CN105909205B - 一种新型有源液控封隔器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型有源液控封隔器，芯轴上还顺次设置有相互之间螺纹连接的推动液压缸、动作液压缸和动力液压缸，轴向柱塞泵的供油端连通至动力液压缸右腔，芯轴上开设有油路Ⅰ、油路Ⅱ、油路Ⅲ和油路Ⅳ，上述四条油路上分别设有由控制器控制其启闭的电磁阀，动力液压缸左腔通过油路Ⅰ连通至动作液压缸左腔，动作液压缸右腔通过油路Ⅱ连通至推动液压缸真空腔，动力液压缸左腔通过油路Ⅲ连通至动作液压缸右腔，动作液压缸左腔通过油路Ⅳ连通至推动液压缸真空腔；本发明包括多缸组合驱动模块、泵阀集成模块、芯轴油路通道及真空腔设置等，从而降低了封隔器的复杂程度，提高了系统的可靠性。

Description

一种新型有源液控封隔器

技术领域

本发明涉及一种井下油层保护封隔器，具体地说是涉及一种在采油工程中高温高压恶劣的工作环境下能够将石油管柱隔绝产层，保护套管的有源液控封隔器。

背景技术

封隔器是在井筒中把不同的油层、水层分隔开并承受一定压差的井下工具。其满足采油工艺要求，既能下到井筒预定位置，封隔严，又能在井下具有耐久性。

由于当前石油资源的缺乏，石油开采的深度逐渐加深，从而造成开采的难度增大，开采的环境越来越恶劣，这样对封隔器的结构及性能技术要求越来越高。现有的液控封隔器在实际工作中大多存在以下问题：工序繁琐，且不能多次循环利用，从而严重影响工作时间及效率，增加成本；由于液控封隔器的液压驱动系统中，可靠性环节多，结构复杂，模块化差，造成维修安装困难，且难以保证在高温高压的深井环境下工作的可靠性，容易造成封隔器在工作过程中失效或者报废，从而影响封隔器正常工作。

发明内容

本发明的目的在于，为解决现有的液控封隔器中存在的结构复杂、模块化差、不能多次反复利用等问题，提出了一种新型有源液控封隔器，包括多缸组合驱动模块、泵阀集成模块、芯轴油路通道及真空腔设置等，从而降低了封隔器的复杂程度，提高了系统的可靠性。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种新型有源液控封隔器，包括：固定设置的芯轴，芯轴上套设有上接头和下接头，上接头一端和下接头一端紧密接触且上接头和下接头的外侧通过套筒环螺纹连接，上接头和下接头的内侧通过平衡套筒与芯轴螺纹连接；芯轴上还设有连接块，连接块的一端与下接头的另一端螺纹连接；

所述芯轴上还顺次设置有推动液压缸、动作液压缸和动力液压缸，上述三者与芯轴之间均为间隙配合，所述动力液压缸一端与动作液压缸一端，以及动作液压缸的另一端与推动液压缸的一端均采用双螺纹连接；芯轴上还套设有压块，推动液压缸的另一端与压块采用双螺纹连接，连接块与压块之间设有胶筒；

所述动力液压缸的缸筒内设有浮动活塞，动力液压缸另一端连接有防护罩，防护罩内设有液压集成块，液压集成块与芯轴以及液压集成块与防护罩均螺纹连接，液压集成块上装设有电机、减速器、轴向柱塞泵和电磁阀；

所述轴向柱塞泵的供油端依次通过液压集成块上的油路和开设在芯轴上的油路连通至动力液压缸右腔，所述的芯轴上开设有油路Ⅰ、油路Ⅱ、油路Ⅲ和油路Ⅳ，油路Ⅰ、油路Ⅱ、油路Ⅲ和油路Ⅳ上分别设置有由控制器控制其启闭的电磁阀b、电磁阀c、电磁阀d、电磁阀a，芯轴上安装有用于给上述电磁阀供电的电磁插头和电源接口，动力液压缸左腔通过油路Ⅰ连通至动作液压缸左腔，动作液压缸右腔通过油路Ⅱ连通至推动液压缸真空腔，动力液压缸左腔通过油路Ⅲ连通至动作液压缸右腔，动作液压缸左腔通过油路Ⅳ连通至推动液压缸真空腔；

在打开电磁阀b和电磁阀c并同时关闭电磁阀a和电磁阀d的状态下，浮动活塞和各个液压缸缸筒同时同向运动，同一时间下浮动活塞的位移为液压缸缸筒位移的两倍，进而动力液压缸左腔内的油液受到挤压产生压力，油液进入动作液压缸左腔内，推动推动液压缸带动压块向左运动以挤压胶筒，完成坐封。

