双锚定高压封隔器的制作方法

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1.本发明属于油田开发井下封隔器技术领域，特别是涉及一种双锚定高压封隔器，用于高压油气井完井。

背景技术：

2.井下封隔器是油田开发的最重要工具之一，在油气注采井中广泛使用。随着油气开发技术的进步，油气井开发深度越来越深，压力越来越高，对井下封隔器的性能要求也越来越高。
3.中国专利，申请号202011453193.8，申请日2020.12.11，专利名称“一种耐高温高压封隔器”公开了一种带有双向锚定的封隔器。这种封隔器胶筒居中，锥体和卡瓦分别置于两边，这种结构有利于封隔器承受高压。然而在实验和使用中发现，在承受较大下压差时，由于中心管承受了较大活塞力，该活塞力传递到了解封剪钉或解封剪环上，当活塞力大于解封剪钉或剪环的剪断力时，封隔器就会解封。

技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，发明了一种双锚定高压封隔器，解决了目前双锚定封隔器承受下压能力不足和容易解封的问题，提高了封隔器密封下压差的能力。
5.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.双锚定高压封隔器，在封隔器的上部设置液压锚定机构，所述的液压锚定机构内部设置定压机构。
7.作为优选实施例之一，所述的定压机构包括定压套一，定压套一同轴套装在锚体的内孔中，在定压套一和锚体之间于锚牙传压孔的上下两侧形成上密封面一和下密封面一，上密封面一处设置密封圈一，下密封面一处设置密封圈二；在中心管内孔上端同轴固定连接内衬套，内衬套上部同轴套装在定压套一下部的内孔中，在内衬套与定压套一之间形成密封面三并设置密封圈四，在内衬套与中心管之间设置密封圈三；上密封面一的直径大于密封面三的直径；定压套一下端外周设置剪钉槽并套装剪钉环，剪钉安装在所述的剪钉环上，剪钉环下端面与中心管上端面相接触；在中心管与锚体连接螺纹以上于锚体上径向设置平衡孔。所述的锚体内孔与定压套一之间的环空中于剪钉环之上设置止退环，在止退环和剪钉环之间设置压帽固定止退环，在定压套一和止退环之间相对设置锯齿形螺纹。
8.作为优选实施例之二，所述的定压机构包括定压套二，定压套二同轴套装在锚体的内孔中，在定压套二上端与锚体之间设置密封圈五；在锚体内孔下部与定压套二之间的环空中于中心管以上顺序套装活塞和隔离塞；活塞内孔上下与定压套二外周之间分别设置密封圈十和密封圈九，在密封圈十和密封圈九之间于定压套二侧壁上设置传压孔；在活塞本体上轴向设置连通孔；隔离塞内孔上下与定压套二外周之间形成上密封面二和下密封面二，在上密封面二处设置密封圈八和在下密封面二处设置密封圈七，上密封面二的直径大于下密封面二的直径；在隔离塞外周上下与锚体内孔之间分别设置密封圈六和密封圈十
一，在隔离塞中部径向设置传导孔，与传导孔相对处于锚体上径向设置平衡孔；在定压套二的下端外周设置剪钉槽并套装剪钉环，剪钉安装在所述的剪钉环上，剪钉环下端面与中心管内孔上端面相接触。进一步地，所述的锚体上部设置放气孔，放气孔沟通锚体外部与定压套二和锚体之间的环空，在放气孔外口螺纹连接盲堵；在所述的连通孔下口螺纹连接密封接头，在封闭腔中充填液压油或缓蚀剂溶液；再进一步地，所述的定压套二和剪钉环上相对设置锯齿形锁紧螺纹，剪钉环是c形环，剪钉环上端面与所述的隔离塞下端面相接触。
