本發(fā)明涉及一種石油天然氣行業(yè)采油工程使用的防井噴封隔器。

背景技術(shù)：

在石油天然氣行業(yè)，封隔器是油田用于試油、采油、注水和油層改造過(guò)程中不可或缺的井下工具。在采油工程中封隔器用于產(chǎn)層分層，封隔器內(nèi)部設(shè)計(jì)有采油通道，外部有封隔元件，主要為密封膠筒，封隔器具有坐封和解封的功能。通常封隔器為適應(yīng)不同井下工況，設(shè)計(jì)有一定參數(shù)范圍的密封壓力，然而在采油過(guò)程中，井下情況是復(fù)雜多變的，尤其在注水驅(qū)油等采油方式下，水井內(nèi)壓力普遍高于油井，容易誘發(fā)井噴、井涌等情況發(fā)生。而當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重的井涌、井噴等異常情況時(shí)，僅僅具備正常生產(chǎn)功能使用的封隔器是不具備封堵井涌、井噴的密封能力的。雖然井口安裝有防噴設(shè)備，但是在井下發(fā)生劇烈的井涌異?，F(xiàn)象時(shí)，該異?，F(xiàn)象通過(guò)介質(zhì)將井下信息傳遞到井口需要一定的時(shí)間，這種信號(hào)延遲可能造成巨大的安全事故和經(jīng)濟(jì)損失。因此，當(dāng)發(fā)生井涌等異常情況時(shí)，封隔器可以在井下產(chǎn)層實(shí)現(xiàn)密封油氣產(chǎn)層，有效實(shí)現(xiàn)井下防噴封堵，是對(duì)生產(chǎn)安全的有力保證。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：為了解決油氣產(chǎn)層封隔和井下防噴的問(wèn)題，特提供一種防井噴封隔器。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種防井噴封隔器，是由上接頭、鎖定筒、鎖定芯軸、鎖定鋼球、滑銷、鎖定彈簧、推筒、上隔環(huán)、連接筒、油封芯軸、密封膠筒、下隔環(huán)、錨爪、蓋板、錨定筒、增壓活塞、復(fù)位彈簧、密封芯軸、密封鋼球、球座和下接頭構(gòu)成；其結(jié)構(gòu)特征是：上接頭上端和上部管柱絲扣連接，下接頭下端和下部鉆柱絲扣連接；上接頭外圓下部設(shè)置為臺(tái)階軸；鎖定筒上部周向均勻設(shè)置三個(gè)過(guò)流孔，鎖定筒中部周向均勻設(shè)置三個(gè)通孔，鎖定筒下部設(shè)置一銷子孔，鎖定筒內(nèi)腔下部設(shè)置一圈臺(tái)階面；鎖定芯軸外圓上部設(shè)置一圈梯形截面凹槽，鎖定芯軸外圓中部設(shè)置一圈滑槽，滑槽設(shè)置有相鄰的長(zhǎng)行程槽和短行程槽，鎖定芯軸外圓下部設(shè)置一圈臺(tái)階面；鎖定芯軸置入鎖定筒內(nèi)腔，鎖定彈簧安裝在鎖定筒內(nèi)腔下部的臺(tái)階面上，鎖定芯軸外圓下部的臺(tái)階面壓緊鎖定彈簧；滑銷一端固定在鎖定筒下部的銷子孔內(nèi)，滑銷另一端置入鎖定芯軸外圓中部的滑槽內(nèi)；鎖定鋼球安裝在鎖定筒中部的三個(gè)通孔內(nèi)，鎖定鋼球有一部分進(jìn)入鎖定芯軸外圓上部的梯形截面凹槽內(nèi)，鎖定鋼球的球徑大于鎖定筒中部的壁厚；鎖定筒上端和上接頭內(nèi)腔下端絲扣連接；推筒內(nèi)腔上部臺(tái)階孔插入上接頭外圓下部臺(tái)階軸，推筒內(nèi)腔中部設(shè)置一圈梯形截面凹槽；連接筒中部周向均勻設(shè)置兩個(gè)通孔，連接筒上端和鎖定筒下端絲扣連接，連接筒下端和錨定筒上端絲扣連接；密封膠筒上端和上隔環(huán)硫化固定，密封膠筒下端和下隔環(huán)硫化固定；上隔環(huán)、密封膠筒和下隔環(huán)整體套在連接筒外圓上；油封芯軸外圓上端設(shè)置一圈凸起臺(tái)階，油封芯軸外圓下端設(shè)置一圈凸起臺(tái)階，油封芯軸置入連接筒和和錨定筒的內(nèi)腔，油封芯軸外圓和連接筒與錨定筒內(nèi)腔形成的環(huán)形腔室內(nèi)充滿液壓油；錨定筒內(nèi)腔中部設(shè)置一圈臺(tái)階面，錨定筒上部周向均勻設(shè)置三組臺(tái)階通孔，任意一組臺(tái)階通孔軸向布置數(shù)量為兩個(gè)；錨爪外端面中部設(shè)置有徑向凹槽，錨爪外端面設(shè)置有錨定齒；錨爪安裝錨定筒上部的三組臺(tái)階通孔內(nèi)，蓋板用螺釘固定在錨定筒外圓上，蓋板穿過(guò)錨爪外端面中部的徑向凹槽；密封芯軸上部周向均勻設(shè)置三個(gè)通孔，密封芯軸外圓下部設(shè)置為臺(tái)階軸，密封芯軸內(nèi)腔下部設(shè)置有圓錐面；密封芯軸上端和油封芯軸下端絲扣連接，密封芯軸下端和球座絲扣連接；增壓活塞內(nèi)腔下端設(shè)置一圈凸起臺(tái)階，復(fù)位彈簧安裝在增壓活塞內(nèi)腔下端凸起臺(tái)階上；增壓活塞和復(fù)位彈簧整體套入密封芯軸上部外圓，增壓活塞上端密封錨定筒內(nèi)腔下部和油封芯軸外圓下端凸起臺(tái)階形成的環(huán)形腔，增壓活塞下端凸起臺(tái)階密封錨定筒內(nèi)腔下部和密封芯軸外圓上部形成的環(huán)形腔；下接頭中部周向均勻設(shè)置兩個(gè)通孔，下接頭內(nèi)腔下部設(shè)置一圈凸起臺(tái)階面；球座上端面中心設(shè)置有球面，球座周向均勻設(shè)置四個(gè)軸向通孔連通球座上端面和下端面；下接頭上端和錨定筒下端絲扣連接，球座安裝在下接頭內(nèi)腔下部的凸起臺(tái)階面上，密封鋼球安裝在球座上端面中心的球面上。

