一种水力解锁开关及封隔器控制装置

摘要

本发明提供了一种水力解锁开关及封隔器控制装置，涉及地应力测试技术领域，为解决封隔器在钻孔中遇阻后提升的过程中易造成钻杆断裂或者发生安全事故的问题。所述水力解锁开关包括：上部连接筒、下部连接筒、滑动套筒、锁定件和高压水管路，滑动套筒套装于上部连接筒的外侧，滑动套筒的内侧壁与上部连接筒的外侧壁之间形成有高压水腔，高压水管路上的高压水出口与高压水腔连通；下部连接筒伸入上部连接筒的一端的外侧壁设置有锁定槽，上部连接筒的侧壁设置有通孔，锁定件穿过通孔，且一端与锁定槽抵接、另一端与滑动套筒的内侧壁抵接。所述水力解锁开关用于分离封隔器及其上部连接装置，以避免钻杆断裂或者发生安全事故。

权利要求

1.一种水力解锁开关，其特征在于，包括：上部连接筒、下部连接筒、滑动套筒、锁定件和高压水管路，其中，所述滑动套筒套装于所述上部连接筒的外侧，所述滑动套筒的内侧壁与所述上部连接筒的外侧壁之间形成有高压水腔，所述高压水腔位于所述滑动套筒远离所述下部连接筒的区域，所述高压水管路伸入所述上部连接筒的内部，所述高压水管路上设置有高压水出口，所述高压水出口与所述高压水腔连通；

所述下部连接筒的一端伸入所述上部连接筒，所述下部连接筒伸入所述上部连接筒的一端的外侧壁设置有锁定槽，所述上部连接筒的侧壁设置有通孔，所述锁定件穿过所述通孔且一端与所述锁定槽抵接、另一端与所述滑动套筒的内侧壁抵接，以将所述上部连接筒与所述下部连接筒连接；

还包括充水管路结构，所述充水管路结构包括第一充水管路和第二充水管路，所述第一充水管路伸入所述上部连接筒，所述第二充水管路伸入所述下部连接筒，所述第一充水管路与所述第二充水管路连通，所述第一充水管路与所述第二充水管路插接且插接处安装有第二密封圈。

2.根据权利要求1所述的水力解锁开关，其特征在于，所述滑动套筒的内侧壁设置有安装槽，所述安装槽内安装有第一密封圈，所述第一密封圈的内圈与所述上部连接筒接触。

3.根据权利要求1所述的水力解锁开关，其特征在于，所述滑动套筒上设置有贯穿其筒壁的压力平衡孔，所述压力平衡孔位于所述滑动套筒上靠近所述下部连接筒的一端。

4.根据权利要求1所述的水力解锁开关，其特征在于，所述第一充水管路与所述第二充水管路之间通过水路连接阀连通。

5.根据权利要求1所述的水力解锁开关，其特征在于，所述充水管路结构的数量为多个。

6.根据权利要求1所述的水力解锁开关，其特征在于，所述锁定件为滚珠。

7.根据权利要求6所述的水力解锁开关，其特征在于，所述通孔为碗状孔，所述通孔朝向所述滑动套筒的一端的直径大于所述通孔朝向所述下部连接筒的一端的直径。

8.一种封隔器控制装置，其特征在于，包括：提升杆，所述提升杆的一端与如权利要求

1－7任一项所述的水力解锁开关的一端相连，所述水力解锁开关的另一端用于与封隔器连接。

9.根据权利要求8所述的封隔器控制装置，其特征在于，所述水力解锁开关具有高压水管路和充水管路结构，所述提升杆与所述水力解锁开关之间连接有水路转换开关，所述水路转换开关分别与所述高压水管路和所述充水管路结构连接。

说明书

一种水力解锁开关及封隔器控制装置

技术领域

[0001] 本发明涉及地应力测试技术领域，尤其是涉及一种水力解锁开关及封隔器控制装置。

背景技术

[0002] 在进行深钻孔水力压裂地应力测量的过程中，需要使用跨接封隔器将钻孔的部分区域进行密封。具体地，封隔器通常包括两个橡胶筒和一个中间段，中间段连接于两个橡胶筒之间，当将封隔器下放到钻孔的待测量位置后，首先将两个橡胶筒向径向膨胀，从而使得两个橡胶筒的侧面与钻孔的侧壁接触，将中间段所在区域密封，以便于在中间段对应的钻孔区域进行水力压裂地应力测量。当测量过程结束后，卸载橡胶筒内压力并恢复初始状态，然后将封隔器提升并从钻孔中取出。

