一种MNR-J型封隔器

摘要

本实用新型公开了一种MNR‑J型封隔器，其依次由相互连接的胶筒机构、井下压力传递机构、机械卡瓦机构、摩擦块机构、换位机构、及下接头机构构成。在所述摩擦块机构与所述下接头机构之间还设置有换位机构。该封隔器通过换位机构实现坐封和解封操作，解决在深水井中扭力难以传递的问题、以及需要通过旋转管柱来实现封隔的难度和弊端。该封隔器在机械卡瓦机构、胶筒组件稳固坐封的基础上，通过水力锚机构实现进一步的坐封，并同时有效阻止封隔器坐封后受到井下较大压力而出现上窜的弊端，提高坐封的稳固性。而解封时通过换位机构快速实现解封操作，解决需要通过扭力传递实现解封的操作难度。

说明书

技术领域

本实用新型涉及井下封隔器技术领域，尤其涉及一种MNR-J型封隔器。

背景技术

封隔器连接于井下管柱之上，用于封隔油管与油气井套管的井下工具。当需要封隔油管与油气井套管时，连接封隔器于井下管柱之上，下到设计深度后外力驱动进行坐封，坐封完成后通过外力进行解封。

现有常规封隔器为通过右旋对管柱施加扭矩，换位凸耳解锁，并下压工具，压缩胶筒，坐封封隔器。在深水井中不能通过旋转管柱操作，在大位移下，将扭矩传递到井下操作工具非常困难。坐封成功率受到极大挑战。现有常规非旋转式封隔器，仅有下部机械卡瓦，防止工具下移，无防止工具上窜的水力锚卡瓦结构，且工具防坐距较短，容易意外坐封。工具性能相对薄弱，承压低。卡瓦齿易磨损，抓紧力小，容易造成工具窜动。

发明内容

针对上述存在的问题，本实用新型旨在提供一种MNR-J型封隔器，包括水力锚机构、胶筒机构、井下压力传递机构、机械卡瓦机构、摩擦块机构、换位机构等，其具有多级坐封方式，提高封隔器坐封的稳固性，并能有效适应于深水井中的坐封操作，同时能防止封隔器受井下压力上窜的问题。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：一种MNR-J型封隔器，所述封隔器依次由相互连接的胶筒机构、摩擦块机构、及下接头机构构成，其特征在于：在所述胶筒机构与摩擦块机构之间依次相互连接有井下压力传递机构及机械卡瓦机构，并在所述胶筒机构顶端还设置连接有水力锚机构、在所述摩擦块机构与所述下接头机构之间还设置有换位机构。

优选的，所述水力锚机构包括容积管，在所述容积管外壁套设有水力锚本体，所述水力锚本体外周面上沿周向和轴向间距开设有台阶穿孔，每个所述台阶穿孔内单向限位嵌入有水力锚卡瓦，在所述水力锚本体外周面上固定有对所有所述水力锚卡瓦限位的固定夹板，并在每个所述水力锚卡瓦内与所述水力锚本体内壁对应位置嵌入有弹性装置。

优选的，所述胶筒机构包括套设在所述容积管外壁并连接在所述水力锚本体底端的胶筒芯轴，在所述胶筒芯轴外壁从上往下依次套设有上通径规、胶筒组件、下通径规，在所述胶筒芯轴上开设有第一液体打压孔，并且所述胶筒芯轴内壁与所述容积管外壁之间预留有将所述第一液体打压孔与所述台阶穿孔贯通的第一打压间隙。

优选的，所述井下压力传递机构包括套设在所述胶筒芯轴上、并连接在所述下通径规底端的花键套，在初始状态下、所述花键套上开设有与所述第一液体打压孔上下依次错位的第二液体打压孔及腰形槽孔，并且所述花键套与所述胶筒芯轴外壁之间预留有将所述第二液体打压孔及腰形槽孔贯通的第二打压间隙。

优选的，在所述胶筒芯轴底端内壁连接有换位芯轴，所述机械卡瓦机构包括套设在所述换位芯轴上并连接在所述花键套底端的卡瓦滑套、卡瓦、卡瓦座，所述卡瓦座顶端设置有压制在所述卡瓦底端的卡瓦弹簧。

