热采封隔器的制作方法

1.本实用新型属于井内封堵的技术领域，具体涉及一种胶筒易于扩张封堵的热采封隔器。


背景技术：

2.热采封隔器是稠油开采中常见的、关键的井下工具，用于注汽井封堵、分层注汽等，热采封隔器需要承受高温高压，性能要求较高。现有的较为常见的y241封隔器采用液压坐封、上提解封的方式，坐封时，胶筒被外力沿轴向挤压，轴向挤压的过程中使胶筒径向外扩以达到封堵油套环空的目的。
3.其中，授权公告号为cn215907813u的中国实用新型专利就是采用轴向挤压胶筒以使胶筒径向外扩的方式，具体地，该专利公开了一种密封性能好的封隔器，包括上接头，上接头下部螺纹连接有中心管、缸套，缸套位于中心管的外部且与中心管之间相互间隔，间隔中滑动密封装配有推进套，中心管的下端螺纹连接有下接头，下接头外部通过剪钉安装有定位套，缸套、定位套之间设有胶筒，胶筒两端硫化固定的胶筒座与缸套、定位套相接合。在上接头上开设有与中心管内部通道相连通的进液孔，进液孔内设有单向阀，缸套的顶面与单向阀相连通。使用时，压力液体经进液孔、单向阀进入缸套的顶部，压力液体向下顶推缸套，向下移动的缸套与定位套配合而沿轴向挤压胶筒，迫使胶筒发生径向外扩而膨胀坐封。在单向阀的作用下，胶筒不再回缩，胶筒保持在膨胀坐封的状态；解封时，转动管柱，剪钉被剪断，定位套在胶筒的回弹力作用下相对于下接头下移，解封完成。
4.现有技术中的封隔器，无论是y241封隔器还是其他类型的封隔器，多采用轴向挤压胶筒进行径向外扩而膨胀坐封的方式，但是这种膨胀坐封的方式所需的轴向坐封力较大，不易进行坐封；而且，胶筒在坐封力作用下被轴向挤压膨胀，在此过程中，胶筒与井壁会发生摩擦，易造成胶筒表面的磨损，导致封隔器密封不严，封堵成功率较低。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种热采封隔器，以解决现有技术中通过轴向挤压胶筒实现径向外扩坐封而导致所需的坐封力较大、封堵成功率较低的技术问题。
6.为实现上述目的，本实用新型所提供的热采封隔器的技术方案是：一种热采封隔器，包括上接头以及依次连接在上接头上的中心管、下接头，上接头还连接有外管，中心管、外管由内向外间隔排布，下接头包括位于下方且与中心管相连的小孔段，还包括位于上方的大孔段，下接头的大孔段与中心管形成顶部开口、底部封闭的环形活塞腔，环形活塞腔中沿上下方向滑动密封装配有环形活塞，环形活塞的上端延伸至所述外管中且与外管之间通过第一销钉相连，中心管的管壁上设有与环形活塞腔连通且位于环形活塞下方的连通孔，所述连通孔用于向环形活塞腔中注液以向上顶推环形活塞，当顶推力达到设计值时剪断第一销钉并上推环形活塞；所述环形活塞外部于下接头的上方套装有胶筒，胶筒的上端与外管底部固定相连或顶压配合，所述环形活塞具有用于支撑胶筒底部的锥形支撑段，锥形支
撑段的外径由上向下逐渐增大，环形活塞被向上推动时锥形支撑段插入胶筒内并使胶筒径向外扩坐封，以封闭油套环空；
7.所述环形活塞包括位于底部且与中心管滑动密封配合的小孔段和顶部的大孔段，环形活塞的大孔段内径大于中心管的外径，环形活塞的大孔段内壁上设有锁扣，所述中心管的外壁上对应设有锁环座，锁环座上通过第二销钉安装有解封环，锁环座具有朝下的环形台阶，环形台阶与解封环上下间隔而形成环形凹槽，环形凹槽中套装有开口锁环，开口锁环上设有锁牙，环形活塞向上移动时锁扣越过锁牙，并被锁牙单向锁止以防止相对于开口锁环向下移动，上提上接头时能够剪断第二销钉以使解封环、开口锁环随环形活塞下行以使胶筒内收解封。
8.有益效果：本实用新型中，环形活塞的锥形段上行时能够插入胶筒内以使胶筒径向外扩，从而实现坐封，与现有技术中通过轴向挤压迫使胶筒径向外扩的方式相比，所需的坐封力较小；坐封过程中，胶筒仅发生径向外扩，不会与井壁进行摩擦，避免出现磨损，以此解决了现有技术的坐封方式所需坐封力较大、易于磨损的技术问题。本实用新型通过锁扣、开口锁环防止了胶筒坐封后的回位，通过第二销钉实现了解封，而且第一销钉保证了热采封隔器随管柱下入井内后不会因井内液体压力过大而提前坐封。
9.进一步地，所述开口锁环的底面和解封环的顶面中的至少一个为斜面，斜面由上向下且径向向外倾斜延伸。开口锁环与锁扣配合后，锁扣所在的环形活塞在自重以及胶筒回缩作用下受到向下的作用力，锁扣会支撑在解封环上，设置斜面后，环形活塞受到的作用力越大，开口锁环的外扩尺寸越大，开口锁环上的锁牙与锁扣配合的越可靠，避免环形活塞下行解封。