9.作为优选实施例之三，所述的定压机构包括隔离套，隔离套同轴套装在锚体和中心管的内孔中，隔离套上下两端分别与锚体和中心管相密封；在锚体和隔离套的环空中同轴套装活塞，活塞内孔和外周分别与隔离套和锚体相密封，在活塞的本体上轴向设置连通孔；在中心管本体上轴上设置柱塞孔并在柱塞孔中安装柱塞，在柱塞孔的上端径向设置导压孔一沟通柱塞孔和中心管内孔；在柱塞上部设置上下两道密封圈，在中心管本体上设置直角导压孔二沟通活塞下腔与所述的柱塞上设置的上下两道密封圈之间的环空；所述的柱塞孔下端螺纹连接螺套，柱塞下端同轴套装在螺套的内孔中，在螺套和柱塞的套装叠合部设置剪切销同时径向穿过螺套和柱塞。进一步地，所述的锚体上部设置放气孔，放气孔沟通锚体外部与隔离套和锚体之间的环空，在放气孔外口螺纹连接盲堵；在所述的连通孔下口螺纹连接密封接头，在封闭腔中充填液压油或缓蚀剂溶液。
10.与现有技术相比，本发明的优点在于：
11.1、在原双锚定封隔器的双卡瓦锚定密封机构以上设置了液压锚定机构，改善了封隔器的受力状态，中心管受到的下活塞力同时传递到了解封剪钉(或剪环)和液压锚定机构上，使封隔器能够承受较高的下压力而不会解封。
12.2、液压锚定机构内设置了定压机构，在坐封时，定压机构在设定以上压力打开，锚牙伸出锚定在套管内壁上。这样的结构设计，改善了封隔器双卡瓦锚定密封机构的受力，较无定压机构的液压锚定机构，提高了胶筒的坐封距。
13.3、在活塞上腔中充装液压油，改善了锚牙工作环境，当用在注水井或含水率较高的油井中时，能够防止锚牙内端结垢所造成的作业卡管柱问题，还能润滑锚牙孔内壁，提高锚牙密封圈寿命。
14.下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步描述。
附图说明
15.当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整地理解本发明并容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
16.图1是本发明的双锚定高压封隔器的结构示意图。
17.图2是液压锚定机构实施例一的结构示意图。
18.图3是液压锚定机构实施例二的结构示意图。
19.图4是液压锚定机构实施例二改进结构示意图。
20.图5是液压锚定机构实施例三的结构示意图。
21.图6是图5中a-a处中心管的剖视图。
22.图中：1-锚体，2-锚牙机构，3-上卡瓦，4-上锥体，5-胶筒，6-下锥体，7-下卡瓦，8-活塞液缸机构，9-中心管，10-液压锚定机构，201-密封圈一，202密封圈二，203-止退环，204-压帽，205-剪钉环，206-剪钉，207-平衡孔，208-密封圈三，209-内衬套，210-密封圈四，211-定压套一，212-锚牙传压孔，301-密封圈五，302-定压套二，303-活塞，304-连通孔，305-密封圈六，306-隔离塞，308-密封圈七，309-密封圈八，310-密封圈九，311-传压孔，312-密封圈十，313-密封圈十一，314-传导孔，401-盲堵，402-放气孔，403-密封接头，404-封闭腔，501-隔离套，502-导压孔一，503-导压孔二，504-柱塞，505-剪切销，506-螺套。
具体实施方式
23.本技术说明书和权利要求书中在位置关系方面所说的“上”、“下”是以工具使用时的状态叙述，如图1所示，液压锚定机构在工具的最上边。其它“左”、“右”、“高”、“低”，是以读者视角所看到的位置关系叙述其相对关系，页面顶部为高，页面底部为低，页面左边为左，页面右边为右。在叙述管子内外或里外时，以径向上半径小处为内或里，以半径大处为外。附图中，有图示密封圈而未注序号的，按图示，在下边描述中不再一一赘述。
24.按照油田井下密封压力高低区分，一般超过35mpa称之为高压。本发明的封隔器能够密封高达70mpa的压差，所以称为双锚定高压封隔器。
