阅读说明：本技术 一种深井用远程开启的地层隔离工具 (Remotely opened stratum isolation tool for deep well ) 是由 齐海涛 李宝龙 孔学云 左凯 王明杰 严孟凯 于 2020-04-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种深井用远程开启的地层隔离工具,该工具包括外筒体、第一内筒、第二内筒、第三内筒和密封机构；在所述外筒体与第一内筒上浮动活塞以下部分、第二内筒、第三内筒之间形成的环空内填充有液压油；本发明消除了下入深度对地层隔离工具性能的影响,在内筒内与内外筒环空之间形成压差,通过在油管内打脉冲压力形成内外压差,在此压差和复位弹簧双作用使活塞产生往复运动,同时依靠两组锁环带动支撑套产生向上的单向运动,当支撑套运动到设定位置后,上锁定爪失去支撑套的支撑,在强力弹簧的弹性力作用,上锁定爪脱离上锁定套的锁定槽并推动左操作臂和右操作臂向下运动,打开密封阀。(The invention discloses a remotely opened stratum isolation tool for a deep well, which comprises an outer cylinder body, a first inner cylinder, a second inner cylinder, a third inner cylinder and a sealing mechanism, wherein the outer cylinder body is provided with a first opening and a second opening; hydraulic oil is filled in an annular space formed between the outer cylinder body and the part below the floating piston on the first inner cylinder and between the second inner cylinder and the third inner cylinder; the invention eliminates the influence of the depth of penetration on the performance of a stratum isolation tool, forms pressure difference between the inner cylinder and the annular space of the inner cylinder and the outer cylinder, forms the inner and outer pressure difference by pulse pressure in an oil pipe, enables a piston to reciprocate by the double action of the pressure difference and a return spring, simultaneously drives a support sleeve to generate upward unidirectional motion by two groups of locking rings, when the support sleeve moves to a set position, an upper locking claw loses the support of the support sleeve, and under the elastic force action of a strong spring, the upper locking claw is separated from a locking groove of the upper locking sleeve and pushes a left operating arm and a right operating arm to move downwards, and a sealing valve is opened.)

一种深井用远程开启的地层隔离工具

技术领域

本发明属于油气田深井开发完井技术领域，涉及一种深井用远程开启的地层隔离工具。

背景技术

在油气田开发过程中地层隔离工具主要是将油层和井眼隔离，可防止在生产管柱下入期间和修井期间油藏受到完井液或泥浆的污染，由于地层隔离工具可实现双向密封也可用于临时弃井、实现进行修井时不需要压井作业、无需投堵坐封封隔器、用于管柱压力测试、欠平衡射孔、井控阻断作业、深度防喷作业、多层隔离作业同时还可在带电泵的井中应用，更换电泵期间避免地层污染。地层隔离工具可通过机械开关方式打开启或关闭或远程脉冲压力打压方式进行开启操作，具有远程开启的功能的地层隔离工具尤其在批量钻井和批量完井作业中具有很大优势，可大幅度节约作业时间和作业成本。

常规的地层隔离工具密封方式为橡胶或塑形材料密封，此种密封方式在井工况含砾石的复杂情况时，在进行密封阀的开启或关闭时砾石或岩屑等异物常常卡在密封阀和密封阀座之间，造成现橡胶或塑形材料密封面上出现划痕或撕裂情况导致密封失效，严重可导致大修或报废，受井深影响常规地层隔离工具在超深井或深井无法应用，应用范围受到限制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种深井用远程开启的地层隔离工具。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种深井用远程开启的地层隔离工具，包括外筒体、第一内筒、第二内筒、第三内筒和密封机构；在所述外筒体与第一内筒(上浮动活塞以下部分)、第二内筒、第三内筒之间形成的环空内填充有液压油；