[0003] 当橡胶筒处于初始状态时，橡胶筒的外径小于钻孔内径，封隔器可沿钻孔自由移动，当橡胶筒处于膨胀状态时，橡胶筒的外侧紧密贴合钻孔的孔壁，以起到更好的密封效果。为提升封隔器的耐压能力，增加封隔器的使用次数，通常需降低橡胶筒的伸缩量，即减小处于初始状态时橡胶筒的外径与钻孔内径的差值。

[0004] 但是，由于处于初始状态时橡胶筒的外径与钻孔内径的差值较小，因此在施工过程中易出现封隔器在钻孔中遇阻无法提升的问题，例如钻孔壁小的掉块，易卡在封隔器与钻孔之间，使得封隔器无法提升。目前，遇到封隔器在钻孔中遇阻无法提升的问题时，通常的做法为破坏性强拉，即增加拉力以将封隔器拉出，但是这样容易造成连接于封隔器上方的钻杆断裂，且易发生安全事故。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种水力解锁开关，以解决现有技术中存在的封隔器在钻孔中遇阻后提升的过程中易造成钻杆断裂或者发生安全事故的技术问题。

[0006] 本发明提供的水力解锁开关，包括：上部连接筒、下部连接筒、滑动套筒、锁定件和高压水管路，其中，

[0007] 所述滑动套筒套装于所述上部连接筒的外侧，所述滑动套筒的内侧壁与所述上部连接筒的外侧壁之间形成有高压水腔，所述高压水腔位于所述滑动套筒远离所述下部连接筒的区域，所述高压水管路伸入所述上部连接筒的内部，所述高压水管路上设置有高压水出口，所述高压水出口与所述高压水腔连通；

[0008] 所述下部连接筒的一端伸入所述上部连接筒，所述下部连接筒伸入所述上部连接筒的一端的外侧壁设置有锁定槽，所述上部连接筒的侧壁设置有通孔，所述锁定件穿过所述通孔，且一端与所述锁定槽抵接、另一端与所述滑动套筒的内侧壁抵接，以将所述上部连接筒与所述下部连接筒连接。

[0009] 优选地，所述滑动套筒的内侧壁设置有安装槽，所述安装槽内安装有第一密封圈，所述第一密封圈的内圈与所述上部连接筒接触。

[0010] 进一步地，所述滑动套筒上设置有贯穿其筒壁的压力平衡孔，所述压力平衡孔位于所述滑动套筒上靠近所述下部连接筒的一端。

[0011] 优选地，还包括充水管路结构，所述充水管路结构包括第一充水管路和第二充水管路，所述第一充水管路伸入所述上部连接筒，所述第二充水管路伸入所述下部连接筒，所述第一充水管路与所述第二充水管路连通，所述第一充水管路与所述第二充水管路插接且插接处安装有第二密封圈。

[0012] 可选地，所述第一充水管路与所述第二充水管路之间通过水路连接阀连通。

[0013] 进一步地，所述充水管路结构的数量为多个。

[0014] 优选地，所述锁定件为滚珠。

[0015] 进一步地，所述通孔为碗状孔，所述通孔朝向所述滑动套筒的一端的直径大于所述通孔朝向所述下部连接筒的一端的直径。

[0016] 相对于现有技术，本发明所述的水力解锁开关具有以下优势：

[0017] 本发明提供的水力解锁开关的下部连接筒的上端与上部连接筒连接、下端与封隔器连接，上部连接筒的上端与原本连接于封隔器上部的装置连接，高压水管路的一端通过管路(如钻杆)伸出地面与高压水泵连接。在进行水力压裂地应力测量施工出现封隔器在钻孔中遇阻无法提升的情况时，通过高压水管路向高压水腔中通入高压水，由于高压水腔位于滑动套筒远离下部连接筒的区域，在高压水注入高压水腔的过程中，高压水腔内的压力快速升高，此时滑动套筒具有高压水腔的一端的压力大于另一端的压力，因此滑动套筒向上滑动，在滑动套筒向上滑动的时候，滑动套筒与锁定件之间的接触面积逐渐减少，因此对于锁定件的压力逐渐减小，当滑动套筒与锁定件脱离后，锁定件从锁定槽中脱出，上部连接筒与下部连接筒分离。由于上部连接筒与下部连接筒分离，因此下部连接筒与封隔器一起留在钻孔中，上部连接筒与连接于封隔器上部的装置(包括钻杆)一同被提升出钻孔。

[0018] 由于封隔器属于消耗性材料，如钻孔无后续使用计划，封隔器可留在钻孔做丢弃处理；若该钻孔还需使用，可利用工具打捞或进行钻碎处理。

[0019] 本发明提供的水力解锁开关连接在封隔器的上端，当封隔器无法提升时可以使得水力解锁开关中的上部连接筒与下部连接筒分离，从而使得连接于封隔器上部的装置(钻杆及其他工具)与封隔器分离，以便于回收连接于封隔器上部的装置(钻杆及其他工具)，减少损坏。

