一种井下作业用金属封隔器及方法技术

本发明专利技术涉及一种井下作业用金属封隔器及方法。其技术方案是：上接头的外壁连接密封钢套，上椎体密封活塞安装在所述中心管与密封钢套之间的环空，上椎体密封活塞的中下部外侧通过座封剪钉与锁簧套连接，锁簧套内安设锁簧；所述上椎体密封活塞的底部为锥形头，通过锥形头与金属密封工作组合件接触配合，所述金属密封工作组合件的下部与下椎体接触配合，下椎体的内壁通过下椎体复合密封圈与中心管密封。有益效果是：本发明专利技术性能可靠，可耐450度以上的高温，由于采用了开口式的层叠结构，也就是采用金属密封工作组合件，克服了现有技术的膨胀幅度小的问题，也克服了现有的橡胶材料或者金属与橡胶材料结合的封隔器存在的问题。

A metal packer for downhole operation and its method

The present invention relates to a metal packer for downhole operation and a method. The technical scheme is: on the outer wall of joints sealed steel sleeve, vertebral body sealing piston installation and sealing ring set between the empty steel tube in the center, in the lower part of the sealing piston on the lateral vertebral body through sealing shear pin connected with the lock sleeve, lock sleeve installed in the lock; the sealing piston on the vertebral body the conical bottom head, the conical head and metal sealing assembly contact with the lower part of the metal sealing assembly and the lower vertebral body with inner wall of vertebral body through the vertebral body under the composite sealing ring and sealing tube center. The beneficial effect of the invention is: reliable performance, can withstand high temperatures above 450 degrees, due to the layered structure of open type, is the use of metal working combined seal, overcomes the problem of small amplitude expansion of existing technology, overcomes the shortcomings of existing packer with the existing rubber material or metal and rubber materials. The problem.

