專利名稱：一種尾管頂部封隔器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于石油固井工具領域，具體涉及一種尾管頂部封隔器。
背景技術：
尾管懸掛器技術已經(jīng)相對成熟，目前的尾管懸掛器種類繁多，針對不同井況設計有特殊功能的尾管懸掛器，比如常規(guī)尾管懸掛器、旋轉尾管懸掛器和封隔式尾管懸掛器寸。目前，國內(nèi)外大多數(shù)工具生產(chǎn)商生產(chǎn)的尾管懸掛器只具有懸掛功能，并不具有尾管頂部封隔功能。少數(shù)公司和油田單位發(fā)明了封隔式尾管懸掛器。封隔式尾管懸掛器是在常規(guī)懸掛器的基礎上設計了頂部封隔器，尾管頂部封隔器與尾管懸掛器配合使用，其作用是在固井結束后，封隔懸掛器與套管間的環(huán)空，防止地層的流體上竄，影響后續(xù)施工，即在坐掛懸掛器、丟手和固井結束后，上提送入工具，利用送入工具上的坐封單元坐封封隔器， 以實現(xiàn)封隔環(huán)空的目的?，F(xiàn)有的封隔式尾管懸掛器主要有多膠筒式、單膠筒式和金屬骨架式，封隔器的結構不同，坐封后形成的密封能力也不同。按照密封壓力可分為常規(guī)壓力(35MPa)、高壓 (50MPa)和超高壓力(70MPa)。但是，現(xiàn)有的尾管頂部封隔器仍然存在以下問題或不足1，尾管頂部封隔器的封隔機構為三膠筒或單膠筒結構，采用軸向壓縮變形實現(xiàn)密封。該種密封結構的密封能力較小，封隔壓力較低，且由于膠筒厚，在大排量循環(huán)時容易發(fā)生提前坐封，影響了可靠性和安全性；2，現(xiàn)有尾管頂部封隔器大多沒有防頂機構或防退卡瓦或反向鎖定裝置，在高壓油氣井內(nèi)使用時，在尾管段較短時，懸掛器與丟手工具間摩擦力大或者封隔器下部壓力過高會導致整個尾管串上行，影響尾管懸掛器的密封效果，使整個尾管施工失?。?，現(xiàn)有尾管頂部封隔器沒有防止提前坐封裝置，在泥漿比重較高，巖屑較多的復雜井內(nèi)，入井或循環(huán)過程中，巖屑會在封隔器膠筒附近堆積，多次上提下放管串容易導致封隔器剪釘提前剪斷，從而導致封隔式尾管懸掛器在入井過程中提前坐封，進而導致尾管固井施工無法進行。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于解決上述現(xiàn)有技術中存在的難題，提供一種尾管頂部封隔器，其同時具有防止提前坐封、超高壓密封能力和防退等功能，能夠和特殊設計的旋轉丟手工具共同使用，能夠將鉆具扭矩傳遞給尾管，提高尾管頂部封隔器在復雜井內(nèi)的可靠性。本實用新型是通過以下技術方案實現(xiàn)的一種尾管頂部封隔器，包括芯軸12和從上至下依次套在芯軸12外的防退卡瓦套 7、膨脹錐8、膠筒9和膠筒基體10 ；本實用新型在膨脹錐8上方設計了防退卡瓦套7，封隔器坐封后，繼續(xù)下壓一定的載荷坐掛防退卡瓦套7，防止封隔器下方高壓油氣層作用導致尾管串上竄；在所述芯軸12的上部與防退卡瓦套7之間安裝有防提前坐封擋塊2。在芯軸12 和防退卡瓦套7之間的防提前坐封擋塊2保證了封隔器只有在丟手后才能進行坐封，提高了封隔器在巖屑較多的井內(nèi)入井過程中和循環(huán)過程中的安全性。在所述芯軸12上部的周向上加工有槽，在所述防退卡瓦套7的內(nèi)表面加工有環(huán)形槽，所述環(huán)形槽的軸向斷面形狀與防提前坐封擋塊2的外表面形狀相同，防提前坐封擋塊2 安放在所述芯軸12的槽內(nèi)，并頂在所述防退卡瓦套7的環(huán)形槽內(nèi)。所述防提前坐封擋塊2的內(nèi)表面和外表面均為圓弧形。