作为进一步地改进，所述芯轴上还套设有内支架，内支架与液压集成块螺纹连接，轴向柱塞泵安装在内支架上。

作为进一步地改进，所述推动液压缸的内腔为真空腔结构。

作为进一步地改进，所述动作液压缸与推动液压缸以及推动液压缸与压块之间均采用O形圈端面密封。

作为进一步地改进，所述防护罩与上接头之间采用螺纹连接。

作为进一步地改进，所述连接块与芯轴采用螺纹连接。

作为进一步地改进，所述平衡套筒与内支架采用螺纹连接。

作为进一步地改进，所述多组液压缸与芯轴之间，以及浮动活塞与动力液压缸内壁之间也选用O形圈进行密封。

作为进一步地改进，所述轴向柱塞泵与内支架之间采用O型圈进行端面密封。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.本发明为多缸组合驱动，该种设计方案具有机械加工方便、制造成本低、便于维修以及多次回收利用等优点；

2.本发明的多组液压缸之间通过双螺纹进行连接，并选用O形圈端面密封，从而保证液压缸之间的密封性能；

3. 本发明在整个工作过程中，推动液压缸所受的载荷最终传递到了多组液压缸的连接螺纹处，多组液压缸的外壳本身也是最终的承载部件既而外壳充当推杆，以起到结构简化的目的；

4.由于封隔器整体结构要求紧凑，为了节省空间把各个液压元件安装起来，设计了专用的液压集成块，便于安装和调试；

5.液压集成块和芯轴上的油路设计，使液压油直接进入封隔器的动力液压缸右腔内，推动浮动活塞工作，能够提高坐封和解封的工作效率，缩短工作时间；

6.推动液压缸真空腔的结构设计，可以提高坐封和解封的回油效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的工作原理示意图。

图3为坐封过程的工作原理示意图。

图4为解封过程的工作原理示意图。

图中标记：1、上接头，2、平衡套筒，3、套筒环，4、下接头，5、连接块，6、胶筒，7、压块，8、推动液压缸，801、推动液压缸真空腔，9、芯轴，10、动作液压缸，1001、动作液压缸左腔，1002、动作液压缸右腔，11、浮动活塞，12、液压集成块，13、电磁阀，14、内支架，15、减速器，16、电机，17、电磁插头，18、电源接口，19、轴向柱塞泵，20、防护罩，21、动力液压缸，2101、动力液压缸右腔，2102、动力液压缸左腔。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1和图2所示，一种新型有源液控封隔器，包括固定设置的芯轴9，芯轴9上套设有上接头1和下接头4，上接头1一端和下接头4一端紧密接触且上接头1和下接头4的外侧通过套筒环3螺纹连接，上接头1和下接头4的内侧通过平衡套筒2与芯轴9螺纹连接；芯轴9上还设有连接块5，连接块5的一端与下接头4的另一端螺纹连接，连接块5与芯轴9采用螺纹连接。

芯轴9上还顺次设置有推动液压缸8、动作液压缸10和动力液压缸21，上述三者与芯轴9之间均为间隙配合。本发明由多组液压缸组成，若把多组液压缸设计成一个整体结构，则内部环节减少，能够在一定程度上提高设计的可靠性。但是，考虑到机械加工难易成度，制造成本等因素，因此将多组液压缸分离设计，动力液压缸21一端与动作液压缸10一端，以及动作液压缸10的另一端与推动液压缸8的一端均采用双螺纹连接；芯轴9上还套设有压块7，推动液压缸8的另一端与压块7采用双螺纹连接，连接块5与压块7之间设有胶筒6；

动作液压缸10与推动液压缸8以及推动液压缸8与压块7之间均采用O形圈端面密封。推动液压缸8的内腔为真空腔结构。

动力液压缸21的缸筒内设有浮动活塞11，动力液压缸21另一端连接有防护罩20。由于封隔器整体结构要求紧凑，为了节省空间把各个液压元件安装起来，设计了专用的液压集成块，便于安装和调试，液压集成块12设置在防护罩20内，液压集成块12与芯轴9之间采用螺纹连接，液压集成块12上装设有电机16、减速器15、轴向柱塞泵19和电磁阀13，防护罩20与另一个封隔器的上接头1的一端螺纹连接。防护罩20与液压集成块12通过螺纹进行连接，起到隔离作用，从而保证电磁阀和控制线等不受外界恶劣环境的干扰。

芯轴9上开设有五个过线管和四个油路，沿芯轴的周向等角度分布，液压集成块12上与芯轴9对应的设计了五个过线管和四个出油口，该液压系统采取的是整体式油箱，外壳内充满的液压油起到了油箱的作用，轴向柱塞泵19输出的液压油，通过四个电磁阀对各油路进行控制。