10.进一步地，热采封隔器包括套在环形活塞外部的上护肩和下护肩，上护肩和下护肩分置在胶筒的上下两侧；上护肩和下护肩均为石墨钢丝护网，上护肩用于在胶筒坐封时被胶筒和外管顶压而径向外扩，所述环形活塞的外部固设有外压环，外压环用于随环形活塞上移并在胶筒坐封时顶压下护肩，胶筒坐封时下护肩被胶筒、外压环压紧而径向外扩。上护肩、下护肩均为石墨钢丝护网，受到轴向力后易于发生径向外扩膨胀，通过设置上护肩、下护肩，能够在胶筒坐封后对胶筒的上、下两端进行挡止定位，防止高温注汽时胶筒软化后而从热采封隔器与井壁之间的间隔中流失。
11.进一步地，热采封隔器还包括位于下护肩下方的胶筒挡环，所述外压环通过顶推胶筒挡环来顶推下护肩。设置胶筒挡环后，外压环不会与下护肩直接接触，对下护肩形成保护。
12.进一步地，所述环形活塞外周设有朝上的外环形台阶，外环形台阶上支撑放置有外密封垫，所述外压环螺纹装配在环形活塞上并向下压紧外密封垫至外环形台阶上。通过外环形台阶、外压环以及外密封垫的配合，实现了环形活塞与下接头内壁之间的密封，而且外压环既起到顶推下护肩的作用，又起到压紧外密封垫的作用，功能更加集中，所需零部件较少。
13.进一步地，所述环形活塞内周设有朝下的内环形台阶，所述环形活塞内周螺纹装配有内压环，内压环与内环形台阶之间设有内密封垫，内压环用于将内密封垫压紧在内环形台阶上。通过设置内环形台阶、内压环和内密封垫来保证环形活塞与中心管之间的密封性能。
14.进一步地，所述外密封垫、内密封垫均包括叠放在一起的至少两个石墨环。石墨环具有耐高温高压的特点，适用于高温注汽热采的使用工况。
15.进一步地，所述外管上设有通流孔，通流孔通过外管与中心管之间的环形空间与环形活塞的上端面连通。下井时，井内液体除了会通过连通孔进入环形活塞腔而向上顶推环形活塞之外，还会通过通流孔进入环形活塞的顶部而向下顶推环形活塞，保证环形活塞不会因被推动而剪断第一销钉，避免提前坐封。
16.进一步地，所述第一销钉、第二销钉均沿周向均布有至少两个。第一销钉、第二销钉均沿周向均布有至少两个，能够保证各个方向的受力均衡。
17.进一步地，所述连通孔沿周向布置有至少两个。设置至少两个连通孔，在打液压坐封时，能够加大对环形活塞的顶推力，提高坐封效率。
附图说明
18.图1为本实用新型所提供的热采封隔器的结构示意图；
19.图2为图1中a处的放大图；
20.图3为图1中b处的放大图；
21.附图标记说明：
22.1、上接头；2、外管；3、通流孔；4、中心管；5、锁环座；6、第一销钉；7、开口锁环；8、上护肩；9、第二销钉；10、解封环；11、胶筒；12、锁扣；13、下护肩；14、胶筒挡环；15、环形活塞；16、第一密封圈；17、外压环；18、外密封垫；19、内密封垫；20、内压环；21、第二密封圈；22、环形活塞腔；23、下接头；24、连通孔；25、第一环形空间；26、第二环形空间；27、斜面。
具体实施方式
23.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
24.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
25.需要说明的是，可能出现的术语如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语如“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
等限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法。
26.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“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；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
27.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“设有”应做广义理解，例如，“设有”的对象可以是本体的一部分，也可以是与本体分体布置并连接在本体上，该连接可以是可拆连接，也可以是不可拆连接。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
