封隔器理论基础与应用
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8、机械张压式 结构原理：依靠可以上移和锁住反扣c的 扇形螺帽b，将胶筒压缩于中心管和锥 体a之间，对动卡瓦d借助于油管张力或 压重，使封隔器保持密封（如图2-8） 坐封方式：张力加压重（上提或下放油 管）。 解封方式： 正转上提油管。 使用场合：（1）油管可以处于张力、 压缩力或中和状态（不张不压）的井； （2）可能有上压、下压的井； （3）代替永久可钻式封隔器。
表１：
分类名称 自封式 分类代号 Z 压缩式 Y 楔入式 X 扩张式 K
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（2）支撑方式代号：用阿拉伯数字表示，方 法如表2
表２：
支撑方式名称 支撑方式代号 尾 管 １ 单向卡瓦 ２ 无支撑 ３ 双向卡瓦 ４ 锚 瓦 ５
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（3）坐封方式代号：用阿拉伯数字表示， 方法如表3
表３：
坐封方式名称 提放管柱 转 管 柱 自 封 坐封方式代号 1 2 3 液 压 下工具 4 5
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（4）解封方式代号：用阿拉伯数字表 示，方法如表4
表４：
解封方式 名称 解封方式 代号
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提放管柱 转 管 柱 １ ２
钻铣 ３
液 压 ４
下工具 ５
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（5）钢体最大外径：用阿拉伯数字表示，单 位为mm （6）应用举例： Y211-114封隔器，表示该封隔器封隔件的工 作原理为压缩式，单向卡瓦支撑，提放管柱 坐封，提放管柱解封，钢体最大外径为 114mm。 华北K341-140型裸眼封隔器：表示为华北油 田封隔器，封隔件的工作原理为扩张式，无 支撑，液压坐封，提放管柱解封，钢体最大 外径为140mm，适用于裸眼井。
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2、水力膨胀式 结构原理：硫化有金属加强筋的弹性胶筒a， 在高压液体作用下向外扩张，紧贴套管壁。单流 凡尔b防止膨胀液外流，使胶筒胀开，只有在动油 管柱解封时，通道c才打开，于是胶筒回收（如图 2-2）。 坐封方式：油管憋压。 解封方式：转动或上提油管，使卸压槽对准单 流凡尔。 使用场合： （1）井壁不规则的裸眼井或套管损坏的 井； （2）选择性措施和测试 ； （3）分层采油、注水。
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第五节 封隔器的分类及型号编制
随着油气井的勘探开发向纵深方式发展，为满 足各种复杂情况的井下条件和工艺措施要求，国内 外各油田都研制了多种多样的封隔器，主要来自于 封隔器结构上的变化，特别是密封元件的工作原理， 几何形状和所用材质等方面的改进及坐封、解封、 锁紧等动作的变化，为了便于从事封隔器的研究、 试验、加工、使用和管理人员能够便捷地筛选和鉴 别各种封隔器，中华人民共和国石油工业部1986年 9月6日发布了“油田封隔器的分类及型号编制方 法”。
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4、支柱式 结构原理：当封隔器下面的油管 (亦称锚定管)接触下支撑点（井底、下 封隔器、桥塞或台阶）时，油管压重 作用在封隔器上，胶筒在钢碗a、b之 间压缩，锁扣指c弹出接受槽d,（如图 2-4） 坐封方式：下放压重。 解封方式：上提油管。 使用场合： （1）作为上封隔器堵漏； （2）预计没有高压的井； （3）油管无需保持张力的井。
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二、封隔器的型号编制
1、编制方法： 按封隔件分类代号，封隔器支撑、坐封、解封方式 代号及封隔器钢体最大外径五参数依次排列，进行 型号编制
钢体最大外径
解封方式代号 坐封方式代号 支撑方式代号 分类代号
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2、代号说明及应用举例 （1）分类代号：用分类名称第一个汉字的汉语拼音 大写字母表示，方法如表1