动力液压缸左腔2102上开设有C孔，动作液压缸左腔1001开设有B孔，动作液压缸右腔1002开设有F孔，推动液压缸真空腔801开设有E孔，动力液压缸左腔2102开设有G孔，推动液压缸真空腔801开设有A孔，动力液压缸右腔2101开设有供液压油进入的D孔。

所述轴向柱塞泵19的供油端依次通过液压集成块12上的油路和开设在芯轴9上的油路连通至动力液压缸右腔2101，所述的芯轴9上开设有油路Ⅰ、油路Ⅱ、油路Ⅲ和油路Ⅳ，油路Ⅰ、油路Ⅱ、油路Ⅲ和油路Ⅳ上分别设置有由控制器控制其启闭的电磁阀b、电磁阀c、电磁阀d、电磁阀a，芯轴9上安装有用于给上述电磁阀供电的电磁插头17和电源接口18，动力液压缸左腔2102通过油路Ⅰ连通至动作液压缸左腔1001，动作液压缸右腔1002通过油路Ⅱ连通至推动液压缸真空腔801，动力液压缸左腔2102通过油路Ⅲ连通至动作液压缸右腔1002，动作液压缸左腔1001通过油路Ⅳ连通至推动液压缸真空腔801；

芯轴9上还套设有内支架14，内支架14与液压集成块12螺纹连接，轴向柱塞泵19安装在内支架14上，轴向柱塞泵19与内支架14之间采用O型圈进行端面密封。平衡套筒2与芯轴9之间，以及平衡套筒2与内支架14之间均通过螺纹进行连接。

其工作原理为：

开始坐封后，在打开电磁阀b和电磁阀c并同时关闭电磁阀a和电磁阀d的状态下，浮动活塞11和各个液压缸缸筒同时同向运动，同一时间下浮动活塞11的位移为液压缸缸筒位移的两倍，即浮动活塞11的运动速度是缸筒的运动速度的两倍，进而动力液压缸左腔2102内的油液受到挤压产生压力，油液进入到动作液压缸左腔1001内，推动推动液压缸8带动压块7向左运动以挤压胶筒6，完成坐封。此过程推动液压缸8的载荷最终传递到了多组液压缸的连接螺纹处，多组液压缸的外壳本身也是最终的承载部件既而外壳充当推杆。

开始解封后，在打开电磁阀a和电磁阀d并同时关闭电磁阀b和电磁阀c的状态下，动力液压缸左腔2102和动作液压缸右腔1002连通且两腔的压力相等，液压油推动动力液压缸右腔2101带动整个外缸筒进行解封，浮动活塞11位移近似为0，外缸筒带动压块7向右运动，胶筒6复原，完成解封。

多组液压缸与芯轴9之间，以及浮动活塞11与动力液压缸21内壁之间也选用O形圈进行密封。考虑到密封圈所处液压油的油温会使橡胶有一定的膨胀，油温的变化除膨胀系数发生变化外，橡胶的弹性模具也要发生变化。所以，本发明根据实际工况分析后进行选择，氟橡胶适用于石油化工，耐油耐老化，是石油封隔器使用密封圈的最佳选择。

如图3所示，假设浮动活塞相对芯轴运动x1，动力液压缸相对芯轴运动x2，工具末端最终位移为x3，油腔面积为A。

坐封运动时，浮动活塞与动力液压缸均产生运动，假设两者的运动方向均向下，两者由于运动速度不一样，使油液产生挤压产生流量，油液的流量Q为：Q=(x1-x2)*A，此部分挤压出的流量进入到动作液压缸左腔1001内推动外缸筒向下运动，因此有：Q= x3*A

联立二式可得

(x1-x2)*A= x3*A

即 x1-x2= x3 x1 = x3+x2

因为缸筒整体为刚性连接则有

x2=x3

即x1=2x2=2x3

由以上计算结果可得，活塞的位移为外缸筒位移的2倍。

如图4所示，假设浮动活塞相对芯轴运动x1，动力液压缸相对芯轴运动x2，工具末端最终位移为x3，油腔面积为A。解封运动时，假设浮动活塞相对芯轴向下运动，动力液压缸向上运动，使油液产生挤压产生流量，油液的流量Q为：Q=(x1+x2)*A，此部分挤压出的流量进入到动作液压缸右腔1002内带动外缸筒向上运动，因此有：

