阅读说明：本技术 一种气密生产封隔器 (Airtight production packer ) 是由 齐海涛 李宝龙 王明杰 左凯 孔学云 严孟凯 于 2020-04-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种气密生产封隔器,包括主体管路、上部卡瓦结构、密封胶筒、下部卡瓦结构和活塞结构；密封机构的边胶筒两端设计有防肩突的内外防挤出环,可防止密封胶筒在受到任意端极限气体压力时产生变形或撕裂等情况,从而提高封隔器在204℃的温度下密封气体压力70Mpa的能力；封隔器设计有缓释机构,在封隔器解封过程中提前释放密封胶筒压缩力,防止密封胶筒恢复初始状态过程胶筒的回弹力致使上卡瓦二次锚定在套管内壁上,造成封隔器解封困难；封隔器设计有一组卡簧,在封隔器解封中芯轴移动到特定位置后与下锥体啮合,带动下锥体向上移动此时卡瓦失去下锥体的支持作用,卡瓦在自身弹性力下恢复初始状态,保证封隔器顺利解封。(The invention discloses an airtight production packer, which comprises a main pipeline, an upper slip structure, a sealing rubber cylinder, a lower slip structure and a piston structure, wherein the upper slip structure is arranged on the main pipeline; the two ends of the edge rubber cylinder of the sealing mechanism are provided with the inner and outer anti-extrusion rings for preventing the shoulder processes, so that the conditions of deformation, tearing and the like of the sealing rubber cylinder when the sealing rubber cylinder is subjected to extreme gas pressure at any end can be prevented, and the capability of sealing the gas pressure of 70MPa of the packer at the temperature of 204 ℃ is improved; the packer is provided with a slow release mechanism, the compression force of the sealing rubber cylinder is released in advance in the packer unsealing process, and the situation that the upper slips are anchored on the inner wall of the sleeve secondarily due to the resilience force of the rubber cylinder in the process that the sealing rubber cylinder is restored to the initial state, so that the packer unsealing is difficult is prevented; the packer design has a set of jump ring, moves with lower cone meshing after the specific position at packer deblocking central spindle, and the slips loses the supporting role of cone down this moment under the cone rebound under the drive, and the slips resumes initial condition under self elastic force, guarantees the smooth deblocking of packer.)

一种气密生产封隔器

技术领域

本发明属于油田设备领域，具体来说涉及一种气密生产封隔器。

背景技术

气田开发过程中封隔器来封隔油藏油管和套管之间环空和承托生产管柱重量。目前公知技术中的油气藏用生产封隔器修井时经常无法顺利回收，经过统计分析造成生产封隔器无法回收主要原因是卡瓦无法顺利与套管内壁脱离开，主要是封隔器锚定机构在使用过程中存在以下问题：

一、封隔器由于长时间在液体或气液混合状态环境工作，封隔器密封胶筒上部经常堆积岩屑或锚定机构处产生结垢等现象，且常规封隔器卡瓦的复位弹性零件因空间结构限制造成其弹性力往往较小，在此种情况下复位弹性零件不足以提供足够大的复位力使得卡瓦复位到初始状态，导致封隔器无法解封或解封困难；

二、封隔器坐封后胶筒产生径向变形紧贴在套管内壁，产生巨大的摩擦阻力，在解封封隔器时此阻力导致封隔器解封力变大，导致封隔器无法解封或解封困难；

三、在封隔器解封过程中，密封胶筒恢复初始状态是一个缓慢释放内应力的过程，密封胶筒在释放内应力过程中密封胶筒直径逐渐变小轴向长度逐渐伸长，胶筒回弹导致本已与套管内壁脱离的卡瓦重新与套管内壁贴合，在较大的上提过程及又可能重新嵌入到套管内壁上，导致封隔器无法解封或解封困难。

四、常规封隔器在密封高压气体常常因密封胶筒肩突导致密封失效。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种气密生产封隔器。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种气密生产封隔器，包括主体管路、上部卡瓦结构、密封胶筒、下部卡瓦结构和活塞结构；

所述主体管路包括上转换接头、心轴、下接头和下转换接头，所述心轴上端连接上转换接头，下端相连下接头，所述下接头下端连接下转换接头；

所述上部卡瓦结构包括上限位环、卡瓦限位环、上卡瓦、上锥体、止动环和释放套；所述卡瓦限位环固定安装于心轴上，所述上限位环安装于卡瓦限位环的上端，所述上锥体套设在心轴上，位于卡瓦限位环的下方，所述上卡瓦套设于上锥体上，所述释放套设置于上锥体的下方，通过释放套上安装的导向销与所述上锥体上的导向槽配合可实现轴向的滑动，所述释放套内设置有与其通过螺纹配合并可沿径向收缩的止动环，所述心轴位于释放套处形成有凹陷的轴肩；

