一种高压差逐级解封封隔器的制作方法

本实用新型涉及一种高压差逐级解封封隔器，属于油井井下工具类。

背景技术：

由于智能化分层采油、分层测试和找堵水等技术不断地应用，需要将同一油井内多油层组分层开采，在采油管柱上连接较多级封隔器将各油层隔离，而采用的封隔器多为逐级解封封隔器，采油管柱在解封时解封力作用在上级封隔器，不传导下一级封隔器上。目前，所采用的逐级解封封隔器的承受压差和逐级解封机构普遍是销钉控制，通过上提管柱剪断销钉完成解封，然后继续上提管柱剪断下一级封隔器的销钉从而实现逐级解封功能。在多年的使用过程中一直存在这样的问题，如果销钉小一些，封隔器下井过程中遇阻，销钉会自动剪断使封隔器中途坐封，进而造成管柱失效，导致无法正常完成作业；为了保证封隔器可靠，采用加大销钉的办法，这就又产生了另一个问题，销钉剪切力增大，使每一级封隔器解封力增大，不能逐级解封，使管柱上提力逐渐增加，增大作业机上提负载，甚至导致油井大修。另外，这种逐级解封封隔器一般耐上下压差能力低，当层间压差增大时会自动剪断解封销钉解封，使封隔器与采油管柱失效，既不适应分层采油，也不能满足高压采油井的工艺要求，尤其在深井分层采油时，上提解封力过大，管柱起不出，容易造成大修事故，并造成很大的资源浪费。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种高压差逐级解封封隔器，该封隔器设置平衡缸总成提高了压差性能，优化了解封销钉的设定值，降低了整体管柱的上提拉力，保证了逐级解封总成安全性和可靠性，适用于高压油井的分层采油、分层找堵水工艺管柱。

为解决以上问题，本实用新型的具体技术方案如下：一种高压差逐级解封封隔器，主要由上接头、中心管、胶筒和下接头组成，中心管贯穿整个封隔器内壁，在中心管外圆周由上至下依次连接上压差平衡液缸、密封件总成、坐封总成、锁紧逐级解封总成和平衡液缸组成，其中上压差平衡液缸通过坐封销钉与密封件总成上端部连接；密封件总成下端部螺纹密封连接坐封总成；坐封总成下端部连接锁紧逐级解封总成，在锁紧逐级解封总成与中心管之间设有平衡液缸，平衡液缸通过解封销钉与下接头连接。

所述的坐封总成由三组坐封活塞组成，每组坐封活塞的结构为，在活塞外套内上下同轴分布前活塞和后活塞，后活塞后端部螺纹连接固定压套，卡簧镶嵌在中心管设置的沟槽内，后活塞和固定压套的连接处压住卡簧并固定在中心管上；在每组前活塞与后活塞之间对应位置的中心管上分布设有第一进液孔、第二进液孔和第三进液孔；其中上端第一组前活塞移动后与密封件总成下端接触；第一组、第二组和第三组的活塞外套分别通过螺纹依次首尾连接，第三组的活塞外套的末端设置锁紧逐级解封总成；第二组和第三组的前活塞向上运行后对上一组的活塞外套产生推力。

所述的锁紧逐级解封总成结构为，在第三组的活塞外套的末端内圆周设置锯齿螺纹，与中心管同轴配合的卡环座的外圆周设有锯齿锁紧环，锯齿锁紧环与锯齿螺纹配合，且单向止退锁定，下接头的上端部通过内螺纹与卡环座螺纹连接。

所述的平衡液缸结构为，下接头与卡环座连接后与中心管形成空腔，在空腔内设有滑动连接的下平衡活塞；在中心管的末端螺纹连接固定活塞，解封销钉穿过下接头的螺纹孔后插入到固定活塞对应的凹槽内；在下平衡活塞与固定活塞之间的中心管上设有第四进液孔；在下接头上设有与空腔相通的平衡孔，平衡孔位于空腔的上端。

