CN103696727B - 自膨胀封隔器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自膨胀封隔器，该封隔器包括储液腔、由控制腔中的膨胀套和控制阀构成的控制机构和自膨胀胶筒，控制机构的控制腔中设置有遇水或碳氢化合物而膨胀的膨胀套，活塞把储液腔分为上、下两部分，储液腔上部设置有预压缩弹簧，储液腔下部预先充满具有一定压力的液压油。管串内通液体，控制腔中的膨胀套遇水或碳氢化合物发生膨胀，迫使控制腔中的控制阀径向移动，从而储液腔与自膨胀胶筒之间的流体通道联通，在储液腔内液压油压力和弹簧力作用下，储液腔中的液压油与自膨胀胶筒快速发生接触，自膨胀胶筒遇油膨胀，从而密封管串与套管或者裸眼井壁之间的环形空间。本发明结构简单，操作简便，成本费用低，密封可靠。

Description

自膨胀封隔器

技术领域

本发明涉及石油钻井、完井、开采或增产作业技术领域，特别是涉及一种自膨胀封隔器。

背景技术

目前，封隔器作为一种油井封堵的井下专用工具，在石油勘探开发中被广泛用于钻井、完井、开采和增产作业等许多工艺措施中。油田比较普遍使用的封隔器有机械压缩式，水力压差式等，这些类型封隔器已使用多年，技术发展成熟，使用可靠，但是这些传统的封隔器结构复杂，成本费用高，操作繁琐。

因此，如何开发设计出一种结构简单，操作简便，成本费用低，密封可靠的封隔器，成为了该领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的就是克服上述现有技术的不足之处，提供一种自膨胀封隔器，有效解决了传统封隔器结构复杂，成本费用高，操作繁琐的技术问题。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种自膨胀封隔器，包括中心管，从上至下依次在中心管上套装上接头、上液缸、上活塞、上控制套、上压环、上端部挡环、自膨胀胶筒、下端部挡环、下压环、下控制套、下活塞、下液缸和下接头，上固定套上端固定于上液缸，下端固定于上控制套，上液缸底面、中心管外壁、上控制套顶面和上固定套围成上储液腔，上控制套底面、中心管外壁和上压环围成上控制腔，下固定套上端固定于下控制套，下端固定于下液缸，下液缸顶面、中心管外壁、下控制套底面和下固定套围成下储液腔，下控制套顶面、中心管外壁和下压环围成下控制腔，其特征在于：

上活塞置于上储液腔中，上液缸与上活塞之间设置预压缩弹簧，上活塞与上控制套之间灌满具有一定压力的液压油，在上控制腔中设有上膨胀套和上控制阀，上控制阀与上压环之间设置水平的预压缩弹簧，上膨胀套与中心管外壁紧密接触；

下活塞置于下储液腔中，下液缸与下活塞之间设置预压缩弹簧，下活塞与下控制套之间灌满具有一定压力的液压油，在下控制腔中设有下膨胀套和下控制阀，下控制阀与下压环之间设置水平的预压缩弹簧，下膨胀套与中心管外壁紧密接触；

中心管上分别开设与上控制腔和下控制腔相通的进液孔；上控制套上开设联通上储液腔与上控制腔的通液孔一，上压环和上端部挡环上对应通液孔一开设上控制腔联通至自膨胀胶筒顶面的通液孔二，上控制阀上开设通液孔三；下控制套上开设联通下储液腔与下控制腔的通液孔四，下压环和下端部挡环上对应通液孔四开设下控制腔联通至自膨胀胶筒底面的通液孔五，下控制阀上开设通液孔六。

进一步，所述上、下膨胀套由遇水或碳氢化合物而膨胀的橡胶材料制成，自膨胀胶筒由遇油而膨胀的橡胶材料制成。

作为优选，所述上、下膨胀套由聚乙烯、丙烯酸类聚合物或聚氯乙烯材料制成。

作为优选，所述自膨胀胶筒由丁苯橡胶或异戊二烯橡胶制成。

作为优选，所述上、下控制腔均沿中心管外壁圆周方向分别均布四个，每个上控制腔中均对应设有上膨胀套、上控制阀和预压缩弹簧，每个下控制腔中均对应设有下膨胀套、下控制阀和预压缩弹簧。

