一种一体式芯轴的封隔器的制作方法

本实用新型涉及一种一体式芯轴的封隔器，属油气井井下作业工具技术领域。

背景技术：

封隔器是在井筒中把不同的油层、水层分隔开并承受一定压差的井下工具。在承受管柱重力或借助液压力等轴向载荷时，胶筒受挤压膨胀变形，贴合套管，在芯轴与套管之间形成密封空间，封隔油套环空，以满足隔绝产层、采油要求。

封隔器具有承压级别高、悬挂能力强、密封能力好、拓展性强等特点，其广泛应用于、固井、测试、完井中，在西北地区有很大的市场需求。但是西北地区井况环境复杂，内部压力较大，存在很大风险。目前的永久式封隔器结构复杂，芯轴需与上端密封筒、下端下接头连接后，再配坐封工具一起入井，不仅装配困难，而且内部也存在脱扣的风险，无法察觉；又由于封隔器内部结构不具有整体性，压力在接口处可能发生泄漏，降低了封隔器坐封可靠性。因此，有必要对其进行改进。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于：提供一种结构紧凑、装配方便、制造简单，有效降低芯轴接口压力泄露、脱扣的风险，保证封隔器坐封可靠性，还能提高封隔器载荷安全系数的一体式芯轴的封隔器。

本实用新型的技术方案是：

一种一体式芯轴的封隔器，它由中心管、上卡瓦、下卡瓦、锁定机构、密封机构构成；其特征在于：中心管的圆周上呈上下状分别装有上卡瓦和下卡瓦，上卡瓦和下卡瓦之间的中心管上设置有密封机构，密封机构分别与上卡瓦和下卡瓦接触连接，下卡瓦下方的中心管上设置有锁定机构，锁定机构与下卡瓦接触连接。

所述的中心管的圆周上间隔状分别设置有传压通孔a和传压通孔b，传压通孔a和传压通孔b与中心管的内部连通。

所述的密封机构由胶筒、上锥体、下锥体和密封组件构成，胶筒的两端分别装有密封组件，胶筒的上方设置有上锥体，胶筒的下方设置有下锥体，上锥体和下锥体分别与胶筒两端的密封组件接触连接，胶筒套装在中心管上。

所述的上锥体和下锥体分别通过剪切销钉a与中心管连接。

所述的密封组件由外背圈、内背圈和挡圈构成，挡圈外侧设置有内背圈，内背圈分别与挡圈和胶筒接触连接，内背圈上通过卷皮销装有外背圈，挡圈套装在胶筒的外圆上。

所述的胶筒与中心管之间设置有胶筒内背圈，胶筒内背圈上装有o形密封圈。

所述的锁定机构由上活塞套、下活塞套、挡环、挡圈组件、锁环、锁环座、c形挡环和挡环套构成，上活塞套的一端螺纹安装有挡环，上活塞套的另一端螺纹安装有下活塞套，上活塞套、下活塞套和挡环分别套装在中心管上，上活塞套与中心管之间设置有挡圈组件，下活塞套与中心管之间设置有锁环座，锁环座与中心管接触连接，锁环座与下活塞套之间设置有锁环，锁环座一端延伸至下活塞套外侧，延伸至下活塞套外侧的锁环座上通过螺栓安装有挡环套，挡环套与中心管之间设置有c形挡环。

所述的下活塞套通过剪切销钉b与锁环座连接。

所述的挡圈组件由内挡圈和外挡圈构成，内挡圈与外挡圈之间螺纹连接，外挡圈分别与上活塞套和中心管之间设置有o形密封圈。

所述的锁环为c字形，锁环的内壁和外圆上均设置有单向锯齿螺纹，锁环分别与锁环座和下活塞套啮合连接。

本实用新型的有益效果：

该一体式芯轴的封隔器结构紧凑、装配方便，工作中，通过中心管与密封机构和锁定机构配合能与坐封工具直接连接，有效降低中心管接口出现压力泄露、脱扣的风险，保证封隔器坐封可靠性，该封隔器的上卡瓦和下卡瓦齿尖方向相反，可承受双向载荷，有效保证了封隔器坐封后无位移，提高了封隔器载荷安全系数，同时该封隔器制造简单、成本低，这样能有效解决目前因封隔器结构复杂、装配困难导致工作效率降低的问题，非常适合油气井井下作业。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1中a处放大的结构示意图；

