专利名称：压力平衡斜面卡锁式逐级解封封隔器的制作方法
技术领域：
本发明涉及油田采油领域注水井所用的封隔器，尤其是压力平衡斜面卡锁式逐级 解封封隔器。
背景技术：
随着油田的开发，在同一井内需要更多的油层注水，以提高采收率。这就是油田 的细分注水，细分注水就需要在注水管柱上连接较多数量的封隔器，通过封隔器封隔油层。 而目前的封隔器的技术结构普遍是解封销钉同时也是坐封销钉，坐封时用来锁住整个坐封 机构，保持胶筒压缩，解封时通过剪断这个销钉实现胶筒的释放.在多年的实用中一直存 在这样的问题；如果这个销钉小一些，注水过程中外压升高时，销钉常常会自动剪断使封隔 器失效，进而造成管柱失效，导致无法正常分层注水；为了保证封隔器可靠，不得已采用加 大销钉的办法，这就又产生了另一个技术问题，销钉剪切力增大，使每一级封隔器解封力增 大，注水管柱上连接这种封隔器使管柱成为一个整体的刚体，管柱上提力为全部封隔器解 封力之和，使管柱上提力逐渐增加，致使解封困难，因而造成注水管柱上连接的封隔器数量 受到限制，一般为4级左右。解封操作也就变得困难。一些下入多级封隔器的管柱经常因 起井时拔不动而导致大型修井，严重影响油田正常开发，并造成了很大的资源浪费.再有， 这种结构的封隔器经受不了层间高压，会自动剪断解封销钉解封，使封隔器和管柱失效，所 以既不适应细分注水也不满足于高压注水井。
发明内容
为了解决现有封隔器坐封销钉和解封销钉一体结构，而导致的销钉小易解封和销 钉大不易解封，不能适应细分注水五级封隔器以上管柱的技术问题。本发明提供一种压力 平衡斜面卡锁式逐级解封封隔器。该压力平衡斜面卡锁式逐级解封封隔器具有独立的坐封 机构和解封机构，解封机构解封时封隔器有部分伸长，解封时封隔器可单独受力解封，因此 实现管柱封隔器的逐级解封。在高压条件下安全可靠，增加注水管柱上封隔器连接数量，管 柱上提力降低，解封操作和结构简单的特点。本发明的技术方案是该压力平衡斜面卡锁式逐级解封封隔器包括洗井机构、解 封机构和坐封机构，其特征在于上述的坐封机构包括下外管、下接头、外中心管、中心管、坐封活塞、推动套、下推 环、胶筒和锁套，所述的中心管和下外管的下端分别通过螺纹与下接头相连接，所述的外中 心管外套有胶筒，所述胶筒的下端套有下推环，所述推动套的上端套在下推环的阶台上，推 动套上端壁上有出水口，推动套下端内有向下倾斜的内卡牙，推动套的下部套在下外管内， 所述坐封活塞置于推动套下端，坐封活塞下端中心管壁上有进液孔，坐封活塞内外环形凹 槽内填充有密封圈，所述的锁套固定在外中心管下端的中心管外，锁套外有向上倾斜的外 卡牙；上述的解封机构包括上外管、上接头、平衡活塞、连接头和中心管接头，所述的上
3外管通过螺纹与上接头相连接，所述的中心管上端通过螺纹与中心管接头相连接，所述的 上接头下部轴向有倒L形豁口，豁口弯转下面为左低右高的斜面，所述的中心管接头外均 布有凸台，凸台的下面由2个向下斜面组成，凸台置于豁口内，凸台下面的右斜面与豁口弯 转下面的斜面相吻合，中心管接头上部与上接头内接触面的环形凹槽内填充有密封圈，所 述的连接头内有环形阶台，外有二级环形阶台，最外阶台套在上外管内，内阶台套在外中心 管外，所述的平衡活塞上端面带有置于豁口内的锁块，锁块上端右面有与凸台下面的左斜 面相吻合的引斜面，套在中心管外并由销钉连接，平衡活塞下端中心管壁上有通孔，平衡活 塞内外环形凹槽内分别填充有密封圈；上述的洗井机构包括洗井活塞，所述的洗井活塞置于平衡活塞下端的上外管与中 心管形成的空腔内，洗井活塞下端内有环形阶台，并套在连接头第二级环形阶台外，对应连 接头第二级环形阶台的上外管壁上有过液孔，洗井活塞环形阶台内面置有密封圈，洗井活 塞与上外管与中心管接触面的环形凹槽内分别填充有密封圈。本发明具有如下有益效果该压力平衡斜面卡锁式逐级解封封隔器坐封机构由于采用在下外管与中心管之 间空腔内置放坐封活塞，坐封活塞顶动推动套和下推环上行，并由锁套外卡牙与推动套内 卡牙锁定的优化结构，使坐封机构不在与解封机构联立，进而使坐封机构简单且任务单一， 从而极大地提高了坐封机构的安全可靠性；解封机构由于采用在中心管与中心管接头相连接，中心管接头通过凸台与上接头 豁口卡套连接，并通过平衡活塞上的锁块锁定，组成压力平衡斜面卡锁式解封机构，通过凸 台、豁口和锁块上的斜面将重量分解，因而提高解封机构安全性和可靠性。