这种多个控制腔的设置，有利于流体与自膨胀胶筒端面均匀的接触，避免自膨胀胶筒局部膨胀，而影响封隔效果。

作为优选，所述上液缸、上活塞和上控制套与中心管和上固定套的接触面上均设有密封圈，下液缸、下活塞和下控制套与中心管和下固定套的接触面上均设有密封圈。

这种结构能够有效防止上、下储液腔内的液压油与外部流体发生接触。

作为优选，所述上控制阀与上压环和上控制套之间均设有密封圈，下控制阀与下压环和下控制套之间均设有密封圈。

这种结构能够有效防止在上、下膨胀套未膨胀时，上、下储液腔内的流体与自膨胀胶筒发生接触。

作为优选，所述上端部挡环上开设与通液孔二和自膨胀胶筒顶面相通的辅助通液孔，下端部挡环上开设与通液孔五和自膨胀胶筒底面相通的辅助通液孔。

通过辅助通液孔可以有效增大流体与自膨胀胶筒的接触面积。

作为优选，所述上端部挡环密封包覆于自膨胀胶筒顶端，下端部挡环密封包覆于自膨胀胶筒底端。

该上、下端部挡环的设置可以防止自膨胀胶筒在膨胀过程中胶筒肩部突出。

在使用时，当封隔器下到预定位置后，并给管串内通液体，通过由膨胀套和控制阀构成的控制机构使储液腔中的液体与自膨胀胶筒接触，自膨胀胶筒密封管串与套管或者裸眼井壁之间的环形空间，完成封隔。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：结构简单，操作简便，成本费用低，密封可靠，通过储液腔中的液体使自膨胀胶筒膨胀，使封隔器入井后不会因坐封位置介质的不确定性而无法坐封或密封不严，防止了自膨胀胶筒在入井过程中发生膨胀，能够用于直井、斜井和水平井。

附图说明

图1是本发明的半剖主视结构示意图；

图2是图1中A处的局部放大图；

图3是图1中B处的局部方法图；

图4是图1中的C-C剖视图；

图5是图1中D处的局部放大图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。

如图1至图5所示，一种自膨胀封隔器，包括中心管2，从上至下依次在中心管2上套装上接头1、上液缸3、上活塞6、上控制套8、上压环9、上端部挡环10、自膨胀胶筒11、下端部挡环12、下压环13、下控制套14、下活塞16、下液缸18和下接头19，上固定套7上端通过螺钉4固定于上液缸3，下端通过螺钉4固定于上控制套8，上压环9上端面连接上控制套8的下端面，套装在中心管2外部的上端部当环10上端与上压环9连接，下端部当环12下端与下压环13的上端面连接，下压环13的下端面与下控制套14的上端面连接，上液缸3底面、中心管2外壁、上控制套8顶面和上固定套7围成上储液腔21，上控制套8底面、中心管2外壁和上压环9围成上控制腔25，下固定套15上端通过螺钉4固定于下控制套14，下端通过螺钉4固定于下液缸18，下液缸18顶面、中心管2外壁、下控制套14底面和下固定套15围成下储液腔38，下控制套14顶面、中心管2外壁和下压环13围成下控制腔37。

上活塞6置于上储液腔21中，上液缸3与上活塞6之间设置预压缩弹簧5，上活塞6与上控制套8之间灌满具有一定压力的液压油，在上控制腔25中设有上膨胀套26和上控制阀23，上控制阀23与上压环9之间设置水平的预压缩弹簧5，上膨胀套26与中心管2外壁紧密接触。

下活塞16置于下储液腔38中，下液缸18与下活塞16之间设置预压缩弹簧5，下活塞16与下控制套14之间灌满具有一定压力的液压油，在下控制腔37中设有下膨胀套34和下控制阀35，下控制阀35与下压环13之间设置水平的预压缩弹簧5，下膨胀套34与中心管2外壁紧密接触。

中心管2上分别开设与上控制腔25和下控制腔37相通的进液孔29；上控制套8上开设联通上储液腔21与上控制腔25的通液孔一27，上压环9和上端部挡环10上对应通液孔一27开设上控制腔25联通至自膨胀胶筒11顶面的通液孔二31，上控制阀23上开设通液孔三28；下控制套14上开设联通下储液腔38与下控制腔37的通液孔四17，下压环13和下端部挡环12上对应通液孔四17开设下控制腔37联通至自膨胀胶筒11底面的通液孔五24，下控制阀35上开设通液孔六30。

所述上、下膨胀套26、34由遇水或碳氢化合物而膨胀的橡胶材料制成，自膨胀胶筒11由遇油而膨胀的橡胶材料制成。

所述上、下膨胀套26、34可以由聚乙烯、丙烯酸类聚合物或聚氯乙烯材料制成。

所述自膨胀胶筒11由丁苯橡胶或异戊二烯橡胶制成。

所述上、下控制腔25、37均沿中心管2外壁圆周方向分别均布四个，每个上控制腔25中均对应设有上膨胀套26、上控制阀23和预压缩弹簧5，每个下控制腔37中均对应设有下膨胀套34、下控制阀35和预压缩弹簧5。

所述上液缸3、上活塞6和上控制套8与中心管2和上固定套7的接触面上均设有密封圈20，下液缸18、下活塞16和下控制套14与中心管2和下固定套15的接触面上均设有密封圈20。

