CN105672939A - 封隔器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种封隔器。其包括：中心管；胶筒，胶筒套设在中心管上；坐封缸，坐封缸套设在中心管上；剪钉，能设置在坐封缸与中心管之间；其特征在于，坐封缸与中心管之间形成驱动腔室，驱动腔室内设置有能在预设温度下进行化学反应产生气体的反应物。通过在封隔器的驱动腔室中设置有能在预定温度下进行化学反应产生气体的反应物，使得封隔器能在温度较低的情况下进行坐封，进而扩大了封隔器的适应范围，降低了使用封隔器时的注汽成本以及坐封难度。
Description
技术领域
本发明涉及油田用设备，尤其涉及一种封隔器。
背景技术
高温注汽封隔器主要应用在稠油井分段注汽中。稠油井进行采油作业时，需要向井内注入蒸汽来加热原油以提高原油的流动性。为了防止在注汽过程中其他层对油层的渗透干扰，注汽作业前需要将高温注汽封隔器放置到生产井内，高温注汽封隔器将生产井的某段油层与其他层进行隔离后，开始注汽作业。
高温注汽封隔器在使用时需要对生产井进行坐封。高温注汽封隔器的坐封是通过蒸汽对坐封缸内的反应物进行加热，反应物受热膨胀，进而驱动坐封缸压缩坐封胶筒产生变形来实现的。具体的，坐封胶筒受到液压缸的压缩而产生径向变形进而挤压井壁；坐封胶筒与井壁密封接触后，高温注汽封隔器阻断上下两层的相互渗透，防止了其它层对油层的干扰，进而将其他层与油层相隔离。
现有技术中，高温注汽封隔器用的反应物是水或酒精。设置在驱动腔室中的水或酒精受热膨胀进而驱动坐封缸压缩胶筒。驱动坐封缸用的水或要在320℃以上时才能保证反应物的膨胀效果，进而满足高温注汽封隔器的正常工作并长期有效坐封。当生产井中的温度低于320℃时，高温注汽封隔器内的水或酒精产生的饱和蒸汽的压力不足，进而导致坐封缸的驱动力不足以满足坐封的要求。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种封隔器，该封隔器能在低于320℃下进行坐封。
为了实现上述目的，本发明提供一种封隔器，包括：
中心管；
胶筒，所述胶筒套设在所述中心管上；
坐封缸，所述坐封缸套设在所述中心管上；
剪钉，能设置在所述坐封缸与所述中心管之间；
所述坐封缸与所述中心管之间形成驱动腔室，所述驱动腔室内设置有能在预设温度下进行化学反应产生气体的反应物。
更进一步的，所述封隔器具有至少两个工作状态，在所述封隔器处于第一工作状态时，所述坐封缸通过所述剪钉与所述中心管连接，在所述封隔器处于第二工作状态时，所述反应物通过化学反应产生的气体使所述剪钉断裂，从而使所述坐封缸能相对所述中心管滑动并对所述胶筒进行压缩。
更进一步的，所述反应物能在预设温度下通过化学反应分解出气体。
更进一步的，所述反应物产生化学反应的预设温度低于320℃。
更进一步的，所述反应物产生化学反应的预设温度高于120℃。
更进一步的，所述反应物包括碳酸氢铵、碳酸氢钙、过氧化钠中的至少一种。
更进一步的，所述坐封缸上设置有限压阀，所述限压阀能在所述驱动腔室内的压力大于设定值时打开，所述限压阀包括：
设置在所述坐封缸上且与所述驱动腔室连通的第一通道；
设置在所述坐封缸上且与所述第一通道连通的第二通道；
设置在所述第一通道内且能控制所述第二通道与所述驱动腔室连通状态的阀体。
更进一步的，所述封隔器还包括设置在所述中心管上的第一限位装置，当所述封隔器处于第一工作状态时，所述坐封缸套设在所述第一限位装置外，当所述封隔器处于第二工作状态并且所述坐封缸的内侧壁与所述限位装置的外侧壁脱离时，所述第一限位装置能沿所述中心管的径向扩张，从而使所述坐封缸的端部与所述第一限位装置相抵接。
