专利名称：用于机械座封可收回的封隔器的弹簧激励碎屑屏障的制作方法
技术领域：
本发明的领域是用于可收回的井下工具的碎屑屏障，特别是用于 机械座封封隔器的碎屑屏障。
背景技术：
封隔器用于在井下隔离不同区域。 一些封隔器制成为在座封于井 中之后在以后的某个时间取出，该时间可以是相当长的时间段。这些 封隔器称为可收回的。它们通常的特征是由锥体促动的滑动件，该锥 体在滑动件下面运动，以便使它们沿径向移动出去以对封隔器支承。 密封元件組件处于上部和底部滑动件之间。为了收回该封隔器，楔入 滑动組件中的锥体必须从滑动件下面退回，该锥体在以前抵靠管形件 楔入。通常，在机械座封封隔器上，心轴通过油管柱的旋转来操作， 这样，它将锥体从上部滑动组件的下面拉出，以便能够在封隔器伸出 时使密封元件放松，这样，它能够被拉出。
可收回的封隔器可以通过施加使活塞运动的压力而进行压力座 封，该活塞使得滑动件的锥体一起向外运动，同时压缩密封元件。机 械座封封隔器通常具有摩擦块，该摩擦块是弹簧激励部件，以便当与 心轴连接的油管柱被操纵旋转时暂时对封隔器外壳体支承。 一种类型 使用j形狭槽，这样，当外壳体支承在摩擦块上时，油管可以转动和 向下设置，且施加在心轴上的油管柱重量座封封隔器。
过去，已经认识到压力座封可收回的封隔器需要在上部滑动件上
面的碎屑屏障。在USP 6302217和6112811中提出的方案包括在滑动 斜面上的橡胶环，这样，当增压活塞使得封隔器部件运动时，靠在相 应斜面上的上部滑动件将橡胶环向外推动，并抵靠周围的管使它楔入 间隙中(在它到达滑动斜面顶部之后)。在一种变化形式中，碎屑屏障首先保持在滑动组件上面和下面的槽中，并设置滑动件，且增压活塞 将迫使碎屑屏障环离开它在槽中的操作，并沿滑动斜面向上，在该滑 动斜面处，希望它抵靠周围的管形件楔入。
尽管该设计看起来在书面上解决了问题，但是它有很多实际限制。 直接压迫环以便使它扩大直径和向上运动至倾斜斜面上将遇到多个问
题。环在它的直径扩大时可能绕它的周边中心线滚转。当发生这种情
况时，它将不均匀地沿斜面向上运动，从而留下小于360的保护，还 可能在抵靠周围管形件楔入之前破裂。这种楔入作用的另一问题是碎 屑屏障可能受到足以将它挤出的楔入力，这也可能导致撕裂。当环依 靠滑动运动来使它向外倾斜时，沿斜面的任意故障都可能导致环件起 到滑动组件沿斜面向上运动的制动器的作用。因此，不能获得最佳抓 握，且该座封的封隔器可能失去该抓握。
尽管碎屑屏障被提供在依靠驱动座封活塞(setting piston)来促 动滑动件和密封元件的压力座封封隔器中，但是这样的屏障不能用于 设计成可收回的机械座封封隔器。本发明通过可以对现有机械座封可 收回的封隔器简单改进的设计来在这种封隔器中解决该需要。该设计 使得碎屑屏障与滑动组件间隔开，并使它在封隔器座封时保持激励。 屏障退回以便插入，并可以在封隔器座封时很容易地伸出以便桥接该 间隙到周围管形件上。本领域技术人员通过阅读对优选实施例的说明 和附图可以更容易地了解本疼明的这些和其它特征，从而认识到本发 明的全部范围在附加权利要求中表示。
发明内容
一种用于可收回的机械座封封隔器的碎屑屏障保持退回以便插 入。它保持与上部滑动件间隔开，并使用弹簧偏压，当封隔器座封时， 该弹簧偏压作用在滑动件上以便使它们保持激励，还将屏障激励至伸 出位置，以便将碎屑保持在上部滑动件之外。优选是，碎屑屏障是套 筒，该套筒通过座封过程而轴向压缩，以便增加直径，并横跨在封隔 器心轴和设置的上部滑动件之间的间隙。当上部滑动件通过封隔器心轴的旋转和拾起力而被^破坏时，能够通过使碎屑屏障退回而取回封隔 器。没有碎屑屏障将阻止封隔器在井孔中的取回，在该井孔中存在碎 屑，且碎屑具有环绕上部滑动件沉积的趋势，更重要的是沉积在上部 滑动件的下面的趋势。
