專利名稱：用于機(jī)械座封可收回的封隔器的彈簧激勵碎屑屏障的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域是用于可收回的井下工具的碎屑屏障，特別是用于 機(jī)械座封封隔器的碎屑屏障。
背景技術(shù)：
封隔器用于在井下隔離不同區(qū)域。 一些封隔器制成為在座封于井 中之后在以后的某個時間取出，該時間可以是相當(dāng)長的時間段。這些 封隔器稱為可收回的。它們通常的特征是由錐體促動的滑動件，該錐 體在滑動件下面運(yùn)動，以便使它們沿徑向移動出去以對封隔器支承。 密封元件組件處于上部和底部滑動件之間。為了收回該封隔器，楔入 滑動組件中的錐體必須從滑動件下面退回，該錐體在以前抵靠管形件 楔入。通常，在機(jī)械座封封隔器上，心軸通過油管柱的旋轉(zhuǎn)來操作， 這樣，它將錐體從上部滑動組件的下面拉出，以便能夠在封隔器伸出 時使密封元件放松，這樣，它能夠被拉出。
可收回的封隔器可以通過施加使活塞運(yùn)動的壓力而進(jìn)行壓力座 封，該活塞使得滑動件的錐體一起向外運(yùn)動，同時壓縮密封元件。機(jī) 械座封封隔器通常具有摩擦塊，該摩擦塊是彈簧激勵部件，以便當(dāng)與 心軸連接的油管柱被操縱旋轉(zhuǎn)時暫時對封隔器外殼體支承。 一種類型 使用j形狹槽，這樣，當(dāng)外殼體支承在摩擦塊上時，油管可以轉(zhuǎn)動和 向下設(shè)置，且施加在心軸上的油管柱重量座封封隔器。
過去，已經(jīng)認(rèn)識到壓力座封可收回的封隔器需要在上部滑動件上
面的碎屑屏障。在USP 6302217和6112811中提出的方案包括在滑動 斜面上的橡膠環(huán)，這樣，當(dāng)增壓活塞使得封隔器部件運(yùn)動時，靠在相 應(yīng)斜面上的上部滑動件將橡膠環(huán)向外推動，并抵靠周圍的管使它楔入 間隙中(在它到達(dá)滑動斜面頂部之后)。在一種變化形式中，碎屑屏障首先保持在滑動組件上面和下面的槽中，并設(shè)置滑動件，且增壓活塞 將迫使碎屑屏障環(huán)離開它在槽中的操作，并沿滑動斜面向上，在該滑 動斜面處，希望它抵靠周圍的管形件楔入。
盡管該設(shè)計(jì)看起來在書面上解決了問題，但是它有很多實(shí)際限制。 直接壓迫環(huán)以便使它擴(kuò)大直徑和向上運(yùn)動至傾斜斜面上將遇到多個問
題。環(huán)在它的直徑擴(kuò)大時可能繞它的周邊中心線滾轉(zhuǎn)。當(dāng)發(fā)生這種情
況時，它將不均勻地沿斜面向上運(yùn)動，從而留下小于360的保護(hù)，還 可能在抵靠周圍管形件楔入之前破裂。這種楔入作用的另一問題是碎 屑屏障可能受到足以將它擠出的楔入力，這也可能導(dǎo)致撕裂。當(dāng)環(huán)依 靠滑動運(yùn)動來使它向外傾斜時，沿斜面的任意故障都可能導(dǎo)致環(huán)件起 到滑動組件沿斜面向上運(yùn)動的制動器的作用。因此，不能獲得最佳抓 握，且該座封的封隔器可能失去該抓握。
盡管碎屑屏障被提供在依靠驅(qū)動座封活塞(setting piston)來促 動滑動件和密封元件的壓力座封封隔器中，但是這樣的屏障不能用于 設(shè)計(jì)成可收回的機(jī)械座封封隔器。本發(fā)明通過可以對現(xiàn)有機(jī)械座封可 收回的封隔器簡單改進(jìn)的設(shè)計(jì)來在這種封隔器中解決該需要。該設(shè)計(jì) 使得碎屑屏障與滑動組件間隔開，并使它在封隔器座封時保持激勵。 屏障退回以便插入，并可以在封隔器座封時很容易地伸出以便橋接該 間隙到周圍管形件上。本領(lǐng)域技術(shù)人員通過閱讀對優(yōu)選實(shí)施例的說明 和附圖可以更容易地了解本疼明的這些和其它特征，從而認(rèn)識到本發(fā) 明的全部范圍在附加權(quán)利要求中表示。

發(fā)明內(nèi)容
一種用于可收回的機(jī)械座封封隔器的碎屑屏障保持退回以便插 入。它保持與上部滑動件間隔開，并使用彈簧偏壓，當(dāng)封隔器座封時， 該彈簧偏壓作用在滑動件上以便使它們保持激勵，還將屏障激勵至伸 出位置，以便將碎屑保持在上部滑動件之外。優(yōu)選是，碎屑屏障是套 筒，該套筒通過座封過程而軸向壓縮，以便增加直徑，并橫跨在封隔 器心軸和設(shè)置的上部滑動件之間的間隙。當(dāng)上部滑動件通過封隔器心軸的旋轉(zhuǎn)和拾起力而被^破壞時，能夠通過使碎屑屏障退回而取回封隔 器。沒有碎屑屏障將阻止封隔器在井孔中的取回，在該井孔中存在碎 屑，且碎屑具有環(huán)繞上部滑動件沉積的趨勢，更重要的是沉積在上部 滑動件的下面的趨勢。


圖l表示了操作就位的碎屑屏障； 圖2表示了處于座封位置的碎屑屏障； 圖3是整個封隔器的布局，其中碎屑屏障表示操作就位； 圖4是圖3中處于座封位置的視圖；以及 圖5是圖4中處于釋放位置的視圖。
具體實(shí)施例方式