更进一步的，所述封隔器还包括设置在所述中心管上的第二限位装置，当所述封隔器处于第一工作状态时，所述坐封缸通过剪钉与所述第二限位装置相连接，所述第二限位装置具有当所述封隔器处于第一工作状态时与所述坐封缸的端部抵接的抵接部。
更进一步的，所述封隔器包括解封机构，所述解封机构与所述中心管之间设置有解封销钉，所述第一限位装置和所述第二限位装置套设在所述解封机构外。
更进一步的，所述中心管包括本体以及分部设置在所述本体两端的上接头和下接头，所述上接头与所述胶筒抵接，所述驱动腔室形成于所述下接头、所述本体以及所述坐封缸之间。
更进一步的，所述上接头与所述胶筒之间设置有套设在所述本体外的调节装置，所述调节装置能相对所述本体沿所述中心管的轴线方向移动。
通过在封隔器的驱动腔室中设置有能在预定温度下进行化学反应产生气体的反应物。反应物产生的气体能驱动坐封缸压缩胶筒而完成坐封，使得封隔器能在井内未达到320℃的情况下也可以进行坐封；扩大了封隔器的适应范围，降低了使用封隔器时的注汽成本以及坐封难度。
附图说明
图1为本发明的实施例中的封隔器处于第一工作状态时的结构示意图；
图2为本发明的实施例中的封隔器处于第二工作状态时的结构示意图；
图3为本发明的实施例中的封隔器的限压阀的结构示意图。
以上附图说明：1、中心管；11、中心管本体；12、上接头；13、下接头；14、通孔；2、坐封缸；21、本体；22、凸起部；23、驱动腔室；3、胶筒；4、反应物；5、第一限位装置；51、剪钉；6、第二限位装置；61、抵接部；7、解封机构；71、解封销钉；8、限压阀；81、第一通道；82、第二通道；83、阀体；831；弹性件；832、封堵件；9、胶圈；10、调节环。
具体实施方式
结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。
如图1所示，一种封隔器，包括上接头12、中心管、坐封缸2、胶筒3、剪钉51、下接头13、第一限位装置5、第二限位装置6第二限位装置6、解封机构7。
中心管包括中心管本体11以及设置在中心管本体11两端的上接头12和下接头13。而且，上接头12和下接头13可以与中心管本体11通过螺纹连接或者焊接连接。中心管内开设有通孔14，外界的蒸汽可以通过通孔14注入到井内，进而对封隔器以及生产井进行加热。
坐封缸2可以套设在中心管本体11外且位于上接头12和下接头13之间。坐封缸2可以沿中心管的轴线方向进行滑动。坐封缸2在轴线方向上滑动时，可以被设置在中心管两端的上接头12与下接头13进行限位。进一步的，坐封缸2与中心管之间形成有驱动腔室23。坐封缸2包括本体21和设置在本体21一端的凸起部22，凸起部22的底壁与中心管本体11的外壁相贴合。本体21的另一端套设在下接头13上。坐封缸2的本体21、凸起部22以及下接头13共同形成有驱动腔室23。优选的，坐封缸2的凸起部22与中心管之间还设置有胶圈9以防止驱动腔室23在工作过程中压力气体的泄露，进而保证驱动腔室23的密封性。
坐封缸2与中心管之间还可以设置有剪钉51，剪钉51的一端设置在中心管上，剪钉51的另一端设置在坐封缸2上，进而剪钉51能将坐封缸2固定设置在中心管上。当剪钉51受到坐封缸2施加的作用力被剪断后，坐封缸2与剪钉51断开连接，坐封缸2能在驱动腔室23产生的作用力的作用下滑动而脱离剪钉51，进而解除对坐封缸2的固定。