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四、坐封部分 坐封部分是使封隔器坐于目的层段后保持 密封状态（即工作状态）的机构。通常， 它包 括坐封活塞，中心管（或开有轨迹换向槽 的轨迹管），上、下接头，滑环套等。 坐封部分动作时，能起两个作用： 1、推动锥体，使卡瓦张开（对于带卡瓦 的封隔器来说），并贴压套管壁上。 2、压缩弹性密封元件，使之胀大而密封。
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目前常用的封隔器分为两大类：可取式封隔 器和永久式封隔器。
Fra Baidu bibliotek
对于封隔器本身来说，最关键的部件莫过于 弹性密封元件，有人比之为封隔器的心脏， 因为它在很大程度上影响甚至决定着封隔器 系统井下工作的成败。
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第二节、封隔器的发展
石油工业的兴起和发展，伴随着封隔器的问世和演变， 早期的封隔器结构简单，用途单一、性能低下。1863年美国 的布赖森发明了裸眼封隔器，1863年美国的图尔特发明了一 种开有油、套压连通孔的单胶筒封隔器，其胶筒是在锥形体 的楔入作用下膨胀的。随后美国的封隔器研究又加快了步伐。 苏联30年代初，阿塞拜疆油田首先采用正反扣螺栓式封隔器， 1963年阿塞拜疆矿机研究所研制了结构比较完善的尾管式封 隔器，但其下入深度只有300~650米，有效工作压差不超过 2.5MPa。 近几十年，随着钻井、完井工艺不断向高压、高温和复杂的 深部地层方面发展，对封隔器提出更高的要求。
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六、 解封部分 解封部分是使油、套连通，进而导致卡瓦 收回，胶筒恢复原状，以利于起封的机构。 对于丢式封隔器，则需另行配备专用的坐封 和解封工具。它通常由平衡活塞、平衡阀 （循环阀）、循环孔（连通孔）、缸套或解 封套、解封销钉构成。
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第四节、封隔器的类型
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7、水力压缩式 结构原理：油管蹩压后，胶筒即在锥体a和 活塞b之间压缩，内腔d中的作用压力下推 活塞b，从而使卡瓦张开，并使水力卡瓦e 固定住中心管，内锁紧卡瓦f使封隔器保持 坐封状态（如图2-7） 坐封方式：油管蹩压。 解封方式：上提或转动油管。 使用场合：（1）只要求承受下压（带水力 锚可承受双向压差）的井； （2）最好不动管柱的深井和斜井； （3）要求多次坐封多个封隔器的多层完井。
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6、机械压缩式 结构原理：当卡瓦b咬住套管，油管重量作 用于封隔器上时，胶筒即被压缩于中心管 与锥体a之间，上压使封隔器密封更牢，下 压则易使封隔器解封，依靠下压动作的水 力卡瓦可平衡压力，从而承受双向压差 （如图2-6） 坐封方式：下放油管，施加压重。 解封方式：上提油管，释放压重。 使用场合：（1）、不带水力锚，用于只有 上压的井（低压自喷井或抽吸作业）； （2）、带水力锚，用于增产措施、抽吸、 采油（气）和封堵，多管完井中用做上封 隔器。
一、封隔器基本类型 ： 为了做好封隔器的预选工作，有必要了解封 隔器有哪些类型，其主要结构性能和使用条 件是什么。
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1、永久式 结构原理：胶筒在锥体a之间压缩，锥 体靠卡瓦b固定。防突部件c保护胶筒瓣 阀d插入油管后保持常开状态，拔出即 关闭，此油管底部带有盘根密封，用以 密封封隔器抛光的内部密封腔，限位丝 扣e固定此盘根。 坐封方式：机械、水力、气压。 解封方式：不能解封。 使用场合：（1）高压或油管负荷变化 大，要求长期可靠密封的井； （2）油管长度变化大的深井； （3）生产条件复杂，坐封的准确 位置比较恶劣。
