CN119434887A - 一种射孔用防冲击井下封隔器 - Google Patents

Abstract

本专利公开了一种射孔用防冲击井下封隔器，具体涉及油气井开发领域。其减震机构上设有限位滑套、碟簧和减震橡胶筒；减震机构上端设有扶正机构，由扶正器、弹簧片和扶正器摩擦片组成；扶正机构内部设有解封机构，由下心轴和变轨环组成；扶正机构上端设有坐封机构，两机构由变轨环相连，坐封机构上设有开口环箍、卡位滑套和卡瓦；坐封机构上端设有密封机构，由两个胶筒组成，胶筒上下设有顶鞋和底鞋；密封机构上端设有锚定机构，其上端设有水力锚卡瓦及弹性限位结构；本发明的一种射孔用防冲击井下封隔器在面对井下射孔时，可自动启动，防止因井下射孔产生的高强度振动和冲击对封隔器的性能产生影响，提高了封隔器的坐封效率，降低了钻井成本。

Description

一种射孔用防冲击井下封隔器

技术领域

本专利涉及石油与天然气开发钻井工程领域，特别涉及一种射孔用防冲击井下封隔器。

背景技术

随着石油和天然气开采技术的不断进步，井下作业对封隔器的性能要求越来越高。现有的井下封隔器虽然在油气井分层开采、酸化压裂、试油试气等作业中发挥着重要作用，但仍存在一些技术问题亟待解决。一方面，传统的封隔器在耐高压、耐高温以及耐腐蚀性能方面存在局限性，在井下射孔作业时，封隔器的密封性能会受到井下冲击的影响，这在一定程度上限制了其在复杂井况下的使用。特别是在深层油气藏的开采过程中，井底高温、高压以及腐蚀性介质对封隔器的长期稳定性和密封性能提出了更高的挑战。另一方面，现有的封隔器在坐封和回收过程中，操作复杂，作业效率低下，且易受井筒条件的影响，如井壁的不规则性、井径的变化等，这些都可能导致封隔器坐封不稳定或回收困难。目前市场上的封隔器在结构设计上往往较为复杂，这不仅增加了制造成本，而且在井下作业过程中容易发生故障，影响作业安全。

现有中国专利文献申请号CN 202411077949.1公开了一种固井用管外封隔器，包括封隔器本体,封隔器本体包括中心管、上接头、压座、瓦座、若干卡瓦和两个胶筒,其中,中心管包括上管和下管,上管与上接头固连,下管与瓦座固连,卡瓦上部靠近瓦座的一侧成型有卡接凹槽；还包括若干限位机构,若干限位机构沿压座圆周方向等角度均匀阵列设置,中心管包括上管和下管,每个限位机构均包括限位轴、限位弹簧和防窜机构,限位轴的一端与上管滑动连接,另一端与下管固连,限位弹簧套设在限位轴的外部,限位弹簧的两端分别与上管和下管固连,防窜机构与压座相连。本装置避免当卡瓦撑紧在管壁内侧后,胶筒撑开时会对卡瓦实施进一步撑开,进而对管壁造成破坏。

现有中国专利文献CN 202411065118.2公开了一种石油开采用油井可调封隔器，包括壳体、密封压板、密封橡胶块,还包括调控部件,所述调控部件包括第一驱动杆、驱动盘、离合盘、控制盘和第二驱动杆,将离合盘设置为由多个扇形盘组成,且多个扇形盘能够独立竖向移动,当密封橡胶块形变至与油管内壁贴合后,若驱动盘继续旋转,且力度齿环或卡齿存在局部磨损,又或者力度齿环与卡齿之间卡入杂物,此时多个能够独立竖向移动扇形盘可以针对上述情况进行独立移动,分散局部压力,以延长驱动盘或扇形盘的使用寿命，并且当某个扇形盘或卡齿损坏时,可以进行单独更换,降低了维护成本。

但是上述专利文献在实施过程中仍存在以下缺陷：

以上方法在使用时受限于井下复杂环境，并且装置本身结构和控制系统复杂，不能承受井下剧烈冲击和震动，很难适应于井下特殊环境，使用成本高。

因此，针对井下射孔导致封隔器不能有效运行的问题，本专利提出了一种射孔用防冲击井下封隔器，旨在通过改进封隔器的结构设计、材料选择和操作机制，提高封隔器在复杂井况下的防爆、防冲击、抗震、耐压性能，简化操作流程，提高作业效率，同时降低制造成本，以满足现代油气井开采的高标准和严要求。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种射孔用防冲击井下封隔器，可以有效阻止井下射孔时的高强度冲击波和振动对封隔器的坐封效率的影响，并且能够自适应对井下射孔冲击做出反应；提高封隔器在复杂井况下的防爆、防冲击、抗震、耐压性能，简化操作流程，提高作业效率，同时降低制造成本，以满足现代油气井开采的高标准和严要求。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

