半永久封隔器及其解封打捞工具的制作方法

1.本发明属于油田开发井下封隔器技术领域，特别是涉及一种半永久封隔器及其解封打捞工具，用于高温高压油气井完井。


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，上下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，胶筒会在完井坐封的基础上进一步压缩，由于中心管承受了较大活塞力，该活塞力会推动中心管上行。当封隔器承受上压力或中心管受到上推力时，中心管又会下行。中心管的上下反复运动，会对胶筒造成破坏。为了解决这一问题，惟其信石油机械(天津)有限公司申请了“一种带有中心管锁定装置的高压封隔器”(申请号202222545726.6)和“一种双锚定双锁定高压封隔器”(申请号202222547372.9)，这两种封隔器解决了中心管受高压差后反复上下移动的问题。
4.在高压封隔器的使用中还存在这样一个问题：可解封的高压封隔器在承受下部高压时，其下部解封剪环或剪钉受到了较大的剪切力，封隔器密封下腔的能力受到限制，为了承受下腔高压，一般还需要在封隔器的上部安装水力锚，这样的使用配置增加了成本和井下工具的复杂程度。而对于永久式封隔器，由于不能解封，从井下移除时需要通过钻铣作业来移除，钻铣作业的成本很高，还可能损坏套管。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，发明了一种半永久封隔器及其解封打捞工具，解决了目前可解封双锚定高压封隔器承下腔压力低和永久双锚定封隔器不能解封的问题。
6.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种半永久封隔器，包括自上而下顺次设置的上卡瓦锚定机构、胶筒密封机构、下卡瓦锚定机构、坐封机构，还包括设置在坐封机构以下的锁定与解封机构。
8.优选实施例之一，所述的锁定与解封机构是锁爪式锁定与解封机构，包括锁爪套、滑套二和锁定环；锁爪套套装下液缸套与下中心管之间的环空中并与下中心管螺纹连接，锁爪套下部轴向开槽形成弹性爪，在弹性爪内侧设置让位内环槽，在弹性爪下部外周设置锁定外螺纹；锁爪套内孔中同轴套装滑套二，滑套二上部径向设置剪钉二固定锁爪套与滑套二，锁爪套与滑套二下部相接触；下液缸套与下接头螺纹连接，在下液缸套与下接头之间的内孔中设置锁定环，锁定环设置锁定内螺纹，锁定内螺纹与锁定外螺纹形成锁定螺纹副二；在滑套二内壁设置解封台阶二。进一步地，于所述的滑套二外周设置外环槽并于外环槽
中设置锁簧二；在滑套二以上于锁爪套的内壁设置限位环槽二。
9.优选实施例之二，所述的锁定与解封机构是锁块式锁定与解封机构，包括锁块套、锁块和滑套一；锁块套套装下液缸套与下中心管之间的环空中并与下中心管螺纹连接，锁块套中部侧壁径向开孔，锁块安装在所述的开孔中，锁块套下部与下接头螺纹连接，滑套一同轴套装在锁块套的内孔中并置于下接头与下中心管之间，在锁块以上或以下径向设置剪钉一固定锁块套和滑套一，在滑套一外壁设置让位外凹槽，在滑套一内壁设置解封台阶一，锁块与下液缸套之间设置锁定螺纹副一相连接，锁块内壁与滑套一相接触。进一步地，在所述的滑套一外周上部开设外环槽并于外环槽中设置锁簧一，于滑套一以上部位在所述的锁块套内壁设置限位环槽一。
10.再进一步地，在所述的上卡瓦锚定机构以上设置中心管锁定机构。
11.半永久封隔器解封打捞工具，上接头、上中心管、中间接头、下中心管二和挡环依次螺纹连接；扶正环和上支撑套螺纹连接并一同套装在上中心管外，在上中心管外壁和上支撑套内壁相对设置键槽，传扭键安装在所述的键槽中；打捞爪套装在上支撑套外周，打捞爪轴向开槽形成弹性爪二，在弹性爪二的外壁设置打捞外螺纹与半永久封隔器上端的内螺纹相配合，上支撑套外周设置外凸棱，外凸棱嵌入打捞爪的轴向开槽中，打捞爪下端设置内倒角一，相应地，在上支撑套外周设置外倒角一，内倒角一与外倒角一共同形成上支撑倒角；上中心管外周于上支撑套以下设置上限位台阶；在中间接头以下于下中心管二外依次套装弹簧、解封爪和下支撑套；下中心管二外壁设置下限位台阶，解封爪设置相应的内悬挂台阶；解封爪设轴向开槽形成弹性解封爪，在弹性解封爪外壁设置解封外台阶，在弹性解封爪和下支撑套之间设置相配合的下支撑倒角；设置剪钉三固定下支撑套和下中心管二。进一步地，上支撑倒角和下支撑倒角均为25～60
