專利名稱：防砂用頂部封隔器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于油田開發(fā)生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種防砂用頂部封隔器。
背景技術(shù)：
在目前公知的油田開發(fā)中，隨著深井、復(fù)雜井鉆采開發(fā)的增多，尤其是完井工藝的不斷革新進，對完井工具的各項功能及使用提出了更高的要求。防砂用頂部封隔器是礫石充填防砂作業(yè)中必要的防砂工具，目前市場上的封隔器雖然多種多樣，但經(jīng)過長期的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，它們都存在各自不同的技術(shù)瓶頸，其一，我公司一期研制的頂部封隔器存在坐封過程中刮損套管的現(xiàn)象，以及封隔器坐封到位后對套管內(nèi)壁咬損嚴重等問題，在一定程度上影響了套管本體的強度，對后續(xù)生產(chǎn)帶來一部分的作業(yè)風(fēng)險。其二，傳統(tǒng)頂部封隔器工況參數(shù)設(shè)置偏低，封隔器承壓能力差，懸掛載荷小，不具備回收功能，在下入過程中存在卡瓦意外伸出造成封隔器提前坐封的風(fēng)險。其三，承受扭矩小，無法實現(xiàn)封隔器打撈回收套銑作業(yè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種防砂用頂部封隔器及其操作方法，該封隔器能有效的密封套管內(nèi)的空間并保持固定。本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:一種防砂用頂部封隔器，包括上接頭和下接頭，上接頭內(nèi)通過上接頭中部的子口在子口以下設(shè)有中心管，其特征是:還包括有坐封機構(gòu)、鎖定機構(gòu)、錨定機構(gòu)、密封機構(gòu)和解封機構(gòu)，所述坐封機構(gòu)包括套裝在上接頭外側(cè)的壓套和在上接頭的底部外側(cè)徑向的設(shè)有用于阻擋連接套向下運行的第一剪切銷釘；

所述鎖定機構(gòu)包括位于壓套下方與壓套螺紋連接的連接套，上接頭外側(cè)與壓套內(nèi)側(cè)之間的空間內(nèi)設(shè)有與上接頭以鋸齒形螺紋連接的鎖環(huán)；所述密封機構(gòu)位于中心管外側(cè)鎖定機構(gòu)之下，密封機構(gòu)包括自上而下一次套裝在中心管上的上歸環(huán)、膠筒、下歸環(huán)，所述下歸環(huán)有一與連接套的底部端面接觸的上表面；所述錨定機構(gòu)包括上錐體、卡瓦、彈簧片、用于在卡瓦向外擴張時限定卡瓦位置的卡瓦套和下錐體，所述卡瓦在其內(nèi)圓周面上設(shè)有一上大下小的第一錐面和上小下大的第二錐面，所述上錐體包括抵在下歸環(huán)一下表面上的平面和抵住卡瓦上的第二錐面的第三錐面，所述下錐體包括抵住卡瓦上的第二錐面的第四錐面，所述下錐體的下部外側(cè)與下接頭的上部螺紋連接，所述卡瓦套套裝在上錐體和下錐體的外側(cè)；所述解封機構(gòu)包括螺紋連接在中心管底部的彈性爪，彈性爪的底部內(nèi)側(cè)穿裝有解封環(huán)，所述解封環(huán)和彈性爪之間通過徑向的解封螺釘固定。本發(fā)明還可以采用如下技術(shù)方案:所述卡瓦在徑向截面上的形狀為等腰梯形，等腰梯形的較長的底為卡瓦的外側(cè)面，較短的底為卡瓦的內(nèi)側(cè)面，在較長的底中部設(shè)有沿切向延伸的凹槽，在卡瓦的外側(cè)面除凹槽以外的部分上設(shè)有卡瓦牙，每個卡瓦對應(yīng)一個彈簧片，彈簧片的中部抵在卡瓦的凹槽上，卡瓦套上間隔的設(shè)有若干容納卡瓦卡瓦牙向外通過且形狀尺寸與卡瓦牙的切向截面匹配的孔，彈簧片的兩端抵在卡瓦套的內(nèi)壁上，各個彈簧片在切向上通過穿過卡瓦套的鉚釘隔開。