本发明提供一种射孔用防冲击井下封隔器，包括水力锚、固定螺钉、弹簧、固定夹板、顶鞋、胶筒、底鞋、卡位滑套、卡瓦、开口环箍、变轨环、弹簧片、扶正器摩擦片、固定块、扶正器、限位滑套、碟簧、下心轴、减震橡胶筒、水力锚卡瓦、中心管、限位片，其中，

所述减震橡胶筒均匀的套设在下心轴的外部，且由下心轴上的限位台阶进行轴向限位；所述下心轴中部设有碟簧凸台，所述碟簧下部与碟簧凸台固连，上部与变轨环下端的支撑面固连；

所述限位滑套套设在碟簧外部，其上部与扶正器通过卡扣固连；

所述开口环箍上部T形槽与卡瓦的T形凸台配合，并对卡瓦进行轴向限位；

所述卡位滑套套设在下心轴外部，且所述卡瓦上端与卡位滑套的滑套斜面配合；

所述卡位滑套上端与底鞋的配合为面接触，且底鞋套设于下心轴外部；所述顶鞋套设于下心轴外部，且所述底鞋和顶鞋之间装有两个胶筒；

所述顶鞋上端设有水力锚，所述水力锚内部设有中心管，且水力锚与下部顶鞋通过中心管连接。

可选的或优选的，所述下心轴底部设有螺纹台阶面，下心轴与下部钻杆之间为螺纹连接。

可选的或优选的，所述变轨环上有两个轴向导流槽，所述下心轴上设有两个导向滑块。

可选的或优选的，所述胶筒之间用限位片分隔开。

可选的或优选的，所述卡瓦上设有摩擦块，所述水力锚卡瓦上设有水力锚摩擦块。

可选的或优选的，所述下心轴和中心管之间为间隙配合。

可选的或优选的，所述卡位滑套上设有v形滑槽。

本发明提供的一种射孔用防冲击井下封隔器在井下工作时，其水力锚与上部钻杆相连，下心轴与下部钻杆或下部钻铤相连；封隔器随钻柱系统到达预定的坐封位置，由于弹簧片的推动作用，扶正器摩擦片上的摩擦块会与套管壁紧密接触；上提管柱20-30cm，再下放钻柱50-70cm，导向滑块会在轴向导流槽内滑动完成换轨操作；接着封隔器卡瓦会在卡位滑套的推动下径向展开，摩擦块与井壁紧密接触锚定机构固定；进一步，顶鞋和底鞋压缩橡胶筒达到密封环空的效果；在井下压力过大时，下部压力会传递至水力锚内部，压缩弹簧推动水力锚卡瓦径向移动，对封隔器进一步锚定，水力锚通过液压作用固定封隔器的位置，防止封隔器在井筒内因液柱压力、作业压力或者地层压力的变化而上下移动，延长封隔器的使用寿命。

同时下心轴上的减震橡胶筒外端由于套管壁的摩擦作用会与套管壁形成一个碗形空间，当井下射孔时，碗形空间会形成皮碗密封，作用在套管壁上，阻隔井下射孔的冲击；并且安装在心轴上的碟簧会缓冲轴向冲击与震动，进一步防止坐封机构的胶筒受到井下冲击的影响，保证胶筒的密封性；坐封作业完成后，继续上提钻柱使密封元件收缩，解除与井壁的接触；随后，封隔器可以随管柱一起从井筒中取出，完成坐封和解封操作。

综上所述,本发明的一种射孔用防冲击井下封隔器具备缓冲井下射孔冲击和震动，吸收射孔时产生的冲击波能量，减少对封隔器及其密封元件的损害；防冲击封隔器能够在保持密封性能的同时，抵御射孔产生的瞬间高压；能够将射孔层段与其他层段隔离开来，防止射孔作业中的高压流体或射孔产生的碎屑进入其他层段，保证封隔器密封效率，确保作业的精确性和安全性。

