CN111350473A

CN111350473A - 一种封隔器

Info

Publication number: CN111350473A
Application number: CN202010184950.XA
Authority: CN
Inventors: 牛文智
Original assignee: Jinan Kunpeng Technology Development Center
Current assignee: JIANGSU KE FENG PETROCHEMICAL MACHINERY Co.,Ltd.
Priority date: 2020-03-17
Filing date: 2020-03-17
Publication date: 2020-06-30
Anticipated expiration: 2040-03-17
Also published as: CN111350473B

Abstract

本申请公开一种双级活塞注汽封隔器，包括：中心管、密封管、固定套设于所述中心管外的外液缸、套设于所述中心管和所述外液缸之间的动力单元；所述动力单元通过坐封销钉连接所述外液缸；所述中心管和所述动力单元之间通过锁紧单元相连接；所述锁紧单元和所述中心管通过解封销钉相连接；所述锁紧单元仅允许所述动力单元向上移动；所述密封管和所述中心管之间在所述动力单元的上方形成密闭的液力腔体；所述液力腔体内充满有膨胀液；所述动力单元包括第一活塞和第二活塞；第一活塞的下方还设有第一活塞腔；所述第二活塞的下方还设有第二活塞腔；所述动力单元向上运动时压缩所述液力腔体。该双级活塞注汽封隔器能够提高注汽效果。

Description

一种封隔器

技术领域

本申请涉及一种热采封隔器，尤其是关于稠油热采领域中的一种双级活塞注汽封隔器。

背景技术

在稠油开采过程中，热采封隔器起到至关总要的作用，其性能的好坏直接影响到采收率。而目前热采注汽封隔器通常有热力坐封和液力坐封两种，其中液力坐封封隔器注汽初期效果较好，后期容易出现密封不严的情况，主要是因为没有持续的坐封力保持持续坐封效果；而热力坐封封隔器对于温度场要求较高，经常出现温度过高导致密封圈失效热力药剂泄露的现象。

针对上述问题，研发了一种双级活塞注汽封隔器，以解决现有技术存在的问题和缺陷，提高注汽效果。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明提供了一种双级活塞注汽封隔器，以能够提高注汽效果。

为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：

一种双级活塞注汽封隔器，包括：中心管、固定套设于所述中心管外的密封管、固定套设于所述中心管外的外液缸、套设于所述中心管和所述外液缸之间的动力单元；

所述动力单元通过坐封销钉连接所述外液缸；所述中心管和所述动力单元之间通过锁紧单元相连接；所述锁紧单元和所述中心管通过解封销钉相连接；所述锁紧单元仅允许所述动力单元向上移动；所述密封管和所述中心管之间在所述动力单元的上方形成密闭的液力腔体；所述液力腔体内充满有膨胀液；所述密封管外套设有与所述液力腔体相对应的密封套；

所述动力单元包括第一活塞以及位于所述第一活塞下方将所述第一活塞顶抵的第二活塞；所述第一活塞的下方还设有第一活塞腔；所述第二活塞的下方还设有第二活塞腔；所述中心管的管壁上设有将所述第一活塞腔与所述中心管内部连通的第一连通孔、以及将所述第二活塞腔与所述中心管内部连通的第二连通孔；所述动力单元向上运动时压缩所述液力腔体。

作为一种优选的实施方式，所述动力单元还包括位于所述第一活塞上方的上活塞管；所述上活塞管的上端伸入所述液力腔体；所述第一活塞和所述第二活塞之间具有固定于所述中心管外的固定活塞；所述第一活塞腔位于所述固定活塞和所述第一活塞之间；所述第二活塞腔位于所述第二活塞和所述外液缸的下端之间。

作为一种优选的实施方式，所述密封管的下端套设于所述动力单元和所述外液缸的上端之间；所述密封管在所述液力腔体的下方的外壁上设有余量槽；所述外液缸的上端固定连接有伸入到所述余量槽中的滑动钉。