所述卡瓦在徑向截面上的形狀為等腰梯形，等腰梯形的較長的底為卡瓦的外側(cè)面，較短的底為卡瓦的內(nèi)側(cè)面，每個卡瓦包括有兩塊向外的突出部，突出部上設(shè)有卡瓦牙，卡瓦套上間隔的設(shè)有若干容納卡瓦的突出部向外通過且形狀尺寸與卡瓦的突出部的切向截面匹配的孔，兩突出部的中間為一沿軸向延伸的凹槽，凹槽內(nèi)置有一彈簧片，彈簧片為弓形，彈簧片的中部和端部分別抵在卡瓦套的內(nèi)壁上或卡瓦的凹槽內(nèi)。所述上錐體與中心管之間穿有徑向的第二剪切銷釘。所述連接套和上接頭之間通過上鍵導(dǎo)向，所述卡瓦套和下錐體之間通過防轉(zhuǎn)銷釘定位，所述下錐體和中心管之間通過下鍵導(dǎo)向。所述下錐體外套裝有外徑大于下接頭的扶正環(huán)。

所述坐封機構(gòu)的壓套設(shè)有防提前坐封的臺肩。所述上接頭設(shè)有防提前旋轉(zhuǎn)脫手的溝槽。所述解封機構(gòu)的解封環(huán)設(shè)有支撐臺階和懸掛臺肩。所述卡瓦的外側(cè)設(shè)錨定牙，錨定牙為圓周均布的軸向開槽約束式結(jié)構(gòu)。 密封機構(gòu)的膠筒為雙擠壓溝槽形式。本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是:本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，錨定機構(gòu)順利咬入套管承擔(dān)管柱負載，密封機構(gòu)完全貼合套管內(nèi)壁封隔套管上下環(huán)空，同時鎖定機構(gòu)有效保證封隔器坐封狀態(tài)的長期工作可靠，解封機構(gòu)為后續(xù)封隔器的解封回收提供保障。本防砂用頂部封隔器適用于不同套管、不同磅級的系列應(yīng)用；同時優(yōu)化了錨定機構(gòu)，保證封隔器在坐封過程中卡瓦不刮損套管，實現(xiàn)卡瓦錨定到位后對套管的損壞輕微，且咬痕較淺；本封隔器膠筒漲開和卡瓦漲開幾乎同時進行，保證坐封可靠，使完井作業(yè)能夠順利進行。同時，還可根據(jù)作業(yè)需要，通過下入專門回收工具，直接上提回收工具即可實現(xiàn)回收封隔器。此外，該工具組裝程序簡單、現(xiàn)場操作簡單、安全可靠、懸掛能力強、承壓高、可實現(xiàn)機械和液壓脫手兩種功能、在下入過程可以傳遞扭矩以方便順利通過遇阻點、可作為尾管掛和采油封隔器使用。


圖1是本發(fā)明實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的A-A剖視圖；圖3是實施例1的立體拆解圖，其中軸向零件采用了四分之三剖視；圖4是實施例1的卡瓦被脹開后的狀態(tài)示意圖；圖5是實施例1的膠筒座封狀態(tài)示意圖；圖6是本發(fā)明實施例2中錨定機構(gòu)的局部結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是圖6的B-B剖視示意圖；圖8是實施例2的卡瓦與卡瓦套的立體拆解圖。圖中:1、壓套；1_1、防提前坐封的臺肩；3、上接頭；3_1、防提前脫手的溝槽；5、鎖環(huán)；5-1、鋸齒螺紋；6、上鍵；7、中心管；8、連接套；9、第一剪切銷釘；10、上歸環(huán)；12、膠筒；13、下歸環(huán)；14、第二剪切銷釘；15、防轉(zhuǎn)銷釘；16、卡瓦套；17、上錐體；18、鉚釘；19、卡瓦；20、彈簧片；21、下錐體；22、下鍵；23、彈性爪；25、扶正環(huán)；27、O形密封圈；28、解封環(huán)；28-1、懸掛臺肩；29、解封螺釘；30、下接頭；31、開口圈。
