平衡式锚瓦封隔器的制作方法

1.本发明涉及一种油气田开发井下工具，具体地说是一种可防止中心管上窜的平衡式锚瓦封隔器。


背景技术：

2.在油气田开发井下作业过程中，封隔器封隔了各种尺寸管柱与井眼之间以及管柱之间环形空间，达到隔绝产层，保护套管的目的。
3.锚瓦式封隔器有两种结构，一种是封隔器中心管与水力锚相对固定式结构，两者之间不能产生相对运动，这种封隔器在解封时需要油套环空打平衡压使锚爪缩回锚体内，解除锚定。如果在封隔器上部存在亏空层，在封隔器需要解封时无法在油套环空建立起压力，可能会导致封隔器无法解封的难题；另一种是封隔器中心管与水力锚非相对固定式结构，两者之间可以相对运动，这种封隔器不会存在解封困难的问题，但是对于上提解封式封隔器，在封隔器下部压力远高于其上部的压力时，封隔器中心管在液压力作用下产生上顶力，当上顶力大于设定的解封载荷时，封隔器就会提前解封失效，影响正常生产，甚至会造成重大事故或损失。


技术实现要素：

4.本发明旨在提供一种平衡式锚瓦封隔器，解决现有锚瓦封隔器存在的问题。为了达到上述目的，本发明采用的技术方案包括锚体，所述锚体外壁设有锚爪组件；中心管的管体穿过锚体，中心管下行时可以通过换向驱动卡瓦、胶筒密封组件分别张开、膨胀实现坐封，还包括可轴向滑动的平衡活塞，所述平衡活塞设于中心管的外壁与液缸内壁之间；平衡活塞的上端面的面积大于下端面，其上端面、下端面分别连通下部液压；封隔器坐封后，平衡活塞在下部液压力作用下，其下端面压住中心管外壁上的环形台阶，防止其向上窜动。
5.其中，所述下液压为自封隔器下端通过液体(经过环空)传导至平衡活塞的上、下端面的井下液压。
6.其中，所述台阶为环形。
7.其中，中心管外壁与锚体内壁之间设有环空，下部液压通过环空依次连通平衡活塞的下端面、内壁、上端面。
8.其中，还包括液缸，液缸下端与锚体上端连接，所述平衡活塞可于所述液缸内轴向滑动；液缸的内壁与平衡活塞的外壁之间为密封，平衡活塞的上端面、内壁、下端面与中心管外壁构成上端开口、下端连接环空的液体空间。
9.其中，平衡活塞上端、下端的外壁分别通过密封圈与液缸的内壁密封。
10.其中，所述平衡活塞的上端设有凸环，凸环的上端面的面积大于平衡活塞的下端面。
11.其中，凸环的外壁设有密封圈。
12.其中，中心管的上端设上接头，所述上接头的下端、液缸的上端分别设有对应的嵌
入密封结构；上接头随中心管下行时，嵌入密封结构嵌合，并将所述液体空间的上端密闭。
13.其中，上接头设有垫环，所述垫环的下端设有环形母扣；所述液缸的上端设对应的环形公扣。
14.其中，所述垫环通过固定环固定在上接头的外壁。
15.其中，还包括连接套，连接套的上端固定于锚体内壁，其下端径向朝内延伸，并扣入中心管外壁的环形槽内；在压力较小时，能保证中心管不会下移。
16.其中，中心管外壁还设有换向套，换向套的外壁通过片弹簧连接摩擦块。
17.其中，中心管的下端连接下接头，所述下接头设有扶正环。
18.和现有技术相比，本发明将平衡活塞的上、下两个端面设为不同面积，继而利用液体帕斯卡原理使得上、下端的不同压力而推动平衡活塞下行压住中心管，限制其因受到下方压力向上窜动而导致解封；中心管的环形台阶用于承受平衡活塞的下压力；环空用于传递封隔器下部的井下压力，以及在解封时作为流体通道使封隔器下部流体流动到封隔器上部，从而平衡上下压差，并使中心管得以上提；凸环增加了平衡活塞上端面的面积，并且平衡活塞与液缸之间设为密闭以减少外侧压力的干扰；密封结构可在中心管下移时，关闭液体空间的上端与外界之间的连接，起到封隔作用，防止封隔器下部液体窜到上部导致封隔器失效；连接套可防止中心管随意下移。
附图说明
19.图1为本发明一个实施例的结构示意图；
20.图2为图1的局部放大图；
21.参见附图，上接头1，o形密封圈2，紧钉螺钉3，固定环4，垫环5，中心管6，平衡活塞8，液缸9，上规环11，锚体12，锚爪13，弹簧15，压板16，螺钉17，下规环19，端胶筒20，隔环21，中胶筒22，外管23，胶筒衬管24，连接套25，下锥体26，释放锥体27，卡瓦28，卡瓦弹簧29，换向套30，摩擦块31，片弹簧32，压片33，导向销34，扶正环36，下接头37。
具体实施方式
22.现结合附图对本发明作进一步地说明。