所述外筒包括由上至下依次首尾连接的上接头、上部外筒、平衡外筒、锁定外筒、连接筒、弹簧外筒、下连接筒、下部外筒和转换接头；

所述第一内筒包括上部中心管、上浮动活塞、往复传力机构和支撑套；

所述上部中心管中部设置有卡环，所述平衡外筒内部设置有挡环，通过挡环作用于卡环限制上部中心管的轴向运动；所述上部中心管靠近上端的管体表面形成有传压孔，传压孔外设有过滤套；所述的上部外筒和上部中心管之间形成的环空内设置有上浮动活塞；可在脉冲压力的作用下，在上部外筒上进行往复运动；

所述往复传力机构包括复位弹簧、活塞、上锁环和下锁环，所述活塞套设于上部中心管上，所述复位弹簧设置于活塞的上端，所述上锁环设置于活塞的下端，所述下锁环设置于限位环上，所述限位环设置于平衡外筒的内壁上，所述上锁环和下锁环的内表面形成有螺纹，所述上锁环和下锁环分别通过螺纹实现对于支撑套沿相反方向上的单向限位；(当活塞沿上部中心管向上移动时，上锁环锁住支撑套，支撑套随活塞一同向上，下锁环对支撑套向上运动不限位；当活塞在复位弹簧作用下向下移动时，下锁环锁住支撑套，上锁环对支撑套向下运动不限位)；

所述支撑套套设于上部中心管上，其上半部分外表面形成有螺纹，并通过螺纹与所述上锁环和下锁环相互作用，(于初始位置时)其下部位于锁定爪内，起到由内部支撑锁定爪的作用；

第二内筒包括上锁定爪、第一内连接筒、弹簧中心管和推筒；

所述上锁定爪下端与第一内连接筒连接，第一内连接筒下端与弹簧中心管连接，弹簧中心管下端与推筒连接，所述上部中心管下端伸入第一内连接筒内；

在所述锁定外筒内设置有上锁定套，起到由外部支撑上锁定爪的作用，(于初始位置时)所述锁定爪位于支撑套与上锁定套之间；

所述弹簧中心管的上端和下端分别形成有上弹簧护肩和下弹簧护肩，在上弹簧护肩和下弹簧护肩之间安装有组强力弹簧，强力弹簧之间通过承托环分隔；

第三内筒包括开关筒、下部中心管、剪切机构和下锁定爪；

所述开关筒上端伸入于所述推筒内，所述开关筒下端与下部中心管连接，所述下部中心管下端与操作筒连接；

所述开关筒上端筒壁设置有剪切机构，所述剪切机构包括上缓冲环、下缓冲环、上限位套、剪切套、剪切环和下限位套，所述剪切环一部分埋设于所述开关筒筒体内，其他部分露出于筒体表面，在所述剪切环外套设有剪切套，在剪切套两侧设置有上限位套和下限位套，所述上限位套的朝上一侧设置有上缓冲环和下缓冲环；

所述下连接筒内设置有下锁定套，起到由外部支撑下锁定爪的作用，开关筒上端筒体上设置有下锁定爪；

所述密封机构包括操作筒、上球座、密封阀、上过滤环、下过滤环、密封阀座、支撑套、碟簧组和下浮动活塞；

所述操作筒上端与下部中心管连接，所述上球座上端与操作筒连接，所述密封阀设置于上球座与密封阀座之间，在密封阀座外设置有支撑套，密封阀座与支撑套之间设置有碟簧组，密封阀座下方设置有下浮动活塞。

在上述技术方案中，所述平衡外筒上设置有上注油孔，上注油孔内设置有上注油塞，下连接筒上设置有下注油孔，下注油孔内设置有下注油塞。

在上述技术方案中，所述的平衡外筒设置有平衡孔，平衡孔内设置有过滤塞。

在上述技术方案中，所述锁定爪上端具有间隔的开槽，在设置力值范围内可产生径向变形。

在上述技术方案中，刮环通过固定销固定于所述上浮动活塞上端。

在上述技术方案中，所述上锁环和下锁环沿轴向开槽，可径向扩张。

在上述技术方案中，所述下锁环表面设置有锁环外环。

在上述技术方案中，所述的下锁定爪均匀分布的若干组通孔，在设置力值范围内可产生径向变形。

在上述技术方案中，在所述上球座与密封阀之间设置有上过滤环和下过滤环。

在上述技术方案中，所述操作筒筒体外表面的两侧设置有左操作臂和右操作臂，所述上球座两侧形成有供左操作臂和右操作臂安装的操作臂安装孔和操作臂限位槽，以及用于安装支撑臂的支撑臂安装槽；所述密封阀呈球状，两侧形成有供操作臂安装的操作臂安装槽和操作臂导向槽、以及供支撑臂安装的支撑臂安装凸起。