所述上控制阀23与上压环9和上控制套8之间均设有密封圈20，下控制阀35与下压环13和下控制套14之间均设有密封圈20。

所述上端部挡环10上开设与通液孔二31和自膨胀胶筒11顶面相通的辅助通液孔36，下端部挡环12上开设与通液孔五24和自膨胀胶筒11底面相通的辅助通液孔36。

所述上端部挡环10密封包覆于自膨胀胶筒11顶端，下端部挡环12密封包覆于自膨胀胶筒11底端。

该封隔器的工作过程如下：

液体(水或碳氢化合物等)通过进液孔29分别进入上、下控制腔25、37中，上、下膨胀套26、34遇水或碳氢化合物发生膨胀，迫使上、下控制阀23、35径向移动，使得通液孔一、二、三27、31、28连通，从而上储液腔21与自膨胀胶筒11顶面之间的流体通道连通，通液孔四、五、六17、24、30连通，从而下储液腔38与自膨胀胶筒11底面之间的流体通道连通，在上、下储液腔21、38内液压油压力和预压缩弹簧5的弹簧力作用下，上、下储液腔21、38中的液压油与自膨胀胶筒11快速发生接触，自膨胀胶筒11遇油膨胀从而密封管串与套管或者裸眼井壁之间的环形空间，完成封隔。

解封过程：在管串于井眼（套管）之间加入胶筒解封剂，自膨胀胶筒解封。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种自膨胀封隔器，包括中心管，从上至下依次在中心管上套装上接头、上液缸、上活塞、上控制套、上压环、上端部挡环、自膨胀胶筒、下端部挡环、下压环、下控制套、下活塞、下液缸和下接头，上固定套上端固定于上液缸，上固定套下端固定于上控制套，上液缸底面、中心管外壁、上控制套顶面和上固定套围成上储液腔，上控制套底面、中心管外壁和上压环围成上控制腔，下固定套上端固定于下控制套，下固定套下端固定于下液缸，下液缸顶面、中心管外壁、下控制套底面和下固定套围成下储液腔，下控制套顶面、中心管外壁和下压环围成下控制腔，其特征在于：

上活塞置于上储液腔中，上液缸与上活塞之间设置预压缩弹簧，上活塞与上控制套之间灌满具有一定压力的液压油，在上控制腔中设有上膨胀套和上控制阀，上控制阀与上压环之间设置水平的预压缩弹簧，上膨胀套与中心管外壁紧密接触；

下活塞置于下储液腔中，下液缸与下活塞之间设置预压缩弹簧，下活塞与下控制套之间灌满具有一定压力的液压油，在下控制腔中设有下膨胀套和下控制阀，下控制阀与下压环之间设置水平的预压缩弹簧，下膨胀套与中心管外壁紧密接触；

中心管上分别开设与上控制腔和下控制腔相通的进液孔；上控制套上开设连通上储液腔与上控制腔的通液孔一，上压环和上端部挡环上对应通液孔一开设上控制腔连通至自膨胀胶筒顶面的通液孔二，上控制阀上开设通液孔三；下控制套上开设连通下储液腔与下控制腔的通液孔四，下压环和下端部挡环上对应通液孔四开设下控制腔连通至自膨胀胶筒底面的通液孔五，下控制阀上开设通液孔六。

2.根据权利要求1所述的自膨胀封隔器，其特征在于：所述上、下膨胀套由遇水或碳氢化合物而膨胀的橡胶材料制成，自膨胀胶筒由遇油而膨胀的橡胶材料制成。

3.根据权利要求2所述的自膨胀封隔器，其特征在于：所述上、下膨胀套由聚乙烯、丙烯酸类聚合物或聚氯乙烯材料制成。

4.根据权利要求2所述的自膨胀封隔器，其特征在于：所述自膨胀胶筒由丁苯橡胶或异戊二烯橡胶制成。

5.根据权利要求1所述的自膨胀封隔器，其特征在于：所述上、下控制腔均沿中心管外壁圆周方向分别均布四个，每个上控制腔中均对应设有上膨胀套、上控制阀和预压缩弹簧，每个下控制腔中均对应设有下膨胀套、下控制阀和预压缩弹簧。

6.根据权利要求1所述的自膨胀封隔器，其特征在于：所述上液缸、上活塞和上控制套与中心管和上固定套的接触面上均设有密封圈，下液缸、下活塞和下控制套与中心管和下固定套的接触面上均设有密封圈。

7.根据权利要求1所述的自膨胀封隔器，其特征在于：所述上控制阀与上压环和上控制套之间均设有密封圈，下控制阀与下压环和下控制套之间均设有密封圈。

8.根据权利要求1所述的自膨胀封隔器，其特征在于：所述上端部挡环上开设与通液孔二和自膨胀胶筒顶面相通的辅助通液孔，下端部挡环上开设与通液孔五和自膨胀胶筒底面相通的辅助通液孔。

9.根据权利要求1所述的自膨胀封隔器，其特征在于：所述上端部挡环密封包覆于自膨胀胶筒顶端，下端部挡环密封包覆于自膨胀胶筒底端。