优选的，所述摩擦块机构包括套设在所述换位芯轴外壁且连接在所述卡瓦座底端的摩擦块套筒，所述摩擦块套筒外周套设有摩擦块，并在两者之间设置有摩擦块弹簧。

优选的，所述换位机构包括套设在所述换位芯轴外壁并连接在所述摩擦块套筒底端外壁的滑环护套，所述滑环护套内周面上嵌入有滑环，在所述滑环两侧与所述滑环护套之间设置有止推垫圈，所述滑环内朝向所述换位芯轴轴心方向嵌入有换位销，在所述滑环护套底端连接有抵挡在底侧所述止推垫圈上的挡套，在所述换位芯轴外壁设置有配合所述换位销沿轴向及周向连续滑动换位的换位结构。

优选的，所述换位结构为沿周向间距设置在所述换位芯轴外周面的长滑槽和短滑槽，相邻所述长滑槽和短滑槽底部通过设置V型换位槽连续贯通。

本实用新型的有益效果是：该封隔器通过换位机构实现坐封和解封操作，解决在深水井中扭力难以传递的问题、以及需要通过旋转管柱来实现封隔的难度和弊端。该封隔器在机械卡瓦机构、胶筒组件稳固坐封的基础上，同时通过水力锚机构有效阻止封隔器坐封后受到井下较大压力而出现上窜的弊端，提高坐封的稳固性。而解封时通过换位机构快速实现解封操作，解决需要通过扭力传递实现解封的操作难度。

附图说明

图1为本实用新型封隔器整体结构示意图。

图2为本实用新型图1中A处放大图。

图3为本实用新型图1中B处放大图。

图4为本实用新型图1中C处放大图。

图5为本实用新型图1中D处放大图。

图6为本实用新型图1中E处放大图。

图7为本实用新型图1中F处放大图。

图8为本实用新型换位结构平面示意图。

图9为本实用新型水力锚卡瓦立体结构图。

具体实施方式

为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的描述。

参照附图1～9所示的一种MNR-J型封隔器，所述封隔器依次由相互连接的胶筒机构、摩擦块机构、及下接头机构构成。该封隔器随管柱下至指定位置后，在摩擦块机构自身的摩擦力作用下紧贴井壁，使工具下到坐封位置时，外筒串相对于心轴串保持静止，为工具提供一个支点，为封隔器坐封提供支撑，然后通过胶筒机构实现封隔器的整体坐封。

为了实现封隔器稳固坐封，在所述胶筒机构与摩擦块机构之间连接有机械卡瓦机构，通过机械卡瓦机构进一步提高封隔器的坐封效果，防止胶筒组件坐封过程中工具下移。

由于井下环境(压力)的不确定性，避免对封隔器的坐封质量产生影响，在所述胶筒机构顶端还设置连接有水力锚机构、在所述胶筒机构与机械卡瓦机构之间连接有井下压力传递机构。其中，水力锚机构能有效防止井下压力过大而引起工具整体上窜的问题。而井下压力传递机构则辅助机械卡瓦机构实现有效坐封。

为了实现工具通过上提下放，在所述摩擦块机构与所述下接头机构之间还设置有换位机构。通过换位机构控制机械卡瓦机构、摩擦块机构与心轴串的相对位置，保证卡瓦下井状态不会爬上卡瓦滑套，处于收缩状态。

具体的，如图2所示，所述水力锚机构包括容积管2，在所述容积管2外壁套设有水力锚本体1，所述水力锚本体1外周面上沿周向和轴向间距开设有台阶穿孔101，每个所述台阶穿孔101内单向限位嵌入有水力锚卡瓦20，在所述水力锚本体1外周面上固定有对所有所述水力锚卡瓦20限位的固定夹板21，并在每个所述水力锚卡瓦20内与所述水力锚本体1内壁对应位置嵌入有弹性装置(优选的，其包括相互环套的弹簧22和水力锚小弹簧23，弹簧22同轴套装于水力锚小弹簧23外侧)较佳的，水力锚卡瓦20结构如图9所示，其中心开设有配合固定夹板21穿设的凹槽20a，凹槽20a底面上间距设置有放置弹性装置的第一盲孔20b。井底压力过大，在井底压力作用下，通过对水力锚卡瓦20底部施加外力，使其挤压弹性装置，进而使得固定夹板21配合在凹槽20a中，并使得水力锚卡瓦20外表面伸出固定夹板21外侧，进而紧贴在井壁上，水力锚卡瓦20外表面具有的第一钨钢块(图中20c所示)嵌入套管中，实现该水力锚机构的坐封作用，以克服井下压力过大而造成封隔器坐封后上窜的问题，来达到提高坐封效果的目的。

