專利名稱：一種帶有防突保護(hù)裝置的自膨脹封隔器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于石油鉆井、完井作業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種帶有防突保護(hù)裝置的自膨脹封隔器。
背景技術(shù)：
封隔器作為一種起到層間隔離的井下作業(yè)工具，在石油勘探開(kāi)發(fā)中被廣泛應(yīng)用于包括鉆井、完井、儲(chǔ)層改造等許多工藝措施中。目前，用于層間隔離的封隔器主要有機(jī)械壓縮式、水力擴(kuò)張式和自膨脹式三類。機(jī)械壓縮式封隔器雖然可以在較短的密封長(zhǎng)度內(nèi)實(shí)現(xiàn)較大的封隔壓差，但是膨脹率較低，對(duì)井眼規(guī)則程度要求較高，外徑尺寸較大，下入過(guò)程存在遇阻風(fēng)險(xiǎn)。水力擴(kuò)張式封隔器膨脹率大，但需要下入工具坐封，操作復(fù)雜，壽命短，且密封能力低。自膨脹封隔器相對(duì)于前兩種封隔器有如下優(yōu)點(diǎn)1)無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件、不需要專門的坐封工具，適用于復(fù)雜油氣井的完井作業(yè)；2)簡(jiǎn)化了完井施工工藝，提高了完井作業(yè)效率，降低成本；3)對(duì)不同井況的適應(yīng)能力強(qiáng)；4)適合不規(guī)則井眼，而且橡膠具備自修復(fù)功能；5)橡膠膨脹過(guò)程不可逆、密封性能可靠、壽命長(zhǎng)。專利號(hào)為200920106033.9的專利公開(kāi)了一種自膨脹式封隔器，該實(shí)用新型所介紹的自膨脹封隔器，雖然同屬于自膨脹封隔器類別，利用遇油遇水膨脹橡膠的吸油吸水特性實(shí)現(xiàn)膠筒脹封，通過(guò)卡簧實(shí)現(xiàn)膠筒的軸向限位。這種限位方式在膠筒脹封后，膠筒外徑較擋環(huán)外徑大出很多，無(wú)法起到支撐橡膠、防止橡膠擠出的作用。另外，利用卡簧固定擋環(huán)的方式，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且不便于安裝，削弱了基管的強(qiáng)度。整個(gè)封隔器承壓能力有限。專利號(hào)為200920278348. 1的專利公開(kāi)了封隔器固定環(huán)及具有該固定環(huán)的遇油、 遇水自膨脹封隔器，該實(shí)用新型所介紹的自膨脹封隔器以及固定限位環(huán)，采用在膠筒上間隔固定多個(gè)限位環(huán)的方式防止膠筒鼓包，同時(shí)將固定環(huán)的固定部沿軸向的長(zhǎng)度等于封隔器端部的長(zhǎng)度。但該防突結(jié)構(gòu)依然在膠筒脹封的初始階段起作用，一旦膠筒膨脹并與井壁接觸，即會(huì)出現(xiàn)橡膠外擠的風(fēng)險(xiǎn)。多段固定環(huán)也降低了膠筒的密封長(zhǎng)度及其密封性能。專利號(hào)為200920248921. 4的專利公開(kāi)了一種自動(dòng)膨脹式管外封隔器，能夠?qū)崿F(xiàn)入井后遇油遇水自動(dòng)膨脹。所涉及的自膨脹封隔器膠筒有兩種結(jié)構(gòu)形式有限位套式和無(wú)限位套式。兩種結(jié)構(gòu)都沒(méi)有充分考慮膠筒兩端吸油吸水后的膨脹作用，由于限位套的軸向限制，容易導(dǎo)致膠筒膨脹過(guò)程中出現(xiàn)鼓包和與基管脫離現(xiàn)象出現(xiàn)。另外，該實(shí)用新型沒(méi)有考慮膠筒脹封過(guò)程中的橡膠擠出問(wèn)題，這會(huì)影響封隔器的承壓能力。專禾丨J號(hào)為 US 7806193 的專禾U 公開(kāi)了一種 Swellable packer with back-upsystems,該專利同樣涉及帶有熱塑性塑料端部擋環(huán)的遇油膨脹封隔器，入井時(shí)，該端部擋環(huán)可保護(hù)膠筒；在膨脹后，為遇油膨脹彈性單元提供一定的機(jī)械支撐，以限制其軸向擠出，提高密封能力。