28.以下结合实施例对本实用新型作进一步的详细描述。
29.本实用新型所提供的热采封隔器的具体实施例：
30.如图1至图3所示，热采封隔器应用于分层注汽热采的工况，包括上接头1，上接头1上下均有内扣，外侧有外扣，上接头1上端的内扣用来与油管相连，下端的内扣中安装有中心管4，中心管4向下延伸，上接头1的外扣上安装有外管2。外管2包括上方的小孔段和下方的大孔段，外管2的小孔段螺纹装配在上接头1上，下方的大孔段的内径大于中心管4、上接头1的外径，从而形成顶部封闭、底部开放的第二环形空间26。外管2的上部和下部分别沿圆周均布开设有四个通孔，上部的四个通孔为通流孔3，通流孔3供液体进入第二环形空间26中；下部的四个通孔供第一销钉6穿入。
31.中心管4的下端连接有下接头23，下接头23包括上方的大孔段和下方的小孔段，中心管4与下接头23的小孔段螺纹装配在一起，下接头23的大孔段与中心管4之间形成顶部开放、底部封闭的环形活塞腔22，中心管4的下部开设有四个周向均布的连通孔24，连通孔24连接环形活塞腔22与中心管4的内腔。其中，如图1所示，外管2与下接头23之间并未接触。
32.在环形活塞腔22中滑动密封安装有环形活塞15，环形活塞15的顶部延伸至外管2中，底部位于连通孔24的上方。环形活塞15的内周面和外周面上均开设有两道环槽，内周面的环槽中安装有第一密封圈16，外周面的环槽中安装有第二密封圈21，第一密封圈16密封环形活塞15与中心管4之间的间隙，第二密封圈21密封环形活塞15与下接头23之间的间隙。第一密封圈16位于第二密封圈21的上方，第一密封圈16、第二密封圈21采用耐高温的氟橡胶材料。
33.在环形活塞15的外周面开设有朝上的外环形台阶，外环形台阶上支撑有外密封垫18，外密封垫18采用耐高温高压的石墨环，多个石墨环沿上下方向叠加，在环形活塞15的外周面上还螺纹装配有外压环17，外压环17将外密封垫18压紧在外环形台阶上，起到环形活塞15与下接头23之间的密封作用。同样地，在环形活塞15的内周面开设有朝下的内环形台阶，内周面上还螺纹装配有内压环20，内压环20与内环形台阶之间压紧有内密封垫19，内密封垫19同样采用多个耐高温高压的石墨环，内密封垫19起到环形活塞15与中心管4之间的密封作用。
34.如图1所示，在环形活塞15的外部自上向下依次套有上护肩8、胶筒11、下护肩13和胶筒挡环14，各部件之间无连接关系。胶筒11采用耐高温高压的改性聚四氟乙烯胶筒，上护肩8、下护肩13采用石墨钢丝护网，弹性变形量大，弹性变形后能够防止高温注汽时胶筒11变形无法可靠挡止而变形流失。
35.环形活塞15的外径上小下大，相交位置有由上向下外径逐渐变大的锥形段，胶筒
11的底部内侧与环形活塞15的锥形段形状一致，其支撑在环形活塞15的锥形段上。当环形活塞15向上移动时锥形段能够产生径向力，驱使胶筒11径向扩张变形，从而密封油套环空。为将扩张变形后的胶筒11保持在扩张变形的状态，如图1和图2所示，环形活塞15的内径设计为上大下小的结构，上方较大的大孔段与中心管4之间形成第一环形空间25，下方较小的小孔段与中心管4滑动密封配合，环形活塞15中大孔段的内周面上开设有锁扣12，锁扣12沿上下方向延伸有一定的长度，在中心管4的外部螺纹装配有锁环座5，锁环座5为外径上大下小的结构，而形成朝下的环形台阶，锁环座5的小径段开设有凹槽，锁环座5的底部套有解封环10，解封环10沿周向均布有8个螺纹孔，螺纹孔与锁环座5上的凹槽一一对应，并通过第二销钉9将解封环10安装在锁环座5上。在解封环10与锁环座5的大径段之间的环形凹槽中套有开口锁环7，开口锁环7被约束在环形凹槽中，开口锁环7为一侧开口的锁环，其具有弹性收缩、扩张的能力，在开口锁环7的外周上开有锁牙，锁牙向上倾斜布置，锁牙与锁扣12为单向锁止的关系，锁扣12能够相对于锁牙向上移动，越过锁牙后，锁牙对锁扣12进行锁止，防止锁扣12所在的环形活塞15下行。
36.如图2所示，开口锁环7的底部以及解封环10的底部均有斜面27，斜面27沿径向由内向外且向外倾斜延伸，开口锁环7和解封环10均开设斜面27，其目的是当开口锁环7与锁扣12锁止后，开口锁环7被锁扣12所在的环形活塞15的自重下拉后，通过斜面27能够使开口锁环7保持扩张的状态，从而保证开口锁环7的锁牙与锁扣12始终保持锁止。