具體實施例方式為能進一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下:實施例1:請參閱圖1至圖3，一種防砂用頂部封隔器，包括上接頭3和下接頭30，上接頭內(nèi)通過上接頭中部的子口在子口以下設(shè)有中心管7，還包括有坐封機構(gòu)、鎖定機構(gòu)、錨定機構(gòu)、密封機構(gòu)和解封機構(gòu)。坐封機構(gòu)包括套裝在上接頭外側(cè)的壓套I和在上接頭的底部外側(cè)徑向的設(shè)有用于阻擋連接套向下運行的第一剪切銷釘9。鎖定機構(gòu)包括位于壓套下方與壓套螺紋連接的連接套8，上接頭外側(cè)與壓套內(nèi)側(cè)之間的空間內(nèi)設(shè)有與上接頭以鋸齒螺紋5-1連接的鎖環(huán)5。

密封機構(gòu)位于中心管外側(cè)鎖定機構(gòu)之下，密封機構(gòu)包括自上而下一次套裝在中心管上的上歸環(huán)10、膠筒12、下歸環(huán)13，下歸環(huán)有一與連接套的底部端面接觸的上表面；所述密封機構(gòu)的膠筒12為雙擠壓溝槽形式。錨定機構(gòu)包括上錐體17、卡瓦19、彈簧片20、用于在卡瓦向外擴張時限定卡瓦位置的卡瓦套16和下錐體21，在徑向截面上卡瓦的形狀等腰梯形，等腰梯形的較長的底為卡瓦的外側(cè)面，較短的底為卡瓦的內(nèi)側(cè)面，在較長的底中部設(shè)有沿切向延伸的凹槽，在卡瓦的外側(cè)面除凹槽以外的部分上設(shè)有卡瓦牙，每個卡瓦對應(yīng)一個彈簧片，彈簧片的中部抵在卡瓦的凹槽上，卡瓦套上間隔的設(shè)有若干容納卡瓦牙向外通過且形狀尺寸與卡瓦牙的切向截面匹配的孔，彈簧片的兩端抵在卡瓦套的內(nèi)壁上，各個彈簧片在切向上通過穿過卡瓦套的鉚釘18隔開。當(dāng)不坐封時彈簧片將卡瓦向內(nèi)彈起，使得卡瓦不會意外探出，解封后可擠壓卡瓦順利回到卡瓦套內(nèi)，保證封隔器順利回收和起出井內(nèi)。如圖2所示?？ㄍ咴谄鋬?nèi)圓周面上設(shè)有一上大下小的第一錐面和上小下大的第二錐面，上錐體包括抵在下歸環(huán)的一下表面上的平面和抵住卡瓦上的第二錐面的第三錐面，下錐體包括抵住卡瓦上的第二錐面的第四錐面，下錐體的下部外側(cè)與下接頭的上部螺紋連接，卡瓦套套裝在上錐體和下錐體的外側(cè)。解封機構(gòu)包括螺紋連接在中心管底部的彈性爪23，彈性爪的底部內(nèi)側(cè)穿裝有解封環(huán)28，解封環(huán)和彈性爪之間通過徑向的解封螺釘固定。上錐體與中心管之間穿有徑向的第二剪切銷釘14。連接套和上接頭之間通過上鍵6導(dǎo)向，卡瓦套和下錐體之間通過防轉(zhuǎn)銷釘15定位，下錐體和中心管之間通過下鍵22導(dǎo)向。下錐體外套裝有外徑大于下接頭的扶正環(huán)25。坐封機構(gòu)的壓套設(shè)有防提前坐封的臺肩1-1。上接頭設(shè)有防提前旋轉(zhuǎn)脫手的溝槽3-1。解封機構(gòu)的解封環(huán)設(shè)有支撐臺階和懸掛臺肩28-1。卡瓦的外側(cè)設(shè)錨定牙，錨定牙為圓周均布的軸向開槽約束式結(jié)構(gòu)。本實施例的工作原理為:
請參閱圖4和圖5，坐封過程:封隔器下到設(shè)計位置，從井口向液壓坐封工具加壓，封隔器在坐封工具的作用下，推動壓套I和連接套8，首先剪斷剪切銷釘9，進而推動上歸環(huán)
10、膠筒12向下運動，當(dāng)坐封推力繼續(xù)增大后，剪斷剪切銷釘14。同時推動下歸環(huán)10、上錐體17向下運動，卡瓦套16在坐封過程中隨卡瓦19徑向錨定產(chǎn)生軸向的自由運動，當(dāng)坐封推力增加到該工況極限時，上歸環(huán)10和下歸環(huán)13擠壓膠筒12直徑雙向膨脹變形至有效密封位置，使得膠筒12緊貼套管內(nèi)壁，實現(xiàn)套管環(huán)空上、下的高壓有效密封。此外，卡瓦19也隨著上錐體17和下錐體21的軸向擠壓，使得卡瓦19徑向移出咬入套管內(nèi)壁至設(shè)計深度，滿足后續(xù)作業(yè)中封隔器承受軸向負載和扭矩的能力。