在上述技术方案中，所述密封阀和密封阀座配合部位采用金属对金属密封方式。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、常规具有远程开启功能的地层隔离工具存在一个氮气密封腔，根据地层隔离工具下入深度注入不同体积的氮气通过油管内打压方式开启密封阀，但是氮气注入量受到诸多因素的影响，如温度、下入深度、零件加工精度等因素，且氮气密封腔存在体积限制氮气注入量是有限的。由于油气井中工况复杂，氮气密封腔寿命只有一年左右，氮气逃逸后致使远程开启功能失效，导致密封阀无法打开造成巨大经济损失。

本发明消除了下入深度对地层隔离工具性能的影响，在内筒内与内外筒环空之间形成压差，通过在油管内打脉冲压力形成内外压差，在此压差和复位弹簧双作用使活塞产生往复运动，同时依靠两组锁环带动支撑套产生向上的单向运动，当支撑套运动到设定位置后，上锁定爪失去支撑套的支撑，在强力弹簧的弹性力作用，上锁定爪脱离上锁定套的锁定槽并推动左操作臂和右操作臂向下运动，打开密封阀。

2、本发明所述的密封阀和密封阀座位配合部位采用金属对金属密封方式，相比常规橡胶密封方式适用范围更广、更安全、使用寿命更长。

3、本发明所述剪切环可在密封阀无法打开时执行剪切功能，释放强力弹簧的压缩力，可保证在拆装工具安全可靠。

4、本发明所述的密封阀具有双向密封功能，可防止漏失和防止溢流。

5、本发明所述的地层隔离工具可以通过钻杆快速下入到设计位置，大幅度减少泥浆漏失。

附图说明

图1为一种深井用远程开启的地层隔离工具的整体结构示意图(一)。

图2为一种深井用远程开启的地层隔离工具的整体结构示意图(二)。

图3为一种深井用远程开启的地层隔离工具的整体结构示意图(三)。

图4为一种深井用远程开启的地层隔离工具的外观结构示意图。

图5为往复传力机构局部结构示意图(一)。

图6为往复传力机构局部结构示意图(二)。

图7为下锁定爪局部结构示意图。

图8为密封机构结构示意图(一)。

图9为密封机构结构示意图(二)。

图10为左操作臂(右操作臂)结构示意图。

图11为密封阀结构示意图。

图12为支撑臂结构示意图。

其中：1.上接头，2.过滤套，3.刮环，4.上浮动活塞，5.挡环，6.卡环，7.上部外筒，8.上注油塞，9.上部中心管，10.平衡外筒，11.复位弹簧，12.活塞，13.平衡孔，14.上锁环，15.限位环，16.下锁环外环，17.下锁环，18.支撑套，19.锁定外筒，20.上锁定套，21.上锁定爪，22.连接筒，23.内连接筒，24.弹簧外筒，25.上弹簧护肩，26.强力弹簧，27.弹簧中心管，28.承托环，29.下弹簧护肩，30.推筒，31.开关筒，32.上缓冲环，33.下缓冲环，34.上限位套，35.剪切套，36.剪切环，37.下限位套，38.下连接筒，39.下部中心管，40.下锁定爪，41.下锁定套，42.下注油塞，43.下部外筒，44.防转销，45.左操作臂，46.固定销，47.右操作臂，48.操作筒，49.上球座，50.上过滤环，51.下过滤环，52.密封阀，53.支撑臂，54.密封阀座，55.支撑套，56.碟簧组，57.下浮动活塞，58.转换接头；

