二保护球座40由上至下间隔设置；在下入状态中，第一保护球座30、中间保护球座50以及第二保护球座40均处于初始状态，封隔器10和坐封工具20能够一起转动；在坐封状态中，投球60能够经第一保护球座30和中间保护球座50，并停留在第二保护球座40，扭矩释放传压孔2061和中心管传压孔1011均处于释放状态；其中，第一保护球座30、中间保护球座50以及第二保护球座40三者的打开压力、扭矩释放压力以及坐封压力依次增大。

具体的，该可承受大扭矩高温高压封隔器在使用过程中，按照先后顺序具有下入状态、坐封状态以及脱手状态。下面将对这三个状态进行详细的描述。

（1）下入状态

在下入状态中，如图1所示，扭矩块204将扭矩传递套203和主体管201锁定，防止扭矩传递套203和主体管201相对转动，即，使主体管201与扭矩传递套203相对静止。

此时，当钻杆与上接头202连接，并带动上接头202转动时，封隔器10和坐封工具20将一起转动。其中，扭矩传递的顺序为：上接头202与连接杆206通过螺纹传递扭矩，连接杆206和扭矩传递套203通过扭矩块204传递扭矩，扭矩传递套203与扭矩接头102传递扭矩，扭矩接头102与中心管101通过螺纹传递扭矩，中心管101与下锥体111通过扭矩键传递扭矩，下锥体111与连接筒、连接筒与下接头103通过螺纹传递扭矩。

需要说明的是，在下入状态中，第一保护球座30、中间保护球座50以及第二保护球座40均处于初始状态，相应的，扭矩释放传压孔2061、坐封传压孔2091以及中心管101传压孔均处于封堵状态。在边冲边下时，坐封工具20内部的各个传压孔被相应的球座保护，不受管内压力影响。

（2）坐封状态

在坐封状态中，如图1所示，投球60在第一保护球座30内，打压到一定压力后，第一保护球座30向下移动到连接杆206的大内径处时，第一保护球座30下部的棘爪结构向外张开，投球60向下落入中间保护球座50内；打压到一定压力后，中间保护球座50向下移动到主体管201的大内径处时，中间保护球座50下部的棘爪结构向外张开，投球60落入第二保护球座40内；继续打压到一定压力后，第二保护球座40向下移动到密封杆209的小内径处不再向下移动，继续打压使封隔器10的上坐封活塞106、下坐封活塞107分别挤压胶筒104和卡瓦105进行坐封。

简单来说，投球60加压后，投球60会依次通过第一保护球座30和中间保护球座50，落在第二保护球座40上，并推动第二保护球座40向下移动一小段距离，此后第二保护球座40将无法再向下移动，这个过程中，三个保护球座所封堵的传压孔都依次被释放。

需要说明的是，投球60与保护球座配合的形式对于本领域技术人员来说是清楚的，通过两者的配合可以实现管内的密封或连通。

（3）脱手状态

脱手状态即坐封工具20可以从封隔器10中可以取出的状态。该实施例包括旋转脱手和液压脱手。

由于在坐封完成后，扭矩块204被释放，因而，此时可采用旋转脱手，使锁爪205与中心管101的螺纹脱开，以便于将坐封工具20取出。

如果想要采用液压脱手，需要在坐封完成后继续加压提高压力，会继续液压脱手过程。

具体的，在液压脱手状态中，脱手传压孔2012处于释放状态；其中，坐封压力小于液压脱手压力。继续打压压力后，第四密封空间内的液压脱手压力逐渐增加，并推动支撑套211向上移动，使脱手活塞210的直径缩小，进而使锁爪205与中心管101的螺纹脱开，以便于将坐封工具20取出。

需要说明的是，由于每个过程需要的压力是不一样的，因而，可在使用过程中通过施加不同的压力来控制相应的过程。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。