作为一种优选的实施方式，所述密封管的上端和所述中心管之间设有第一密封单元；所述动力单元和所述中心管的外壁之间设有第二密封单元；所述密封管的下端和所述动力单元之间设有第三密封单元。

作为一种优选的实施方式，所述锁紧单元包括通过所述解封销钉连接所述中心管的锁紧管、套设于所述锁紧管外的锁紧环；所述锁紧环安装于所述动力单元上随所述动力单元一同移动。

作为一种优选的实施方式，所述外液缸的下端密封贴合所述中心管的外壁并焊接固定连接所述中心管；所述第一活塞的内外两侧分别通过密封环与所述外液缸、中心管密封贴合；所述坐封销钉在所述密封环的上方将所述第一活塞和所述外液缸相连接。

作为一种优选的实施方式，所述密封套为紫铜套。

作为一种优选的实施方式，所述第一密封单元包括固定套设于中心管外的第一密封帽、以及填充在所述密封管和所述中心管之间的第一石墨密封环；所述第一密封帽将所述第一石墨密封环压紧；所述第二密封单元包括固定套设于中心管和所述上活塞管之间的第一密封帽、以及第二石墨密封环；所述第二密封帽将所述第二石墨密封环压紧；所述第三密封单元包括固定套设于上活塞管和所述密封管之间的第三密封帽、以及第三石墨密封环；所述第三密封帽将所述第三石墨密封环压紧。

有益效果：

因此，本申请一个实施例所提供的双级活塞注汽封隔器采用液力推动具有双级活塞的动力单元来压缩液力腔体内的膨胀液，双级活塞可以较大程度地增加液力腔体内的压力，使得密封套向外膨胀达到坐封的效果，并且，液力腔体内的膨胀液在注汽过程中可以受热膨胀，进而可以持续提供压力将密封套压实在套管上，结合双级活塞的巨大推动压力，借此保证密封效果持久，进而提高注汽效果。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一个实施例所提供的双级活塞注汽封隔器结构示意图；

图2是图1的坐封状态局部放大图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的另一个元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中另一个元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1、图2。本申请一个实施例提供一种双级活塞注汽封隔器，包括：中心管100、固定套设于所述中心管100外的密封管101、固定套设于所述中心管100外的外液缸104、套设于所述中心管100和所述外液缸104之间的动力单元。

所述动力单元通过坐封销钉113连接所述外液缸104；所述中心管100和所述动力单元之间通过锁紧单元相连接；所述锁紧单元和所述中心管100通过解封销钉112相连接；所述锁紧单元仅允许所述动力单元向上移动。所述动力单元向上运动时压缩所述液力腔体102。所述密封管101和所述中心管100之间在所述动力单元的上方形成密闭的液力腔体102；所述液力腔体102内充满有膨胀液；所述密封管101外套设有与所述液力腔体102相对应的密封套103。

所述动力单元包括第一活塞105以及位于所述第一活塞105下方将所述第一活塞105顶抵的第二活塞107。所述第一活塞105的下方还设有第一活塞腔110。所述第二活塞107的下方还设有第二活塞腔109。所述中心管100的管壁上设有将所述第一活塞腔110与所述中心管100内部连通的第一连通孔99、以及将所述第二活塞腔109与所述中心管100内部连通的第二连通孔111。

在需要坐封时，通过中心管100注入液体打压进入第一活塞腔110、第二活塞腔109，推动动力单元向上移动。压力达到一定程度后，动力单元(第一活塞105)将坐封销钉113剪断，随后向上移动。动力单元向上移动时压缩所述液力腔体102，进而将液力腔体102内的膨胀液压缩，增加液力腔体102内的压力，促使液力腔体102沿径向向外扩张，致使密封管101以及密封套103向外扩张，密封套103向外膨胀达到坐封。而在注汽过程中，液力腔体102内的膨胀液受热膨胀，可以进一步增大液力腔体102内的压力，进而进一步将密封套103压实在套管200上，提供持久有效的密封效果。