采用了上述技术方案后，与现有技术相比，本发明实施例至少具有如下有益效果：

1、本发明可靠性强，通过设置减震橡胶筒与套管壁形成碗形空间，隔离射孔层段和吸收冲击能量，降低了射孔作业中的风险，提高了井下作业的安全性。

2、本发明通过在下心轴上设置碟簧，可以有效的抵御射孔冲击，缓冲轴向振动，减少了因射孔冲击导致的封隔器损坏和作业中断，防冲击井下封隔器有助于提高整体的作业效率。

3、本发明通过设置卡瓦和水力锚，能够有效地隔离不同的生产层或注水层，防止流体在各层之间互窜，从而提高油、气、水等流体的开采效率或注水效率；采用变轨环简化了坐封操作机制，使得坐封和回收过程更加快捷，减少了作业时间和劳动强度。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明未坐封时外部整体结构示意图；

图3为本发明未坐封时整体剖面结构示意图；

图4为为本发明坐封时整体剖面结构示意图；

图5为本发明变轨环结构示意图；

图6为本发明下心轴结构示意图；

图中：1、水力锚；101、水力锚卡瓦；102、固定夹板；103、固定螺钉；104、弹簧；105、水力锚摩擦块；2、顶鞋；3、胶筒；4、底鞋；5、卡位滑套；501、滑套斜面；502、v形滑槽；6、卡瓦；601、摩擦块；602、T形凸台；7、开口环箍；701、T形槽；8、扶正器；801、变轨环；802、弹簧片；803、扶正器摩擦片；804、固定块；805、轴向导流槽；9、限位滑套；10、碟簧；11、下心轴；1101、限位台阶；1102、碟簧凸台；1103、螺纹台阶面；1104、导向滑块；12、减震橡胶筒；13、中心管；14、限位片。

具体实施方式

为使本专利实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

如图1到图6所示：

本发明提出一种气体钻井用防爆隔热灭火井下工具，包括水力锚1、固定螺钉103、弹簧104、固定夹板102、顶鞋2、胶筒3、底鞋4、卡位滑套5、卡瓦6、开口环箍7、变轨环801、弹簧片802、扶正器摩擦片803、固定块804、扶正器8、限位滑套9、碟簧10、下心轴11、减震橡胶筒12、水力锚卡瓦101、中心管13、限位片14，其中，

所述减震橡胶筒12均匀的套设在下心轴11的外部，且由下心轴11上的限位台阶1101进行轴向限位；所述下心轴11中部设有碟簧凸台1102，所述碟簧10下端与碟簧凸台1102固连，上部与变轨环801下端的支撑面固连；