[0020] 本发明的另一目的在于提出一种封隔器控制装置，以解决现有技术中存在的封隔器在钻孔中遇阻后提升的过程中易造成钻杆断裂或者发生安全事故的技术问题。

[0021] 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

[0022] 一种封隔器控制装置，包括：提升杆，所述提升杆的一端与如上述技术方案所述的水力解锁开关的一端相连，所述水力解锁开关的另一端用于与封隔器连接。

[0023] 进一步地，所述水力解锁开关具有高压水管路和充水管路结构，所述提升杆与所述水力解锁开关之间连接有水路转换开关，所述水路转换开关分别与所述高压水管路和所述充水管路结构连接。

[0024] 所述封隔器控制装置与上述水力解锁开关相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

[0025] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0026] 图1为本发明实施例提供的水力解锁开关的主视图；

[0027] 图2为本发明实施例提供的水力解锁开关的内部结构透视图；

[0028] 图3为本发明实施例提供的水力解锁开关的剖视图；

[0029] 图4为本发明实施例提供的水力解锁开关中上部连接筒与滑动套筒连接处示意图一；

[0030] 图5为本发明实施例提供的水力解锁开关中上部连接筒与滑动套筒连接处示意图二。

[0031] 图中：10-上部连接筒；11-通孔；12-滚珠；20-下部连接筒；21-锁定槽；30-滑动套筒；31-安装槽；32-第一密封圈；33-压力平衡孔；41-高压水管路；42-高压水出口；43-第一充水管路；44-第二充水管路；45-水路连接阀；50-高压水腔。

具体实施方式

[0032] 下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0033] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0034] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0035] 实施例一

[0036] 如图1-5所示，本发明实施例提供的水力解锁开关，包括：上部连接筒10、下部连接筒20、滑动套筒30、锁定件和高压水管路41，其中，滑动套筒30套装于上部连接筒10的外侧，滑动套筒30的内侧壁与上部连接筒10的外侧壁之间形成有高压水腔50，高压水腔50位于滑动套筒30远离下部连接筒20的区域，高压水管路41伸入上部连接筒10的内部，高压水管路41上设置有高压水出口42，高压水出口42与高压水腔50连通；下部连接筒20的一端伸入上部连接筒10，下部连接筒20伸入上部连接筒10的一端的外侧壁设置有锁定槽21，上部连接筒10的侧壁设置有通孔11，锁定件穿过通孔11，且锁定件的一端与锁定槽21抵接、另一端与滑动套筒30的内侧壁抵接，以将上部连接筒10与下部连接筒20连接。

[0037] 本发明实施例提供的水力解锁开关的下部连接筒20的上端与上部连接筒10连接、下端与封隔器连接，上部连接筒10的上端与原本连接于封隔器上部的装置连接，高压水管路41的一端通过管路(如钻杆)伸出地面与高压水泵连接。在进行水力压裂地应力测量施工出现封隔器在钻孔中遇阻无法提升的情况时，通过高压水管路41向高压水腔50中通入高压水，由于高压水腔50位于滑动套筒30远离下部连接筒20的区域，在高压水注入高压水腔50的过程中，高压水腔50内的压力快速升高，此时滑动套筒30具有高压水腔50的一端的压力大于另一端的压力，因此滑动套筒30向上滑动，在滑动套筒30向上滑动的时候，滑动套筒30与锁定件之间的接触面积逐渐减少，因此对于锁定件的压力逐渐减小，当滑动套筒30与锁定件脱离后，锁定件从锁定槽21中脱出，上部连接筒10与下部连接筒20分离。由于上部连接筒10与下部连接筒20分离，因此下部连接筒20与封隔器一起留在钻孔中，上部连接筒10与连接于封隔器上部的装置(包括钻杆)一同被提升出钻孔。

[0038] 由于封隔器属于消耗性材料，如钻孔无后续使用计划，封隔器可留在钻孔做丢弃处理；若该钻孔还需使用，可利用工具打捞或进行钻碎处理。

[0039] 使用本发明实施例提供的水力解锁开关连接在封隔器的上端，当封隔器无法提升时可以使得水力解锁开关中的上部连接筒10与下部连接筒20分离，从而使得连接于封隔器上部的装置(钻杆及其他工具)与封隔器分离，以便于回收连接于封隔器上部的装置(钻杆及其他工具)，减少损坏，且在水力解锁开关解锁的过程中不会出现安全事故。

[0040] 为了避免在向高压水腔50中充入高压水的时候，水从滑动套筒30与上部连接筒10之间的缝隙流出，如图2所示，滑动套筒30的内侧壁设置有安装槽31，安装槽31内安装有第一密封圈32，第一密封圈32的内圈与上部连接筒10接触。