在所述芯軸12的上部加工有周向均布的4個槽，每個槽內(nèi)安放有一個防提前坐封擋塊2。所述防退卡瓦套7通過坐封剪釘3固定在所述芯軸12上；在所述坐封剪釘3下方的防退卡瓦套7的內(nèi)表面上裝有第一防退卡簧4 ；所述膨脹錐8的上端伸入所述防退卡瓦套7下端的卡瓦內(nèi)，并通過坐掛剪釘5固定在所述防退卡瓦套7內(nèi)；所述膨脹錐8的下端伸入所述膠筒基體10的上端內(nèi)部；在所述坐掛剪釘5下方的膨脹錐8的內(nèi)表面上安裝有第二防退卡簧6，所述第一防退卡簧4、第二防退卡簧6與芯軸12接觸處均設有防退齒，所述防退齒只允許第一防退卡簧 4、第二防退卡簧6沿芯軸12向下運動，禁止向上運動。該自鎖機構能夠在封隔器封隔后反向鎖定封隔器，防止封隔器底部高壓作用頂脫封隔器。所述膠筒9是硫化在膠筒基體10上部外表面的，所述膠筒基體10上部的內(nèi)表面為錐形斜面，其錐度與所述膨脹錐8下端外表面錐形斜面的錐度相同。所述膠筒基體10采用膨脹率高的金屬制成。帶有金屬基體的封隔膠筒利用膨脹錐膨脹，由于金屬基體的支撐作用，防止了大排量情況下膠筒的提前漲封，并使得該封隔機構能夠密封更高的壓力。 所述尾管頂部封隔器進一步包括扶正環(huán)11，所述扶正環(huán)11位于膠筒基體10的下方，其下端固定在芯軸12上；所述膠筒基體10的下端通過外螺紋與所述扶正環(huán)11的上端連接；在所述膠筒9下方的膠筒基體10上開有通孔，該孔起到壓力連通作用。在所述所述芯軸12的最上端加工有扭矩齒1，用于鉆具與尾管間的扭矩傳遞，實現(xiàn)了入井過程中的旋轉；在所述芯軸12的最下端加工有抗扭螺紋，提高了整體的承載能力、抗扭能力和密封能力。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果是(1)本實用新型采用金屬骨架膠筒結構，不是單膠筒，并配合設計了防退卡瓦裝置、防提前坐封裝置和扭矩傳遞裝置，金屬骨架膠筒結構能夠封隔懸掛器和上層套管之間的環(huán)空，密封能力達到70MPa ；(2)本實用新型提高了封隔器的密封能力和可靠性，除封隔功能外，還具有防止提前坐封的功能、坐封后的反向鎖定功能和扭矩傳遞功能；(3)本實用新型與特定的送入工具和尾管懸掛器等配合使用，能夠滿足深井、超深井、水平井及大位移井的尾管固定要求，提高了尾管頂部封隔器入井時的可靠性、防止封隔器提前坐封，保證了尾管和上層套管環(huán)空的密封能力、提供了更大的密封效果。


[0028]圖1是本實用新型尾管頂部封隔器的結構圖。圖1中的多個小黑塊是指密封圈。圖2-1是入井過程中帶有送入工具的下接頭13時防提前坐封擋塊2的狀態(tài)圖。圖2-2是入井完成后，送入工具的下接頭13提出后，防提前坐封擋塊2的狀態(tài)圖。
具體實施方式
1.扭矩齒 2.防提前坐封擋塊 3.坐封剪釘 4.第一防退卡簧 5.坐掛剪釘6.第二防退卡簧7.防退卡瓦套8.膨脹錐9.膠筒10.膠筒基體11.扶正環(huán) 12.芯軸 13.送入工具下接頭。
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細描述如圖1所示，一種尾管頂部封隔器，包括封隔機構、防退機構、防提前坐封機構和旋轉機構；所述封隔機構包括芯軸12、膠筒9、坐封剪釘3、膠筒基體10和膨脹錐8，坐封剪釘3用來控制封隔器的坐封載荷，膠筒基體10采用膨脹率高的金屬(比如低碳鋼或不銹鋼等)制成，膠筒9硫化在膠筒基體10上，兩者成為一體，膠筒基體10上端的內(nèi)表面呈錐形， 其錐度和膨脹錐8的外表面錐度相同。