解封机构独立， 解封机构解封时封隔器有部分伸长，解封时封隔器可单独受力解封，管柱上提力为单一封 隔器解封力，因此实现管柱封隔器的逐级解封。注水管柱连接封隔器的数量增加，上提管柱 力降低，解封操作和结构简单，而且适应于高压注水井。所以说，该压力平衡斜面卡锁式逐 级解封封隔器具有在高压条件下安全可靠，增加注水管柱上连接数量，上提管柱力降低，解 封操作和结构简单的特点。
附图1是本发明结构示意图；附图2是图1上部解封机构结构示意图；附图3是上接头结构示意图；附图4是图3仰视图；附图5是中心管接头结构示意图；附图6是图5仰视图；附图7是重量分解图。图中1-下接头，2-下外管，3-中心管，4-坐封活塞，5-推动套，6-下推环，7-锁 套，8-外中心管，9-外卡牙，10-进液孔，11-内卡牙，12-上外管，13-上接头，14-平衡活塞， 15-连接头，16-中心管接头，17-豁口，18-导引斜面，19-凸台，20-右斜面，21-锁块，22-左 斜面，23-销钉，24-通孔，25-洗井活塞，26-过液孔，27-引斜面，28-出水口。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步说明由附图所示，该压力平衡斜面卡锁式逐级解封封隔器包括洗井机构、解封机构和 坐封机构，其特征在于上述的坐封机构包括下外管2、下接头1、外中心管8、中心管3、坐封活塞4、推动套 5、下推环6、胶筒和锁套7。所述的下外管2为管状，下端有锥管内螺纹。所述的下接头1的上下端分别有外螺纹，上端外螺纹与下外管2相连接，下端外螺 纹与油管柱相连接，上端还有内螺纹并与中心管3相连接。所述的外中心管8为管状，外套有胶筒。所述的中心管3为管状，中部有环形凸台并在其上固定锁套7。所述的坐封活塞4为环状，内外环形凹槽内填充有密封圈，内有阶台孔，并有内螺 纹，用于连接推动套5。所述的推动套5为管状，上端外有环形凸台，凸台壁上有出水口 28，起限制回落作 用，下端内有向下倾斜的内卡牙11，下端阶台外有螺纹。所述的下推环6为管状，下端外有阶台，连接于套接推动套5。所述的锁套7为管状，外有向上倾斜的外卡牙9，内有螺纹，用于与中心管3连接。中心管3和下外管2的下端分别通过螺纹与下接头1相连接，由此在中心管3与 下外管2之间形成的空腔。外中心管8外套有胶筒，胶筒的下端套有下推环6，利用下推环 6保护胶筒。推动套5的上端套在下推环6的阶台上，推动套5下端内有内卡牙11，推动套 5下部套在下外管2内，利用推动套5传递推动力并锁定。坐封活塞4置于推动套5下端的 中心管3与下外管2之间形成的空腔内，坐封活塞4下端中心管3壁上有进液孔10，坐封活 塞4内外环形凹槽内填充有密封圈，利用进液孔10为坐封活塞4提供动力液，使坐封活塞 4顶动推动套5上移压缩胶筒，实现坐封。锁套7固定在外中心管8下端的中心管3外，利 用锁套7上的外卡牙9与推动套5下端的内卡牙11相配合，实现锁定坐封机构。上述的解封机构包括上外管12、上接头13、平衡活塞14、连接头15和中心管接头 16。所述的上外管12为管状，上下端内分别有内螺纹，上端内螺纹与上接头13相连 接，下端的内螺纹与连接头15相连接，下端的内螺纹末尾壁上有洗井所用的通孔24，上外 管12主要在上接头13与连接头15之间起连接作用，以及与中心管3组成空腔。所述的上接头13上端有内螺纹，中部凹槽内填充有密封圈，下端有外螺纹，内螺 纹与油管柱相连接，外螺纹与上外管12相连接，下部壁上加工有倒L形豁口 17，豁口 17弯 转下面为左低右高的导引斜面18，并与凸台19下面的右斜面20相吻合，与中心管接头16 组成解封机构。所述的连接头15为管状，上部外有二级阶台，下端内有阶台并套在外中心管8外， 上部最外一级阶台有螺纹并与上外管12相连接，上部外的第二级阶台与洗井活塞25下端 阶台相配合密封。