所述的下接头的外圆周同轴设置锁紧外套和锁块外套，锁紧外套的上端与第三组的活塞外套螺纹连接，锁紧外套的下端内圆周与下接头外圆周贴合，外圆周设有凹槽，凹槽与锁块外套上端环形槽搭接，锁块外套下端与下接头螺纹连接；在锁紧外套上部设有通孔，位置与平衡孔位置对应，在锁紧外套内圆周为与通孔位置设有环形槽，环形槽长度与坐封位移长度对应；在下接头临近解封销钉处出入锁块，锁块外表面限位在锁紧外套内圆周，锁块内表面穿过锁紧外套插入到固定活塞外圆周，锁块的高度小于解封销钉，且位置与锁块外套上端环形槽位置对应。

所述的上压差平衡液缸的结构为，上接头的下端外圆周螺纹密封连接上外套，内圆周密封连接中心管；在中心管与上外套之间设置上平衡活塞；中心管上部设有第五进液孔，第五进液孔位于上接头与上平衡活塞所形成的空腔上端，并与空腔相通；在上外套上设有螺纹通孔，坐封销钉螺纹旋进后与上平衡活塞对应的凹槽插接。

所述的密封件总成的结构为，在中心管为同轴设置胶筒芯轴，胶筒芯轴两端密封连接胶筒防突件，在胶筒防突件之间设置胶筒，每两个相邻的胶筒之间用隔环分割并压紧。

该高压差逐级解封封隔器采用上压差平衡液缸、密封件总成、坐封总成、锁紧逐级解封总成和平衡液缸五部分组成，并进行联合动作，从而实现可靠的坐封和解封工作。

坐封总成由三组座封活塞组成，当第一进液孔至第三进液孔注入高压液体后，每个前活塞即可向上运动，使每个活塞外套上移，压缩密封件总成，从而使封隔器达到坐封作用。

锁紧逐级解封总成采用锯齿螺纹和锯齿锁紧环的结构，使得中心管内部压力降低后，密封件总成仍处于坐封状态，不会复位失效。

为了保证上下压差的平衡，在尾端的下接头和中心管之间设置平衡液缸，保证下接头在任何阶段都能保证压力的平衡。

在下接头另外设置锁块，防止坐封前下接头脱落，同时设置锁块外套，使锁块不至于落入井筒中。

在中心管上方设置上压差平衡液缸，用于对密封件总成施加向上的压力，剪断坐封销钉，从而实现坐封动作。

密封件总成采用分段式胶筒结构，提高胶筒的坐封性能。

附图说明

图1为高压差逐级解封封隔器的结构示意图。

图2为图1中ⅰ处的局部放大图。

图3为图1中ⅱ处的局部放大图。

图4为图1中ⅲ处的局部放大图。

具体实施方式

如图1至图4所示，一种高压差逐级解封封隔器，主要由上接头1、中心管2、胶筒7和下接头27组成，中心管2贯穿整个封隔器内壁，在中心管2外圆周由上至下依次连接上压差平衡液缸、密封件总成、坐封总成、锁紧逐级解封总成和平衡液缸组成，其中上压差平衡液缸通过坐封销钉6与密封件总成上端部连接；密封件总成下端部螺纹密封连接坐封总成；坐封总成下端部连接锁紧逐级解封总成，在锁紧逐级解封总成与中心管2之间设有平衡液缸，平衡液缸通过解封销钉25与下接头27连接。

所述的坐封总成由三组坐封活塞组成，每组坐封活塞的结构为，在活塞外套15内上下同轴分布前活塞11和后活塞13，后活塞13后端部螺纹连接固定压套28，卡簧14镶嵌在中心管2设置的沟槽内，后活塞13和固定压套28的连接处压住卡簧14并固定在中心管2上；在每组前活塞11与后活塞13之间对应位置的中心管2上分布设有第一进液孔12、第二进液孔16和第三进液孔17；其中上端第一组前活塞移动后与密封件总成下端接触；第一组、第二组和第三组的活塞外套15分别通过螺纹依次首尾连接，第三组的活塞外套15的末端设置锁紧逐级解封总成；第二组和第三组的前活塞11向上运行后对上一组的活塞外套15产生推力。

所述的锁紧逐级解封总成结构为，在第三组的活塞外套15的末端内圆周设置锯齿螺纹20，与中心管2同轴配合的卡环座19的外圆周设有锯齿锁紧环18，锯齿锁紧环18与锯齿螺纹20配合，且单向止退锁定，下接头27的上端部通过内螺纹与卡环座19螺纹连接。