在本实施例中，胶筒3可以套设在中心管本体11外。胶筒3的一端与上接头12相抵接，胶筒3的另一端与坐封缸2的一端相抵接。胶筒3可以在坐封缸2的压缩下产生径向变形，进而挤压井壁以达到坐封的目的。具体的，胶筒3可以为一个纵向截面为梯形的圆筒状结构，进而再坐封缸2压缩胶筒3的过程中更好的与坐封缸2相配合。在胶筒3未压缩状态下，胶筒3的外径与坐封缸2的外径相等，进而保证封隔器能顺利的下入生产井中。胶筒3的内径与中心管本体11的外径相匹配，进而保证胶筒3的内壁可以较好的与中心管的外壁相贴合。优选的，胶筒3可以为橡胶材料或者其他在挤压力下可以产生变形的材料，本实施例不对胶筒3材料的选择进行限制。
驱动腔室23内可以设置有能在预设温度下进行化学反应产生气体的反应物4。具体的，反应物4能在预设温度下通过化学反应分解出气体而使得驱动腔室23内的气体压力增大，进而驱动坐封缸2压缩胶筒3以达到坐封生产井的目的。具体的，反应物4一般发生的为带有气体产生的分解反应，因为驱动腔室23是一个密封的腔室，反应物4在反应的过程中，气体在驱动腔室23内会不断增加，进而使得驱动腔室23内的气体压强增大，气体压强增大到一定程度够便驱动坐封缸2剪断销钉去压缩坐封胶筒3。
通过在封隔器的驱动腔室23中设置有能在预定温度下进行化学反应产生气体的反应物4，使得封隔器能在温度较低的情况下进行坐封，例如可以低于320℃，进而扩大了封隔器的适应范围，降低了使用封隔器时的注汽成本以及坐封难度。
在一个优选的实施例中，反应物4产生化学反应的预设温度可以低于320℃。具体的，通过选择能在320℃以下受热进行分解反应产生气体的化学药剂，进而实现封隔器能在320℃以下进行坐封，且反应物4产生化学反应的预设温度可以高于120℃，这样避免了封隔器在未下到需要坐封的生产井段时就发生了反应。化学药剂包括碳酸氢铵、碳酸氢钙、过氧化钠中的至少一种。本实施例不对反应物4的选择进行限制，反应物4只要满足在受热的条件下可以进行带有膨胀的分解反应都符合发明的要求。
在一个可选的实施例中，反应物4可以为碳酸氢氨(NH4HCO3)。碳酸氢氨在120℃到125℃时融化，当达到150℃时开始分解出气体，驱动腔室23内在气体的驱动下压缩胶筒3，进而完成封隔器坐封。如下式，碳酸氢氨分解产生氨气、水和二氧化碳，其对胶筒3和坐封缸2没有腐蚀性，安全可靠。
NH4HCO3＝＝Δ＝＝NH3↑+H2O+CO2↑
在一个可选的实施例中，化学试剂反应物4可以为碳酸氢钙(NaHCO3)。碳酸氢氨在250℃时融化，当达到270℃时开始分解出气体，驱动腔室23内在气体的驱动下压缩胶筒3，进而完成封隔器坐封。
2NaHCO3＝＝Δ＝＝Na2CO3+H2O+CO2↑
在本实施例中，封隔器可以具有至少两个工作状态，在封隔器处于第一工作状态时，坐封缸2通过剪钉51与中心管1连接。在封隔器处于第二工作状态时，反应物4通过化学反应产生的气体使剪钉51断裂，从而使坐封缸2能相对中心管1滑动并对胶筒3进行压缩。具体的，封隔器通过注汽管柱下入到需要坐封的井段。在注汽过程中，注入井内的蒸汽对装在坐封缸2内的反应物4进行加热，反应物4受热发生化学分解反应。反应物4初始状态为固态，受热先变成液态，在发生化学分解反应产生气体的同时伴随热膨胀和饱和蒸汽压，进而产生压力驱动坐封缸2，坐封缸2受到驱动腔室23的压力后对固定坐封缸2一端的销钉一个剪切力。销钉被剪断后，坐封缸2在压力的作用下向压缩胶筒3的方向滑动，封隔器进而能从第一工作状态转变为第二工作状态。在一个优选的实施例中，封隔器还可以包括设置在中心管1上的第一限位装置5。如图1所示，当封隔器处于第一工作状态时，第一限位装置5套设在中心管1上，坐封缸2套设在第一限位装置5外。剪钉51可以设置在坐封缸2与第一限位装置5之间，进而能将坐封缸2固定设置在第一限位装置5上。如图2所示，当封隔器处于第二工作状态时，剪钉51受到坐封缸2给它的剪切力而被剪断，坐封缸2解除了销钉对其的限制。