該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但坐封后，端環(huán)不能接觸到井壁，橡膠仍有擠出、塞縫的可能，進(jìn)而影響密封能力。專利號(hào)為 US 7422071 公開(kāi)了一種 Swelling packer with overlapping petals, 本專利涉及的是封隔器，但沒(méi)有講到封隔器兩端的防突裝置。[0008]綜上所述，國(guó)內(nèi)外已有多家機(jī)構(gòu)對(duì)遇油遇水自膨脹封隔器進(jìn)行了研究，但目前遇油遇水自膨脹封隔器結(jié)構(gòu)仍然存在以下問(wèn)題和不足1)為了實(shí)現(xiàn)較大的封隔能力，膠筒長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，不便于下入，制約了其在薄油層或者大狗腿度井內(nèi)的應(yīng)用。2)橡膠在與井內(nèi)液體(原油或者水)接觸后持續(xù)膨脹，不可避免的會(huì)出現(xiàn)橡膠擠出甚至撕裂的情況，降低密封能力和可靠性。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的難題，提供一種帶有防突保護(hù)裝置的自膨脹封隔器，解決現(xiàn)有遇油遇水自膨脹封隔器在脹封過(guò)程中膠筒兩端易擠出、 撕裂等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)入井時(shí)保護(hù)膠筒，在脹封后支撐膠筒進(jìn)而保證膠筒的密封能力，同時(shí)可提供過(guò)流通道，保證膠筒從兩端持續(xù)吸收井內(nèi)流體，保護(hù)橡膠在充分吸液的情況下不擠出、不撕裂、不鼓包，提高封隔器的可靠性和承壓能力。本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種帶有防突保護(hù)裝置的自膨脹封隔器，包括基管1、自膨脹膠筒6和限位防突機(jī)構(gòu)；所述自膨脹膠筒6套在基管1外并固定在其外壁上；在所述基管1上，于自膨脹膠筒6兩端分別套裝有一個(gè)限位防突機(jī)構(gòu)，兩個(gè)限位防突機(jī)構(gòu)相對(duì)設(shè)置；每個(gè)所述限位防突機(jī)構(gòu)包括限位端環(huán)2、防突環(huán)5、緊定螺釘3和密封圈4 ；所述限位端環(huán)2套在基管1外，并通過(guò)緊定螺釘3固定在基管1的外壁上，在限位端環(huán)2內(nèi)表面與基管1之間裝有密封圈4 ；所述防突環(huán)5套在基管1外，并安裝在限位端環(huán)2與自膨脹膠筒6之間；所述防突環(huán)5為碗狀結(jié)構(gòu)，在其大徑段碗壁上開(kāi)有內(nèi)外貫通的沖孔，大徑段碗壁將自膨脹膠筒6的末端包裹住，大徑段碗壁的內(nèi)表面與自膨脹膠筒6的末端外表面硫化在一起；小徑段碗壁外表面被限位端環(huán)2的一端壓住，限位端環(huán)2的另一端外壁設(shè)有圓錐形臺(tái)階結(jié)構(gòu)。自膨脹膠筒6是通過(guò)將遇油遇水膨脹橡膠纏繞或者擠注的方式粘結(jié)包裹在基管1 上，然后通過(guò)硫化成型的。限位端環(huán)2的外徑與自膨脹膠筒6的最大外徑相同或者大于自膨脹膠筒6的最大外徑。所述基管1采用API套管或油管；在其上端和下端均加工有外螺紋。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是(1)通過(guò)在自膨脹膠筒兩端硫化有防突環(huán)，使之與膠筒一同脹開(kāi)，起到支撐自膨脹膠筒、防止橡膠擠出、塞縫的作用，保證了自膨脹膠筒的密封效果，同時(shí)能夠保證井內(nèi)液體持續(xù)滲入膠筒；防突環(huán)設(shè)置在自膨脹膠筒的兩端，在封隔器入井時(shí)，對(duì)膠筒起到保護(hù)作用，避免膠筒被刮傷；防突環(huán)的設(shè)置大大提升了自膨脹封隔器的可靠性，避免了封隔器在入井過(guò)程中被碰傷，更加便于入井。