假定機(jī)械座封封隔器領(lǐng)域的技術(shù)人員熟悉它的主要部件，且這些 部件在圖3-5中表示。通常，這樣的封隔器具有外殼體，該外殼體通 過摩擦塊11而暫時支承在井孔中，該摩擦塊11是卡在周圍管上的裝 有彈簧的突塊，其對心軸10提供暫時支承，該心軸10與頂部短節(jié)(sub) 12連接，并由油管柱(未示出)來支承，該油管柱連接在螺紋14處， 并沿井孔繼續(xù)向.上至地面。通常，在外殼體和心軸IO之間有某些類型 的j形狹槽機(jī)構(gòu)，這些j永狹槽機(jī)構(gòu)使得心軸IO相對于由摩擦塊支承 的外殼體進(jìn)行操縱。該心軸操縱通過油管柱的旋轉(zhuǎn)而從地面進(jìn)行。
在現(xiàn)有設(shè)計(jì)中，彈簧16將在一端支承在頂部短節(jié)12上，并支承 在滑動組件18上，如圖2中所示。心軸10的旋轉(zhuǎn)操縱將使得頂部短 節(jié)12更靠近靜止摩擦塊，以便相對于上部滑動組件18壓縮彈簧16， 且在該過程中還設(shè)置位于該上部滑動組件18下面的底部滑動件13和 密封元件15。盡管有變化形式，但是上述部件和座封現(xiàn)有的機(jī)械座封 封隔器的方式都相對緊密地追隨上述步驟。最后，在心軸10上放下的 重量使得滑動件能夠?qū)嚎s的密封元件抵靠周圍的管保持推出，同時 彈簧16抵靠頂部短節(jié)12壓縮。在這樣的設(shè)置運(yùn)動過程中，心軸10
6將自動跟隨進(jìn)入J形狹槽中的設(shè)置位置，從而使得封隔器在消除壓縮
時仍然保持座封。釋放包括心軸10的旋轉(zhuǎn)和拾起頂部短節(jié)12，以便 使得彈簧16變松，并抓住滑動組件18向上拉動，以便使得滑動斜面 從上部滑動件的下面出來，這樣，封隔器密封元件和底部滑動件將伸 出，且封隔器可以取出。
本發(fā)明通過增加在螺紋22處固定在頂部短節(jié)12上的環(huán)20而改變 了現(xiàn)有的機(jī)械座封封隔器設(shè)計(jì)。底部環(huán)24具有底部凸肩26，彈簧16 支承在該凸肩26上。為了插入，底部環(huán)24相對于頂部短節(jié)12的位置 通過剪切銷28來保持。優(yōu)選地，碎屑屏障30為套管，其具有分別由 環(huán)20和24保持的保持端部32和34。在頂部短節(jié)12上設(shè)置的重量將 在剪切銷28斷裂時封閉間隙36。當(dāng)發(fā)生這種情況時，在環(huán)20由于設(shè) 置的重量而向下運(yùn)動時，在封隔器進(jìn)行座封時變得更加壓縮的彈簧16 將向上推動環(huán)24。當(dāng)碎屑屏障30的端部32和34相向運(yùn)動，并通過 彈簧16的作用而彼此相向偏壓時，碎屑屏障30塌縮(collapse )。如 圖1中所示，屏障30可以有一個或多個折疊部，與波紋管類似，以便 減小它的塌縮阻力，并引導(dǎo)它的徑向運(yùn)動，以便橋接至周圍管的間隙， 這樣，它可以用作碎屑屏障。開口 38可以布置在屏障30中，以便防 止液體鎖定(當(dāng)環(huán)形容積40充滿不可壓縮流體時)。這也防止碎屑屏 障形成任何類型的環(huán)形密封。理想的是，當(dāng)封隔器插入時，容積40 將有處于大氣壓的空氣，不過，它也可以預(yù)充裝有處于壓力下的可壓 縮流體，并通過剪切銷28而保持在圖1的退回位置，這也不脫離本發(fā) 明。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道，現(xiàn)有的機(jī)械座封可收回的封隔器可以 通過使碎屑屏障進(jìn)行很小的變化而進(jìn)行改進(jìn)，從而使它們在將支承件 從上部滑動組件下面拉出時更容易釋放。碎屑屏障與滑動組件間隔開， 且優(yōu)選是利用波紋管作用來徑向膨脹，盡管其它形狀也可以考慮。屏 障通過封隔器座封而保持處于偏壓力作用下。屏障可以選擇為由彈性 材料制成的實(shí)心環(huán)，或者它可以是實(shí)心或有內(nèi)部空隙的分層組件。彈 簧16包括多種類型的機(jī)械彈簧以及可選和等效的結(jié)構(gòu)(這些結(jié)構(gòu)依賴 于壓縮可壓縮氣體或者施加增壓流體，以便選擇地使碎屑屏障保持在上面的說明舉例介紹了優(yōu)選實(shí)施例和各種可選形式，且并不是體 現(xiàn)本發(fā)明的最大范圍，本發(fā)明的范圍由后面的權(quán)利要求來確定，并在 字面上和等效性上合適地給出了它們的完整范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于井下使用的封隔器，其包括心軸，該心軸支承密封元件和至少一個滑動件；環(huán)繞所述心軸的外殼體，其包括用于接合井底的支承件，在所述心軸和所述外殼體之間發(fā)生相對運(yùn)動時，所述密封元件和滑動件在徑向上伸出；碎屑屏障，該碎屑屏障由所述心軸支承，并通過所述相對運(yùn)動而被促動。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的封隔器，其中所述碎屑屏障被朝向徑向伸出位置偏壓。