双向多活塞液压高温高压封隔器的制作方法

本发明涉及封隔器设备，尤其涉及一种双向多活塞液压高温高压封隔器。

背景技术：

1、在油气井完井作业中，裸眼封隔器是实现层段隔离、分段压裂的关键井下工具。随着油气勘探开发向深层、超深层及复杂结构井方向发展，裸眼封隔器面临日益严苛的技术挑战。

2、传统裸眼封隔器大多采用单级坐封结构或各级胶筒同步坐封的方式，当封隔器中心管内部加压时，各级胶筒同时受力膨胀。然而由于井下工况复杂，各级胶筒与井壁的接触状态不一致，同步坐封容易导致部分胶筒压缩不充分、膨胀不均匀，整体密封性能难以保证。

3、在实际工作中，现有技术中虽有采用多个金属碗配合隔环实现坐封的设计，但坐封顺序控制精度仍有待提高仍然存在以下问题：

4、在井眼轨迹复杂的大斜度井和水平井中，封隔器胶筒与裸眼井壁的接触角度难以保证理想状态，容易因偏心接触或接触角度偏差导致密封失效，影响封隔效果和后续压裂作业的顺利进行，常规胶筒在轴向压缩坐封过程中，易因应力集中引发局部非均匀变形，导致密封面与裸眼井壁贴合不严密，显著降低密封可靠性。

5、裸眼井壁在高压作用下易发生形变，现有封隔器缺乏合理的载荷分担机制，胶筒易被挤压破损。在高压差环境下，胶筒受径向挤压易向中心管与裸眼井壁之间的环空间隙发生塑性流动或挤出，进而导致密封失效甚至胶筒结构损坏，虽然多级胶筒增加了密封面数量，但其有效密封间隙依然有限，难以满足大扩径率井段的密封需求。尤其在页岩气、致密砂岩等非常规油气资源开发中，水平井和大斜度井的井径扩径率往往较大且井壁不规则，传统封隔器胶筒难以在此类工况下实现有效密封，从而带来诸多不便。

6、因此本发明提供一种双向多活塞液压高温高压封隔器。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，提供一种能够实现分级有序坐封、密封接触角度自适应、抗挤出能力强且适用于高温高压及复杂井眼轨迹的裸眼封隔器。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种双向多活塞液压高温高压封隔器，包括芯轴，还包括；

3、上下接头，分别连接于所述芯轴的两端，用于连接上端和下端管柱；

4、活塞套，一端与所述接头连接，内部设置有密封面，另一端螺纹连接第一锁环；

5、上级坐封活塞，通过芯轴与所述活塞套设置的密封面形成面积差，所述上级坐封活塞上设置有锯齿螺纹，且所述上级坐封活塞通过剪切值较小的上端剪切销钉固定；

6、下级坐封活塞，通过芯轴与所述活塞套设置的密封面形成面积差，所述下级坐封活塞上设置有锯齿螺纹，端部设置有卡块槽，且所述下级坐封活塞通过下端剪切销钉固定；

7、卡块，设置于所述下级坐封活塞的卡块槽中，在所述启动活塞移出后失去束缚并脱离所述下级坐封活塞；将封隔器下入井内预定位置后，从芯轴内部施加液压压力，压力通过芯轴上对应上级坐封活塞位置开设的上传压孔传递至上级坐封活塞，由于上端剪切销钉的剪切值较小，上级坐封活塞首先在压力作用下被推动并向下移动，推动上端皮碗胶筒径向膨胀，完成上级皮碗胶筒的坐封，第一锁环与上级坐封活塞上设置的锯齿螺纹配合连接，第一锁环一侧切缝呈c型，可沿一个方向移动且反方向无法移动，在上级坐封活塞移动到位后将上级坐封活塞锁定，防止退封，继续向芯轴内部施加液压压力，压力通过芯轴上对应下级坐封活塞位置开设的下传压孔传递至下级坐封活塞，下级坐封活塞处设有启动活塞，当下级坐封活塞所受压力达到启动活塞的剪切销钉的剪切值时，该剪切销钉被剪断，启动活塞移出，设置于下级坐封活塞端部卡块槽中的卡块在启动活塞移出后失去束缚并脱离下级坐封活塞，下级坐封活塞功能启动，下级坐封活塞向上移动，推动下端皮碗胶筒径向膨胀，完成下级皮碗胶筒的坐封，下级坐封活塞上设置的锯齿螺纹与对应的第二锁环配合，第二锁环一侧切缝呈c型，可沿一个方向移动且反方向无法移动，在下级坐封活塞移动到位后将其锁定，防止退封。