连接头15起连接作用和保护胶筒作用，以及与洗井活塞25组成洗井开关。所述的平衡活塞14为环状，内外环形凹槽内分别填充有密封圈，上端面有4个锁块21，锁块21上端右面有引斜面27，引斜面27与凸台19下面的左斜面22相吻合，平衡活 塞14主要起支撑锁块21的作用，使凸台19被锁定在倒L形豁口 17内，同时使销钉23上 的剪切力降低。所述的中心管接头16下端内有内螺纹并与中心管3相连接，中心管接头16外均 布有4个凸台19，凸台19的下面由2个向下斜面组成，即左斜面22和右斜面20，左斜面22 和右斜面20用于分解作用在凸台19上的重力，降低销钉23上的剪切力。中心管接头16下端与中心管3上端通过螺纹相连接，上外管12通过螺纹分别与 上接头13和连接头15相连接，连接头15下端套在外中心管8外，中心管接头16外的凸台 19置于上接头13下部轴向豁口 17的弯转部内，平衡活塞14套在中心管3外，锁块21置于 豁口 17内，锁块21上端右面的引斜面27与凸台19下面的左斜面22相吻合，锁块21并通 过销钉23与中心管3连接，平衡活塞14下端中心管3壁上有通孔24，由此组成压力平衡斜 面卡锁解封机构。下井前，将凸台19置于上接头13下部轴向豁口 17的弯转部内，锁块21 置于豁口 17内，锁块21通过销钉23连接在中心管3外组装好下入井中。上述的洗井机构包括洗井活塞。所述的洗井活塞25置于平衡活塞14下端的上外管12与中心管3形成的空腔内， 洗井活塞25下端内有环形阶台，并套在连接头15第二级环形阶台外，洗井活塞25环形阶 台内置有密封圈，保证洗井活塞25与连接头15之间的密封，组成了洗井开关，洗井开关在 正常注水时处于关闭状态。上外管12壁上有过液孔26，与上外管12相接触的洗井活塞25 上环形凹槽内填充有密封圈，与中心管3接触面的环形凹槽内填充有密封圈。洗井时，由洗 井活塞25与连接头15组成的洗井开关打开，洗井液经过液孔26、上外管12与中心管3形 成的空腔形成反洗井通道，实现反洗井。工作原理该压力平衡斜面卡锁式逐级解封封隔器连接在注水管柱上，下入注水井内。坐封 操作过程，通过地面打压，水由进液孔10进入中心管3与下外管2之间形成的空腔内，推动 坐封活塞4上行，坐封活塞4依次顶动推动套5和下推环6沿外中心管8上行，使胶筒压缩 膨胀，将环套封隔，同时推动套5下端的内卡牙11与锁套7上的外卡牙9相结合，实现锁定， 坐封操作完成，且任务单一。正常注水时，由于洗井活塞25关闭，注水压力对平衡活塞14产生始终向上的力， 使平衡活塞14顶靠在上接头13的下端面，既不能上行也不能下行，锁定中心管接头16，从 而减轻作用在平衡活塞14上的向下重量，也就降低了销钉23上的剪切力，所以可用直径较 小的销钉23，只要保持有注水压力解封机构就一直被锁定，最终保证了解封机构的安全性 和可靠性。解封操作过程，停止注水，中心管接头16上的平衡力受到破坏，所以上提管柱的 力大大降低，用比较小的力上提注水管柱，上提管柱时，最上面的封隔器最先受力，中心管 接头16的凸台19沿斜面下滑旋转挤压平衡活塞14上的锁块21，使平衡活塞14下移，锁 块21与中心管3连接销钉23被剪断，机构锁定被解除，中心管接头16与上接头13脱离， 中心管3下行，推动套5随着锁套7下行而下行，封隔器伸长，最终胶筒收缩，解封操作完 成。下一级封隔器逐次重复这些动作，管柱封隔器逐级解封至管柱完全解封，管柱上提力为 单一封隔器解封力，所以能够增加管柱连接封隔器的数量。