所述的平衡液缸结构为，下接头27与卡环座19连接后与中心管2形成空腔，在空腔内设有滑动连接的下平衡活塞21；在中心管2的末端螺纹连接固定活塞29，解封销钉25穿过下接头27的螺纹孔后插入到固定活塞29对应的凹槽内；在下平衡活塞21与固定活塞29之间的中心管2上设有第四进液孔22；在下接头27上设有与空腔相通的平衡孔30，平衡孔30位于空腔的上端。

所述的下接头27的外圆周同轴设置锁紧外套23和锁块外套26，锁紧外套23的上端与第三组的活塞外套15螺纹连接，锁紧外套23的下端内圆周与下接头27外圆周贴合，外圆周设有凹槽，凹槽与锁块外套26上端环形槽搭接，锁块外套26下端与下接头27螺纹连接；在锁紧外套23上部设有通孔，位置与平衡孔30位置对应，在锁紧外套23内圆周为与通孔位置设有环形槽，环形槽长度与坐封位移长度对应；在下接头临近解封销钉处出入锁块24，锁块24外表面限位在锁紧外套23内圆周，锁块24内表面穿过锁紧外套23插入到固定活塞29外圆周，锁块24的高度小于解封销钉25，且位置与锁块外套26上端环形槽位置对应。

所述的上压差平衡液缸的结构为，上接头1的下端外圆周螺纹密封连接上外套3，内圆周密封连接中心管2；在中心管2与上外套3之间设置上平衡活塞5；中心管2上部设有第五进液孔4，第五进液孔4位于上接头1与上平衡活塞5所形成的空腔上端，并与空腔相通；在上外套3上设有螺纹通孔，坐封销钉6螺纹旋进后与上平衡活塞5对应的凹槽插接。

所述的密封件总成的结构为，在中心管2为同轴设置胶筒芯轴9，胶筒芯轴9两端密封连接胶筒防突件10，在胶筒防突件10之间设置胶筒7，每两个相邻的胶筒7之间用隔环分割并压紧。

本实用新型的工作过程为：先把本实用新型提供的高压差逐级解封封隔器连接在分层采油管柱上，下入采油井内。坐封操作过程：通过地面连接泵车向油管内加压，水经油管进入封隔器中心管2的上第一进液孔12、第二进液孔16和第三进液孔17推动坐封总成中各液缸中的前活塞11上行，并压缩密封件总成，促使胶筒7外径鼓胀紧贴套管内壁，锁紧外套23也跟随上行，释放锁块24，锯齿锁紧环18与锯齿螺纹20锁定，保证胶筒压缩止退不回弹，始终保持封隔油层密封状态，坐封操作完成。

耐上压差状态：当膨胀胶筒上部液体压力大于下部液体压力时将产生下推胶筒作用力，此时上部液体压力产生对上平衡活塞5的上推力，平衡一定量下推胶筒作用力，避免下推胶筒作用力传递到解封销钉上，从而增加封隔器的耐上压差的能力，减小解封销钉的设置吨位值。

耐下压差状态：当膨胀胶筒下部液体压力大于上部液体压力时将产生上推胶筒作用力，此时下部液体压力产生对坐封活塞的下推力，并将产生上推胶筒反作用力，分解到中心管上，避免上推胶筒作用力传递到解封销钉上，此时下平衡活塞受力下移，进而增加封隔器的耐下压差的能力，保证了逐级解封总成与坐封总成的安全性和可靠性。解封操作过程：上提管柱最上面的封隔器最先受力，上提上接头1和中心管2，由于锁紧逐级解封总成受到下面管柱的拉力，中心管上移并剪断解封销钉25，中心管与逐级解封机构中的下接头分离，自行大约10cm，带动锁紧逐级解封总成脱开，密封件总成中的胶筒7由反弹力得到充分向下释放；解封时逐级解封机构能顺利脱开，胶筒得到充分释放，上提拉力为单一封隔器解封力，所以能够增加管柱连接封隔器的数量，保证作业操作的安全可靠性。