坐封缸2的内侧壁与限位装置的外侧壁脱离。当坐封缸2向上滑动而与第一限位装置5分离后，第一限位装置5能沿中心管1的径向扩张。具体的，第一限位装置5可以为一个具有弹性的扩张件，当坐封缸2套设在第一限位装置5上时，坐封缸2的内壁将扩张件向内挤压进而限制了扩张件的扩张。当第一限位装置5沿中心管1的径向扩张后，第一限位装置5的外径大于或等于坐封缸2的外径，进而能与坐封后的坐封缸2的端部相抵接，进而限制了坐封缸2的复位，因此能维持坐封缸2压缩胶筒3的状态。
在一个优选的实施例中，封隔器还可以包括设置在中心管1上的第二限位装置6。第二限位装置6套设在中心管1上，且位于第一限位装置5的第二端。当封隔器处于第一工作状态时，坐封缸2通过剪钉51与第二限位装置6相连接，坐封缸2因而能被固定在第二限位装置6上。具体的，第二限位装置6上具有当封隔器处于第一工作状态时与坐封缸2的端部抵接的抵接部61，抵接部61可以为一个与坐封缸2的端部相对的一侧具有缺口的凸起部，缺口的大小与坐封缸2的端部相匹配。第二限位装置6进而能在坐封缸2处于第一工作状态时限制其下行；在第二工作状态时保证坐封缸2往压缩胶筒3的方向滑动。
在一个优选的实施例中，封隔器还可以包括解封机构7，解封机构7套设在下接头13上，解封机构7与中心管1之间可以设置有解封销钉。第一限位装置5和第二限位装置6套设在解封机构7外。具体的，解封机构7可以为一个直接套设在下接头13上的解封套管，第一限位装置5和第二限位装置6可以并排套设在解封套管上。解封套管和中心管1之间可以设置有解封销钉，解封销钉的一端设置在中心管1上，解封销钉的另一端设置在解封套管上，进而使得解封套管在销钉未被剪断的时候能固定设置在中心管1上。当封隔器需要解封时，剪断解封销钉，解封套管解除固定。解封套管以及套设其上第一限位装置5和第二限位装置6沿着远离胶筒3的方向滑动。同时，坐封缸2由于没有限位装置的限制而在胶筒3的弹性力的作用下向下滑动，坐封缸2解除了对胶筒3的压缩，进而使得封隔器解封。
在一个优选的实施例中，坐封缸2上还可以设置有限压阀8，限压阀8能在驱动腔室23中的反应物4产生的压力大于设定值时打开，进而保证了驱动腔室23内压力稳定。具体的，如图3所示，限压阀8包括可以设置在坐封缸2上且与驱动腔室23连通的第一通道81，第一通道81为与中心管1相平行的水平孔道；设置在坐封缸2上且与第一通道81连通的第二通道82，第二通道82为设置在坐封缸2的本体21上且与第一通道81相垂直的孔道。设置在第一通道81内且能控制第二通道82与驱动腔室23连通状态的阀体83。阀体83可以包括沿第一通道81轴线设置的弹性件831，弹性件831可以为弹簧，以及设置在弹性件831一端且与第一通道81和空腔的连通处相适配的封堵件832。具体的，封堵件832可以为钢球。钢球能在弹簧的作用下抵挡住第一通道81与空腔的连通处。限压阀8能够在坐封缸2的驱动腔室23内的反应物4产生的气体压力过大时自动打开，将驱动腔室23内的气体外泄。具体的，当驱动腔室23内的气体压力大于弹性件831的弹性力时，封堵件832在气体压力的作用下向压缩弹簧的方向移动，封堵件832从第一通道81和空腔的连通处脱离，驱动腔室23内的气体开始外泄。当气体外泄到弹性件831的弹力大于驱动腔室23中气体压力时，封堵件832在弹性件831的弹力作用下封堵住第一通道81和空腔的连通处，进而可以保证坐封缸2能持续给胶筒3恒定的压力，保证了胶筒3的密封。更进一步的，通过调整弹性件831的规格，进而限压阀8保证了封隔器的坐封缸2内的压力达到最佳，不至于压力过大而压翻胶筒3，使封隔器无论在200℃还是350℃都能够达到最佳的密封效果。