所述密封胶筒包括外防挤出环、内防挤出环、边胶筒、隔环和间胶筒；所述间胶筒与两侧边胶筒之间设置有隔环，所述边胶筒两侧设置有外防挤出环和内防挤出环；

所述下部卡瓦结构包括下规环、下锥体和下卡瓦；所述下规环设置于下防挤出环的下端，所述下锥体设置于下规环的下端，所述下卡瓦套设在下锥体上；

所述活塞结构包括连接筒、锁环套、活塞套、剪切套、推筒和活塞；所述下锥体下方由上至下依次设置有连接筒、锁环套、活塞套和剪切套；所述连接筒内设置有与之通过剪切销连接的推筒，所述活塞设置于活塞套内，其上设置有锁环，所述锁环套内壁形成用于对锁环限位的螺纹；所述下锥体内设置有卡簧，所述心轴形成有用于与卡簧配合的轴肩；所述心轴位于活塞套内活塞下方的位置处设置有传压孔。

在上述技术方案中，所述止动环由三部分环体、以及设置于环体间隔处的复位卡簧构成，于坐封阶段套设在心轴轴壁上与释放套内壁相结合上端顶住上锥体，于解封阶段在心轴上提的过程中滑落至心轴的轴肩处，脱离释放套，释放胶筒压缩力，促使其脱离套管管壁。

在上述技术方案中，所述卡瓦限位环与心轴之间安装有防转块。

在上述技术方案中，所述卡瓦限位环上设置有卡瓦防转，所述上卡瓦上形成有与卡瓦防转相配合的凹槽，二者配合用于防止上卡瓦转动。

在上述技术方案中，所述上卡瓦和下卡瓦呈筒状，表面形成有应力释放槽。

在上述技术方案中，所述下锥体与心轴之间、所述锁环套于活塞之间、所述剪切套与下接头之间设置有销钉。

本发明的优点和有益效果为：

1、密封机构的边胶筒两端设计有防肩突的内外防挤出环，可防止密封胶筒在受到任意端极限气体压力时产生变形或撕裂等情况，从而提高封隔器在204℃的温度下密封气体压力70Mpa的能力。

2、封隔器设计有缓释机构，在封隔器解封过程中提前释放密封胶筒压缩力，防止密封胶筒恢复初始状态过程胶筒的回弹力致使上卡瓦二次锚定在套管内壁上，造成封隔器解封困难。

3、封隔器设计有一组卡簧，在封隔器解封中芯轴移动到特定位置后与下锥体啮合，带动下锥体向上移动此时卡瓦失去下锥体的支持作用，卡瓦在自身弹性力下恢复初始状态，保证封隔器顺利解封。

附图说明

图1为本发明平面结构示意图(上半部分)。

图2为本发明平面结构示意图(下半部分)

图3为本发明外部结构示意图。

图4为上部卡瓦结构局部结构示意图(外部)。

图5为上部卡瓦结构局部结构示意图(内部)。

图6为下部卡瓦结构局部结构示意图(外部)。

图7为下部卡瓦结构局部结构示意图(内部)。

图8为胶筒局部结构示意图。

其中，1为上转换接头，2为心轴，3为上限位环，4为防转块，5为卡瓦限位环，6 为固定销，7为卡瓦防转，8为上卡瓦，8’为下卡瓦，9为上锥体，9-1为导向槽，10为导向销，11为止动环，12为复位卡簧，13为释放套，14为外防挤出环，15为内防挤出环，16为边胶筒，17为隔环，18为间胶筒，19为下规环，20为下锥体，21为卡簧，22 为销钉，23为推筒，24为连接筒，25为限位环，26为剪切销，27为锁环套，28为锁环， 29为活塞，30为活塞套，31为下接头，32为剪切套，33为解封销，34为下转换接头， 35为传压孔。

100为密封胶筒。

对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例

一种气密生产封隔器，所述的气密生产封隔器由上转换接头1、心轴2、上限位环3、防转块4、卡瓦限位环5、固定销6、卡瓦防转7、上卡瓦8、下卡瓦8’、上锥体9、导向销10、止动环11、复位卡簧12、释放套13、外防挤出环14、内防挤出环15、边胶筒 16、隔环17、间胶筒18、下规环19、下锥体20、下卡簧21、推筒23、连接筒24、剪切销26、锁环套27、锁环28、活塞29、活塞套30、下接头31、剪切套32，解封销33、下转换接头34等零件组成。

