CN103225489A

CN103225489A - 一种自膨胀封隔器

Info

Publication number: CN103225489A
Application number: CN 201210021642
Authority: CN
Inventors: 郭朝辉; 马兰荣; 刘阳; 杨德锴; 高原; 薛占峰
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering
Priority date: 2012-01-31
Filing date: 2012-01-31
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2032-01-31
Also published as: CN103225489B

Abstract

本发明提供了一种自膨胀封隔器，包括基管、环绕在基管上的自膨胀胶筒、固定在基管上且紧邻于胶筒的两端的限位端环，以及分别环绕安装在胶筒的两端上的防突环。其中，各防突环均包括基环部分，以及多个从基环部分中沿基管的纵向延伸出来的板条部分。各板条部分在基管的周向上与相邻的板条部分彼此部分地重叠。通过设置这种防突环，能够防止胶筒被挤出、撕裂。同时，胶筒的两端在胀封之后仍能吸收井内液体，从而保持了对井壁的压实度，实现可靠稳定的环空封隔。

Description

一种自膨胀封隔器

技术领域

本发明涉及石油钻井、完井作业技术领域，特别涉及一种遇液体自膨胀封隔器。

背景技术

封隔器作为一种起到层间隔离的井下作业工具，在石油勘探开发中被广泛应用于包括钻井、完井、储层改造等许多工艺措施中。自膨胀封隔器是一种无机械运动部件且不需要坐封工具的自激发胀封式封隔器，具备施工工艺简化，作业效率高，适应性强等优点，特别适用于复杂油气井的完井作业。

CN200920106033.9公开了一种自膨胀式封隔器。该自膨胀封隔器利用遇液体(油或水)膨胀橡胶的吸附特性来实现胶筒的胀封，并且通过卡簧实现胶筒的轴向限位。然而在这种限位方式中，在胶筒胀封后胶筒的外径会比挡环的外径大出很多，从而无法起到支撑橡胶、防止橡胶挤出的作用。另外，利用卡簧固定挡环的方式，结构复杂且不便于安装，削弱了基管的强度。整个封隔器承压能力有限。

CN200920278348.1公开了一种封隔器固定环及具有该固定环的遇液体自膨胀封隔器。在该自膨胀封隔器中，采用在胶筒上间隔地固定多个限位环的方式来防止胶筒鼓包，同时使固定环的固定部沿轴向的长度等于封隔器端部的长度。然而该防突结构依然仅在胶筒胀封的初始阶段起作用，一旦胶筒膨胀并与井壁接触，即会出现橡胶外挤的风险。另外，多个固定环也降低了胶筒的密封长度及其密封性能。

US7806193也公开了一种带有热塑性塑料端部挡环的遇油膨胀封隔器。在入井时，该端部挡环可保护胶筒；在膨胀后，该端部挡环为遇油膨胀的弹性单元提供一定的机械支撑，以限制其轴向挤出，提高密封能力。虽然该结构比较简单，然而在坐封后端环不能接触到井壁，橡胶仍有挤出、塞缝的可能，进而影响密封能力。

因此，现有技术中的自膨胀封隔器都无法有效地防止橡胶被挤出和撕裂，其密封能力均不能令人满意。

发明内容

考虑到现有技术中存在的以上技术问题，本发明的一个目的是提供一种自膨胀封隔器，其能够在胶筒遇液体膨胀时防止橡胶被挤出和撕裂。本发明的另一个目的是提供一种自膨胀封隔器，其能够使端部胶筒在胀封后依然能吸收井内液体。

根据本发明提供了一种自膨胀封隔器，包括基管、环绕在基管上的自膨胀胶筒、固定在基管上且紧邻于胶筒的两端的限位端环，以及分别环绕在胶筒的两端上的防突环。其中，各防突环均包括基环部分，以及多个从基环部分中沿基管的纵向延伸出来的板条部分。各板条部分在基管的周向上与相邻的板条部分彼此部分地重叠。

根据本发明，防突环具有多个从基环部分中沿纵向伸出的板条部分。这样，当封隔器下入到井底预定位置且胶筒接触到液体(油或水)而膨胀时，由于环绕安装在胶筒两端上的防突环的存在，胶筒两端的膨胀速度将小于其中间部分的膨胀速度。当胶筒吸收了足量的油或水时，因此胶筒的两端也会撑开防突环的板条部分而使之膨胀。在该膨胀过程中，考虑到板条部分一端固定在基环部分上而另一端为自由端，板条部分会始终紧密地贴合在胶筒上，防止胶筒被挤出、撕裂。因此，封隔器的承压能力得以提高。