图3为图1中b处放大的结构示意图；

图4为图1中c处放大的结构示意图；

图5为本实用新型工作状态的结构示意图；

图6为图5中d处放大的结构示意图；

图7为图5中e处放大的结构示意图；

图8为图5中f处放大的结构示意图。

图中：1、中心管，2、上卡瓦，3、下卡瓦，4、锁定机构，4-1、上活塞套，4-2、下活塞套，4-3、挡环，4-4、锁环，4-5、锁环座，4-6、c形挡环，4-7、挡环套，4-8、内挡圈，4-9、外挡圈，4-10、剪切销钉b，5、密封机构，5-1、胶筒，5-2、上锥体，5-3、下锥体，5-4、胶筒内背圈，5-5、外背圈，5-6、内背圈，5-7、挡圈，5-8、剪切销钉a，6、传压通孔a，7、传压通孔b，8、套管。

具体实施方式

该一体式芯轴的封隔器由中心管1、上卡瓦2、下卡瓦3、锁定机构4、密封机构5构成；中心管1的圆周上呈上下状分别套装有上卡瓦2和下卡瓦3，上卡瓦2和下卡瓦3的齿尖方向相反，中心管1的圆周上设置有限位凸台，限位凸台对上卡瓦2形成限位状态，工作中，通过上卡瓦2和下卡瓦3与套管8的配合使得中心管1能承受双向载荷。

中心管1的圆周上间隔状分别设置有传压通孔a6和传压通孔b7，传压通孔a6和传压通孔b7与中心管1的内部连通，传压通孔a6和传压通孔b7的作用是有效的将中心管1内部的液体压力传递至中心管1外部。

上卡瓦2和下卡瓦3之间的中心管1上设置有密封机构5，密封机构5由胶筒5-1、上锥体5-2、下锥体5-3和密封组件构成，胶筒5-1套装在中心管1上，胶筒5-1与中心管1之间设置有胶筒内背圈5-4，胶筒内背圈5-4上装有o形密封圈，目的是：能有效保证中心管1与胶筒5-1之间的密封性。

胶筒5-1的两端分别装有密封组件，密封组件由外背圈5-5、内背圈5-6和挡圈5-7构成，挡圈5-7套装在胶筒5-1的外圆上，挡圈5-7外侧设置有内背圈5-6，内背圈5-6分别与挡圈5-7和胶筒5-1接触连接，内背圈5-6上通过卷皮销装有外背圈5-5。

胶筒5-1的上方设置有上锥体5-2，胶筒5-1的下方设置有下锥体5-3，上锥体5-2和下锥体5-3分别与胶筒5-1两端的外背圈5-5接触连接，上锥体5-2和下锥体5-3分别通过剪切销钉a5-8与中心管1连接，工作中，通过上锥体5-2和下锥体5-3的配合能对胶筒5-1、外背圈5-5、内背圈5-6和挡圈5-7形成限位状态。

密封机构5的上锥体5-2与上卡瓦2接触连接，密封机构5的下锥体5-3与下卡瓦3接触连接。

下卡瓦3下方的中心管1上设置有锁定机构4，锁定机构4由上活塞套4-1、下活塞套4-2、挡环4-3、锁环4-4、锁环座4-5、c形挡环4-6、挡环套4-7和挡圈组件构成，上活塞套4-1、下活塞套4-2和挡环4-3分别套装在中心管1上，上活塞套4-1的一端螺纹安装有挡环4-3，锁定机构4的挡环4-3与下卡瓦3接触连接，挡环4-3与中心管1和上活塞套4-1之间设置有o形密封圈，上活塞套4-1与中心管1之间设置有挡圈组件，挡圈组件由内挡圈4-8和外挡圈4-9构成，内挡圈4-8与外挡圈4-9之间螺纹连接，中心管1上设置有限位凸台，限位凸台对内挡圈4-8形成限位状态，外挡圈4-9分别与上活塞套4-1和中心管1之间设置有o形密封圈，通过内挡圈4-8、外挡圈4-9、挡环4-3和中心管1的配合形成有一个活塞腔，由于中心管1上设置有传压通孔a6，传压通孔a6与活塞腔连通。工作中，中心管1内部压力通过传压通孔a6传递至活塞腔内。

上活塞套4-1的另一端螺纹安装有下活塞套4-2，活塞套内壁上设置有螺纹，下活塞套4-2与中心管1之间设置有o形密封圈，下活塞套4-2内侧有锁环座4-5，锁环座4-5外圆上设置有螺纹，锁环座4-5与中心管1接触连接，锁环座4-5分别与中心管1和下活塞套4-2之间设置有o形密封圈，通过下活塞套4-2、锁环座4-5和中心管1的配合形成有一个工作腔，由于中心管1上设置有传压通孔b7，传压通孔b7与工作腔连通，工作中，中心管1内部的液体压力通过传压通孔b7传递至工作腔内。