封隔機構的工作原理為坐封時，鉆具下壓的壓力首先作用在卡瓦套7上，剪斷坐封剪釘3后，卡瓦套7與膨脹錐8之間的坐掛剪釘5將壓力傳遞至膨脹錐8上，當膨脹錐8 被下壓時，其下端繼續(xù)伸入膠筒基體10的內(nèi)部，從而使膠筒9及其膠筒基體10徑向膨脹， 與外層套管貼緊，實現(xiàn)密封。所述防退機構包括芯軸12、坐掛剪釘5、第一防退卡簧4和第二防退卡簧6、膨脹錐 8和防退卡瓦套7，所述防退卡瓦套7的作用是防止封隔器坐封后，下部的高壓頂脫封隔器， 造成密封失效，所述坐掛剪釘5用來控制封隔器的坐掛載荷，所述第一防退卡簧4和第二防退卡簧6只能允許防退卡瓦套7和膨脹錐8向下運動，防止因其回彈而影響密封效果。防退機構的工作原理為當封隔器坐封完成后，繼續(xù)下壓一定的鉆具載荷，剪斷坐掛剪釘5， 防退卡瓦套7相對膨脹錐8向下運動，防退卡瓦套7上的卡瓦與膨脹錐8的上斜面楔緊，第一防退卡簧4與芯軸12之間有防退齒，只允許卡簧向下運動，禁止向上運動。所述防退機構位于封隔機構的上方，在坐封封隔器后，繼續(xù)坐封封隔器上方的第一防退卡簧4，封隔器不會相對運動，提高了安全性。在防退卡瓦套7與膨脹錐8楔緊后，第一防退卡簧4使其永久固定。坐封時，第一防退卡簧4和第二防退卡簧6均一起向下運動，而坐掛時僅僅第一防退卡簧4向下運動，而第二防退卡簧6不動。所述防退機構又可稱為自鎖機構。防提前坐封機構包括防提前坐封擋塊2、芯軸12、防退卡瓦套7，防提前坐封擋塊2 的作用是防止尾管頂部封隔器的提前坐封。防提前坐封機構的工作原理為在入井和固井過程中，與該封隔器配合使用的丟手工具在封隔器芯軸內(nèi)部，阻止擋塊2收縮。當有外力作用在卡瓦支撐套7上時，外力作用在防提前坐封擋塊2上，而不會作用在坐封剪釘3上，這樣就能防止外力作用而導致坐封剪釘3提前被剪斷導致封隔器提前坐封。當固井結束后， 丟手工具從封隔器內(nèi)部提出，防提前坐封擋塊2受外力徑向收縮，繼續(xù)下壓，剪斷坐封剪釘 3坐封封隔器。所述旋轉機構是利用芯軸12的扭矩齒1與送入工具的扭矩齒相嚙合來傳遞扭矩，將鉆具的扭矩傳遞給尾管，從而實現(xiàn)旋轉固井。具體來說，防提前坐封機構如圖2所示，送入工具下接頭13與芯軸12為間隙配合，芯軸12銑有周向均布的4個槽，在每個槽內(nèi)安放有防提前坐封擋塊2，防提前坐封擋塊 2的內(nèi)表面和外表面均為圓弧形，防退卡瓦套7內(nèi)表面加工環(huán)形槽，所述環(huán)形槽的軸向斷面形狀和擋塊外表面相同。入井過程如圖2-1所示，由于送入工具下接頭13阻止防提前坐封擋塊2向內(nèi)運動，防退卡瓦套7受到軸向外力時，全部作用在防提前坐封擋塊2上，防止所述坐封剪釘3提前剪切。當進行坐封封隔器時，送入工具下接頭13從芯軸12內(nèi)部提出后， 芯軸12內(nèi)部無阻擋，防提前坐封擋塊2可以向芯軸12內(nèi)收縮(如圖2-2所示)，此時防退卡瓦套7受軸向向下載荷時，下壓卡瓦套7即可將擋塊2從其槽內(nèi)擠出，載荷全部作用在坐封剪釘3上，能夠向下運動，從而坐封封隔器。另外，在所述扶正環(huán)13下方芯軸12上設有抗扭螺紋。上述技術方案只是本實用新型的一種實施方式，對于本領域內(nèi)的技術人員而言， 在本實用新型公開了原理的基礎上，很容易做出各種類型的改進或變形，而不僅限于本實用新型上述具體實施例所描述的結構，因此前面描述的只是優(yōu)選的，而并不具有限制性的
眉、ο
權利要求1.一種尾管頂部封隔器，其特征在于所述尾管頂部封隔器包括芯軸(1 和從上至下依次套在芯軸(1 外的防退卡瓦套(7)、膨脹錐(8)、膠筒(9)和膠筒基體(10)；在所述芯軸(12)的上部與防退卡瓦套(7)之間安裝有防提前坐封擋塊O)。