上述结构的作用原理为：常规状态下(下井过程中)，水力锚卡瓦20在弹簧22及水力锚小弹簧23弹力作用下，下端面紧贴于水力锚本体1的台阶穿孔101的孔端面(图中101a所示)，另一端面贴紧水力锚本体1端面(优选的水力锚本体1上设有弹簧22和水力锚小弹簧23紧贴的第二盲孔21a)。优选通过卡瓦螺钉24,将固定夹板21固定在水力锚本体1外周面上，此时水力锚卡瓦20受弹力平衡处于初始状态。当井下压力通过台阶穿孔101靠近容积管2外壁的底端进入到台阶穿孔101中，推动每个水力锚卡瓦20朝向水力锚本体1外侧移动，挤压弹簧22和水力锚小弹簧23，同时水力锚卡瓦20外表面伸出固定夹板21外侧，进而其上第一钨钢块嵌入井壁上，实现水力锚的固定，达到防止工具上窜的作用。

当解封时，双弹簧可保证水力锚卡瓦20在解封时具有受到足够大的弹力，利于水力锚卡瓦20收缩复位，脱离与井壁的接触至初始状态。

具体的，如图3所示，所述胶筒机构包括套设在所述容积管2外壁并连接在所述水力锚本体1底端的胶筒芯轴4，在所述胶筒芯轴4外壁从上往下依次套设有上通径规3a、胶筒组件(优选的包括上侧胶筒5a、中间胶筒6及下侧胶筒5b)、下通径规3b，在所述胶筒芯轴4上开设有第一液体打压孔102，并且所述胶筒芯轴4内壁与所述容积管2外壁之间预留有将所述第一液体打压孔102与所述台阶穿孔101贯通的第一打压间隙103。当井下压力通过第一液体打压孔102进入到第一打压间隙103中，并流通至台阶穿孔101中，实现水力锚卡瓦张开，嵌入套管的作用。而在外力推动作用下，通过上通径规3a及下通径规3b挤压胶筒组件而实现胶筒机构坐封的作用。

具体的，如图3-4所示，所述井下压力传递机构包括套设在所述胶筒芯轴4上、并连接在所述下通径规3b底端的花键套7(优选的，其与胶筒芯轴4为键与键槽滑动配合结构，与下通径规3b螺纹连接)，在初始状态下、所述花键套7上开设有与所述第一液体打压孔102上下依次错位的第二液体打压孔104及腰形槽孔105，并且所述花键套7与所述胶筒芯轴4外壁之间预留有将所述第二液体打压孔104及腰形槽孔105贯通的第二打压间隙106。当胶筒组件受上通径规3a及下通径规3b挤压坐封时，花键套7相对于胶筒芯轴4向上移动，使第二液体打压孔104与第一液体打压孔102对应贯通，在此状态下，井内的液体压力通过腰形槽孔105进入到第二打压间隙106中与通过第二液体打压孔104进入的液体压力贯通汇合，并同时通过第一液体打压孔102进入到第一打压间隙103中，并流通至台阶穿孔101中，实现上述水力锚机构的坐封防上窜作用。

具体的，如图4-5所示，在所述胶筒芯轴4底端内壁连接有换位芯轴8(优选为螺纹连接)，所述机械卡瓦机构包括套设在所述换位芯轴8上并连接在所述花键套7底端的卡瓦滑套9、卡瓦10、卡瓦座12，所述卡瓦座12顶端设置有压制在所述卡瓦10底端的卡瓦弹簧11(优选通过卡瓦螺钉24将其固定在卡瓦座12上)，其能避免在下井过程中卡瓦10自行张开坐封的弊端。坐封时，通过外力驱动卡瓦滑套9向下滑动，使得卡瓦10爬上卡瓦滑套9表面张开，同时卡瓦10克服卡瓦弹簧11的弹性压制力张开。