此外，由于各个板条部分在周向上设置成彼此间部分地重叠，因此在它们之间仍然会形成有过流通道，使得井内液体能够经这些过流通道渗入到胶筒内。因此，胶筒的两端在胀封之后仍能吸收井内液体，从而保持了对井壁的压实度，实现可靠稳定的环空封隔。这样便能够实现胶筒的长久密封，大大提高了封隔器的密封能力和可靠性。此外，整个封隔器的结构也非常紧凑，更加便于入井，也能够适用于多种完井方式。

在一个实施例中，在相邻两个板条部分之间形成了过流通道。优选地，在各个板条部分的未被相邻板条部分覆盖的区域上设有至少一个过流孔。提供这种过流孔进一步增强了胶筒两端在胀封之后吸收井内液体的能力。

在一个具体的实施例中，相邻板条部分之间的重叠面积为各板条部分的面积的一半。

为了保护胶筒和防突环在下入时免受井壁划伤，限位端环的外径应至少等于或大于防突环的外径。为了限制胶筒的轴向变形，防突环的基环部分可至少部分地伸入到自膨胀封隔器的限位端环中。在一个具体的例子中，限位端环包括防突环的基环部分至少部分地伸入到其中的容纳部分。该容纳部分可以是凹槽或台阶。

在一个实施例中，在限位端环和基管之间设有密封圈，用于防止井内液体从端环与基管之间渗入而导致胶筒产生内侧鼓包。

在一个实施例中，自膨胀胶筒为硫化在基管上的橡胶胶筒。防突环的基环部分也可与自膨胀胶筒硫化为一体。

在一个优选的实施例中，通过在防突环上的若干圆周位置处以与切线方向成一定角度的方式从防突环的一端向另一端进行不贯穿整个防突环纵向长度的切缝，从而形成多个板条部分。容易理解，在这种情况下，防突环的上述另一端形成了基环部分。这样，防突环的生产工艺非常简单，节约了成本。

在一个具体的例子中，该角度为15-30度。

附图说明

下面基于附图更详细地说明本发明。应当指出，虽然附图示出了本发明的一些实施例，然而本发明并不限于这些实施例。在附图中，

图1显示了根据本发明的自膨胀封隔器的初始状态结构；

图2显示了图1所示的自膨胀封隔器的坐封状态；

图3和4分别显示了图1所示的自膨胀封隔器的防突环的端视图和侧视图；

图5显示了图1中区域I的放大视图。

具体实施方式

下面基于附图来详细地介绍本发明。

如图1所示，根据本发明的自膨胀封隔器10包括基管1。基管1例如可采用API套管或油管的形式，其在上、下端设有螺纹，以便与上、下部完井管柱相连接。

环绕在该基管1上设有自膨胀胶筒6。该胶筒6例如可通过缠绕或者模压的方式硫化在基管1上。胶筒6的材料和长度可以根据具体的井况而定制。当封隔器10随着完井管串下入到井底预定位置并接触到液体如原油或水时，由橡胶制成的胶筒6就会吸收油或水，实现膨胀。

该封隔器10还包括限位端环2，其例如通过紧固螺钉3固定在基管1上，并且紧邻于胶筒6的两端。限位端环2可防止胶筒6的膨胀所产生的轴向变形。

以上结构和设置均为本领域的技术人员所熟知的，因此详细的介绍在此略去。

根据本发明，封隔器10还包括分别环绕安装在胶筒6的两端上的防突环5。该防突环例如可由金属制成。如图3和4所示，防突环5包括基环部分9。该基环部分9是一个完整的环体。另外，防突环5还包括多个从基环部分9中沿基管1的纵向延伸出来的板条部分7。如图3所示，这些板条部分7布置成在圆周方向上彼此间部分地重叠。由于这种彼此间部分重叠的方式，在相邻两个板条部分7之间仍形成有过流通道。

在一个实施例中，通过在防突环5上的若干圆周位置处以与切线方向成一定角度的方式从防突环5的一端向另一端进行不贯穿整个防突环纵向长度的切缝，从而形成了上述多个板条部分7。这种加工方法工艺简单，从而降低了成本。容易理解，防突环5的未被切缝的端部、即上述的另一端形成了基环部分9。在一个具体的实施例中，所述角度为15-30度。