25.参见图1所示，本发明的双锚定高压封隔器，包括双卡瓦锚定密封机构和活塞液缸机构8等，所述的双卡瓦锚定密封机构包括套在中心管9上的上卡瓦3、上锥体4、胶筒5、下锥体6和下卡瓦7等，所述的活塞液缸机构8包括坐封活塞和液缸套，图中对封隔器的具体结构进行了简化，这部分是已知技术，具体结构参见中国专利，申请号202011453193.8，申请日2020.12.11，专利名称“一种耐高温高压封隔器”。除了上述结构之外，在中心管的上部于双卡瓦锚定密封机构以上还设置了液压锚定机构10。所述的液压锚定机构包括锚体1和锚牙机构2。所述的锚牙机构包括锚牙、压板、弹簧、螺钉等，锚牙机构是已知技术，在水力锚工具上广泛应用。锚牙安装在锚牙孔中，每个锚牙孔底部都有锚牙传压孔212与锚体中心孔相通。所述的液压锚定机构10中还设置有定压机构。
26.实施例一，参见图2所示，所述的定压机构包括定压套一211，定压套一同轴套装在锚体1的内孔中，在定压套一和锚体之间于锚牙传压孔212的上下两侧形成上密封面一和下密封面一。所述的锚牙传压孔212的上下两侧是指相距最远的两个锚牙传压孔212的上下两侧。上密封面一处设置密封圈一201，下密封面一处设置密封圈二202。在中心管9内孔上端同轴固定连接内衬套209，内衬套上部同轴套装在定压套一下部的内孔中，在内衬套与定压套一之间形成密封面三并设置密封圈四210，在内衬套与中心管之间设置密封圈三208；上密封面一的直径大于密封面三的直径；定压套一下端外周设置剪钉槽并套装剪钉环205，剪钉206安装在所述的剪钉环上，剪钉内端伸进所述的剪钉槽中，剪钉环下端面与中心管上端面相接触。在中心管与锚体连接螺纹以上于锚体上径向设置平衡孔207。
27.图中所示的内密封圈或外密封圈依工具尺寸而改变，可以由轴上的外密封圈改为孔中的内密封圈，反之亦然，不影响本发明的方案内容，以下不再一一赘述。
28.由于上密封面一的直径大于密封面三的直径，定压套一上形成了一个压差面，当封隔器的内外压差所形成的活塞力大于剪钉的剪断力时，定压套一剪断剪钉下行，密封圈一201脱离上密封面一，封隔器内的压力通过锚牙传压孔212推出锚牙锚定在套管内壁上。
29.进一步地，为了防止定压套一下行后意外上行，所述的锚体内孔与定压套一之间的环空中于剪钉环之上设置止退环203，在止退环和剪钉环之间设置压帽204，压帽204螺纹连接在锚体内孔上，用于防止止退环轴向移动。在定压套一和止退环之间相对设置锯齿形螺纹，所述的锯齿形螺纹是已知技术，在井下液压封隔器中广泛应用。
30.实施例二，参见图3所示，所述的定压机构包括定压套二302，锚体1的内孔中同轴套装定压套二302，在定压套二上端与锚体之间设置密封圈五301；在锚体内孔下部与定压套二之间的环空中于中心管9以上依次套装活塞303和隔离塞306；活塞内孔上部、下部与定压套二外周之间分别设置密封圈十312和密封圈九310，在密封圈十和密封圈九之间于定压套二侧壁上设置传压孔311；在活塞本体上轴向设置连通孔304；隔离塞内孔上部、下部与定压套二外周之间形成上密封面二和下密封面二，在上密封面二处设置密封圈八309，在下密封面二处设置密封圈七308，上密封面二的直径大于下密封面二的直径。在隔离塞外周上下与锚体内孔之间分别设置密封圈六305和密封圈十一313，在隔离塞中部径向设置传导孔314。与传导孔相对处，于锚体上径向设置平衡孔207。在定压套二的下端外周设置剪钉槽并套装剪钉环205，剪钉206安装在所述的剪钉环上，剪钉内端伸进所述的剪钉槽中，剪钉环下端面与中心管内孔上端面相接触。
31.由于上密封面二的直径大于下密封面二的直径，定压套二上形成了一个压差面，当封隔器的内外压差所形成的活塞力大于剪钉的剪断力时，定压套二剪断剪钉下行，密封圈九310脱离其密封面，封隔器内的压力依次通过传压孔311、连通孔304和锚牙传压孔212传递到锚牙上，推出锚牙锚定在套管内壁上。
