阅读说明：本技术 一种组合胶筒式双级超高压密封封隔器 (Combined rubber-cylinder type two-stage ultrahigh pressure sealing packer ) 是由 董亮亮 刘金磊 于 2020-08-18 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种组合胶筒式双级超高压密封封隔器,主要由坐放束爪、锁紧器Ⅰ、端胶筒、隔环、中胶筒、锁紧器Ⅱ、卡环、中心管、锥体、卡瓦组成,其特征在于所述内管与上接头和坐放束爪通过螺纹连接；所述外壳接头与外壳Ⅰ以及外壳Ⅱ通过螺纹连接；所述外壳Ⅲ设于坐放束爪外侧；所述坐放束爪套在坐放短节外面；所述锁紧器Ⅰ设于外壳Ⅲ外侧；所述锁紧座与中心管通过螺纹连接；所述端胶筒和中胶筒以及隔环组成胶筒组；所述卡环位于锁紧器Ⅱ和中心管之间；所述卡瓦位于锥体和卡瓦台之间,固定在卡瓦台上；所述中心管下端与卡瓦台以及和下接头通过螺纹连接。本发明适用于超高压力环境下工作,可有效提高封隔器密封压力和工作可靠性。(The invention relates to a combined rubber sleeve type two-stage ultrahigh pressure sealing packer which mainly comprises a setting and placing beam claw, a locker I, an end rubber sleeve, a spacer ring, a middle rubber sleeve, a locker II, a clamping ring, a central pipe, a cone and a slip, and is characterized in that an inner pipe is connected with an upper joint and the setting and placing beam claw through threads; the shell joint is connected with the shell I and the shell II through threads; the shell III is arranged on the outer side of the sitting and placing binding claw; the sitting and placing restraining claw is sleeved outside the sitting and placing short section; the locker I is arranged on the outer side of the shell III; the locking seat is connected with the central pipe through threads; the end rubber cylinder, the middle rubber cylinder and the partition ring form a rubber cylinder group; the clamping ring is positioned between the locker II and the central pipe; the slips are positioned between the cone and the slip table and fixed on the slip table; the lower end of the central pipe is connected with the slip table and the lower joint through threads. The invention is suitable for working in an ultrahigh pressure environment, and can effectively improve the sealing pressure and the working reliability of the packer.)

一种组合胶筒式双级超高压密封封隔器

技术领域

本发明涉及一种组合胶筒式双级超高压密封封隔器，特别是一种适用于超 高压环境的井下封隔器，属于油气田开发井下工具技术领域。

背景技术

封隔器在油气开发领域有着广泛的运用，利用自身弹性较好的密封元件来 密封一定空间，可隔绝产注液和压力以及目的层，并且可以控制产液，保护套管。 现有技术中的封隔器，大部分为单组胶筒设计，耐压性能较低，在超高压环境下 易使胶筒失效，降低封隔器使用寿命，严重影响油气的开采效果，因此迫切需要 一种耐超高压的封隔器。

专利201020685541.X所述的开启阀式扩张封隔器，开启阀与单流阀组合 运用，使封隔器的开启压力控制在接近于坐封压力，有效防止下井过程中封隔器 提前坐封，单流阀使液体单向流入密封胶筒并防止回流，使胶筒充分膨胀，密封 性更好，具有一定耐高压性能，但单组胶筒仍没有解决封隔器耐超高压的问题。

专利201821348140.8所述的封隔器，通过管柱注入油液并增压，推动内 层管向上运动，外层管向下运动，卡瓦紧紧的顶在套管的管壁上，增大胶筒受到 的挤压力，使封隔器产生较大的坐封力，但单组胶筒仍没有解决封隔器耐超高压 的问题。

随着钻井技术的发展及油气开采难度的增加，井下情况越来越复杂，对封 隔器的使用性能及要求越来越高，因此迫切需要一种组合胶筒式双级超高压密封 封隔器。

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种组合胶筒式双级超高压密 封封隔器，可有效提高封隔器井下工作的耐压性能，适应更加恶劣的环境。