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9、水力张压式 结构原理：油管蹩压时，胶筒即被压缩于锥 体a和中心管之间，内腔d中的作用压力上推 活塞c，张开卡瓦d，活塞e靠内锁紧卡瓦f使 封隔器保持坐封状态，外卡瓦d承受双向压 差（如图2-9） 坐封方式：油管蹩压。 解封方式：上提或转动油管。 使用场合：（1）、油管可以处于张力、压 缩力或中和状态（不张不压）的井； （2）、油管可起出，封隔器能丢手； （3）、有双向压差的井； （4）、最好不动管柱就能坐封的井。
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第三节、封隔器的结构
一、密封部分：
密封部分是在外力（机械力或液压力）的作用下， 发生动作，最终密封环形间隙，防止流体通过的机 械。它是封隔器的关键部件，主要由弹性密封元件、 赖以安装密封元件的钢碗、隔环（挡圈）和各种防 止密封元件“肩部突出”的“防突”部件构成。其 中，密封元件是至关重要的核心部件，通常制作成 “圆筒状”，所以也俗称胶筒。只是近来为了实现 油管与封隔器之间的内密封，密封元件才制作成各 种形状（如V形）的盘根。
封隔器的理论基础及应用
*
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1
第一章、 第一章、概述
第一节、前言
封隔器系指具有弹性密封元件，并籍此封隔环形空 间，隔绝产层，以控制产（注）液，保护套管的井 下工具. 根据密封部位不同，可分为两种。一种是油套与套 管（或裸眼井壁）之间的密封，谓之“外密封”； 一种是油管或油管密封短接（也称密封段）与封隔 器内腔（或密封腔容座）之间的密封，谓之“内密 封”。
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3、水力自封式 结构原理：由于皮碗是过盈的， 故在起下过程中总是紧贴套管壁，每 只皮碗只能承受单向压差，而且压差 越大，皮碗与套管的密封也就越牢。 （如图2-3） 坐封方式：一般不要求坐封动作 解封方式：硬拔 使用场合：（1）压差小的浅井； （2）压力可平衡或油管可锚定 的井； （3）只需要成本不高的水力密 封的井。
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五、锁紧部分： 锁紧部分是封隔器一旦坐封后，使之固定于 坐封状态（使密封元件密封后保持不变）的 机构。由于封隔器锁紧机构及动作方式在很 大程度上影响封隔器的可取性，因而是设计 可取式封隔器应予重视的结构部分。它通常 由外中心管、销钉，各种内锁紧机构（如锥 环、锁环、锁扣或锁扣指以及棘轮机构）构 成。
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5、张力式 结构原理：当卡瓦b咬住套管后， 上提油管，胶筒即被压缩于中心管与 锥体a之间。通常，下压易使封隔器密 封良好，上压则可使封隔器解封（如 图2-5）。 坐封方式：反转上提。 解封方式：正转下放。 使用场合：（1）、1500米以内的浅 井注水和增产措施； （2）、张力补偿上压； (3）、卡瓦和坐封机械要求避开腐蚀 性流体。
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三、 扶正部分： 扶正部分主要起扶正密封元件的作用（尤 其在井身质量不好的井中），同时也起初 卡作用，以便封隔坐封。这种作用，通常 由扶正弹簧和状如灯笼的扶正器承担。在 转动管柱座封封隔器时，扶正弹簧片以对 套管壁的足够的摩擦力，防止封隔器壳体 随管柱转动。扶正器一般由扶正弹簧罩、 弹簧座和弹簧构成，其作用靠外端呈圆柱 面的扶正块来实现。
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一、封隔器的分类 1、分类方法：按封隔器封隔件的工作原理分类 2、分类： （1）自封式：靠封隔件外径与套管内径的过盈和 压差以实现密封的封隔器； （2）压缩式：靠轴向力压缩封隔件，使封隔件直 径变大以实现密封的封隔器； （3）楔入式：靠楔入件楔入封隔件，使封隔件直 径变大以实现密封的封隔器； （4）扩张式：一定压力的液体，作用于封隔件内 腔使封隔件直径变大以实现密封的封隔器
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二、 锚定部分： 锚定部分也叫“支撑部分”，其作用是将封隔器支 撑在套管壁上，防止封隔器由于纵向移动而影响密 封性能，或引起封隔器过早解封，主要包括水力锚 和卡瓦等。 水力锚使用比较广泛。它通常由许多卡瓦牙或锯齿 形锚爪（分布在活塞端部的圆柱面上）构成的。它 既可与封隔器设计成一体，与卡瓦配套使用 ，也可 以单独接在封隔器上