與此同時，鎖環(huán)5上內(nèi)外有鋸齒形螺紋5-1，由于鎖環(huán)5及上接頭3上相接鋸齒形螺紋鋸齒高邊向下，使得鎖環(huán)5在向下運動時可以順利滑過上接頭3，同時連接套8和鎖環(huán)5同步運動，鎖環(huán)5在向下運動過程中不能逆向返回，故實現(xiàn)了膠筒12和卡瓦19在坐封過程中隨時運動行程鎖定，保證卡瓦19和膠筒12始終保持坐封狀態(tài)的可靠性和穩(wěn)定性。實施例2:請參閱圖6至8，本實施例與實施例1大部分相同，區(qū)別僅在于每個卡瓦19包括有兩塊向外的突出部，突出部上設(shè)有卡瓦牙，卡瓦套上間隔的設(shè)有若干容納卡瓦的突出部向外通過且形狀尺寸與卡瓦的突出部的切向截面匹配的孔，每塊卡瓦的兩個突出部從相鄰的孔內(nèi)伸出或縮回，兩突出部的中間為一沿軸向延伸的凹槽，凹槽內(nèi)置有一彈簧片，彈簧片為弓形，彈簧片的中部抵在卡瓦套相鄰兩孔的內(nèi)壁上，彈簧片的端部抵在卡瓦的凹槽內(nèi)?？ㄍ咛變?nèi)的卡瓦上方，還通過鉚釘固定有開口圈31。盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護的范圍情況下，還可以作出很多形式，例如將·實施例2中的彈簧片中部抵在卡瓦的凹槽內(nèi)，端部抵在卡瓦套的內(nèi)壁上。這些均屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種防砂用頂部封隔器，包括上接頭和下接頭，上接頭內(nèi)通過上接頭中部的子口在子口以下設(shè)有中心管，其特征是:還包括有坐封機構(gòu)、鎖定機構(gòu)、錨定機構(gòu)、密封機構(gòu)和解封機構(gòu)； 所述坐封機構(gòu)包括套裝在上接頭外側(cè)的壓套和在上接頭的底部外側(cè)徑向的設(shè)有用于阻擋連接套向下運行的第一剪切銷釘； 所述鎖定機構(gòu)包括位于壓套下方與壓套螺紋連接的連接套，上接頭外側(cè)與壓套內(nèi)側(cè)之間的空間內(nèi)設(shè)有與上接頭以鋸齒形螺紋連接的鎖環(huán)； 所述密封機構(gòu)位于中心管外側(cè)鎖定機構(gòu)之下，密封機構(gòu)包括自上而下依次套裝在中心管上的上歸環(huán)、膠筒、下歸環(huán)，所述下歸環(huán)有一與連接套底部端面接觸的上表面； 所述錨定機構(gòu)包括上錐體、卡瓦、彈簧片、用于在卡瓦向外擴張時限定卡瓦位置的卡瓦套和下錐體，所述卡瓦在其內(nèi)圓周面上設(shè)有一上大下小的第一錐面和上小下大的第二錐面，所述上錐體包括抵在下歸環(huán)的一下表面上的平面和抵住卡瓦上的第二錐面的第三錐面，所述下錐體包括抵住卡瓦上的第二錐面的第四錐面，所述下錐體的下部外側(cè)與下接頭的上部螺紋連接，所述卡瓦套套裝在上錐體和下錐體的外側(cè)； 所述解封機構(gòu)包括螺紋連接在中心管底部的彈性爪，彈性爪的底部內(nèi)側(cè)穿裝有解封環(huán)，所述解封環(huán)和彈性爪之間通過徑向的解封螺釘固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述防砂用頂部封隔器，其特征是:所述卡瓦在徑向截面上的形狀為等腰梯形，等腰梯形的較長的底為卡瓦的外側(cè)面，較短的底為卡瓦的內(nèi)側(cè)面，在較長的底中部設(shè)有沿切向延伸的凹槽，在卡瓦的外側(cè)面除凹槽以外的部分上設(shè)有卡瓦牙，每個卡瓦對應(yīng)一個彈簧片，彈簧片的中部抵在卡瓦的凹槽上，卡瓦套上間隔的設(shè)有若干容納卡瓦牙向外通過且形狀尺寸與卡瓦牙的切向截面匹配的孔，彈簧片的兩端抵在卡瓦套的內(nèi)壁上，各個彈簧片在切向上通過穿過卡瓦套的鉚釘隔開。