23.参见图1至图2，图1、图2所展示的是本发明的一个实施例，包括锚体和密封组件，所述锚体外壁设有锚爪组件，锚体的下端连接外管，所述外管的外壁上设有胶筒密封组件。其中，锚爪组件依次由上规环、锚体、锚爪、弹簧、压板和螺钉组成；胶筒密封组件依次由下规环、端胶筒、隔环、中胶筒、外管、胶筒衬管、连接套和下锥体组成。此外还设有释放锥体、卡瓦和卡瓦弹簧。当中心管下行时可以通过换向驱动锚爪组件、胶筒密封组件分别张开、膨胀实现坐封，
24.中心管的管体穿过锚体，中心管的外壁与液缸内壁之间设有可轴向滑动的平衡活塞。
25.本实施例中，平衡活塞优选于其上端外壁设凸环，凸环的上端面的面积大于平衡活塞的下端面，故其上端面的面积大于下端面。而当上端面、下端面分别接通下液压时，即在受到相同液压的情况下，液体推动平衡活塞两端的压力为上大、下小，平衡活塞会下移或有向下移动趋势。平衡活塞的下端面会压住中心管外壁上的环形台阶，中心管的环形台阶
用于承受平衡活塞的下压力。
26.作为优选，所述台阶为环形；环形可以保证平衡活塞准确限位，也能提高中心管的强度。
27.本实施例中，中心管外壁与锚体内壁之间设有环形空间；环形空间可以传递液体的下液压。下液压是自本实施例的下部(即井下)通过环形空间向上传导，进而流动并传到平衡活塞的上、下端面的井下液压；由于下液压其传递自井下，通常其压力大于本实施例上部的压力。
28.参见图2，当本实施例的锚爪组件和胶筒密封组件由于中心管下移而坐封时，下液压自井下通过环形空间依次接通平衡活塞的下端面、内壁、上端面。由于平衡活塞的上、下两个端面为不同面积，基于液体帕斯卡原理，其上端面较大的压力推动平衡活塞下行并顶住中心管(施力于环形台阶的上端)，限制其仅因受到下方压力而提前上提而解封，保证了本实施例能够正常使用。
29.而在需要真正解封时，直接上提管柱，只需克服较小的平衡压力就可以连通封隔器上下通道，平衡压力，使得锚爪组件和胶筒密封组件自行收缩、且环空、平衡活塞的下端面、内壁、上端面的压强分别与锚体外部的压强相同(平衡)，中心管方能继续上提。
30.作为优选，还包括用于传递下液压、供平衡活塞沿轴向滑动的液缸。液缸的下端与锚体上端连接，液缸的内壁与平衡活塞的外壁之间为密封，平衡活塞的上端面、内壁、下端面与中心管外壁构成上端开口、下端连接环空的液体空间，液体空间用于向下驱动平衡活塞。
31.作为优选，平衡活塞上端、下端的外壁分别通过o形密封圈与液缸的内壁密封。
32.其中，凸环的外壁、平衡活塞的下端外壁分别设有容纳o形密封圈的环槽。设为密闭的目的是减少其外侧压力的干扰。
33.进一步地，参见图1和图2，中心管的上端设上接头，所述上接头的下端、液缸的上端分别设有对应的面密封结构；上接头随中心管下行时，面密封结构对合，并将所述液体空间的上端密闭。
34.作为优选，上接头设有垫环，垫环优选通过固定环固定在上接头的外壁。所述垫环的下端设有环形母扣；所述液缸的上端设对应的环形公扣，对合后构成面密封，可在中心管下移时，关闭液体空间的上端与外界之间的连接，防止液体外流而导致的内外压力平衡。
35.此外，中心管外壁还设有换向套，换向套的外壁通过片弹簧连接摩擦块，摩擦块的外侧设有固定用的压片，换向套的下端设有导向销；中心管的下端连接下接头，所述下接头设有扶正环。分别用于转换方向和纠正姿态。
36.其中，还包括连接套，连接套的上端固定于锥体内壁，其下端径向朝内延伸，并扣入中心管外壁的环形槽内；连接套的下端与环形槽构成卡扣结构，在中心管与换向套未换向之前，能保证中心管与摩擦块不产生轴向相对运动。而在中心管与换向套换向之后，连接套的下端会被释放锥体在径向朝外撑开，解除中心管与摩擦块之间的轴向相对运动限制，实现坐封。
37.本实施例将平衡活塞的上、下两个端面设为不同面积，继而利用液体帕斯卡原理使得上、下端的不同压力而推动平衡活塞下行顶住中心管，限制其因受到下方压力而提前上提而解封；中心管的环形台阶用于承受平衡活塞的阻力；环形空间用于传递封隔器下端
的井下压力，以及在解封时用于传递外部油套的打压压力以顶开平衡活塞，并使中心管得以上提；凸环增加了平衡活塞上端面的面积，并且平衡活塞与液缸之间设为密闭以减少外侧压力的干扰；嵌入密封结构可在中心管下移时，关闭液体空间的上端与外界之间的连接，起到封隔作用，防止封隔器下部液体窜到上部导致封隔器失效；连接套可防止中心管随意下移。
38.上面结合附图及实施例描述了本发明的实施方式，实施例给出的结构并不构成对本发明的限制，本领域内熟练的技术人员可依据需要做出调整，在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改均在保护范围内。