°
。再进一步地，上支撑倒角和下支撑倒角均为30
°
。
12.与现有技术相比，本发明的优点在于：在原有的双锚定高压封隔器基础上，包括可解封封隔器和永久封隔器，在其下部于下接头和液缸坐封机构之间设置了锁定与解封机构。锁定与解封机构的设置，使本发明的双锚定高压封隔器具有了永久封隔器承下腔压力高的特性，当需要移除时，配套的解封打捞工具又可解封封隔器，使本发明的高压封隔器具有了可解封双锚定高压封隔器的特征，因此本发明的封隔器承压能力高，解封方便。
13.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
14.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。
15.图1是本发明一种半永久封隔器的结构示意图。
16.图2是图1的下部锁定与解封机构的结构放大图。
17.图3是封隔器下部锁定与解封机构的另一实施例的结构放大图。
18.图4是本发明一种半永久封隔器的另一结构示意图，封隔器上部设有中心管锁定机构，图中仅示出了封隔器的上部，其它部分与图1相同。
19.图5是半永久封隔器解封打捞工具结构示意图。
20.图中：1-下液缸套，2-下活塞，3-下中心管，4-锁块套，5-锁簧一，6-滑套一，7-剪钉一，8-锁块，9-下接头，10-限位槽一，11-锁定螺纹副一，12-让位外凹槽，13-解封台阶一，21-锁爪套，22-限位环槽二，23-剪钉二，24-锁簧二，25-滑套二，26-弹性爪，27-让位内环槽，28-锁定环，29-锁定螺纹副二，30-解封台阶二，51-上接头，52-扶正环，53-传扭键，54-打捞爪，55-上支撑套，56-上中心管，57-中间接头，58-弹簧，59-下中心管二，60-解封爪，61-下支撑套，62-剪钉三，63-挡环，64-内倒角一，65-外倒角一，66-外凸棱，67-上限位台阶，68-下支撑倒角，69-弹性爪二，70-下限位台阶，71-弹性解封爪，72-解封外台阶；
21.100-上卡瓦锚定机构，200-胶筒密封机构，300-下卡瓦锚定机构，400-坐封机构400，500-锁定与解封机构，600-中心管锁定机构。
具体实施方式
22.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，封隔器的左边为上，右边为下；从两端的连接螺纹来看，母螺纹端为上，公螺纹端为下。其它“左”、“右”、“高”、“低”，是以工具使用状态的位置关系叙述其相对关系。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。
23.图1所示是本发明的一种半永久封隔器的一个实施例，包括自上而下顺次设置的上卡瓦锚定机构100、胶筒密封机构200、下卡瓦锚定机构300和坐封机构400。图4所示的本发明的一种半永久封隔器的另一个实施例，除了图1所示的上述机构外，还包括中心管锁定机构600。上述机构是已知技术，参见中国专利，专利名称“一种耐高温高压封隔器”(申请号202011453193.8)、“一种带有中心管锁定装置的高压封隔器”(申请号202222545726.6)和“一种双锚定双锁定高压封隔器”(申请号202222547372.9)。上述已知技术的功能机构在下部描述中不再赘述。
24.除上述机构外，本发明的封隔器还包括设置在坐封机构以下的锁定与解封机构500，包括两套技术方案。
25.优选实施例一，参见图2所示，所述的锁定与解封机构是锁爪式锁定与解封机构，包括锁爪套21、滑套二25和锁定环28；锁爪套套装下液缸套1与下中心管3之间的环空中并与下中心管螺纹连接，锁爪套下部轴向开槽形成弹性爪26，在弹性爪内侧设置让位内环槽27，在弹性爪下部外周设置锁定外螺纹；锁爪套内孔中同轴套装滑套二25，滑套二上部径向设置剪钉二23固定锁爪套与滑套二，锁爪套与滑套二下部相接触；下液缸套与下接头9螺纹连接，在下液缸套与下接头之间的内孔中设置锁定环28，锁定环设置锁定内螺纹，锁定内螺纹与锁定外螺纹形成锁定螺纹副二29；在滑套二内壁设置解封台阶二30。使用解封打捞工具上提解封台阶二30，滑套二剪断剪钉二23，滑套二25上行且其下端进入让位内环槽27中，弹性爪26内部失去支撑，在上提力的作用下弹性爪径向收缩，锁定螺纹副二解除啮合，封隔器解封。