45-1.安装孔，45-2.连接柱；

49-1.操作臂安装孔，49-2.操作臂限位槽，49-3.支撑臂安装槽，49-4.上定位孔，49-5.下定位孔；

52-1.密封阀面，52-2.操作臂安装槽，52-3.操作臂导向槽，52-4.支撑臂安装凸起；

53-1.支撑53-2.支撑臂安装孔。

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

本发明提供一种深井用远程开启的地层隔离工具。本发明的深井用远程开启的地层隔离工具的一个实例中，如图1—图12所示，所示的深井耐高温高压地层隔离工具包括：液压释放机构、执行机构、锁定机构、金属密封机构零件组成。

一种深井用远程开启的地层隔离工具，包括外筒体、第一内筒、第二内筒、第三内筒和密封机构；在所述外筒体与第一内筒(上浮动活塞4以下部分)、第二内筒、第三内筒之间形成的环空内填充有液压油；

所述外筒包括由上至下依次首尾连接的上接头1、上部外筒7、平衡外筒10、锁定外筒19、连接筒22、弹簧外筒24、下连接筒38、下部外筒43和转换接头58；

所述第一内筒包括上部中心管9、上浮动活塞4、往复传力机构和支撑套18；

所述上部中心管9中部设置有卡环6，所述平衡外筒10内部设置有挡环5，通过挡环5作用于卡环6限制上部中心管9的轴向运动；所述上部中心管9靠近上端的管体表面形成有传压孔，传压孔外设有过滤套2；所述的上部外筒7和上部中心管9之间形成的环空内设置有上浮动活塞4；可在脉冲压力的作用下，在上部外筒7上进行往复运动；

所述往复传力机构包括复位弹簧11、活塞12、上锁环14和下锁环17，所述活塞12套设于上部中心管9上，所述复位弹簧11设置于活塞12的上端，所述上锁环14设置于活塞12的下端，所述下锁环17设置于限位环15上，所述限位环15设置于平衡外筒10的内壁上，所述上锁环14和下锁环17的内表面形成有螺纹，所述上锁环14和下锁环17分别通过螺纹实现对于支撑套18沿相反方向上的单向限位；(当活塞12沿上部中心管9向上移动时，上锁环14锁住支撑套18，支撑套18随活塞12一同向上，下锁环17对支撑套18向上运动不限位；当活塞12在复位弹簧11作用下向下移动时，下锁环17锁住支撑套18，上锁环14对支撑套18向下运动不限位)；

所述支撑套18套设于上部中心管9上，其上半部分外表面形成有螺纹，并通过螺纹与所述上锁环14和下锁环17相互作用，(于初始位置时)其下部位于锁定爪21内，起到由内部支撑锁定爪21的作用；

第二内筒包括上锁定爪21、第一内连接筒23、弹簧中心管27和推筒30；

所述上锁定爪21下端与第一内连接筒23连接，第一内连接筒23下端与弹簧中心管27连接，弹簧中心管27下端与推筒30连接，所述上部中心管9下端伸入第一内连接筒23内；

在所述锁定外筒内设置有上锁定套20，起到由外部支撑上锁定爪21的作用，(于初始位置时)所述锁定爪21位于支撑套18与上锁定套20之间；

所述弹簧中心管27的上端和下端分别形成有上弹簧护肩25和下弹簧护肩29，在上弹簧护肩25和下弹簧护肩29之间安装有2组强力弹簧26，强力弹簧26之间通过承托环28分隔；

第三内筒包括开关筒31、下部中心管39、剪切机构和下锁定爪40；

所述开关筒31上端伸入于所述推筒30内，所述开关筒31下端与下部中心管39连接，所述下部中心管39下端与操作筒48连接；

所述开关筒31上端筒壁设置有剪切机构，所述剪切机构包括上缓冲环32、下缓冲环33、上限位套34、剪切套35、剪切环36和下限位套37，所述剪切环36一部分埋设于所述开关筒31筒体内，其他部分露出于筒体表面，在所述剪切环36外套设有剪切套35，在剪切套35两侧设置有上限位套34和下限位套37，所述上限位套34的朝上一侧设置有上缓冲环32和下缓冲环33；