另外，防突環(huán)上設(shè)有多個(gè)孔，解決了因?yàn)榉劳画h(huán)隨自膨脹膠筒膨脹后隔離液體、造成吸液困難的問(wèn)題；[0025](2)兩端的端環(huán)用于固定和支撐防突環(huán)及膠筒，大大提升了封隔器的密封能力和可靠性，并使封隔器整體結(jié)構(gòu)緊湊，更加便于入井；(3)通過(guò)在端環(huán)上加入密封圈，解決了現(xiàn)有技術(shù)中由于端環(huán)與基管的配合間隙產(chǎn)生的井內(nèi)液體滲入膠筒的問(wèn)題，避免了因?yàn)樽耘蛎浤z筒吸收液體不均勻所導(dǎo)致的膨脹不均勻現(xiàn)象的發(fā)生。

圖1是本實(shí)用新型帶有防突保護(hù)裝置的自膨脹封隔器的初始狀體結(jié)構(gòu)圖。圖2是本實(shí)用新型帶有防突保護(hù)裝置的自膨脹封隔器在脹封后的結(jié)構(gòu)圖。圖3(a)是本實(shí)用新型帶有防突保護(hù)裝置的自膨脹封隔器上的防突環(huán)初始狀態(tài)俯視結(jié)構(gòu)圖。圖3(b)是本實(shí)用新型帶有防突保護(hù)裝置的自膨脹封隔器上的防突環(huán)初始狀態(tài)側(cè)視結(jié)構(gòu)圖。其中，1為基管，2為限位端環(huán)，3為緊定螺釘，4為密封圈，5為防突環(huán)，6為自膨脹膠筒。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述如圖1所示，一種帶有防突保護(hù)裝置的自膨脹封隔器，包括基管1、自膨脹膠筒6和限位防突機(jī)構(gòu)。其中，基管1用于連接上、下部完井管柱，基管1采用將API套管或者油管按要求截取一定長(zhǎng)度后，在其上端和下端加工上外螺紋而制成；自膨脹膠筒6通過(guò)纏繞或者擠注方式粘結(jié)硫化在基管上；自膨脹膠筒6的材料和長(zhǎng)度可以根據(jù)井況定制；在自膨脹膠筒6的上下端分別安裝有一套限位防突機(jī)構(gòu)，每套限位防突包括限位端環(huán)2、防突環(huán)5、緊定螺釘3以及密封圈4，限位端環(huán)2通過(guò)緊定螺釘3固定在自膨脹膠筒 6兩端的基管1上，限位端環(huán)2 —端外壁設(shè)有圓錐形臺(tái)階結(jié)構(gòu)，便于封隔器入井，一端壓緊防突環(huán)5。密封圈4安裝在其內(nèi)側(cè)用以密封限位端環(huán)2與基管1之間的間隙，防止井內(nèi)液體從端環(huán)2與基管1之間的縫隙中滲入，避免自膨脹膠筒6內(nèi)表面吸油或者吸水所產(chǎn)生的鼓包、 與基管1脫離的現(xiàn)象出現(xiàn)；在限位端環(huán)2與自膨脹膠筒6之間分別安裝有一個(gè)防突環(huán)5，兩個(gè)防突環(huán)5相對(duì)布置。所述防突環(huán)5套在基管1外，采用預(yù)沖孔的碗狀結(jié)構(gòu)，在其大徑段碗壁上開(kāi)有內(nèi)外貫通的沖孔，大徑段碗壁將自膨脹膠筒6的末端包裹住，大徑段碗壁的內(nèi)表面與自膨脹膠筒6 的末端外表面硫化在一起；小徑段碗壁外表面被限位端環(huán)2的一端壓住，防止自膨脹膠筒6 膨脹產(chǎn)生的軸向變形。限位端環(huán)2的外徑與自膨脹膠筒6的最大外徑相同或者略大于膠筒 6的外徑，在下入過(guò)程中保證自膨脹膠筒6不被井壁劃傷。如圖2所示，當(dāng)帶有防突保護(hù)裝置的自膨脹封隔器下入井內(nèi)適當(dāng)位置后，接觸井眼內(nèi)的原油或者水層時(shí)，自膨脹膠筒6就會(huì)吸收油或者水實(shí)現(xiàn)膨脹。在膨脹過(guò)程中，無(wú)需下入其它工具。由于密封圈4密封住限位端環(huán)2與基管1之間的間隙，自膨脹膠筒6兩端被