因此，本申请实施例所提供的双级活塞注汽封隔器采用液力推动具有双级活塞的动力单元压缩液力腔体102内的膨胀液，增加液力腔体102内的压力，使得密封套103向外膨胀达到坐封的效果，并且，液力腔体102内的膨胀液在注汽过程中可以受热膨胀，进而可以持续提供压力将密封套103压实在套管200上，结合双级活塞的巨大推动压力，借此保证密封效果持久。可以看出，本申请实施例所提供的双级活塞注汽封隔器坐封效果好，密封持续性好。

在本实施例中，所述密封管101的下端套设于所述动力单元和所述外液缸104的上端之间。密封管101在液力腔体102上下两侧的壁厚大于(沿径向)对应液力腔体102位置的壁厚。如此，在液力腔体102内压力增大时液力腔体102可以沿径向向外扩张膨胀。密封管101的上端具有注入孔122，在向液力腔体102内部注入充满膨胀液后焊接封闭，进而形成密闭的液力腔体102。

为形成密闭的液力腔体102并提供可靠的密封效果，避免高温密封失效，所述密封管101的上端和所述中心管100之间设有第一密封单元。所述第一密封单元包括固定套设于中心管100外的第一密封帽116、以及填充在所述密封管101和所述中心管100之间的第一石墨密封环117。所述第一密封帽116将所述第一石墨密封环117压紧。液力腔体102内充满膨胀液，膨胀液在高于常温(例如30摄氏度)时可以汽化(气化)膨胀，较佳的，膨胀液的汽化温度低于100摄氏度。例如：膨胀液可以为酒精、甲醇、丙酮等等，由于井下为高压状态，进而膨胀液也可以为水。

如图2所示。为便于上提解封，所述密封管101在所述液力腔体102的下方的外壁上设有余量槽124。所述外液缸104的上端固定连接有伸入到所述余量槽124中的滑动钉123。余量槽124为沿中心管100轴向延伸的长槽。在坐封时密封管101沿径向向外扩张膨胀，相应的，密封管101的下端会形成一定程度的上移，与外液缸104的下端之间形成一定的空间裕量。余量槽124和滑动钉123相配合，可以实现密封管101的防转以及下端的移动导向。通过该余量槽124和滑动钉123配合所形成的活动裕量，可以在上提中心管100解封时提供活动裕量将坐封打破。并且，滑动钉123伸入到余量槽124中可以对于密封管101和外液缸104之间的相对位置进行一定程度的限制。

密封套103固定套设于密封管101外。密封套103与液力腔体102径向相对应(大致对应中心管100的同一位置)，也即，密封套103同时套设于液力腔体102和密封管101外，进而液力腔体102压力增大时，密封管101径向扩大可以将密封套103向外顶出扩张。密封管101的外壁上可以设有环形嵌槽，密封套103套设在该环形嵌槽中。为具有较佳的密封效果，所述密封套103为紫铜套。

在本实施例中，所述动力单元还包括位于所述第一活塞105上方的上活塞管106。所述第一活塞105和所述第二活塞107之间具有固定于所述中心管100外的固定活塞108。所述第一活塞腔110位于所述固定活塞108和所述第一活塞105之间。所述第二活塞腔109位于所述第二活塞107和所述外液缸104的下端之间。第二活塞107套设于中心管100外，其具有主体部1071以及位于主体部1071上侧的顶抵管1072，主体部1071的两侧分别通过密封环与中心管100和外液缸104相密封贴合，顶抵管1072的上端顶抵接触第一活塞105，固定活塞108位于主体部1071的上方并固定套设于顶抵管1072和中心管100之间。第一连通孔99位于第二连通孔111的上方，与第一活塞腔110相连通。第二连通孔111与第二连通孔111相连通，固定活塞108和第二活塞107之间为第二活塞107的活动空间，满足第二活塞107上行的需要。

其中，上活塞管106可滑动地套设于中心管100外。第一活塞105位于上活塞管106的下方将上活塞管106顶抵。所述上活塞管106的上端伸入所述液力腔体102。所述第三密封单元位于所述上活塞管106和所述中心管100之间且位于所述锁紧管114的上方。在动力单元向上移动时，上活塞管106被第一活塞105、第二活塞107顶抵伸入到液力腔体102内的长度增多，相应的，液力腔体102内容纳膨胀液的空间逐渐减小，从而内部压力不断增大。