【技术实现步骤摘要】
一种井下作业用金属封隔器及方法
本专利技术涉及一种井下作业装置及方法，特别涉及一种井下作业用金属封隔器及方法。
技术介绍
在油气田开发领域，封隔器是实施分层采油、分层注水、分层压裂、酸化或机械卡堵等井下注采工艺的重要元器件，封隔器具体是指具有弹性密封元件，并借此封隔各种尺寸管柱与井眼之间以及管柱之间环形空间，并隔绝产层，以控制产(注)液，保护套管的井下工具。在采油工程中封隔器用来分层，封隔器上设计有采油通道，坐封时，活塞套上行，采油通道被打开;坐封后，上层压力作用在平衡活塞上，向上推胶筒，使解封销钉免受剪切力;解封时，靠胶筒与套管的摩擦力剪断解封销钉，活塞套下行，关闭采油通道。大部分的封隔器密封筒一般由弹性复合材料制备而成，可分为强制型、自封型和复合型等。强制型中的压缩式封隔器是最为普遍的一种，如Y341、K344、Y211及Y221等型号的封隔器，主要由上下接头、胶筒密封机构、座封机构组成，它的密封工作原理是：封隔器下井到预定位置后，通过上提下放管柱使座封机构的卡瓦咬合在套管内壁上形成支撑，同时在管柱的重力作用下，上接头推动胶筒压缩，使胶筒的直径变大，从而封隔油套环形空间。通过对胶筒的两端挤压使其变形成对油套环形空间的密封，但压力过大时，胶筒的压缩量更大，极易使其损坏。而且封隔器胶筒的使用工况是非常复杂和苛刻的：高压、高温、处于油介质中、同时还受到硫化氢、蒸汽、酸等的侵蚀。在这样的环境中，弹性体复合材料将会发生油溶胀、老化、过度交联等现象，导致材料的硬度上升、强度下降、弹性下降、抗裂口增长能力也明显降低。因此容易在单次使用时就产生早期破坏，导致密封失败。在油气田开发中，油气井的开采深度越来越深，随着油气井深度的增加，封隔器胶筒的工作环境温度、压力也随之增加，化学腐蚀性也越强，因此，就对封隔器的胶筒提出了适应上述恶劣工况的更高要求。中国专利公开号CNI356452A，专利名称为《高温热采封隔器》，其公开了一种金属强制密封结构，它性能可靠，可耐450℃高温，但由于起密封作用的是胀头胀开金属波纹管，使其紧贴套管内壁达到密封作用，而金属波纹管胀开前处于折叠状，其存在的问题是：管壁不可能做的很厚，胀头的直径必须接近被密封的套管内径，故膨胀幅度小，不适合内壁粗糙，尺寸精度差的套管。中国专利公开号CN103015943A，专利名称为《一种封隔器金属密封机构》，由圆筒、胀头和压力弹簧组成。圆筒内孔的一段呈圆台孔，在圆筒的外圆柱面上，制有两组数量相同、平行于轴线.沿圆周均匀分布的缝隙，一组缝隙从圆筒的圆台孔下底面向上底面延伸；另一组缝隙中的每一条缝隙都分别位于前一组相邻两缝隙的正中，并从距圆筒的圆台孔下底面一定距离起，向圆筒的另一端面延伸。胀头为带中心孔的圆台体。在圆筒的内孔中，设置有压力弹簧。通过胀头与圆筒的楔入式配合，使金属圆筒的外圆柱直径胀大，对油套环空起到牢固、严密的封隔作用。密封机构采用了金属材料，其耐温、耐压和耐腐蚀能力都显著超过普通封隔器上的胶筒密封，特别适合高温、高压油气井。但是其仍然存在的问题是：对圆筒的要求很高，而且圆筒与胀头的配合容易因为出现落物而造成无法卡紧的问题，进而造成无法实现封隔的问题，还有一个问题是膨胀幅度小，难以满足现场要求。中国专利公开号CN206299367U，专利名称为《一种金属密封封隔器》，包括上接头、保径筒、膨胀管和下接头；所述膨胀管的上下两端分别与上接头和下接头相连接；所述膨胀管由位于中部的厚壁段以及对称设置在厚壁段上下两侧的两个薄壁段组成，厚壁段与薄壁段为一体式结构，厚壁段的壁厚大于薄壁段壁厚；所述保径筒共有两个，分别滑动安装在所述膨胀管的两个薄壁段；所述膨胀管的厚壁段上还设置有辅助橡胶密封圈。该金属密封封隔器以金属膨胀密封为主、橡胶密封为辅，密封段膨胀率高，管柱入井风险小，坐封后耐压差能力强、密封时间长，抗高温性能好，适用范围广，能够减小作业成本，降低作业风险。但是其存在的问题是：由于采用金属结合橡胶进行密封，所以，仍然没有彻底解决橡胶密封存在的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种井下作业用金属封隔器及方法，不仅解决了耐高温、耐腐蚀和耐压的问题，而且避免了出现落物而无法卡紧的问题。本专利技术提到的一种井下作业用金属封隔器，其技术方案是：包括上接头（1）、密封钢圈（2）、密封钢套（3）、复合式双向密封圈（4）、上椎体密封活塞（5）、锁簧套（6）、锁簧（7）、上椎体复合密封圈（8）、金属密封工作组合件（9）、下椎体（10）、下椎体复合密封圈（11）、解封剪钉（12）、防松钉（13）、下接头（14）、中心管（15）、座封剪钉（16），所述中心管（15）的上端与上接头（1）连接，上接头（1）的外壁连接密封钢套（3），上椎体密封活塞（5）安装在所述中心管（15）与密封钢套（3）之间的环空，上椎体密封活塞（5）的中下部外侧通过座封剪钉（16）与锁簧套（6）连接，锁簧套（6）内安设锁簧（7）；所述上椎体密封活塞（5）的底部为锥形头，通过锥形头与金属密封工作组合件（9）接触配合，所述金属密封工作组合件（9）的下部与下椎体（10）接触配合，下椎体（10）的内壁通过下椎体复合密封圈（11）与中心管（15）密封，且在下椎体（10）的外壁设有解封剪钉（12）和防松钉（13），下椎体（10）通过防松钉（13）和螺纹与下接头（14）连接，通过解封剪钉（12）与中心管（15）连接。优选的，上述金属密封工作组合件（9）包括三组或三组以上的开口密封工作环，在开口密封工作环的一侧设有凸起，另一侧设有凹槽，从而实现同步移动。优选的，上述金属密封工作组合件（9）包括九组金属制成的开口密封工作环，其中，第一组开口密封工作环的外壁截面为锥形结构，在第一组开口密封工作环的下侧设有第一连接凸起，第二组开口密封工作环的外壁截面为直角梯形，且直角梯形的上表面设有第二连接凹槽，与第一组开口密封工作环的连接凸起配合，直角梯形的下表面设有第二连接凸起，第三组开口密封工作环的外壁截面为带缺角的环形结构，且上表面设第三连接凹槽，下表面设有第三连接凸起；第四开口密封工作环、第五开口密封工作环、第六开口密封工作环分别采用标准圆环；第七开口密封工作环与第三开口密封工作环的结构相同，安装方向相反；第八开口密封工作环与第二开口密封工作环的结构相同，安装方向相反；第九开口密封工作环与第一开口密封工作环的结构相同，安装方向相反。优选的，上述第三组开口密封工作环、第四开口密封工作环、第五开口密封工作环、第六开口密封工作环和第第七开口密封工作环的内径相同；第二组开口密封工作环和第八开口密封工作环的内径相同，且大于第四开口密封工作环的内径；所述第一组开口密封工作环与第九开口密封工作环的内径相同，且大于第二组开口密封工作环的内径。优选的，九组开口密封工作环采用金属环制成。优选的，上述锁簧套（6）的上端与密封钢套（3）连接，且锁簧套（6）内的锁簧（7）设有马牙台阶，通过马牙台阶与上椎体密封活塞（5）外壁的马牙纹配合，使上椎体密封活塞（5）固定在相应位置。优选的，上述中心管（15）与下椎体（10）之间设有解封剪钉（12），下接头（14）与下椎体（10）之间设有防松钉（13），且所述中心管（15）与下接头（14）之间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种井下作业用金属封隔器，其特征是：包括上接头（1）、密封钢圈（2）、密封钢套（3）、复合式双向密封圈（4）、上椎体密封活塞（5）、锁簧套（6）、锁簧（7）、上椎体复合密封圈（8）、金属密封工作组合件（9）、下椎体（10）、下椎体复合密封圈（11）、解封剪钉（12）、防松钉（13）、下接头（14）、中心管（15）、座封剪钉（16），所述中心管（15）的上端与上接头（1）连接，上接头（1）的外壁连接密封钢套（3），上椎体密封活塞（5）安装在所述中心管（15）与密封钢套（3）之间的环空，上椎体密封活塞（5）的中下部外侧通过座封剪钉（16）与锁簧套（6）连接，锁簧套（6）内安设锁簧（7）；所述上椎体密封活塞（5）的底部为锥形头，通过锥形头与金属密封工作组合件（9）接触配合，所述金属密封工作组合件（9）的下部与下椎体（10）接触配合，下椎体（10）的内壁通过下椎体复合密封圈（11）与中心管（15）密封，且在下椎体（10）的外壁设有解封剪钉（12）和防松钉（13），下椎体（10）通过防松钉（13）和螺纹与下接头（14）连接，通过解封剪钉（12）与中心管（15）连接。