为达到上述目的，本发明解决此问题的技术方案是：

本发明一种组合胶筒式双级超高压密封封隔器，主要由坐放束爪、锁紧器 Ⅰ、端胶筒、隔环、中胶筒、锁紧器Ⅱ、卡环、中心管、锥体、卡瓦，其特征在 于所述内管上端与上接头通过螺纹连接，下端与坐放束爪通过螺纹连接外侧设有 两个O型密封圈A；所述外壳接头上端与外壳Ⅰ通过螺纹连接，下端与外壳Ⅱ通 过螺纹连接，内侧设有两个O型密封圈B；所述外壳Ⅲ上端与坐放束爪过盈配合 于外侧，由定载销钉Ⅰ固定；所述坐放束爪套在坐放短节外面，由定载销钉Ⅱ固 定；所述锁紧器Ⅰ上端与外壳Ⅲ过盈配合于外侧，并且位于外壳Ⅲ和胶筒座之间； 所述锁紧座上端设于坐放束爪外面，下端与中心管通过螺纹连接；所述中胶筒和 两个端胶筒以及间隔设置的固定隔环组成第一级胶筒组，位于两个胶筒座之间， 且由两个防突环隔开；所述卡环位于锁紧器Ⅱ和中心管之间，并且与胶筒座相邻 接；所述中胶筒两个端胶筒以及间隔设置的固定隔环组成第二级胶筒组，位于胶 筒座和锥体之间，且由两个防突环隔开；所述卡瓦套在中心管上，位于锥体和卡 瓦台之间，且固定连接在卡瓦台上；所述卡瓦台与中心管通过螺纹连接；所述下 接头与中心管下端通过螺纹连接。

所述卡瓦采用单锥体多瓣卡瓦，卡瓦瓣数为4～8瓣，卡瓦牙采用锯齿形， 每片卡瓦上有5～20个卡瓦牙，牙高h为2～4mm，齿宽a为8～12mm，齿顶宽b为 1～2mm，齿根宽c为1～2mm，牙倾角α为25°～30°，牙顶角β为90°～100°。

所述锥体与卡瓦之间摩擦角φ为20°～25°，卡瓦椎角γ为13°～15°， 形成自锁关系，且锥体与中心管过盈配合于外侧。

所述胶筒座推动第一级胶筒组和锁紧器Ⅱ以及第二级胶筒组向下轴向移 动，进而使得锥体下移，锥体挤压卡瓦，使得卡瓦受压渐渐扩张，两级胶筒组受 到压力膨胀，实现密封，锁紧器Ⅰ内壁的锯齿形螺纹与锁紧座外表面的锯齿形螺 纹相配合，以及锁紧器Ⅱ内壁的锯齿形螺纹与卡环外表面的锯齿形螺纹相配合， 完成锁紧动作，实现坐封。

所述定载销钉Ⅱ被剪断后，坐放短节下移，上提管柱，坐放束爪向上移动， 带动坐放短节逐步坐放锁紧座，完成坐放过程。

上提管柱，锁紧座上移，锁紧座带动中心管移动，锁紧座和与之相配合的 锁紧器Ⅰ的锯齿形螺纹分离，以及锁紧器Ⅱ与卡环相配合的锯齿形螺纹分离，实 现逐级解封，完成解封动作。

本发明与现有技术相比，其有益效果是:1、设置有组合式双级胶筒组， 能够在其中某组胶筒失效后不影响封隔器的整体运作，由另外一组胶筒承担封隔 功能；2、锁紧座和与之相配合的锁紧器Ⅰ的锯齿形螺纹，以及锁紧器Ⅱ与卡环 相配合的锯齿形螺纹，两处螺纹锁紧，可提高封隔器的工作可靠性；3、双级胶 筒组承压，可使封隔器工作时，拥有更高的密封压力。

本发明适用于超高压环境工作，可有效提高油气开采效率，降低施工过程 中出现的风险，延长封隔器的使用寿命。

附图说明

图1是本发明一种组合胶筒式双级超高压密封封隔器的结构示意图；

图2是本发明一种组合胶筒式双级超高压密封封隔器坐封后的结构示意图；

图3是锥体（19）结构示意图；

图4是卡瓦（20）剖面结构示意图；

图中，1.上接头，2.外壳Ⅰ，3.内管，4.外壳接头，5.外壳Ⅱ，6.外壳Ⅲ，7.坐放束爪，8.坐放短节，9.锁器Ⅰ，10.锁紧座，11.胶筒座，110.胶筒座，12.端胶筒，120.端胶筒，13.隔环，130.隔环，14.中胶筒，140.中胶筒，15.防突环，150.防突环，16.锁紧器Ⅱ，17.卡环，18.中心管，19.锥体，20.卡瓦，21.卡瓦台，22.下接头，23.定载销钉Ⅱ，24.定载销钉Ⅰ，25.O型密封圈A，26.O型密封圈B。