图l表示了操作就位的碎屑屏障； 图2表示了处于座封位置的碎屑屏障； 图3是整个封隔器的布局，其中碎屑屏障表示操作就位； 图4是图3中处于座封位置的视图；以及 图5是图4中处于释放位置的视图。
具体实施例方式
假定机械座封封隔器领域的技术人员熟悉它的主要部件，且这些 部件在图3-5中表示。通常，这样的封隔器具有外壳体，该外壳体通 过摩擦块11而暂时支承在井孔中，该摩擦块11是卡在周围管上的装 有弹簧的突块，其对心轴10提供暂时支承，该心轴10与顶部短节(sub) 12连接，并由油管柱(未示出)来支承，该油管柱连接在螺紋14处， 并沿井孔继续向.上至地面。通常，在外壳体和心轴IO之间有某些类型 的j形狭槽机构，这些j永狭槽机构使得心轴IO相对于由摩擦块支承 的外壳体进行操纵。该心轴操纵通过油管柱的旋转而从地面进行。
在现有设计中，弹簧16将在一端支承在顶部短节12上，并支承 在滑动组件18上，如图2中所示。心轴10的旋转操纵将使得顶部短 节12更靠近静止摩擦块，以便相对于上部滑动组件18压缩弹簧16， 且在该过程中还设置位于该上部滑动组件18下面的底部滑动件13和 密封元件15。尽管有变化形式，但是上述部件和座封现有的机械座封 封隔器的方式都相对紧密地追随上述步骤。最后，在心轴10上放下的 重量使得滑动件能够将压缩的密封元件抵靠周围的管保持推出，同时 弹簧16抵靠顶部短节12压缩。在这样的设置运动过程中，心轴10
6将自动跟随进入J形狭槽中的设置位置，从而使得封隔器在消除压缩
时仍然保持座封。释放包括心轴10的旋转和拾起顶部短节12，以便 使得弹簧16变松，并抓住滑动组件18向上拉动，以便使得滑动斜面 从上部滑动件的下面出来，这样，封隔器密封元件和底部滑动件将伸 出，且封隔器可以取出。
本发明通过增加在螺紋22处固定在顶部短节12上的环20而改变 了现有的机械座封封隔器设计。底部环24具有底部凸肩26，弹簧16 支承在该凸肩26上。为了插入，底部环24相对于顶部短节12的位置 通过剪切销28来保持。优选地，碎屑屏障30为套管，其具有分别由 环20和24保持的保持端部32和34。在顶部短节12上设置的重量将 在剪切销28断裂时封闭间隙36。当发生这种情况时，在环20由于设 置的重量而向下运动时，在封隔器进行座封时变得更加压缩的弹簧16 将向上推动环24。当碎屑屏障30的端部32和34相向运动，并通过 弹簧16的作用而彼此相向偏压时，碎屑屏障30塌缩(collapse )。如 图1中所示，屏障30可以有一个或多个折叠部，与波紋管类似，以便 减小它的塌缩阻力，并引导它的径向运动，以便桥接至周围管的间隙， 这样，它可以用作碎屑屏障。开口 38可以布置在屏障30中，以便防 止液体锁定(当环形容积40充满不可压缩流体时)。这也防止碎屑屏 障形成任何类型的环形密封。理想的是，当封隔器插入时，容积40 将有处于大气压的空气，不过，它也可以预充装有处于压力下的可压 缩流体，并通过剪切销28而保持在图1的退回位置，这也不脱离本发 明。本领域技术人员应当知道，现有的机械座封可收回的封隔器可以 通过使碎屑屏障进行很小的变化而进行改进，从而使它们在将支承件 从上部滑动组件下面拉出时更容易释放。碎屑屏障与滑动组件间隔开， 且优选是利用波紋管作用来径向膨胀，尽管其它形状也可以考虑。屏 障通过封隔器座封而保持处于偏压力作用下。屏障可以选择为由弹性 材料制成的实心环，或者它可以是实心或有内部空隙的分层组件。弹 簧16包括多种类型的机械弹簧以及可选和等效的结构(这些结构依赖 于压缩可压缩气体或者施加增压流体，以便选择地使碎屑屏障保持在上面的说明举例介绍了优选实施例和各种可选形式，且并不是体 现本发明的最大范围，本发明的范围由后面的权利要求来确定，并在 字面上和等效性上合适地给出了它们的完整范围。