26.锁定螺纹副二和本技术中描述的锁定螺纹副一，以及打捞螺纹都是已知技术，可以是已知标准螺纹，也可以是特种设计的螺纹。为了方便封隔器解封，锁定螺纹副一和锁定螺纹副二的牙型角应大于60
°
，而以90
°
牙型角最好。在上提中心管解封封隔器时，大角度的牙型角的解封力更小。
27.进一步地，为了防止滑套二上行后再下行而影响封隔器解封，于所述的滑套二外周设置外环槽并于外环槽中设置锁簧二24；在滑套二以上于锁爪套的内壁设置限位环槽二22，锁簧二在上行到达限位环槽二后弹性伸张卡在限位环槽二中，防止了滑套二上行后再下行。
28.优选实施例二，参见图3，所述的锁定与解封机构是锁块式锁定与解封机构，包括锁块套4、锁块8和滑套一6；锁块套套装下液缸套1与下中心管3之间的环空中并与下中心管螺纹连接，锁块套中部侧壁径向开孔，锁块安装在所述的开孔中，锁块套下部与下接头9螺纹连接，滑套一同轴套装在锁块套的内孔中并置于下接头与下中心管之间，在锁块以上径向设置剪钉一7固定锁块套和滑套一，在滑套一外壁设置让位外凹槽12，在滑套一内壁设置解封台阶一13，锁块与下液缸套之间设置锁定螺纹副一11相连接，锁块内壁与滑套一相接触。
29.剪钉一7也可以设置在锁块以下位置，其作用与设置在锁块以上位置相同。
30.使用解封打捞工具上提解封台阶一13，滑套一剪断剪钉一，滑套一上行，让位外凹槽12完全进入锁块8位置，锁块内部失去支撑，在轴向力的作用下锁块径向向内移动，锁定螺纹副一螺纹失去连接，继续上提下中心管解封封隔器。
31.同样地，为了防止滑套一上行后再下行而影响封隔器解封，在所述的滑套一外周上部开设外环槽并于外环槽中设置锁簧一5，于滑套一以上部位在所述的锁块套内壁设置限位环槽一10。
32.图1和图4中，本发明封隔器的上部均带有挡砂胶筒，本发明的锁定与解封机构也同样适用于上部不带挡砂胶筒的双锚定高压封隔器。
33.半永久封隔器的上端螺纹设置内螺纹，该内螺纹可以是标准油管螺纹，也可以是其它已知技术螺纹，也可以是特种设计螺纹，用于封隔器下入井筒时连接坐封工具和解封封隔器时与打捞工具打捞外螺纹相啮合。
34.为了解封半永久封隔器，发明了半永久封隔器解封打捞工具，见图5所示，上接头51、上中心管56、中间接头57、下中心管二59和挡环63依次螺纹连接；扶正环52和上支撑套55螺纹连接并一同套装在上中心管外，在上中心管外壁和上支撑套内壁相对设置键槽，传扭键53安装在所述的键槽中；打捞爪54套装在上支撑套外周，打捞爪轴向开槽形成弹性爪二69，在弹性爪二的外壁设置打捞外螺纹与半永久封隔器上端的内螺纹相配合，上支撑套外周设置外凸棱66，外凸棱嵌入打捞爪的轴向开槽中用以传递扭矩，打捞爪下端设置内倒角一64，相应地，在上支撑套外周设置外倒角一65，内倒角一与外倒角一共同形成上支撑倒角。上中心管外周于上支撑套以下设置上限位台阶67；在中间接头以下于下中心管二外依次套装弹簧58、解封爪60和下支撑套61；下中心管二外壁设置下限位台阶70，解封爪设置相应的内悬挂台阶；解封爪设轴向开槽形成弹性解封爪71，在弹性解封爪外壁设置解封外台阶72，在弹性解封爪和下支撑套之间设置相配合的下支撑倒角68；设置剪钉三62固定下支撑套和下中心管二。在所述的上支撑倒角和下支撑倒角均为25～60
°
，最好是30
°
。
35.使用时，本发明的解封打捞工具用钻杆或油管送入半永久封隔器内，加压确认扶正环压在封隔器上端，打捞外螺纹与半永久封隔器上端的内螺纹啮合，解封爪的解封外台阶72穿过封隔器的解封台阶，然后上提解封打捞工具，解封外台阶72卡住解封台阶，继续上提解封打捞工具，剪断剪钉一或剪钉二，滑套上行，弹性爪或锁块失去内支撑，锁定螺纹副
失去啮合，封隔器下中心管与下液缸套解除锁定，继续上提解封打捞工具就可解封封隔器。如果封隔器解封遇阻，上提力超过剪钉三剪切力，此时剪钉三被剪断，下支撑套61下行，弹性解封爪径向收缩，解封外台阶72与封隔器的解封台阶脱开。再上提解封打捞工具，通过打捞外螺纹和封隔器的内螺纹大力上提封隔器中心管，可以辅以旋转管柱，解封封隔器。
36.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。