下活塞套4-2通过剪切销钉b4-10与锁环座4-5连接，锁环座4-5与下活塞套4-2之间设置有锁环4-4，锁环4-4为c字形，锁环4-4的内、外端均有单向锯齿螺纹，锁环4-4的内端锯齿螺纹与锁环座4-5外圆上的螺纹相啮合；锁环4-4的外端锯齿螺纹与下活塞套4-2内壁上的螺纹相啮合。

锁环座4-5一端延伸至下活塞套4-2外侧，延伸至下活塞套4-2外侧的锁环座4-5上通过螺栓安装有挡环套4-7，挡环套4-7与中心管1之间设置有c形挡环4-6，中心管1上设置有限位凸台，限位凸台对c形挡环4-6形成限位，从而通过c形挡环4-6和挡环套4-7的配合对锁环座4-5形成限位状态。

上活塞套4-1上设置有泄压孔，通过上活塞套4-1、外挡圈4-9、中心管1和下活塞套4-2的配合形成一个泄压腔，泄压腔与泄压孔连通，工作中，泄压腔内部的压力能从泄压孔释放出来。

该一体式芯轴的封隔器首先与坐封工具连接，然后在其下端螺纹安装坐封球座，该封隔器连接完成后，整体通过钻杆/油管运输，并下入到预定位置，封隔器下入到预定位置后，投球到管柱中的坐封球座内，球与球座形成密封，保持油管压力，中心管1的内部压力传递至锁定机构4，锁定机构4对密封机构5的胶筒5-1进行挤压，使胶筒5-1与套管8接触，胶筒5-1受挤压的同时上、下卡瓦3也在慢慢靠近套管8，当压力达到坐封压力后，胶筒5-1胀开紧贴套管8内壁，卡瓦最大限度咬合在套管8壁，完成封隔器坐封，实现上下环空隔离。

具体为：

当球与球座形成密封时，保持油管压力，中心管1的内部压力逐步增大，并通过传压通孔a6传递至上活塞套4-1和中心管1配合形成的活塞腔内，此为第一级活塞，通过传压通孔b7传递至下活塞套4-2和中心管1配合形成的工作腔内，此为第二级活塞，采用双活塞坐封，能有效提高坐封吨位的同时有效降低了坐封压力。

继续向油管泵压，随着中心管1的压力逐步增大，活塞腔和工作腔的体积也逐渐变大，使下活塞套4-2与锁环座4-5之间的剪切销钉b4-10被剪断，在这一过程中挡环4-3、上活塞套4-1、下活塞套4-2和锁环4-4在双重活塞力的作用下产生向上运动，通过挡环4-3对下卡瓦3产生一个推力，下卡瓦3又将这个力向上传递给下锥体5-3。

当下椎体受到下卡瓦3的力大于下椎体与中心管1之间剪切销钉a5-8的剪切值时，剪切销钉a5-8被剪断，下椎体产生向上的运动，通过下椎体与上锥体5-2的配合对胶筒5-1形成一个挤压状态，使胶筒5-1、外背圈5-5和内背圈5-6与套管8内壁接触，继续油管泵压，使上锥体5-2与中心管1之间剪切销钉a5-8被剪断，上锥体5-2产生向上运动，在这一过程中，通过上锥体5-2和下椎体的配合，推动上卡瓦2和下卡瓦3逐步靠近套管8的内壁，当压力达到坐封压力后，胶筒5-1胀开紧贴套管8内壁，卡瓦最大限度咬合在套管8壁，由于锁环4-4为c字形，锁环4-4的内、外端均有单向锯齿螺纹，在坐封过程中会沿着运动方向弹开，坐封完成后，锁环4-4会在自身弹力的作用下收缩，并在锁环座4-5外圆上形成锁定状态，使该封隔器坐封力一直保持有效状态，即完成封隔器坐封，实现上下环空隔离。

该封隔器结构紧凑、装配方便，由于中心管1为一体式芯轴，能与坐封工具直接连接，有效降低中心管1接口出现压力泄露、脱扣的风险，保证封隔器坐封可靠性，在需要传递扭矩时，也不用担心存在脱扣的风险；该封隔器的上卡瓦2和下卡瓦3齿尖方向相反，可承受双向载荷，有效保证了封隔器坐封后无位移，提高了封隔器载荷安全系数，同时该封隔器制造简单、成本低，这样能有效解决目前因封隔器结构复杂、装配困难导致工作效率降低的问题，非常适合油气井井下作业。