本發(fā)明的有益效果是：(1)本發(fā)明采用管柱內(nèi)注入液體的方式進(jìn)行坐封和解封，控制方便簡(jiǎn)單；(2)本發(fā)明在發(fā)生井噴的情況下，管柱內(nèi)部和井眼環(huán)空自動(dòng)實(shí)現(xiàn)封堵，防止井噴危害；(3)本發(fā)明管內(nèi)采用自緊式密封，井噴壓力越大，密封鋼球密封性越好；(4)本發(fā)明在發(fā)生井噴的情況下，在增壓活塞的增壓作用下，油封芯軸外圓和連接筒與錨定筒內(nèi)腔形成的環(huán)形腔室內(nèi)的液壓油壓力高于井下井噴流體壓力，使密封膠筒有效徑向膨脹，保障有效封堵井噴流體；(5)本發(fā)明油封芯軸外圓和連接筒與錨定筒內(nèi)腔形成的環(huán)形腔室內(nèi)的液壓油壓力高于井下井噴流體壓力，使錨爪有效張開(kāi)，井噴壓力越大，錨定效果越好，使本發(fā)明安全有效地固定在井下，降低管柱滑移的風(fēng)險(xiǎn)；(6)本發(fā)明具備常規(guī)封隔器的功能，并能有效防治井噴危害，有效實(shí)現(xiàn)超高壓井噴密封；(7)本發(fā)明純機(jī)械結(jié)構(gòu)，適應(yīng)井下惡劣工況，安全可靠。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一種防井噴封隔器解封狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一種防井噴封隔器坐封狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明一種防井噴封隔器井噴封堵?tīng)顟B(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是鎖定芯軸的三維結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1.上接頭、2.鎖定筒、3.鎖定芯軸、4.鎖定鋼球、5.滑銷、6.鎖定彈簧、7.推筒、8.上隔環(huán)、9.連接筒、10.油封芯軸、11.密封膠筒、12.下隔環(huán)、13.錨爪、14.蓋板、15.錨定筒、16.增壓活塞、17.復(fù)位彈簧、18.密封芯軸、19.密封鋼球、20.球座、21.下接頭。