32.进一步地，在方案二的基础上改进形成密闭腔404并充填保护液，参见图4，所述的锚体上部设置放气孔402，放气孔沟通锚体外部与定压套二302和锚体之间的环空，在放气孔外口螺纹连接盲堵401；在所述的连通孔304下口螺纹连接密封接头403。所述的密封接头403包括双公接头和密封帽，在地面液控柜系统中常用，是已知技术。设置盲堵和密封接头后，活塞303、锚体1和定压套二之间形成了封闭腔404。通过密封接头403和放气孔402，可以在封闭腔404中充入保护性液体，如液压油、缓蚀剂溶液等，可以保护锚牙密封圈不受井液腐蚀，还可以防止锚牙周围结垢造成作业时卡管柱。盲堵401和密封接头403可以交换位置。形成封闭腔404后，在压力的推动下，活塞303可以在其所处的环空中上下移动。
33.再进一步地，为了防止定压套二下行后受力上行，提高密封圈的寿命，所述的定压套二(302)和剪钉环(205)上相对设置锯齿形锁紧螺纹，剪钉环是c形环，剪钉环上端面与所述的隔离塞306下端面相接触，其中定压套二下端外周的锁紧螺纹长度应超过其下行的距离。如前所述，锁紧螺纹结构是已知技术。
34.实施例三，参见图5和图6，所述的定压机构包括隔离套501，隔离套同轴套装在锚体1和中心管9的内孔中，隔离套上下两端分别与锚体和中心管相密封；在锚体和隔离套的环空中同轴套装活塞303，活塞内孔和外周分别与隔离套和锚体相密封，在活塞的本体上轴向设置连通孔304。
35.在中心管9本体上轴上设置柱塞孔，优选地，所述的柱塞孔的轴线与中心管的轴线平行，在柱塞孔中安装柱塞504。在柱塞孔的上端径向设置导压孔一502，导压孔一502沟通柱塞孔和中心管内孔。
36.在柱塞504上部外周设置上下两道密封圈，在中心管本体上设置直角导压孔二
503。如图6所示，导压孔二503的下端与与所述的柱塞上设置的上下两道密封圈之间的环空相通。导压孔二503的上端与活塞的下腔相通。在图5中，导压孔二503以虚线表示。
37.所述的柱塞孔下端螺纹连接螺套506，柱塞下端同轴套装在螺套的内孔中，在螺套和柱塞的套装叠合部设置剪切销505同时径向穿过螺套和柱塞。
38.当封隔器内外的压差作用在柱塞上产生的活塞力大于剪切销505的剪断力时，柱塞剪断剪切销下行，导压孔一和导压孔二连通。封隔器内的压力通过导压孔一、导压孔二、连通孔和锚牙传压孔传递到锚牙上，推出锚牙锚定在套管内壁上。
39.进一步地，在方案三的基础上改进形成密闭腔404并充填保护液。所述的锚体上部设置放气孔402，放气孔沟通锚体外部与隔离套501和锚体之间的环空，在放气孔外口螺纹连接盲堵401；在所述的连通孔304下口螺纹连接密封接头403。
40.设置盲堵和密封接头后，活塞303、锚体1和隔离套501之间形成了封闭腔404。通过密封接头403和放气孔402，可以在封闭腔404中充入保护性液体，如液压油、缓蚀剂溶液等，可以保护锚牙密封圈不受井液腐蚀，还可以防止锚牙周围结垢造成作业时卡管柱。盲堵401和密封接头403可以交换位置。形成封闭腔404后，在压力的推动下，活塞303可以在其所处的环空中上下移动。
41.显然，本领域的技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种双锚定高压封隔器，其特征在于，在封隔器的上部设置液压锚定机构，所述的液压锚定机构内部设置定压机构。2.根据权利要求1所述的一种双锚定高压封隔器，其特征在于，所述的定压机构包括定压套一(211)，定压套一同轴套装在锚体(1)的内孔中，在定压套一和锚体之间于锚牙传压孔(212)的上下两侧形成上密封面一和下密封面一，上密封面一处设置密封圈一(201)，下密封面一处设置密封圈二(202)；在中心管(9)内孔上端同轴固定连接内衬套(209)，内衬套上部同轴套装在定压套一下部的内孔中，在内衬套与定压套一之间形成密封面三并设置密封圈四(210)，在内衬套与中心管之间设置密封圈三(208)；上密封面一的直径大于密封面三的直径；定压套一下端外周设置剪钉槽并套装剪钉环(205)，剪钉(206)安装在所述的剪钉环上，剪钉环下端面与中心管上端面相接触；在中心管与锚体连接螺纹以上于锚体上径向设置平衡孔(207)。