具体的，如图5-6所示，所述摩擦块机构包括套设在所述换位芯轴8外壁且连接在所述卡瓦座12底端的摩擦块套筒13(优选的两者为螺纹连接，并通过锁紧螺钉25进一步固定)，所述摩擦块套筒13外周套设有摩擦块27，并在两者之间设置有摩擦块弹簧26。封隔器通过管柱下至井内适当位置处后，通过摩擦块弹簧26通过弹力驱动摩擦块27摩擦紧贴在井壁上，对封隔器整体实现固定支撑作用，通过外力作用依次实现卡瓦10、胶筒组件、水力锚卡瓦20的坐封作用。

具体的，如图6所示，所述换位机构包括套设在所述换位芯轴8外壁并连接在所述摩擦块套筒13底端外壁的滑环护套14(优选为螺纹连接)，所述滑环护套14内周面上嵌入有滑环15，在所述滑环15两侧与所述滑环护套14之间设置有止推垫圈16，所述滑环15内朝向所述换位芯轴8轴心方向嵌入有换位销17，在所述滑环护套14底端连接(优选为螺纹连接)有抵挡在底侧所述止推垫圈16上的挡套18，在所述换位芯轴8外壁设置有配合所述换位销17沿轴向及周向连续滑动换位的换位结构。其中，优选的止推垫圈16套装于换位心轴8上，防止滑环15在转动过程中端面与滑环护套14内孔端面贴紧卡死。解封时，通过换位销17与换位结构的配合，实现水力锚机构、胶筒机构、机械卡瓦机构及摩擦块机构相对于换位心轴8于周向的扭力传递，而解除上述多个机构的坐封状态，实现解封。

具体的，如图8所示，所述换位结构为沿周向间距设置在所述换位芯轴8外周面的长滑槽8a和短滑槽8b，相邻所述长滑槽8a和短滑槽8b底部通过设置V型换位槽8c连续贯通。解封时，通过水力锚本体1整体上提封隔器，换位销17换位至长滑槽8a槽底位置，下压水力锚本体1，换位销17通过长滑槽8a底部与短滑槽8b底部相通的V型换位槽8c周向换位至短滑槽8b中，上提水力锚本体1，换位销17换位至短滑槽8b槽顶位置，实现周向扭力传递，此时解封，可将封隔器提出井外。

优选的，下接头机构包括螺纹连接在所述换位芯轴8底端的下接头19，其底部可优选的连接井下作业工具。

注：图中标号28-29为支撑密封、30-33为O型圈。

本实用新型的原理是：

1、坐封：封隔器整体随管柱下放至井内指定位置处，通过摩擦块弹簧26通过弹力驱动摩擦块27摩擦紧贴在井壁上，对封隔器整体实现支撑作用，接着上提水力锚本体1，换位销17运动至短滑槽8b槽底位置(优选的换位销17初始位置位于短滑槽8b内顶端)，下压水力锚本体1，换位销17换位至相邻侧的长滑槽8a中，继续下压水力锚本体1，换位销17朝向长滑槽8a顶端移动，此时，卡瓦10沿换位芯轴8外周面向上滑动张开并爬上卡瓦滑套9，卡瓦10上钨钢块10a嵌入井壁，封隔器此时完全固定，不能向下移动，继续下压水力锚本体1，胶筒组件在卡瓦滑套9限位的作用下压缩膨胀，封隔套管，胶筒组件膨胀坐封后，同时使得第一液体打压孔102与第二液体打压孔104对应，若此时井底压力过大，井内的液体压力通过腰形槽孔105进入到第二打压间隙106中与通过第二液体打压孔104进入的液体压力贯通汇合，并同时通过第一液体打压孔102进入到第一打压间隙103中，并流通至台阶穿孔101中，水力锚卡瓦20伸出水力锚本体外圆，嵌入套管，实现对水力锚卡瓦20的坐封作用实现防止工具上窜的作用，此时，实现封隔器的多处紧固坐封作用。

2、解封：需解封时，上提水力锚本体1，换位销17朝向长滑槽8a底端移动，第一液体打压孔102与第二液体打压孔104恢复初始错位状态，卡瓦10及水力锚卡瓦20依次在卡瓦弹簧11及弹性组件作用下收缩，解除坐封状态，继续下压水力锚本体1，换位销17换位至短滑槽8b槽顶位置，此时，可将工具提出井外。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。