其中，所述心轴2上设计有传压孔35，坐封封隔器时压力经传压孔作用在活塞29上并推动活塞29沿心轴向上移动，活塞29与连接筒24连接，连接筒24通过剪切销26 与推筒23连接，连接筒24依靠剪切销26推动推筒23，推筒23推动下锥体20，下锥体 20推动密封胶筒100向上移动，密封胶筒100在未完全压缩前推动释放套13，释放套13 推动止动环11，止动环11推动上锥体9，上锥体9推动上卡瓦8产生可控弹性变形向外扩张并嵌入套管内壁，密封胶筒100完全压缩后继续施加推力使得推筒23与连接筒24 之间剪切销26剪切，下卡瓦8’继续受到活塞29推力并沿着下锥体20斜面向外扩张并嵌入套管内壁。

所述的外挤出环14为第一金属材质，所述的内挤出环15为第二热塑性材质。所述的外防挤出环14分别与释放套13和下规环19接触，当密封胶筒100受到下部推力作用时边胶筒16和间胶筒18产生径向膨胀，此刻推力继续作用内外防挤出环上，第一材质外防挤出环14可控径向大变形并紧贴在套管内壁上，防止边胶筒16外肩部位置出现肩突现象，第二材质内防挤出环15产生径向小变形紧贴在心轴2外表面，防止边胶筒16 内里外端部位置出现肩突现象，两种材质的防挤出环相互配合，提供密封胶筒100高温高压的密封气体能力，消除边胶筒16在受到任意端极限气体压力时产生变形或撕裂等情况，保证封隔器密封气体可靠；

所述上转换接头1、下转换接头34分别通过螺纹连接方式连接在心轴2两端，心轴2上部位置设计有一个轴向凹槽，防转块4放置其中，上限位环3和卡瓦限位环6分别从上端或下端套入后通过螺纹连接方式连接，卡瓦限位环6内壁上设计有一轴向凹槽，卡瓦限位环6安装到位后防转块4可与卡瓦限位环6啮合，防止上卡瓦8在施工过程中产生转动；

所述的上锥体9设计有一个或多个周向分布的导向槽9-1，所述的导向销10安装在释放套13上并嵌入到导向槽10内，所述的卡簧复位12安装到止动环11凹槽内并安装到释放套内，释放套13可在导向销10的引导作用下在沿心轴进行轴向移动，当封隔器进行解封操作时心轴2移动到设计位置，止动环11在复位卡簧12弹力作用下收缩到心轴2上部的凹陷的轴肩内，释放胶筒100压缩力，致使胶筒100恢复到初始形状，降低封隔器解封难度。

所述卡簧21，在气密生产封隔器解封过程心轴2移动到一定位置后卡簧21与心轴2啮合，带动下锥体20同时向上移动，此刻下卡瓦8’失去下锥体20支撑，在下卡瓦8’自身弹性力下收缩，下卡瓦8’与套管内壁脱离，完成封隔器解封操作。

所述卡瓦(包括上卡瓦8和下卡瓦8’)形状为圆筒状且卡瓦上设计有均匀分布应力释放槽，目的在于允许卡瓦局部发生供弹性变形用于在安装时提供变形和在封隔器解封时提供卡瓦弹力。

本实施例中一种气密生产封隔器主要包括六部分：锚定机构、缓释机构、密封机构、锁定机构、坐封机构和解封机构等机构。该气密生产封隔器通过管柱内液压坐坐封，坐封时封隔器心轴无轴向位移，可多个气密生产封隔器串联连接和分级坐封，可更换解封机构的个别零件实现两种解封方式：上提管柱解封、切割解封。其特征在于：在锚定机构和密封机构之间设计有缓释机构，该缓释机构可在解封封隔器过程中提前释放密封胶筒的压缩力，消除由于密封胶筒完全压缩后体积膨胀紧贴套管内壁产生的摩擦阻力和密封胶筒恢复初始状态过程中对上部卡瓦的二次坐挂可能，所述的缓释结构极大提高气密生产封隔器的可回收性；气密生产封隔器设计有一组卡簧，在封隔器解封过程中心轴移动到特定位置后卡簧与心轴啮合并带动下锥体同时向上移动，下卡瓦失去下锥体支撑在自身弹性力下与套管脱离。密封机构密封胶筒两端设计有内外防挤出机构，保证可保证气密封可靠性。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。