所述下连接筒38内设置有下锁定套41，起到由外部支撑下锁定爪40的作用，开关筒31上端筒体上设置有下锁定爪40；

所述密封机构包括操作筒48、上球座49、密封阀52、上过滤环50、下过滤环51、密封阀座54、支撑套55、碟簧组56和下浮动活塞57；

所述操作筒48上端与下部中心管39连接，所述上球座49上端与操作筒48连接，所述密封阀52设置于上球座49与密封阀座54之间，在密封阀座54外设置有支撑套55，密封阀座54与支撑套55之间设置有碟簧组56，密封阀座54下方设置有下浮动活塞57。

所述平衡外筒10上设置有上注油孔，上注油孔内设置有上注油塞8，下连接筒上设置有下注油孔，下注油孔内设置有下注油塞42。

所述的平衡外筒10设置有平衡孔，平衡孔内设置有过滤塞13。

所述锁定爪21上端具有间隔的开槽，在设置力值范围内可产生径向变形。

刮环3通过固定销固定于所述上浮动活塞4上端。

所述上锁环14和下锁环17沿轴向开槽，可径向扩张。

所述下锁环表面设置有锁环外环16。

所述的下锁定爪40均匀分布的若干组通孔，在设置力值范围内可产生径向变形。

在所述上球座49与密封阀52之间设置有上过滤环50和下过滤环51。

所述操作筒48筒体外表面的两侧设置有左操作臂45和右操作臂47，所述上球座两侧形成有供左操作臂45和右操作臂47安装的操作臂安装孔49-1和操作臂限位槽49-2，以及用于安装支撑臂53的支撑臂安装槽49-3；所述密封阀52呈球状，两侧形成有供操作臂49安装的操作臂安装槽52-2和操作臂导向槽52-3、以及供支撑臂53安装的支撑臂安装凸起52-4。

所述密封阀52和密封阀座54配合部位采用金属对金属密封方式。

本发明用于用于深井完井作业中，地层隔离工具作业时，需要将其连接到生产管柱预设位置。在下入包含地层隔离工具的生产管柱时根据作业特点设定地层隔离工具的密封球阀52开关状态。在一般情况下，入井时地层隔离工具处于打开状态，完成相关作业后通过上提服务管柱关闭地层隔离工具，当服务工具通过地层隔离工具的开关筒31位置时继续上体管柱关闭防漏失去工具的密封阀52，将泥浆或完井液与储层隔离开。当需要生产时将服务工具回插至地层隔离工具并下压服务工具，当服务工具通过地层隔离工具的开关筒31，即可将地层隔离工具打开。需要修井更换生产管柱时，通过上提生产管柱，即可关闭地层隔离工具，将上部完井液与储层隔离。

当地层隔离工具配备远程开启功能时，需要在工具入井前在将防漏失去工具上的两个注油孔打开并利用设备将液压油泵入到工具环空内部，注满后将注油孔密封住。因地层隔离工具下入时处于关闭状态需要间歇往油管内灌浆，保持地层隔离工具内外压力平衡，下入到设计深度即可安装井口设备后坐封封隔器并，当需要生产时通过生产管柱内打脉冲压力，利用液压执行机构的压差结构在活塞12密封面处产生内外压差，在压差作用和复位弹簧11的双重作用下活塞12产生往复运动，同时上部锁环14带动支撑套18进行单向运动，泄压时在复位弹簧11作用下活塞12向下移动，由于支撑外端双锁环14设计，下部锁环14锁住支撑套18防止其向下活动，活塞12带动上部锁环14沿支撑套18向下移动，如此反复，当打脉冲压力一定次数，支撑套18不断向上移动到设定位置，上锁定爪21失去支撑套18的支撑，在强力弹簧26的弹性力作用下，推动左操作臂45和右操作臂47向下运动，打开密封阀。

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。