如图1、2、3、4所示，本发明一种组合胶筒式双级超高压密封封隔器， 主要由坐放束爪7、锁紧器Ⅰ9、端胶筒12、隔环13、中胶筒14、锁紧器Ⅱ16、 卡环17、中心管18、锥体19、卡瓦20组成，其特征在于所述内管3上端与上 接头1通过螺纹连接，下端与坐放束爪7通过螺纹连接外侧设有两个O型密封圈 A25；所述外壳接头4上端与外壳Ⅰ通过螺纹连接，下端与外壳Ⅱ5通过螺纹连 接，内侧设有两个O型密封圈B26；所述外壳Ⅲ6上端与坐放束爪7过盈配合于 外侧，由定载销钉Ⅰ24固定；所述坐放束爪7套在坐放短节8外面，由定载销 钉Ⅱ23固定；所述锁紧器Ⅰ9上端与外壳Ⅲ6过盈配合于外侧，并且位于外壳Ⅲ6 和胶筒座11之间；所述锁紧座10上端设于坐放束爪7外面，下端与中心管18 通过螺纹连接；所述中胶筒14和两个端胶筒12以及间隔设置的两个固定隔环 13组成第一级胶筒组，位于两个胶筒座11之间，且由两个防突环15隔开；所 述卡环17位于锁紧器Ⅱ16和中心管18之间，并且与胶筒座110相邻接；所述 中胶筒140和两个端胶筒120以及间隔设置的两个固定隔环130组成第二级胶筒 组，位于胶筒座110和锥体19之间，且由两个防突环150隔开；所述卡瓦20 套在中心管18上，位于锥体19和卡瓦台21之间，且固定连接在卡瓦台21上； 所述卡瓦台21与中心管18通过螺纹连接；所述下接头22与中心管18下端通过 螺纹连接。

卡瓦20采用单锥体多瓣卡瓦，卡瓦20瓣数为4～8瓣，卡瓦牙采用锯齿形， 每片卡瓦20上有5～20个卡瓦牙，牙高h为2～4mm，齿宽a为8～12mm，齿顶宽b 为1～2mm，齿根宽c为1～2mm，牙倾角α为25°～30°，牙顶角β为90°～100°。

锥体19与卡瓦20之间摩擦角φ为20°～25°，卡瓦椎角γ为13° ～15°°，形成自锁关系，且锥体20与中心管18过盈配合于外侧。

在定载销钉Ⅰ24被剪断后，外壳接头4带动外壳Ⅰ2和外壳Ⅱ5向下移动， 外壳Ⅱ5压着外壳Ⅲ6向下移动，外壳Ⅲ6压着锁紧器Ⅰ9往下滑动，锁紧器Ⅰ9 推动胶筒座11下移，胶筒座11压着第一级胶筒组和锁紧器Ⅱ16以及第二级胶 筒组向下轴向移动，进而使得锥体19下移，锥体19挤压卡瓦20，使得卡瓦20 受压渐渐扩张，双级胶筒组受到压力膨胀，实现密封，锁紧器Ⅰ9内壁的锯齿形 螺纹与锁紧座10外表面的锯齿形螺纹相配合，以及锁紧器Ⅱ16内壁的锯齿形螺 纹与卡环17外表面的锯齿形螺纹相配合，完成锁紧动作，实现坐封。

在定载销钉Ⅱ23被剪断后，坐放短节8下移，上提管柱，坐放束爪7向 上移动，带动坐放短节8逐步坐放锁紧座10，坐放完成。

上提管柱，锁紧座10上移，锁紧座10带动中心管18移动，锁紧座10 和与之相配合的锁紧器Ⅰ9的锯齿形螺纹以及卡环17和锁紧器Ⅱ16相配合的锯 齿形螺纹均分离，实现逐级解封，完成解封动作。

工作原理：工作时投放钢球封堵封隔器内部流道，向油管内注入工作液， 加压至定载销钉Ⅰ24被剪断后，外壳接头4带动外壳Ⅰ2和外壳Ⅱ5向下移动， 外壳Ⅱ5推动外壳Ⅲ6向下移动，外壳Ⅲ6推动锁紧器Ⅰ9往下滑动，锁紧器Ⅰ9 压着胶筒座11向下移动，胶筒座11推动两级胶筒组和锁紧器Ⅱ16以及锥体19 沿轴向向下移动，锥体19挤压卡瓦20，使卡瓦20渐渐膨胀并紧贴在套管内壁 面上，双级胶筒组受到压力扩张，实现密封，锁紧器Ⅰ9内壁的锯齿形螺纹与锁 紧座10外表面的锯齿形螺纹相配合，以及锁紧器Ⅱ16内壁的锯齿形螺纹与卡环 17外表面的锯齿形螺纹相配合，完成锁紧动作，坐封完成；在坐封完成的基础 上，定载销钉Ⅱ23剪断后，坐放短节8下移，上提管柱，坐放束爪9沿轴向向 上移动，带动坐放短节8逐步坐放锁紧座10，坐放完成；将打捞工具下至封隔 器锁紧座10内孔内，上提管柱，锁紧座10上移，锁紧座10带动中心管18，锁 紧座10和与之相配合的锁紧器Ⅰ9的锯齿形螺纹以及卡环17和锁紧器Ⅱ16相配 合的锯齿形螺纹均分离，机构逐级解封，此时双级胶筒组回弹，卡瓦20顺利收 回，解封完成。