8、作为一种优选的实施方式，所述芯轴上还设有上端皮碗胶筒、下端皮碗胶筒和中间胶筒，所述上端皮碗胶筒、下端皮碗胶筒和中间胶筒均同轴套设于所述芯轴上，所述中间胶筒的轴向长度大于所述上端皮碗胶筒和所述下端皮碗胶筒的轴向长度，所述中间胶筒的一端套设有下端一级活塞，所述下端一级活塞远离胶筒总成的一端安装有下端二级活塞；所述上下接头包括上接头和下接头，所述上接头位于胶筒总成的一端，所述下接头位于下端二级活塞远离下端一级活塞的一端。

9、作为一种优选的实施方式，所述芯轴上对应上级坐封活塞的位置开设有上传压孔，对应下级坐封活塞的位置开设有下传压孔；所述下级坐封活塞处设有启动活塞，压力达到设置值后其剪切销钉被剪断并移出；所述下级坐封活塞的锯齿螺纹配合连接有第二锁环，所述第一锁环和第二锁环一侧切缝均呈c型，可沿一个方向移动且反方向无法移动；所述中间胶筒与所述下端皮碗胶筒之间设有隔环，所述隔环上设有圆周均布孔位，且一端凸肩压住所述中间胶筒的凸肩，另一端设有坡度，所述隔环通过胶筒剪切销钉固定；所述皮碗胶筒外部设有背圈，一端为分瓣式切缝，另一端采用螺纹连接；所述上端剪切销钉的剪切值小于所述下端剪切销钉的剪切值，所述下端剪切销钉剪切值小于所述胶筒剪切销钉的剪切值。

10、作为一种优选的实施方式，所述芯轴内部压力通过所述上传压孔作用于所述上级坐封活塞，通过所述下传压孔作用于所述下级坐封活塞，所述封隔器坐封完成后，所述上端皮碗胶筒、所述下端皮碗胶筒、所述中间胶筒和所述背圈的外径均紧贴密封段位置内壁。

11、作为一种优选的实施方式，所述中间胶筒内部设有应力集中槽，所述中间胶筒两端外沿处均设有沿轴向延伸的凸肩；所述皮碗胶筒为金属橡胶复合式皮碗结构，具有单向密封功能，所述皮碗胶筒由骨架、钢丝和橡胶组成，其中一端设有坡度以配合端环角度；所述隔环的一端设有爬坡结构，所述爬坡结构用于在坐封过程中根据井眼轨迹动态调整密封接触角度；所述中间胶筒与所述皮碗胶筒均为橡胶材料硫化成型，所述隔环和所述背圈均为刚性结构。

12、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于，

13、通过设置有上接头、下接头和胶筒总成，完成上级皮碗胶筒的坐封，第一锁环与上级坐封活塞上设置的锯齿螺纹配合连接，第一锁环一侧切缝呈c型，可沿一个方向移动且反方向无法移动，在上级坐封活塞移动到位后将上级坐封活塞锁定，防止退封，继续向芯轴内部施加液压压力，压力通过芯轴上对应下级坐封活塞位置开设的下传压孔传递至下级坐封活塞，下级坐封活塞处设有启动活塞，当下级坐封活塞所受压力达到启动活塞的剪切销钉的剪切值时，该剪切销钉被剪断，在坐封过程中上端皮碗胶筒和下端皮碗胶筒受力向中间胶筒方向位移，隔环的坡度结构使隔环逐渐套设于中间胶筒外部，中间胶筒在受压后发生形变，反向挤压外部的皮碗胶筒和背圈，皮碗胶筒为金属橡胶复合式皮碗结构，由骨架、钢丝和橡胶组成，具有单向密封功能，其中一端设有坡度以配合端环角度，背圈一端为分瓣式切缝，另一端采用螺纹连接，套设于皮碗胶筒外部，中间胶筒的反向挤压作用将皮碗胶筒和背圈紧贴于密封段位置内壁，最终中间胶筒、上端皮碗胶筒、下端皮碗胶筒和背圈的外径均紧贴密封段位置内壁，形成多级密封；在坐封过程中，隔环的一端设置的爬坡结构根据井眼实际轨迹自动调整密封接触角度，使各级胶筒与裸眼井壁保持良好贴合，适应大斜度井或水平井的复杂工况，有效降低偏心接触导致的密封失效风险，多级胶筒共同承担密封载荷，配合背圈的抗挤出保护作用，有效提升封隔器的整体承压能力和抗挤毁性能，适用于高温高压井况，中间胶筒与皮碗胶筒均为橡胶材料硫化成型，隔环和背圈均为刚性结构，胶筒总成内部的芯轴为各级活塞提供安装基础，上下接头包括上接头和下接头，上接头位于胶筒总成的一端，下接头位于下端二级活塞远离下端一级活塞的一端，分别用于连接上端和下端管柱，完成封隔器在井下的整体安装。