所述动力单元和所述中心管100的外壁之间设有第二密封单元。所述第二密封单元包括固定套设于中心管100和所述上活塞管106之间的第二密封帽119、以及第二石墨密封环118。所述第二密封帽119将所述第二石墨密封环118压紧。

所述密封管101的下端和所述动力单元之间设有第三密封单元。第二密封单元和第三密封单元在液力腔体102的下方将动力单元的内外两侧进行耐高温密封，进而将液力腔体102形成密闭腔体。所述第三密封单元包括固定套设于上活塞管106和所述密封管101之间的第三密封帽121、以及第三石墨密封环120；所述第三密封帽121将所述第三石墨密封环120压紧。

在本实施例中，所述锁紧单元包括通过所述解封销钉112连接所述中心管100的锁紧管114、套设于所述锁紧管114外的锁紧环115。所述锁紧环115安装于所述动力单元上随所述动力单元一同移动。锁紧管114的外壁上可以分布有斜齿，相应的，锁紧环115的内壁开设有相配合的斜齿，锁紧环115为具备一定弹性的开口圆环，其可以被撑开并恢复。锁紧管114和锁紧环115通过斜齿啮合，实现动力单元的止退，保持密封套103的膨胀坐封状态，将密封效果保持。

本实施例所提供的双级活塞注汽封隔器可以井外上提中心管100解封，解封简单可靠。其中，解封销钉112将锁紧管114的下端与中心管100固定连接。解封销钉112的剪切强度大于坐封销钉113的剪切强度。

在本实施例中，所述外液缸104的下端密封贴合所述中心管100的外壁并焊接固定连接所述中心管100。外液缸104的下端端面通过焊接形成的角焊缝与中心管100的外壁固定连接。所述第二活塞腔109位于所述外液缸104的下端和所述活塞15的下端之间。第一连通孔99、第二连通孔111直接通入第一活塞腔110、第二活塞腔109中。所述第一活塞105的内外两侧分别通过密封环(未标出)与所述外液缸104、中心管100密封贴合。所述坐封销钉113在所述密封环的上方将所述第一活塞105和所述外液缸104相连接。

下面详细描述本实施例所提供的双级活塞注汽封隔器的工作过程，以便更好地理解本申请。

坐封过程如下：按照设计管柱将工具(双级活塞注汽封隔器)下至到预定位置，然后井外打压，液压进入到第一活塞腔110、第二活塞腔109中增大活塞腔(第一活塞腔110、第二活塞腔109)中的压力，当压力达到一定值时双级活塞(第一活塞105、第二活塞107)向上移动将坐封销钉113剪断，在活塞腔中推力的作用下第一活塞105、第二活塞107推动上活塞管106和锁紧环115向上运动。上活塞管106进入到液力腔体102中压缩膨胀液，使得密封管101和紫铜密封套103向外扩张压实到套管200上形成密封。

同时，如图2所示，为了达到向外扩张的目的密封管101会向上运动(径向形成扩张)，在滑动钉9的作用下和外液缸104的端面分离形成一定的空间用于解封时使用。由于锁紧环115的存在，在中心管100内压力消失后第一活塞105依然保持在当前位置，从而保持密封状态。在后续注汽过程中，管柱内建立温度场，膨胀液受热膨胀持续提供压力将密封套103压实在套管200上，保证密封效果。

解封过程如下：此时，密封套103压实在套管200上，解封销钉112没有剪断之前上提中心管100。中心管100带动上活塞管106继续增加液力腔体102内的液体压力。当液力腔体102内的压力达到一定值时剪断解封销钉112，此时上活塞管106、锁紧管114、锁紧环115和第一活塞105一起向下运动，液力腔体102内的压力消失，继续井外上提管柱(中心管100连接油管，井外上提油管即可)，外液缸104和密封管101接触，通过外液缸104将整个工具带出井内，完成解封。