Q=x3*A

联立二式可得“

(x1+x2)*A= x3*A

即 x1+x2= x3 x1 = x3-x2

因为缸筒整体为刚性连接则有：

x2=x3

即x1=0，活塞在解封过程中相对芯轴为静止状态，动力来源于浮动活塞上与环境压力相连的动力面积。

由以上计算结果可以看出活塞的位移近似为0，外界缸筒运动。

Claims (9)

1.一种新型有源液控封隔器，包括：固定设置的芯轴（9），芯轴（9）上套设有上接头（1）和下接头（4），上接头（1）一端和下接头（4）一端紧密接触且上接头（1）和下接头（4）的外侧通过套筒环（3）螺纹连接，上接头（1）和下接头（4）的内侧通过平衡套筒（2）与芯轴（9）螺纹连接；芯轴（9）上还设有连接块（5），连接块（5）的一端与下接头（4）的另一端螺纹连接，其特征在于：

所述芯轴（9）上还顺次设置有推动液压缸（8）、动作液压缸（10）和动力液压缸（21），上述三者与芯轴（9）之间均为间隙配合，所述动力液压缸（21）一端与动作液压缸（10）一端，以及动作液压缸（10）的另一端与推动液压缸（8）的一端均采用双螺纹连接；芯轴（9）上还套设有压块（7），推动液压缸（8）的另一端与压块（7）采用双螺纹连接，连接块（5）与压块（7）之间设有胶筒（6）；

所述动力液压缸（21）的缸筒内设有浮动活塞（11），动力液压缸（21）另一端连接有防护罩（20），防护罩（20）内设有液压集成块（12），液压集成块（12）与芯轴（9）以及液压集成块（12）与防护罩（20）均螺纹连接，液压集成块（12）上装设有电机（16）、减速器（15）、轴向柱塞泵（19）和电磁阀（13）；

所述轴向柱塞泵（19）的供油端依次通过液压集成块（12）上的油路和开设在芯轴（9）上的油路连通至动力液压缸右腔（2101），所述的芯轴（9）上开设有油路Ⅰ、油路Ⅱ、油路Ⅲ和油路Ⅳ，油路Ⅰ、油路Ⅱ、油路Ⅲ和油路Ⅳ上分别设置有由控制器控制其启闭的电磁阀b、电磁阀c、电磁阀d、电磁阀a，芯轴（9）上安装有用于给上述电磁阀供电的电磁插头（17）和电源接口（18），动力液压缸左腔（2102）通过油路Ⅰ连通至动作液压缸左腔（1001），动作液压缸右腔（1002）通过油路Ⅱ连通至推动液压缸真空腔（801），动力液压缸左腔（2102）通过油路Ⅲ连通至动作液压缸右腔（1002），动作液压缸左腔（1001）通过油路Ⅳ连通至推动液压缸真空腔（801）；

在打开电磁阀b和电磁阀c并同时关闭电磁阀a和电磁阀d的状态下，浮动活塞（11）和各个液压缸缸筒同时同向运动，同一时间下浮动活塞（11）的位移为液压缸缸筒位移的两倍，进而动力液压缸左腔（2102）内的油液受到挤压产生压力，油液进入动作液压缸左腔（1001）内，推动推动液压缸（8）带动压块（7）向左运动以挤压胶筒（6），完成坐封。

2.根据权利要求1所述的一种新型有源液控封隔器，其特征在于：所述芯轴（9）上还套设有内支架（14），内支架（14）与液压集成块（12）螺纹连接，轴向柱塞泵（19）安装在内支架（14）上。

3.根据权利要求1或2所述的一种新型有源液控封隔器，其特征在于：所述推动液压缸（8）的内腔为真空腔结构。

4.根据权利要求1所述的一种新型有源液控封隔器，其特征在于：所述动作液压缸（10）与推动液压缸（8）以及推动液压缸（8）与压块（7）之间均采用O形圈端面密封。

5.根据权利要求1所述的一种新型有源液控封隔器，其特征在于：所述防护罩（20）与上接头（1）之间采用螺纹连接。

6.根据权利要求1所述的一种新型有源液控封隔器，其特征在于：所述连接块（5）与芯轴（9）采用螺纹连接。

7.根据权利要求2所述的一种新型有源液控封隔器，其特征在于：所述平衡套筒（2）与内支架（14）采用螺纹连接。

8.根据权利要求1所述的一种新型有源液控封隔器，其特征在于：所述多组液压缸与芯轴（9）之间，以及浮动活塞（11）与动力液压缸（21）内壁之间也选用O形圈进行密封。

9.根据权利要求1所述的一种新型有源液控封隔器，其特征在于：所述轴向柱塞泵（19）与内支架（14）之间采用O型圈进行端面密封。