根据本发明，当封隔器10下入到井底预定位置并接触到液体时，胶筒6就会因吸收油或水而膨胀。此时，由于环绕安装在胶筒6的两端上的防突环5的限定作用，胶筒6的两端的膨胀速度将小于其中间部分的膨胀速度。当胶筒6吸收了足量的油或水时，胶筒6的两端也会撑开防突环的板条部分7，使其也产生膨胀。由于防突环的各个板条部分7均从同一个基环部分中向外延伸出来且都具有自由端，因此在膨胀过程中，板条部分7将始终紧密地贴合在胶筒6上，从而起到了保护胶筒的作用，能可靠地防止胶筒挤出、撕裂。同时，由于各个板条部分7在周向上设置成彼此间部分地重叠，因此在各个板条部分7之间仍然形成有过流通道，使得井内液体能够从过流通道中渗入到胶筒6内。因此，胶筒6的两端在胀封之后仍然能吸收井内液体，从而保持了对井壁的压实度，实现可靠稳定的环空封隔。

通过这种方式，能够实现胶筒的长久密封，大大提高了封隔器的密封能力和可靠性。此外，整个封隔器的结构也非常紧凑，更加便于入井，也能够适用于多种完井方式。

如图4所示，在一个优选实施例中，在各个板条部分7的未被相邻板条部分所覆盖的区域上设有至少一个过流孔8。这些过流孔8作为形成于板条部分7之间的过流通道的补充，进一步增强了胶筒两端在胀封之后吸收井内液体的能力。尽管图4显示了在各个板条部分7上设有三个过流孔8，然而容易理解，过流孔8的数量和尺寸均可根据具体情况的要求来选择。

在另一个实施例中，限位端环2的外径等于或略大于防突环5的外径，这样便可在下入过程中避免胶筒6和防突环5被井壁划伤。为了防止井内液体从端环2与基管1之间渗入而导致胶筒6产生内侧鼓包，可以在端环2与基管1之间布置适当的密封圈4，如图1所示。

有利地是，防突环5的基环部分9至少部分地伸入到设置在限位端环2内的容纳部分中，以便更好地限制胶筒两端的因膨胀而产生的轴向变形。在如图5所示的实施例中，该容纳部分是设置限位端环2的端面上的凹槽12，基环部分9的端部卡入到该凹槽12中。容易理解，该容纳部分也可以是设置限位端环2的端面上的台阶部分。

虽然在上文中已经参考一些实施例对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的各个实施例中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims

1.一种自膨胀封隔器，包括基管(1)、环绕在所述基管上的自膨胀胶筒(6)、固定在所述基管上且紧邻于所述自膨胀胶筒的两端的限位端环(2)，以及分别环绕安装在所述自膨胀胶筒的两端上的防突环(5)，

其特征在于，各所述防突环包括基环部分(9)，以及多个从所述基环部分(9)中沿所述基管的纵向延伸出来的板条部分(7)，各所述板条部分在所述基管的周向上与相邻的板条部分彼此部分地重叠。

2.根据权利要求1所述的自膨胀封隔器，其特征在于，在相邻两个板条部分之间形成了过流通道。

3.根据权利要求1或2所述的自膨胀封隔器，其特征在于，在各所述板条部分的未被相邻板条部分覆盖的区域上设有至少一个过流孔(8)。

4.根据权利要求1或2所述的自膨胀封隔器，其特征在于，相邻板条部分之间的重叠面积为各板条部分的面积的一半。

5.根据权利要求1或2所述的自膨胀封隔器，其特征在于，所述限位端环的外径大于所述防突环的外径。

6.根据权利要求5所述的自膨胀封隔器，其特征在于，所述限位端环包括所述防突环的基环部分至少部分地伸入到其中的容纳部分。

7.根据权利要求1或2所述的自膨胀封隔器，其特征在于，在所述限位端环和所述基管之间设有密封圈(4)。

8.根据权利要求1或2所述的自膨胀封隔器，其特征在于，所述防突环的基环部分与所述自膨胀胶筒硫化为一体。

9.根据权利要求1或2所述的自膨胀封隔器，其特征在于，通过在所述防突环上的若干圆周位置处以与切线方向成一定角度的方式从所述防突环的一端朝向另一端地进行不贯穿整个防突环纵向长度的切缝，从而形成所述多个板条部分。

10.根据权利要求9所述的自膨胀封隔器，其特征在于，所述角度为15-30度。

11.根据权利要求9所述的自膨胀封隔器，其特征在于，所述防突环的另一端形成了所述基环部分。