8、机械张压式 结构原理：依靠可以上移和锁住反扣c的 扇形螺帽b，将胶筒压缩于中心管和锥 体a之间，对动卡瓦d借助于油管张力或 压重，使封隔器保持密封（如图2-8） 坐封方式：张力加压重（上提或下放油 管）。 解封方式： 正转上提油管。 使用场合：（1）油管可以处于张力、 压缩力或中和状态（不张不压）的井； （2）可能有上压、下压的井； （3）代替永久可钻式封隔器。
表１：
分类名称 自封式 分类代号 Z 压缩式 Y 楔入式 X 扩张式 K
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（2）支撑方式代号：用阿拉伯数字表示，方 法如表2
表２：
支撑方式名称 支撑方式代号 尾 管 １ 单向卡瓦 ２ 无支撑 ３ 双向卡瓦 ４ 锚 瓦 ５
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（3）坐封方式代号：用阿拉伯数字表示， 方法如表3
表３：
坐封方式名称 提放管柱 转 管 柱 自 封 坐封方式代号 1 2 3 液 压 下工具 4 5
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（4）解封方式代号：用阿拉伯数字表 示，方法如表4
表４：
解封方式 名称 解封方式 代号
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提放管柱 转 管 柱 １ ２
钻铣 ３
液 压 ４
下工具 ５
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（5）钢体最大外径：用阿拉伯数字表示，单 位为mm （6）应用举例： Y211-114封隔器，表示该封隔器封隔件的工 作原理为压缩式，单向卡瓦支撑，提放管柱 坐封，提放管柱解封，钢体最大外径为 114mm。 华北K341-140型裸眼封隔器：表示为华北油 田封隔器，封隔件的工作原理为扩张式，无 支撑，液压坐封，提放管柱解封，钢体最大 外径为140mm，适用于裸眼井。
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2、水力膨胀式 结构原理：硫化有金属加强筋的弹性胶筒a， 在高压液体作用下向外扩张，紧贴套管壁。单流 凡尔b防止膨胀液外流，使胶筒胀开，只有在动油 管柱解封时，通道c才打开，于是胶筒回收（如图 2-2）。 坐封方式：油管憋压。 解封方式：转动或上提油管，使卸压槽对准单 流凡尔。 使用场合： （1）井壁不规则的裸眼井或套管损坏的 井； （2）选择性措施和测试 ； （3）分层采油、注水。
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第五节 封隔器的分类及型号编制
随着油气井的勘探开发向纵深方式发展，为满 足各种复杂情况的井下条件和工艺措施要求，国内 外各油田都研制了多种多样的封隔器，主要来自于 封隔器结构上的变化，特别是密封元件的工作原理， 几何形状和所用材质等方面的改进及坐封、解封、 锁紧等动作的变化，为了便于从事封隔器的研究、 试验、加工、使用和管理人员能够便捷地筛选和鉴 别各种封隔器，中华人民共和国石油工业部1986年 9月6日发布了“油田封隔器的分类及型号编制方 法”。
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4、支柱式 结构原理：当封隔器下面的油管 (亦称锚定管)接触下支撑点（井底、下 封隔器、桥塞或台阶）时，油管压重 作用在封隔器上，胶筒在钢碗a、b之 间压缩，锁扣指c弹出接受槽d,（如图 2-4） 坐封方式：下放压重。 解封方式：上提油管。 使用场合： （1）作为上封隔器堵漏； （2）预计没有高压的井； （3）油管无需保持张力的井。
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二、封隔器的型号编制
1、编制方法： 按封隔件分类代号，封隔器支撑、坐封、解封方式 代号及封隔器钢体最大外径五参数依次排列，进行 型号编制
钢体最大外径
解封方式代号 坐封方式代号 支撑方式代号 分类代号
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2、代号说明及应用举例 （1）分类代号：用分类名称第一个汉字的汉语拼音 大写字母表示，方法如表1