3.根据权利要求2所述的一种双锚定高压封隔器，其特征在于，所述的锚体内孔与定压套一之间的环空中于剪钉环之上设置止退环(203)，在止退环和剪钉环之间设置压帽(204)固定止退环，在定压套一和止退环之间相对设置锯齿形螺纹。4.根据权利要求1所述的一种双锚定高压封隔器，其特征在于，所述的定压机构包括定压套二(302)，定压套二(302)同轴套装在锚体(1)的内孔中，在定压套二上端与锚体之间设置密封圈五(301)；在锚体内孔下部与定压套二之间的环空中于中心管(9)以上顺序套装活塞(303)和隔离塞(306)；活塞内孔上下与定压套二外周之间分别设置密封圈十(312)和密封圈九(310)，在密封圈十和密封圈九之间于定压套二侧壁上设置传压孔(311)；在活塞本体上轴向设置连通孔(304)；隔离塞内孔上下与定压套二外周之间形成上密封面二和下密封面二，在上密封面二处设置密封圈八(309)和在下密封面二处设置密封圈七(308)，上密封面二的直径大于下密封面二的直径；在隔离塞外周上下与锚体内孔之间分别设置密封圈六(305)和密封圈十一(313)，在隔离塞中部径向设置传导孔(314)，与传导孔相对处于锚体上径向设置平衡孔(207)；在定压套二的下端外周设置剪钉槽并套装剪钉环(205)，剪钉(206)安装在所述的剪钉环上，剪钉环下端面与中心管内孔上端面相接触。5.根据权利要求4所述的一种双锚定高压封隔器，其特征在于，所述的锚体上部设置放气孔(402)，放气孔沟通锚体外部与定压套二(302)和锚体之间的环空，在放气孔外口螺纹连接盲堵(401)；在所述的连通孔(304)下口螺纹连接密封接头(403)，在封闭腔(404)中充填液压油或缓蚀剂溶液。6.根据权利要求4或5所述的一种双锚定高压封隔器，其特征在于，所述的定压套二(302)和剪钉环(205)上相对设置锯齿形锁紧螺纹。7.根据权利要求1所述的一种双锚定高压封隔器，其特征在于，所述的定压机构包括隔离套(501)，隔离套同轴套装在锚体(1)和中心管(9)的内孔中，隔离套上下两端分别与锚体和中心管相密封；在锚体和隔离套的环空中同轴套装活塞(303)，活塞内孔和外周分别与隔离套和锚体相密封，在活塞的本体上轴向设置连通孔(304)；在中心管(9)本体上轴上设置柱塞孔并在柱塞孔中安装柱塞(504)，在柱塞孔的上端径向设置导压孔一(502)沟通柱塞孔和中心管内孔；在柱塞(504)上部设置上下两道密封圈，在中心管本体上设置直角导压孔二(503)沟通活塞下腔与所述的柱塞上设置的上下两道密封圈之间的环空；所述的柱塞孔下端螺纹连接螺套(506)，柱塞下端同轴套装在螺套的内孔中，在螺套和柱塞的套装叠合部设
置剪切销(505)同时径向穿过螺套和柱塞。8.根据权利要求7所述的一种双锚定高压封隔器，其特征在于，所述的锚体上部设置放气孔(402)，放气孔沟通锚体外部与隔离套(501)和锚体之间的环空，在放气孔外口螺纹连接盲堵(401)；在所述的连通孔(304)下口螺纹连接密封接头(403)，在封闭腔(404)中充填液压油或缓蚀剂溶液。

技术总结

本发明涉及双锚定高压封隔器，用于油田井下完井。本发明的双锚定高压封隔器，包括液压锚定机构，所述的液压锚定机构包括定压机构。所述的定压机构包括在锚体和中心管内同轴安装的定压套一、内衬套、剪钉环与剪钉、止退环和压帽。所述的定压机构还可以这样实现，包括锚体内同轴套装的定压套二、活塞、隔离塞和剪钉环及其剪钉；所述的定压机构还可以这样实现，包括同轴套装在锚体和中心管内的隔离套和活塞，在中心管本体上设置柱塞孔并安装柱塞、螺套和剪切销，设置导压孔一和导压孔二沟通活塞下腔与中心管内孔；进一步地，在锚体上部设置放气孔和盲堵，在活塞上设置连通孔和密封接头。本发明提高了双锚定高压封隔器的承压能力。力。力。