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的封隔器，其中所述碎屑屏障選擇性地保持在退回位置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的封隔器，其中所述碎屑屏障包括柔性套筒。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的封隔器，其中所述套筒包括至少一個折疊部。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的封隔器，其中所述套筒的所述端部由第一和第二環(huán)抓取。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的封隔器，其中所述第一環(huán)最初通過可破裂的部件而保持在所述心軸上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的封隔器，其中在所述套筒上的所述偏壓作用在所述第一環(huán)上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的封隔器，其中在所述套筒上的所述偏壓作用在所述滑動件上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的封隔器，其中在所述外殼和所述心軸之間的所述相對運(yùn)動使得最初保持所述第一環(huán)的所述部件破裂，以便使得所述第 一環(huán)被朝向第二環(huán)偏壓。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的封隔器，其中所述第一環(huán)朝著所述第二環(huán)的運(yùn)動使得所述套筒沿所述折疊部塌縮。
12. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的封隔器，其中所述套筒包括開口。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的封隔器，其中所述開口位于所述折疊部和所述滑動件之間。
14. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的封隔器，其中所述套筒限定了環(huán)繞所述心軸的容積，所述容積裝有可壓縮流體。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的封隔器，其中所述可壓縮流體在基本大氣壓下處于所述容積中。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的封隔器，其中所述可壓縮流體在一壓力下處于所述容積中，該壓力足夠高，以便在井筒中徑向向外推動所述套筒。
17. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的封隔器，其中所述偏壓沿軸向方向，并由至少一個彈簧產(chǎn)生。
18. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的封隔器，其中所述可破裂的部件包括至少一個剪切銷。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的封隔器，其中所述碎屑屏障包括環(huán)，該環(huán)首先抵靠所述心軸，并通過所述相對運(yùn)動而被軸向壓縮以便徑向延伸。
20. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的封隔器，其中所述碎屑屏障與所述滑動件間隔開。
全文摘要
一種用于可收回的機(jī)械座封封隔器的碎屑屏障(30)保持退回以便插入。它保持與上部滑動件(18)間隔開，并使用彈簧偏壓(16)，當(dāng)封隔器座封時，該彈簧偏壓作用在滑動件上以便使它們保持激勵，還將屏障激勵至伸出位置，以便將碎屑在上部滑動件(18)之外。優(yōu)選是，碎屑屏障(30)是套筒，該套筒通過座封步驟而軸向壓縮，以便增加直徑，并橫跨在封隔器心軸(10)和該座封上部滑動件(18)之間的間隙。當(dāng)上部滑動件(18)通過封隔器心軸(10)的旋轉(zhuǎn)和拾起力而被破壞時，能夠通過使碎屑屏障(30)退回而取回封隔器。沒有碎屑屏障(30)將阻止封隔器在井孔中的取回，在該井孔中存在碎屑，且碎屑有環(huán)繞上部滑動件沉積的趨勢，更重要的是沉積在上部滑動件(18)的下面。
文檔編號E21B33/129GK101542068SQ200780043240
公開日2009年9月23日 申請日期2007年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月21日
發(fā)明者E·J·科薩, R·拉米雷斯 申請人:貝克休斯公司