[0041] 本实施例中，滑动套筒30上设置有贯穿其筒壁的压力平衡孔33，压力平衡孔33位于滑动套筒30上靠近下部连接筒20的一端。压力平衡孔33用于保证滑动套筒30的内外压力相等。当向高压水腔50中充入高压水的时候，高压水腔50中的进水速率大于压力平衡孔33的出水速率。

[0042] 本实施例中，水力解锁开关还包括充水管路结构，充水管路结构包括第一充水管路43和第二充水管路44，第一充水管路43伸入上部连接筒10，第二充水管路44伸入下部连接筒20，第一充水管路43与第二充水管路44连通，第一充水管路43与第二充水管路44插接且插接处安装有第二密封圈。第二充水管路44的一端与第一充水管路43插接、另一端与封隔器连通，用于向封隔器内注水。由于第一充水管路43与第二充水管路44插接，因此使得上部连接筒10与下部连接筒20分离后，向上提升上部连接筒10时，第一充水管路43与第二充水管路44分离。

[0043] 如图3所示，第一充水管路43与第二充水管路44之间通过水路连接阀45连通。

[0044] 充水管路结构的数量可根据不同的需求进行设置，充水管路结构的数量可以为一个或者多个，例如，在一种具体实施例中，充水管路结构的数量为三个，其中一个充水管路结构与封隔器的中间段连通，中间段上设置有出水口；另外两个充水管路结构分别与封隔器的两个橡胶筒一一对应连接。如此设置，在进行深钻孔水利压裂地应力测量的过程中，先将封隔器降到钻孔中，使封隔器停在钻孔中需要进行测量的位置。使用其中两个充水管路结构向两个橡胶筒中充水，从而使得橡胶筒膨胀，橡胶筒的外侧面与钻孔的内壁接触，从而将中间段所在的区域密封；然后通过另外一个充水管路结构向中间段充水，水从中间段的出水口流出，以进行水力压裂地应力测量。

[0045] 锁定件可以为长方体结构、球形结构、椭圆形结构等多种结构形式，在本实施例中，锁定件为滚珠12，如此设计，当滑动套筒30向上滑动的过程中，滚珠12相对滑动套筒30滚动，滚珠12与滑动套筒30之间为滚动摩擦力，摩擦力较小。

[0046] 进一步地，滑动套筒30的下端内壁设置有环形卡槽，该环形卡槽包括第一环形卡槽和第二环形卡槽，第一环形卡槽的上端的直径与滑动套筒30的内径相等，第一环形卡槽的下端直径大于滑动套筒30的内径且小于滑动套筒30的外径，第一环形卡槽的直径从上端逐渐过渡到下端；第二环形卡槽的两端直径均与第二环形卡槽的下端直径相等。如此设计，随着滑动套筒30向上移动，滚珠12逐渐向远离锁定槽21的方向移动，当滚珠12与第二环形卡槽的内壁接触的时候，滚珠12与锁定槽21脱离，滚珠12的部分区域位于通孔11中，另外一部分区域位于第二环形卡槽中，因此，滚珠12无需完全与滑动套筒30及上部连接筒10脱离即可使得上部连接筒10和下部连接筒20脱离。

[0047] 当锁定件为滚珠12时，通孔11为碗状孔，通孔11朝向滑动套筒30的一端的直径大于通孔11朝向下部连接筒20的一端的直径。滚珠12的部分区域从通孔11朝向下部连接筒20的一端的开口处伸出，以伸入锁定槽21中。

[0048] 实施例二

[0049] 本发明实施例二提供了一种封隔器控制装置，包括：提升杆和上述实施例一提供的水力解锁开关，提升杆的一端与水力解锁开关的一端相连，水力解锁开关的另一端用于与封隔器连接。具体地，提升杆的下端与水力解锁开关的上部连接筒10的上端连接，水力解锁开关的下部连接筒20的下端用于与封隔器连接。

[0050] 当水力解锁开关中同时具有高压水管路41和充水管路结构时，提升杆与水力解锁开关之间连接有水路转换开关，水路转换开关分别与高压水管路41和充水管路结构连接。水路转换开关用于控制水通入高压水管路41或者充水管路结构。当充水管路结构的数量为多个时，多个充水管路结构分别与水路转换开关连接。水路转换开关用于控制水的流向，从而控制封隔器的橡胶筒膨胀，控制水从中间段流出，以及控制水充入高压水腔50以使得上部连接筒10与下部连接筒20分离。水路转换开关可以为多通路转换阀或者其他结构的转换开关。

[0051] 封隔器控制装置与上述实施例一提供的水力解锁开关相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

[0052] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。