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四、坐封部分 坐封部分是使封隔器坐于目的层段后保持 密封状态（即工作状态）的机构。通常， 它包 括坐封活塞，中心管（或开有轨迹换向槽 的轨迹管），上、下接头，滑环套等。 坐封部分动作时，能起两个作用： 1、推动锥体，使卡瓦张开（对于带卡瓦 的封隔器来说），并贴压套管壁上。 2、压缩弹性密封元件，使之胀大而密封。
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目前常用的封隔器分为两大类：可取式封隔 器和永久式封隔器。
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对于封隔器本身来说，最关键的部件莫过于 弹性密封元件，有人比之为封隔器的心脏， 因为它在很大程度上影响甚至决定着封隔器 系统井下工作的成败。
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第二节、封隔器的发展
石油工业的兴起和发展，伴随着封隔器的问世和演变， 早期的封隔器结构简单，用途单一、性能低下。1863年美国 的布赖森发明了裸眼封隔器，1863年美国的图尔特发明了一 种开有油、套压连通孔的单胶筒封隔器，其胶筒是在锥形体 的楔入作用下膨胀的。随后美国的封隔器研究又加快了步伐。 苏联30年代初，阿塞拜疆油田首先采用正反扣螺栓式封隔器， 1963年阿塞拜疆矿机研究所研制了结构比较完善的尾管式封 隔器，但其下入深度只有300~650米，有效工作压差不超过 2.5MPa。 近几十年，随着钻井、完井工艺不断向高压、高温和复杂的 深部地层方面发展，对封隔器提出更高的要求。
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六、 解封部分 解封部分是使油、套连通，进而导致卡瓦 收回，胶筒恢复原状，以利于起封的机构。 对于丢式封隔器，则需另行配备专用的坐封 和解封工具。它通常由平衡活塞、平衡阀 （循环阀）、循环孔（连通孔）、缸套或解 封套、解封销钉构成。
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第四节、封隔器的类型
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7、水力压缩式 结构原理：油管蹩压后，胶筒即在锥体a和 活塞b之间压缩，内腔d中的作用压力下推 活塞b，从而使卡瓦张开，并使水力卡瓦e 固定住中心管，内锁紧卡瓦f使封隔器保持 坐封状态（如图2-7） 坐封方式：油管蹩压。 解封方式：上提或转动油管。 使用场合：（1）只要求承受下压（带水力 锚可承受双向压差）的井； （2）最好不动管柱的深井和斜井； （3）要求多次坐封多个封隔器的多层完井。
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6、机械压缩式 结构原理：当卡瓦b咬住套管，油管重量作 用于封隔器上时，胶筒即被压缩于中心管 与锥体a之间，上压使封隔器密封更牢，下 压则易使封隔器解封，依靠下压动作的水 力卡瓦可平衡压力，从而承受双向压差 （如图2-6） 坐封方式：下放油管，施加压重。 解封方式：上提油管，释放压重。 使用场合：（1）、不带水力锚，用于只有 上压的井（低压自喷井或抽吸作业）； （2）、带水力锚，用于增产措施、抽吸、 采油（气）和封堵，多管完井中用做上封 隔器。
一、封隔器基本类型 ： 为了做好封隔器的预选工作，有必要了解封 隔器有哪些类型，其主要结构性能和使用条 件是什么。
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1、永久式 结构原理：胶筒在锥体a之间压缩，锥 体靠卡瓦b固定。防突部件c保护胶筒瓣 阀d插入油管后保持常开状态，拔出即 关闭，此油管底部带有盘根密封，用以 密封封隔器抛光的内部密封腔，限位丝 扣e固定此盘根。 坐封方式：机械、水力、气压。 解封方式：不能解封。 使用场合：（1）高压或油管负荷变化 大，要求长期可靠密封的井； （2）油管长度变化大的深井； （3）生产条件复杂，坐封的准确 位置比较恶劣。
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9、水力张压式 结构原理：油管蹩压时，胶筒即被压缩于锥 体a和中心管之间，内腔d中的作用压力上推 活塞c，张开卡瓦d，活塞e靠内锁紧卡瓦f使 封隔器保持坐封状态，外卡瓦d承受双向压 差（如图2-9） 坐封方式：油管蹩压。 解封方式：上提或转动油管。 使用场合：（1）、油管可以处于张力、压 缩力或中和状态（不张不压）的井； （2）、油管可起出，封隔器能丢手； （3）、有双向压差的井； （4）、最好不动管柱就能坐封的井。