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述防砂用頂部封隔器，其特征是:所述卡瓦在徑向截面上的形狀為等腰梯形，等腰梯形 的較長的底為卡瓦的外側(cè)面，較短的底為卡瓦的內(nèi)側(cè)面，每個卡瓦包括有兩塊向外的突出部，突出部上設(shè)有卡瓦牙，卡瓦套上間隔的設(shè)有若干容納卡瓦的突出部向外通過且形狀尺寸與卡瓦的突出部的切向截面匹配的孔，兩突出部的中間為一沿軸向延伸的凹槽，凹槽內(nèi)置有一彈簧片，彈簧片為弓形，彈簧片的中部和端部分別抵在卡瓦套的內(nèi)壁上或卡瓦的凹槽內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的防砂用頂部封隔器，其特征是:所述上錐體與中心管之間穿有徑向的第二剪切銷釘。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的防砂用頂部封隔器，其特征是:所述連接套和上接頭之間通過上鍵導(dǎo)向，所述卡瓦套和下錐體之間通過防轉(zhuǎn)銷釘定位，所述下錐體和中心管之間通過下鍵導(dǎo)向。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述防砂用頂部封隔器，其特征是:所述下錐體外套裝有外徑大于下接頭的扶正環(huán)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述防砂用頂部封隔器，其特征是:所述坐封機構(gòu)的壓套設(shè)有防提前坐封的臺肩。
8.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述防砂用頂部封隔器，其特征是:所述上接頭設(shè)有防提前旋轉(zhuǎn)脫手的溝槽。
9.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述防砂用頂部封隔器，其特征是:所述解封機構(gòu)的解封環(huán)設(shè)有支撐臺階和懸掛臺肩。
10.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述防砂用頂部封隔器，其特征是:所述卡瓦的外側(cè)設(shè)有錨定牙，錨定牙為圓周均布的軸向開槽約束式結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的新型防砂用頂部封隔器，其特征在于:所述密封機構(gòu)的膠筒為雙擠壓溝槽 形式結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種防砂用頂部封隔器，包括上接頭和下接頭，上接頭內(nèi)通過上接頭中部的子口在子口以下設(shè)有中心管，其特征是還包括有坐封機構(gòu)、鎖定機構(gòu)、錨定機構(gòu)、密封機構(gòu)和解封機構(gòu)。優(yōu)點是本發(fā)明能有效的密封套管內(nèi)的空間并保持固定，適用于不同套管不同磅級的系列應(yīng)用；同時優(yōu)化了錨定機構(gòu)，保證封隔器在坐封過程中卡瓦不刮損套管，實現(xiàn)卡瓦錨定到位后對套管的損壞輕微，且咬痕較淺；此外，該工具組裝程序簡單、現(xiàn)場操作過程方便且安全可靠。
文檔編號E21B33/128GK103216210SQ20131014604
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月20日
發(fā)明者楊立平, 劉傳剛, 于海永, 楊學(xué)貴, 蘇杰, 譚峻松 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油能源發(fā)展股份有限公司, 中海油能源發(fā)展股份有限公司監(jiān)督監(jiān)理技術(shù)分公司