具體實(shí)施方式

如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明一種防井噴封隔器，是由上接頭1、鎖定筒2、鎖定芯軸3、鎖定鋼球4、滑銷5、鎖定彈簧6、推筒7、上隔環(huán)8、連接筒9、油封芯軸10、密封膠筒11、下隔環(huán)12、錨爪13、蓋板14、錨定筒15、增壓活塞16、復(fù)位彈簧17、密封芯軸18、密封鋼球19、球座20和下接頭21構(gòu)成；其結(jié)構(gòu)特征是：上接頭1上端和上部管柱絲扣連接，下接頭21下端和下部鉆柱絲扣連接；上接頭1外圓下部設(shè)置為臺(tái)階軸；鎖定筒2上部周向均勻設(shè)置三個(gè)過(guò)流孔，鎖定筒2中部周向均勻設(shè)置三個(gè)通孔，鎖定筒2下部設(shè)置一銷子孔，鎖定筒2內(nèi)腔下部設(shè)置一圈臺(tái)階面；鎖定芯軸3置入鎖定筒2內(nèi)腔，鎖定彈簧6安裝在鎖定筒2內(nèi)腔下部的臺(tái)階面上，鎖定芯軸3外圓下部的臺(tái)階面壓緊鎖定彈簧6；滑銷5一端固定在鎖定筒2下部的銷子孔內(nèi)，滑銷5另一端置入鎖定芯軸3外圓中部的滑槽內(nèi)；三個(gè)鎖定鋼球4分別安裝在鎖定筒2中部的三個(gè)通孔內(nèi)，鎖定鋼球4有一部分進(jìn)入鎖定芯軸3外圓上部的梯形截面凹槽內(nèi)，鎖定鋼球4的球徑大于鎖定筒2中部的壁厚；鎖定筒2上端和上接頭1內(nèi)腔下端絲扣連接；推筒7內(nèi)腔上部臺(tái)階孔插入上接頭1外圓下部臺(tái)階軸，推筒7內(nèi)腔中部設(shè)置一圈梯形截面凹槽；連接筒9中部周向均勻設(shè)置兩個(gè)通孔，連接筒9上端和鎖定筒2下端絲扣連接，連接筒9下端和錨定筒15上端絲扣連接；密封膠筒11上端和上隔環(huán)8硫化固定，密封膠筒11下端和下隔環(huán)12硫化固定；上隔環(huán)8、密封膠筒11和下隔環(huán)12整體套在連接筒9外圓上；油封芯軸10外圓上端設(shè)置一圈凸起臺(tái)階，油封芯軸10外圓下端設(shè)置一圈凸起臺(tái)階，油封芯軸10置入連接筒9和和錨定筒15的內(nèi)腔，油封芯軸10外圓和連接筒9與錨定筒15內(nèi)腔形成的環(huán)形腔室內(nèi)充滿液壓油；錨定筒15內(nèi)腔中部設(shè)置一圈臺(tái)階面，錨定筒15上部周向均勻設(shè)置三組臺(tái)階通孔，任意一組臺(tái)階通孔軸向布置數(shù)量為兩個(gè)；錨爪13外端面中部設(shè)置有徑向凹槽，錨爪13外端面設(shè)置有錨定齒；錨爪13安裝錨定筒15上部的三組臺(tái)階通孔內(nèi)，蓋板14用螺釘固定在錨定筒15外圓上，蓋板14穿過(guò)錨爪13外端面中部的徑向凹槽；密封芯軸18上部周向均勻設(shè)置三個(gè)通孔，密封芯軸18外圓下部設(shè)置為臺(tái)階軸，密封芯軸18內(nèi)腔下部設(shè)置有圓錐面；密封芯軸18上端和油封芯軸10下端絲扣連接，密封芯軸18下端和球座20絲扣連接；增壓活塞16內(nèi)腔下端設(shè)置一圈凸起臺(tái)階，復(fù)位彈簧17安裝在增壓活塞16內(nèi)腔下端凸起臺(tái)階上；增壓活塞16和復(fù)位彈簧17整體套入密封芯軸18上部外圓，增壓活塞16上端密封錨定筒15內(nèi)腔下部和油封芯軸10外圓下端凸起臺(tái)階形成的環(huán)形腔，增壓活塞16下端凸起臺(tái)階密封錨定筒15內(nèi)腔下部和密封芯軸18外圓上部形成的環(huán)形腔；下接頭21中部周向均勻設(shè)置兩個(gè)通孔，下接頭21內(nèi)腔下部設(shè)置一圈凸起臺(tái)階面；球座20上端面中心設(shè)置有球面，球座20周向均勻設(shè)置四個(gè)軸向通孔連通球座20上端面和下端面；下接頭21上端和錨定筒15下端絲扣連接，球座20安裝在下接頭21內(nèi)腔下部的凸起臺(tái)階面上，密封鋼球19安裝在球座20上端面中心的球面上。