所述限位滑套9套设在碟簧10外部，其上部与扶正器8通过卡扣固连；

所述开口环箍7上部T形槽701与卡瓦6的T形凸台602配合，并对卡瓦6进行轴向限位；

所述卡位滑套5套设在下心11外部，且所述卡瓦6上端与卡位滑套5的滑套斜面501配合；

所述卡位滑套5上端与底鞋4的配合为面接触，且底鞋4套设于下心轴11外部；所述顶鞋2套设于下心轴11外部，且所述底鞋4和顶鞋2之间装有两个胶筒3；

所述顶鞋2上端设有水力锚1，所述水力锚1内部设有中心管13，且水力锚1与下部顶鞋2通过中心管13连接；

作为可选的实施方式，所述的一种射孔用防冲击井下封隔器，其特征在于，所述下心轴11底部设有螺纹台阶面1103，下心轴11与下部钻杆之间为螺纹连接。

作为可选的实施方式，所述的一种射孔用防冲击井下封隔器，其特征在于，所述变轨环801上有两个轴向导流槽805，所述下心轴11上设有两个导向滑块1104。

作为可选的实施方式，所述的一种射孔用防冲击井下封隔器，其特征在于，所述胶筒3之间用限位片14分隔开。

作为可选的实施方式，所述的一种射孔用防冲击井下封隔器，其特征在于，所述卡瓦6上设有摩擦块601，所述水力锚卡瓦101上设有水力锚摩擦块105。

作为可选的实施方式，所述的一种射孔用防冲击井下封隔器，其特征在于，所述下心轴11和中心管13之间为间隙配合。

作为可选的实施方式，所述的一种射孔用防冲击井下封隔器，其特征在于，所述卡位滑套5上设有v形滑槽502。

本发明中一种射孔用防冲击井下封隔器的工作原理如下：

本发明提供的一种射孔用防冲击井下封隔器在井下工作时，其水力锚1与上部钻杆相连，下心轴11与下部钻杆或下部钻铤相连；封隔器随钻柱系统到达预定的坐封位置，由于弹簧片802的推动作用，扶正器摩擦片803上的摩擦块会与套管壁紧密接触；上提管柱20-30cm，再下放钻柱50-70cm，导向滑块1104会在轴向导流槽805内滑动完成换轨操作；接着封隔器卡瓦6会在卡位滑套7的推动下径向展开，摩擦块601与井壁紧密接触锚定机构固定；进一步，顶鞋2和底鞋4压缩胶筒3达到密封环空的效果；在井下压力过大时，下部压力会传递至水力锚1内部，压缩弹簧104推动水力锚卡瓦101径向移动，对封隔器进一步锚定，水力锚通过液压作用固定封隔器的位置，防止封隔器在井筒内因液柱压力、作业压力或者地层压力的变化而上下移动，延长封隔器的使用寿命。

同时下心轴11上的减震橡胶筒12外端由于套管壁的摩擦作用会与套管壁形成一个碗形空间，当井下射孔时，碗形空间会形成皮碗密封，作用在套管壁上，阻隔井下射孔的冲击；并且安装在下心轴11上的碟簧10会缓冲轴向冲击与震动，进一步防止坐封机构的胶筒3受到井下冲击的影响，保证胶筒3的密封性；坐封作业完成后，继续上提钻柱使密封元件收缩，解除与井壁的接触；随后，封隔器可以随管柱一起从井筒中取出，完成坐封和解封操作。

以上显示和描述了本专利的基本原理和主要特征和本专利的优点。本行业的技术人员应该了解，本专利不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本专利的原理，在不脱离本专利精神和范围的前提下，本专利还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本专利范围内。本专利要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种射孔用防冲击井下封隔器，其特征在于，包括水力锚(1)、水力锚卡瓦(101)、固定夹板(102)、固定螺钉(103)、弹簧(104)、顶鞋(2)、胶筒(3)、底鞋(4)、卡位滑套(5)、卡瓦(6)、开口环箍(7)、扶正器(8)、变轨环(801)、弹簧片(802)、扶正器摩擦片(803)、固定块(804)、限位滑套(9)、碟簧(10)、下心轴(11)、减震橡胶筒(12)、中心管(13)、限位片(14)，其中，

所述减震橡胶筒(12)均匀的套设在下心轴(11)的外部，且由下心轴(11)上的限位台阶(1101)进行轴向限位；所述下心轴(11)中部设有碟簧凸台(1102)，所述碟簧(10)下端与碟簧凸台(1102)固连，上部与变轨环(801)下端的支撑面固连；

所述限位滑套(9)套设在碟簧(10)外部，其上部与扶正器(8)通过卡扣固连；

所述开口环箍(7)上部T形槽(701)与卡瓦(6)的T形凸台(602)配合，并对卡瓦(6)进行轴向限位；

所述卡位滑套(5)套设在下心轴(11)外部，且所述卡瓦(6)上端与卡位滑套(5)的滑套斜面(501)配合；

所述卡位滑套(5)上端与底鞋(4)的配合为面接触，且底鞋(4)套设于下心轴(11)外部；所述顶鞋(2)套设于下心轴(11)外部，且所述底鞋(4)和顶鞋(2)之间装有两个胶筒(3)；

所述顶鞋(2)上端设有水力锚(1)，所述水力锚(1)内部设有中心管(13)，且水力锚(1)与下部顶鞋(2)通过中心管(13)连接。

2.根据权利要求1所述的一种射孔用防冲击井下封隔器，其特征在于，所述下心轴(11)底部设有螺纹台阶面(1103)，下心轴(11)与下部钻杆之间为螺纹连接。

3.根据权利要求1所述的一种射孔用防冲击井下封隔器，其特征在于，所述变轨环(801)上有两个轴向导流槽(805)，所述下心轴(11)上设有两个导向滑块(1104)。

4.根据权利要求1所述的一种射孔用防冲击井下封隔器，其特征在于，所述胶筒(3)之间用限位片(14)分隔开。

5.根据权利要求1所述的一种射孔用防冲击井下封隔器，其特征在于，所述卡瓦(6)上设有摩擦块(601)，所述水力锚卡瓦(101)上设有水力锚摩擦块(105)。

6.根据权利要求1所述的一种射孔用防冲击井下封隔器，其特征在于，所述下心轴(11)和中心管(13)之间为间隙配合。

7.根据权利要求1所述的一种射孔用防冲击井下封隔器，其特征在于，所述卡位滑套(5)上设有v形滑槽(502)。