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第三节、封隔器的结构
一、密封部分：
密封部分是在外力（机械力或液压力）的作用下， 发生动作，最终密封环形间隙，防止流体通过的机 械。它是封隔器的关键部件，主要由弹性密封元件、 赖以安装密封元件的钢碗、隔环（挡圈）和各种防 止密封元件“肩部突出”的“防突”部件构成。其 中，密封元件是至关重要的核心部件，通常制作成 “圆筒状”，所以也俗称胶筒。只是近来为了实现 油管与封隔器之间的内密封，密封元件才制作成各 种形状（如V形）的盘根。
封隔器的理论基础及应用
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第一章、 第一章、概述
第一节、前言
封隔器系指具有弹性密封元件，并籍此封隔环形空 间，隔绝产层，以控制产（注）液，保护套管的井 下工具. 根据密封部位不同，可分为两种。一种是油套与套 管（或裸眼井壁）之间的密封，谓之“外密封”； 一种是油管或油管密封短接（也称密封段）与封隔 器内腔（或密封腔容座）之间的密封，谓之“内密 封”。
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3、水力自封式 结构原理：由于皮碗是过盈的， 故在起下过程中总是紧贴套管壁，每 只皮碗只能承受单向压差，而且压差 越大，皮碗与套管的密封也就越牢。 （如图2-3） 坐封方式：一般不要求坐封动作 解封方式：硬拔 使用场合：（1）压差小的浅井； （2）压力可平衡或油管可锚定 的井； （3）只需要成本不高的水力密 封的井。
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五、锁紧部分： 锁紧部分是封隔器一旦坐封后，使之固定于 坐封状态（使密封元件密封后保持不变）的 机构。由于封隔器锁紧机构及动作方式在很 大程度上影响封隔器的可取性，因而是设计 可取式封隔器应予重视的结构部分。它通常 由外中心管、销钉，各种内锁紧机构（如锥 环、锁环、锁扣或锁扣指以及棘轮机构）构 成。
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5、张力式 结构原理：当卡瓦b咬住套管后， 上提油管，胶筒即被压缩于中心管与 锥体a之间。通常，下压易使封隔器密 封良好，上压则可使封隔器解封（如 图2-5）。 坐封方式：反转上提。 解封方式：正转下放。 使用场合：（1）、1500米以内的浅 井注水和增产措施； （2）、张力补偿上压； (3）、卡瓦和坐封机械要求避开腐蚀 性流体。
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三、 扶正部分： 扶正部分主要起扶正密封元件的作用（尤 其在井身质量不好的井中），同时也起初 卡作用，以便封隔坐封。这种作用，通常 由扶正弹簧和状如灯笼的扶正器承担。在 转动管柱座封封隔器时，扶正弹簧片以对 套管壁的足够的摩擦力，防止封隔器壳体 随管柱转动。扶正器一般由扶正弹簧罩、 弹簧座和弹簧构成，其作用靠外端呈圆柱 面的扶正块来实现。
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一、封隔器的分类 1、分类方法：按封隔器封隔件的工作原理分类 2、分类： （1）自封式：靠封隔件外径与套管内径的过盈和 压差以实现密封的封隔器； （2）压缩式：靠轴向力压缩封隔件，使封隔件直 径变大以实现密封的封隔器； （3）楔入式：靠楔入件楔入封隔件，使封隔件直 径变大以实现密封的封隔器； （4）扩张式：一定压力的液体，作用于封隔件内 腔使封隔件直径变大以实现密封的封隔器
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二、 锚定部分： 锚定部分也叫“支撑部分”，其作用是将封隔器支 撑在套管壁上，防止封隔器由于纵向移动而影响密 封性能，或引起封隔器过早解封，主要包括水力锚 和卡瓦等。 水力锚使用比较广泛。它通常由许多卡瓦牙或锯齿 形锚爪（分布在活塞端部的圆柱面上）构成的。它 既可与封隔器设计成一体，与卡瓦配套使用 ，也可 以单独接在封隔器上