2.根據(jù)權利要求1所述的尾管頂部封隔器，其特征在于在所述芯軸(12)上部的周向上加工有槽，在所述防退卡瓦套(7)的內(nèi)表面加工有環(huán)形槽，所述環(huán)形槽的軸向斷面形狀與防提前坐封擋塊( 的外表面形狀相同，防提前坐封擋塊( 安放在所述芯軸(1 的槽內(nèi)，并頂在所述防退卡瓦套(7)的環(huán)形槽內(nèi)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的尾管頂部封隔器，其特征在于所述防提前坐封擋塊(2) 的內(nèi)表面和外表面均為圓弧形。
4.根據(jù)權利要求3所述的尾管頂部封隔器，其特征在于在所述芯軸(1 的上部加工有周向均布的(4)個槽，每個槽內(nèi)安放有一個防提前坐封擋塊O)。
5.根據(jù)權利要求1或4所述的尾管頂部封隔器，其特征在于所述防退卡瓦套(7)通過坐封剪釘( 固定在所述芯軸(1 上；在所述坐封剪釘( 下方的防退卡瓦套(7)的內(nèi)表面上裝有第一防退卡簧；所述膨脹錐(8)的上端伸入所述防退卡瓦套(7)下端的卡瓦內(nèi)，并通過坐掛剪釘(5) 固定在所述防退卡瓦套(7)內(nèi)；所述膨脹錐(8)的下端伸入所述膠筒基體(10)的上端內(nèi)部；在所述坐掛剪釘( 下方的膨脹錐(8)的內(nèi)表面上安裝有第二防退卡簧(6)，所述第一防退卡簧(4)、第二防退卡簧(6)與芯軸(1 接觸處均設有防退齒，所述防退齒只允許第一防退卡簧(4)和第二防退卡簧(6)沿芯軸(12)向下運動，禁止向上運動。
6.根據(jù)權利要求5所述的尾管頂部封隔器，其特征在于所述膠筒(9)是硫化在膠筒基體(10)上部外表面的，所述膠筒基體(10)上部的內(nèi)表面為錐形斜面，其錐度與所述膨脹錐(8)下端外表面錐形斜面的錐度相同。
7.根據(jù)權利要求6所述的尾管頂部封隔器，其特征在于所述膠筒基體(10)采用膨脹率高的金屬制成。
8.根據(jù)權利要求7所述的尾管頂部封隔器，其特征在于所述尾管頂部封隔器進一步包括扶正環(huán)(11)，所述扶正環(huán)(11)位于膠筒基體(10)的下方，其下端固定在芯軸(12)上； 所述膠筒基體(10)的下端通過外螺紋與所述扶正環(huán)(11)的上端連接；在所述膠筒(9)下方的膠筒基體(10)上開有通孔。
9.根據(jù)權利要求1所述的尾管頂部封隔器，其特征在于在所述所述芯軸(12)的最上端加工有扭矩齒(1)；在所述芯軸(1 的最下端加工有抗扭螺紋。
專利摘要本實用新型提供了一種尾管頂部封隔器，屬于石油固井工具領域。本裝置包括芯軸(12)和從上至下依次套在芯軸(12)外的防退卡瓦套(7)、膨脹錐(8)、膠筒(9)和膠筒基體(10)；在所述芯軸(12)的上部與防退卡瓦套(7)之間安裝有防提前坐封擋塊(2)。本實用新型利用帶金屬基體的膠筒膨脹堵塞封隔器與套管之間的環(huán)空從而形成密封，由于金屬基體的支撐作用，該封隔器能夠密封更高的壓力。封隔器坐封后，繼續(xù)下壓軸向載荷，坐掛防退卡瓦套，實現(xiàn)封隔器的反向鎖定。在坐封防退卡瓦套時，膠筒位置保持不變，保證了密封效果。另外，封隔器頂部設計了防止提前坐封的擋塊，只有在提出送入工具后才能進行坐封，保證了現(xiàn)場施工的安全。
文檔編號E21B33/129GK202325389SQ201120388469
公開日2012年7月11日 申請日期2011年10月13日 優(yōu)先權日2011年10月13日
發(fā)明者張金法, 戴文潮, 楊德鍇, 郭朝輝, 阮臣良, 馬蘭榮 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院