综上所述，本申请实施例所提供的封隔器至少具有以下四点优点：

(1)采用双级活塞进行坐封，坐封压力大，坐封效果可靠；

(2)采用液力推动双级活塞压缩液力腔体内的液体，增加液力腔体内的压力，使密封件(密封管、密封套)向外膨胀达到坐封的效果。

(3)液力腔内的液体在注汽过程中受热膨胀，可以持续提供压力将密封件压实在套管200上，保证密封效果持久。

(4)该封隔器采用上提管柱的解封方式，解封简单可靠。

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

1.一种双级活塞注汽封隔器，其特征在于，包括：中心管、固定套设于所述中心管外的密封管、固定套设于所述中心管外的外液缸、套设于所述中心管和所述外液缸之间的动力单元；

所述动力单元通过坐封销钉连接所述外液缸；所述中心管和所述动力单元之间通过锁紧单元相连接；所述锁紧单元和所述中心管通过解封销钉相连接；所述锁紧单元仅允许所述动力单元向上移动；所述动力单元向上运动时压缩所述液力腔体；所述密封管和所述中心管之间在所述动力单元的上方形成密闭的液力腔体；所述液力腔体内充满有膨胀液；所述密封管外套设有与所述液力腔体相对应的密封套；

所述动力单元包括第一活塞以及位于所述第一活塞下方将所述第一活塞顶抵的第二活塞；所述第一活塞的下方还设有第一活塞腔；所述第二活塞的下方还设有第二活塞腔；所述中心管的管壁上设有将所述第一活塞腔与所述中心管内部连通的第一连通孔、以及将所述第二活塞腔与所述中心管内部连通的第二连通孔。

2.如权利要求1所述的双级活塞注汽封隔器，其特征在于，所述动力单元还包括位于所述第一活塞上方的上活塞管；所述上活塞管的上端伸入所述液力腔体；所述第一活塞和所述第二活塞之间具有固定于所述中心管外的固定活塞；所述第一活塞腔位于所述固定活塞和所述第一活塞之间；所述第二活塞腔位于所述第二活塞和所述外液缸的下端之间。

3.如权利要求1所述的双级活塞注汽封隔器，其特征在于，所述密封管的下端套设于所述动力单元和所述外液缸的上端之间；所述密封管在所述液力腔体的下方的外壁上设有余量槽；所述外液缸的上端固定连接有伸入到所述余量槽中的滑动钉。

4.如权利要求2所述的双级活塞注汽封隔器，其特征在于，所述密封管的上端和所述中心管之间设有第一密封单元；所述动力单元和所述中心管的外壁之间设有第二密封单元；所述密封管的下端和所述动力单元之间设有第三密封单元。

5.如权利要求4所述的双级活塞注汽封隔器，其特征在于，所述锁紧单元包括通过所述解封销钉连接所述中心管的锁紧管、套设于所述锁紧管外的锁紧环；所述锁紧环安装于所述动力单元上随所述动力单元一同移动。

6.如权利要求1所述的双级活塞注汽封隔器，其特征在于，所述外液缸的下端密封贴合所述中心管的外壁并焊接固定连接所述中心管；所述第一活塞的内外两侧分别通过密封环与所述外液缸、中心管密封贴合；所述坐封销钉在所述密封环的上方将所述第一活塞和所述外液缸相连接。

7.如权利要求1所述的双级活塞注汽封隔器，其特征在于，所述密封套为紫铜套。

8.如权利要求4所述的双级活塞注汽封隔器，其特征在于，所述第一密封单元包括固定套设于中心管外的第一密封帽、以及填充在所述密封管和所述中心管之间的第一石墨密封环；所述第一密封帽将所述第一石墨密封环压紧；所述第二密封单元包括固定套设于中心管和所述上活塞管之间的第一密封帽、以及第二石墨密封环；所述第二密封帽将所述第二石墨密封环压紧；所述第三密封单元包括固定套设于上活塞管和所述密封管之间的第三密封帽、以及第三石墨密封环；所述第三密封帽将所述第三石墨密封环压紧。