权利要求
1.一种用于井下使用的封隔器，其包括心轴，该心轴支承密封元件和至少一个滑动件；环绕所述心轴的外壳体，其包括用于接合井底的支承件，在所述心轴和所述外壳体之间发生相对运动时，所述密封元件和滑动件在径向上伸出；碎屑屏障，该碎屑屏障由所述心轴支承，并通过所述相对运动而被促动。
2. 根据权利要求l所述的封隔器，其中所述碎屑屏障被朝向径向伸出位置偏压。
3. 根据权利要求2所述的封隔器，其中所述碎屑屏障选择性地保持在退回位置。
4. 根据权利要求3所述的封隔器，其中所述碎屑屏障包括柔性套筒。
5. 根据权利要求4所述的封隔器，其中所述套筒包括至少一个折叠部。
6. 根据权利要求5所述的封隔器，其中所述套筒的所述端部由第一和第二环抓取。
7. 根据权利要求6所述的封隔器，其中所述第一环最初通过可破裂的部件而保持在所述心轴上。
8. 根据权利要求7所述的封隔器，其中在所述套筒上的所述偏压作用在所述第一环上。
9. 根据权利要求8所述的封隔器，其中在所述套筒上的所述偏压作用在所述滑动件上。
10. 根据权利要求9所述的封隔器，其中在所述外壳和所述心轴之间的所述相对运动使得最初保持所述第一环的所述部件破裂，以便使得所述第 一环被朝向第二环偏压。
11. 根据权利要求IO所述的封隔器，其中所述第一环朝着所述第二环的运动使得所述套筒沿所述折叠部塌缩。
12. 根据权利要求5所述的封隔器，其中所述套筒包括开口。
13. 根据权利要求12所述的封隔器，其中所述开口位于所述折叠部和所述滑动件之间。
14. 根据权利要求5所述的封隔器，其中所述套筒限定了环绕所述心轴的容积，所述容积装有可压缩流体。
15. 根据权利要求14所述的封隔器，其中所述可压缩流体在基本大气压下处于所述容积中。
16. 根据权利要求14所述的封隔器，其中所述可压缩流体在一压力下处于所述容积中，该压力足够高，以便在井筒中径向向外推动所述套筒。
17. 根据权利要求2所述的封隔器，其中所述偏压沿轴向方向，并由至少一个弹簧产生。
18. 根据权利要求7所述的封隔器，其中所述可破裂的部件包括至少一个剪切销。
19. 根据权利要求1所述的封隔器，其中所述碎屑屏障包括环，该环首先抵靠所述心轴，并通过所述相对运动而被轴向压缩以便径向延伸。
20. 根据权利要求l所述的封隔器，其中所述碎屑屏障与所述滑动件间隔开。
全文摘要
一种用于可收回的机械座封封隔器的碎屑屏障(30)保持退回以便插入。它保持与上部滑动件(18)间隔开，并使用弹簧偏压(16)，当封隔器座封时，该弹簧偏压作用在滑动件上以便使它们保持激励，还将屏障激励至伸出位置，以便将碎屑在上部滑动件(18)之外。优选是，碎屑屏障(30)是套筒，该套筒通过座封步骤而轴向压缩，以便增加直径，并横跨在封隔器心轴(10)和该座封上部滑动件(18)之间的间隙。当上部滑动件(18)通过封隔器心轴(10)的旋转和拾起力而被破坏时，能够通过使碎屑屏障(30)退回而取回封隔器。没有碎屑屏障(30)将阻止封隔器在井孔中的取回，在该井孔中存在碎屑，且碎屑有环绕上部滑动件沉积的趋势，更重要的是沉积在上部滑动件(18)的下面。
文档编号E21B33/129GK101542068SQ200780043240
公开日2009年9月23日 申请日期2007年11月13日 优先权日2006年11月21日
发明者E·J·科萨, R·拉米雷斯 申请人:贝克休斯公司