洗井操作过程，停止注水，洗井液由过液孔26进入上外管12与中心管3之间空腔 内，推动洗井活塞25上行，洗井活塞25上行到上外管12与中心管3之间空腔上端时，通道 打开，洗井液经外中心管8与中心管3之间空腔进入，从推动套5上端的出水口 28流出进 入下级环形空间，经管柱底部实现反洗井循环，达到洗井目的。该压力平衡斜面卡锁式逐级解封封隔器由于采用凸台19套在豁口 17内，同时通 过锁块21锁定，作用在中心管接头16的向下重量由凸台19与引斜面27分解，分解到锁块 21上的重量，又通过锁块21上端的右斜面与凸台19下面的左斜面22再次分解，最终作用 在锁块21上的重量大大降低，因而提高解封机构的安全性。凸台19上重量分解由公式可得F = SinA. P经分解换算，锁块21上重量分解由公式可得D = (P*Sin2A*SinB)/2P-解封力 D-解封销钉许用力该压力平衡斜面卡锁式逐级解封封隔器通过一年试验，由注水管柱上连接4级封 隔器，增加到8-9级以上，从而提高注水井的注水效率和质量，而且在内外压力变化下坐封 机构都不会解封，并适应高压注水需要。
权利要求
一种压力平衡斜面卡锁式逐级解封封隔器，包括洗井机构、解封机构和坐封机构，其特征在于上述的坐封机构包括下外管(2)、下接头(1)、外中心管(8)、中心管(3)、坐封活塞(4)、推动套(5)、下推环(6)、胶筒和锁套(7)，所述的中心管(3)和下外管(2)的下端分别通过螺纹与下接头(1)相连接，所述的外中心管(8)外套有胶筒，所述胶筒的下端套有下推环(6)，所述推动套(5)的上端套在下推环(6)的阶台上，推动套(5)上端壁上有出水口(28)，推动套(5)下端内有向下倾斜的内卡牙(11)，推动套(5)的下部套在下外管(2)内，所述坐封活塞(4)置于推动套(5)下端，坐封活塞(4)下端中心管(3)壁上有进液孔(10)，坐封活塞(4)内外环形凹槽内填充有密封圈，所述的锁套(7)固定在外中心管(8)下端的中心管(3)外，锁套(7)外有向上倾斜的外卡牙(9)；上述的解封机构包括上外管(12)、上接头(13)、平衡活塞(14)、连接头(15)和中心管接头(16)，所述的上外管(12)通过螺纹与上接头(13)相连接，所述的中心管(3)上端通过螺纹与中心管接头(16)相连接，所述的上接头(13)下部轴向有倒L形豁口(17)，豁口(17)弯转下面为左低右高的导引斜面(18)，所述的中心管接头(16)外均布有凸台(19)，凸台(19)的下面由2个向下斜面组成，凸台(19)置于豁口(17)内，凸台(19)下面的右斜面(20)与豁口(17)弯转下面的导引斜面(18)相吻合，中心管接头(16)上部与上接头(13)内接触面的环形凹槽内填充有密封圈，所述的连接头(15)内有环形阶台，外有二级环形阶台，最外阶台套在上外管(12)内，内阶台套在外中心管(8)外，所述的平衡活塞(14)上端面带有置于豁口(17)内的锁块(21)，锁块(21)上端右面有与凸台下面的左斜面(22)相吻合的引斜面(27)，套在中心管(3)外并由销钉(23)连接，平衡活塞(14)下端中心管(3)壁上有通孔(24)，平衡活塞(14)内外环形凹槽内分别填充有密封圈；上述的洗井机构包括洗井活塞(25)，所述的洗井活塞(25)置于平衡活塞(14)下端的上外管(12)与中心管(3)形成的空腔内，洗井活塞(25)下端内有环形阶台，并套在连接头(15)第二级环形阶台外，对应连接头(15)第二级环形阶台的上外管(12)壁上有过液孔(26)，洗井活塞(25)环形阶台内面置有密封圈，洗井活塞(25)与上外管(12)与中心管(3)接触面的环形凹槽内分别填充有密封圈。
全文摘要
一种压力平衡斜面卡锁式逐级解封封隔器。主要解决现有封隔器安全性差，封隔器连接数量少，解封困难的问题。其特征在于中心管(3)上端与中心管接头(16)相连，上接头(13)下有倒L形豁口(17)，中心管接头(16)外凸台(19)置于上接头(13)豁口(17)内，并由销钉(23)连接，凸台(19)下的右斜面(20)与豁口(17)下导引斜面(18)相吻合，平衡活塞(14)上锁块(21)置于豁口(17)内，锁块(21)上端右面有与凸台下面左斜面(22)相吻合引斜面(27)，平衡活塞(14)下端中心管(3)壁上有通孔(24)。该压力平衡斜面卡锁式逐级解封封隔器具有安全可靠，连接数量多，解封容易的特点。
文档编号E21B21/00GK101852070SQ201010174620
公开日2010年10月6日 申请日期2010年5月18日 优先权日2010年5月18日
发明者何富全 申请人:何富全