【技术特征摘要】
1.一种井下作业用金属封隔器，其特征是：包括上接头（1）、密封钢圈（2）、密封钢套（3）、复合式双向密封圈（4）、上椎体密封活塞（5）、锁簧套（6）、锁簧（7）、上椎体复合密封圈（8）、金属密封工作组合件（9）、下椎体（10）、下椎体复合密封圈（11）、解封剪钉（12）、防松钉（13）、下接头（14）、中心管（15）、座封剪钉（16），所述中心管（15）的上端与上接头（1）连接，上接头（1）的外壁连接密封钢套（3），上椎体密封活塞（5）安装在所述中心管（15）与密封钢套（3）之间的环空，上椎体密封活塞（5）的中下部外侧通过座封剪钉（16）与锁簧套（6）连接，锁簧套（6）内安设锁簧（7）；所述上椎体密封活塞（5）的底部为锥形头，通过锥形头与金属密封工作组合件（9）接触配合，所述金属密封工作组合件（9）的下部与下椎体（10）接触配合，下椎体（10）的内壁通过下椎体复合密封圈（11）与中心管（15）密封，且在下椎体（10）的外壁设有解封剪钉（12）和防松钉（13），下椎体（10）通过防松钉（13）和螺纹与下接头（14）连接，通过解封剪钉（12）与中心管（15）连接。2.根据权利要求1所述的井下作业用金属封隔器，其特征是：所述金属密封工作组合件（9）包括三组或三组以上的开口密封工作环，在开口密封工作环的一侧设有凸起，另一侧设有凹槽，从而实现同步移动。3.根据权利要求2所述的井下作业用金属封隔器，其特征是：所述金属密封工作组合件（9）包括九组金属制成的开口密封工作环，其中，第一组开口密封工作环的外壁截面为锥形结构，在第一组开口密封工作环的下侧设有第一连接凸起，第二组开口密封工作环的外壁截面为直角梯形，且直角梯形的上表面设有第二连接凹槽，与第一组开口密封工作环的连接凸起配合，直角梯形的下表面设有第二连接凸起，第三组开口密封工作环的外壁截面为带缺角的环形结构，且上表面设第三连接凹槽，下表面设有第三连接凸起；第四开口密封工作环、第五开口密封工作环、第六开口密封工作环分别采用标准圆环；第七开口密封工作环与第三开口密封工作环的结构相同，...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡薇，苏佳，袁芳，肖英亮，徐洪源，李倩，张晓岩，姚佳何，郭洪波，霍建军，
申请(专利权)人：蔡薇，
类型：发明
国别省市：山东,37