如圖4所示，鎖定芯軸3外圓上部設(shè)置一圈梯形截面凹槽，鎖定芯軸3外圓中部設(shè)置一圈滑槽，滑槽設(shè)置有相鄰的長(zhǎng)行程槽和短行程槽，鎖定芯軸3外圓下部設(shè)置一圈臺(tái)階面。

本發(fā)明一種防井噴封隔器的工作原理是：下入本發(fā)明至設(shè)計(jì)井身位置，此時(shí)本發(fā)明的狀態(tài)如圖1所示，在井口向管柱內(nèi)泵入大流量的流體，泵入流體通過(guò)鎖定筒2上部三個(gè)過(guò)流孔進(jìn)入推筒7上部臺(tái)階孔，推動(dòng)推筒7軸向下移，推筒7推動(dòng)上隔環(huán)8壓縮密封膠筒11，密封膠筒11軸向壓縮，徑向鼓脹，當(dāng)推筒7內(nèi)腔的梯形截面凹槽運(yùn)動(dòng)至鎖定鋼球4位置處時(shí)，鎖定芯軸3被泵入流體軸向下推，鎖定鋼球4一部分滾入推筒7內(nèi)腔的梯形截面凹槽內(nèi)，井口減小泵入流體的流量，鎖定芯軸3在鎖定彈簧6的作用下軸向上移，由于鎖定芯軸3外圓中部滑槽的限位作用，滑銷5進(jìn)入鎖定芯軸3外圓中部滑槽的短行程槽內(nèi)，這時(shí)本發(fā)明的坐封狀態(tài)被鎖定，本發(fā)明完成坐封動(dòng)作，如圖2所示；重復(fù)上述操作，井口泵入大流量流體，再減小泵入流體的流量，滑銷5進(jìn)入鎖定芯軸3外圓中部滑槽的長(zhǎng)行程槽內(nèi)，推筒7在壓縮膠筒11的回復(fù)力作用下，軸向上移，鎖定鋼球4一部分滾入鎖定芯軸3外圓的梯形截面凹槽內(nèi)，膠筒恢復(fù)形狀，本發(fā)明解封動(dòng)作完成，如圖1所示；在發(fā)生井噴的異常情況下，密封鋼球19在高壓井噴流體的作用下軸向上移，密封鋼球19和密封芯軸19內(nèi)腔下部的圓錐面貼合，形成自緊式密封，有效封堵管柱內(nèi)井噴流體，管柱外井噴流體經(jīng)過(guò)下接頭21中部的兩個(gè)通孔進(jìn)入下接頭21內(nèi)腔和密封芯軸19外圓形成環(huán)形腔，井噴流體推動(dòng)增壓活塞16軸向上移，增壓活塞16壓縮上部油封芯軸10外圓和連接筒9與錨定筒15內(nèi)腔形成的環(huán)形腔室內(nèi)的液壓油，液壓油撐開(kāi)密封膠筒11封堵環(huán)空，液壓油撐開(kāi)錨爪13錨定井壁，由于增壓活塞16下端面積大于上端面積，故液壓油壓力始終大于井噴流體壓力，保證密封膠筒11始終有效封堵環(huán)空。