在一个优选的实施例中，上接头12和胶筒3之间还可以套设有调节环10。调节环10与中心管1之间可以通过螺纹配合，进而能沿中心管1的轴线方向移动。通过调节调节环10在中心管1上的位置可以调节胶筒3与上接头12的间距，进而调整胶筒3被坐封缸2压缩后的变形程度。
应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为发明人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。
Claims (12)
1.一种封隔器，包括：
中心管；
胶筒，所述胶筒套设在所述中心管上；
坐封缸，所述坐封缸套设在所述中心管上；
剪钉，能设置在所述坐封缸与所述中心管之间；
其特征在于，所述坐封缸与所述中心管之间形成驱动腔室，所述驱动腔室内设置有能在预设温度下进行化学反应产生气体的反应物。
2.根据权利要求1所述的封隔器，其特征在于，所述封隔器具有至少两个工作状态，在所述封隔器处于第一工作状态时，所述坐封缸通过所述剪钉与所述中心管连接，在所述封隔器处于第二工作状态时，所述反应物通过化学反应产生的气体使所述剪钉断裂，从而使所述坐封缸能相对所述中心管滑动并对所述胶筒进行压缩。
3.根据权利要求1所述的封隔器，其特征在于，所述反应物能在预设温度下通过化学反应分解出气体。
4.根据权利要求3所述的封隔器，其特征在于，所述反应物产生化学反应的预设温度低于320℃。
5.根据权利要求4所述的封隔器，其特征在于，所述反应物产生化学反应的预设温度高于120℃。
6.根据权利要求3所述的封隔器，其特征在于，所述反应物包括碳酸氢铵、碳酸氢钙、过氧化钠中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的封隔器，其特征在于，所述坐封缸上设置有限压阀，所述限压阀能在所述驱动腔室内的压力大于设定值时打开，所述限压阀包括：
设置在所述坐封缸上且与所述驱动腔室连通的第一通道；
设置在所述坐封缸上且与所述第一通道连通的第二通道；
设置在所述第一通道内且能控制所述第二通道与所述驱动腔室连通状态的阀体。
8.根据权利要求1所述的封隔器，其特征在于，所述封隔器还包括设置在所述中心管上的第一限位装置，当所述封隔器处于第一工作状态时，所述坐封缸套设在所述第一限位装置外，当所述封隔器处于第二工作状态并且所述坐封缸的内侧壁与所述限位装置的外侧壁脱离时，所述第一限位装置能沿所述中心管的径向扩张，从而使所述坐封缸的端部与所述第一限位装置相抵接。
9.根据权利要求8所述的封隔器，其特征在于，所述封隔器还包括设置在所述中心管上的第二限位装置，当所述封隔器处于第一工作状态时，所述坐封缸通过剪钉与所述第二限位装置相连接，所述第二限位装置具有当所述封隔器处于第一工作状态时与所述坐封缸的端部抵接的抵接部。
10.根据权利要求9所述的封隔器，其特征在于，所述封隔器包括解封机构，所述解封机构与所述中心管之间设置有解封销钉，所述第一限位装置和所述第二限位装置套设在所述解封机构外。
11.根据权利要求1所述的封隔器，其特征在于，所述中心管包括中心管本体以及分部设置在所述本体两端的上接头和下接头，所述上接头与所述胶筒抵接，所述驱动腔室形成于所述下接头、所述中心管本体以及所述坐封缸之间。
12.根据权利要求11所述的封隔器，其特征在于，所述上接头与所述胶筒之间设置有套设在所述本体外的调节装置，所述调节装置能相对所述本体沿所述中心管的轴线方向移动。
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