37.如图1所示，环形活塞15的上端延伸至外管2中，环形活塞15上端开设有四个均布的螺纹孔，第一销钉6由外管2底部的通孔中贯穿后与螺纹孔配合，将环形活塞15固定在外管2上。
38.各部件组装完成后，上护肩8顶在外管2的底部。
39.本实用新型的使用过程如下：热采封隔器随管柱下入井下设计深度，通过油管投球打压，液压通过中心管4下部的四个连通孔24进入环形活塞腔22中，产生向上的推力，再达到一定的压力时，第一销钉6被剪断，向上推动环形活塞15，第一密封圈16、外压环17、外密封垫18、内密封垫19、内压环20、第二密封圈21同时随环形活塞15上移。在推力作用下，环形活塞15的锥形段产生径向力，使胶筒11径向扩张变形，同时开口锁环7上的锁压与环形活塞15的锁扣12锁死，使环形活塞15固定，封隔器完成坐封。封隔器完成坐封时，外压环17顶推胶筒挡环14、下护肩13并顶压在胶筒11上，上护肩8、下护肩13均发生弹性变形而外扩，对胶筒11的上下两端进行挡止，防止出现胶筒11流失的情况。
40.解封时，上提管柱，上提力量通过上接头1传递给中心管4，再由中心管4传递给锁环座5，由锁环座5传递给第二销钉9，由于此时胶筒11涨紧在套管中，胶筒11以及与胶筒11相连的部件无法移动。当管柱上提力大于第二销钉9的剪切力时，第二销钉9被剪断，此时开口锁环7不再受锁环座5的约束，在胶筒11的弹性恢复力作用下，环形活塞15、开口锁环7以及锁环座5均下行，胶筒11与套管分离，完成解封过程。
41.其中，第一销钉6起到的作用是防止下井过程中，环形活塞15受井下液体的作用力而上移导致封隔器提前坐封；而且，通过在外管2上开通流孔3，能够将液体引至环形活塞15的上端，对环形活塞15施加一定的朝下作用力，与液体对环形活塞15施加的朝上的作用力形成平衡。
42.应当说明的是，本实用新型的热采封隔器不带卡瓦等锚定的结构，在使用时需连
接锚定的结构，锚定的结构也采用上提解封的方式。
43.本实施例中，连通孔24沿周向均布有4个。其他实施例中，连通孔24的数量根据所需流量进行增减，也可以为一个，另外，各连通孔24的排布方式不局限于均布。
44.本实施例中，第一销钉6有周向均布的4个，第二销钉9有周向均布的8个。其他实施例中，第一销钉6、第二销钉9的数量、排布方式根据实际情况进行改变。
45.本实施例中，外管2上设有通流孔3。其他实施例中，外管上不再设置通流孔，为防止提前坐封，可以加大第一销钉的直径，以提高剪断所需的作用力。
46.本实施例中，外密封垫18、内密封垫19均包括叠放在一起的至少两个石墨环。其他实施例中，外密封垫18、内密封垫19可以为普通的橡胶垫。
47.本实施例中，环形活塞15内周通过内压环20、内密封垫19以及第一密封圈16实现与中心管4的密封，外周通过外压环17、外密封垫18以及第二密封圈21实现与下接头23的密封。其他实施例中，仅保留第一密封圈16和第二密封圈21。此时，外压环17仅起到对下护肩13进行顶推的作用。
48.本实施例中，下护肩13下方有胶筒挡环14。其他实施例中，取消胶筒挡环14，通过外压环17直接顶推下护肩13。
49.本实施例中，通过设置上护肩8、下护肩13对胶筒11进行防护。其他实施例中，若仅为了方便进行坐封，将上护肩8、下护肩13取消。
50.本实施例中，胶筒11上端与外管2之间仅有顶压配合的关系而无固定连接关系。其他实施例中，胶筒11与外管2固定相连，当然，若有上护肩8，可以使胶筒11、上护肩8以及外管2均固定在一起。
51.本实施例中，开口锁环7的底面以及解封环10的顶面均为斜面。其他实施例中，两者中仅有一个为斜面；其他实施例中，两者均不为斜面，即开口锁环7的底面、解封环10的顶面均为平面，解封环10通过平面支撑开口锁环7。
52.最后需要说明的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细地说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行不需付出创造性劳动地修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。