5防突環(huán)5包裹，因此，橡膠只能通過(guò)自膨脹膠筒外表面吸收液體，中間部分先膨脹，自膨脹膠筒6兩端的膨脹速度略小于中間，當(dāng)自膨脹膠筒6膨脹產(chǎn)生足夠應(yīng)力，就會(huì)脹開(kāi)防突環(huán)5 繼續(xù)膨脹，防突環(huán)5在膨脹過(guò)程中始終緊密貼合自膨脹膠筒6，這樣防突環(huán)5起到了防止兩端橡膠被擠出、撕裂的作用。如圖3(a)、圖3(b)所示，防突環(huán)5采用碗狀結(jié)構(gòu)，在其表面預(yù)留有多個(gè)沖孔，即使防突環(huán)5在隨自膨脹膠筒6脹封與井壁接觸后，依然能夠保證井內(nèi)液體順利滲入自膨脹膠筒6中，這樣自膨脹橡膠能夠持續(xù)吸收井內(nèi)流體，保持對(duì)井壁的壓實(shí)度，實(shí)現(xiàn)可靠穩(wěn)定的環(huán)空封隔。實(shí)際使用證明，碗狀防突環(huán)結(jié)構(gòu)合理，易于脹開(kāi)，脹封后邊緣與井壁間隙適中，沖孔尺寸、數(shù)量合理，能夠有效的防止自膨脹膠筒擠出，提升封隔器的承壓能力。本實(shí)用新型通過(guò)在自膨脹膠筒6兩端設(shè)置限位防突機(jī)構(gòu)，起到保護(hù)和支撐自膨脹膠筒的作用，提高了自膨脹封隔器的入井過(guò)程中的安全性和脹封作業(yè)的可靠性，并解決了自膨脹膠筒及防突環(huán)接觸井壁后的液體滲入問(wèn)題，可保證有充分的液體進(jìn)入自膨脹橡膠內(nèi)部，以便實(shí)現(xiàn)自膨脹膠筒的長(zhǎng)久密封，大大提高了封隔器的密封能力和可靠性，并使封隔器整體結(jié)構(gòu)緊湊，更加便于入井。該實(shí)用新型屬于石油鉆井領(lǐng)域，可滿足分層開(kāi)采，增產(chǎn)作業(yè)，防砂堵水等完井作業(yè)要求，提高封隔器脹封后的可靠性，增大封隔器的密封能力。用于低滲油氣藏的裸眼完井， 以及高溫出砂等復(fù)雜井眼條件下的增產(chǎn)改造，成功率高，具有廣闊的應(yīng)用前景。上述技術(shù)方案只是本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員而言， 在本實(shí)用新型公開(kāi)了應(yīng)用方法和原理的基礎(chǔ)上，很容易做出各種類型的改進(jìn)或變形，而不僅限于本實(shí)用新型上述具體實(shí)施方式
所描述的方法，因此前面描述的方式只是優(yōu)選的，而并不具有限制性的意義。
權(quán)利要求1.一種帶有防突保護(hù)裝置的自膨脹封隔器，其特征在于所述自膨脹封隔器包括基管 (1)、自膨脹膠筒(6)和限位防突機(jī)構(gòu)；所述自膨脹膠筒(6)套在基管(1)外并固定在其外壁上；在所述基管(1)上，于自膨脹膠筒(6)兩端分別套裝有一個(gè)限位防突機(jī)構(gòu)，兩個(gè)限位防突機(jī)構(gòu)相對(duì)設(shè)置；每個(gè)所述限位防突機(jī)構(gòu)包括限位端環(huán)O)、防突環(huán)(5)、緊定螺釘C3)和密封圈(4)；所述限位端環(huán)( 套在基管(1)外，并通過(guò)緊定螺釘(3)固定在基管(1)的外壁上，在限位端環(huán)(2)內(nèi)表面與基管⑴之間裝有密封圈⑷；所述防突環(huán)(5)套在基管(1)外，并安裝在限位端環(huán)(2)與自膨脹膠筒(6)之間；所述防突環(huán)(5)為碗狀結(jié)構(gòu)，在其大徑段碗壁上開(kāi)有內(nèi)外貫通的沖孔，大徑段碗壁將自膨脹膠筒(6)的末端包裹住，大徑段碗壁的內(nèi)表面與自膨脹膠筒(6)的末端外表面硫化在一起；小徑段碗壁外表面被限位端環(huán)⑵的一端壓住，限位端環(huán)( 的另一端外壁設(shè)有圓錐形臺(tái)階結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有防突保護(hù)裝置的自膨脹封隔器，其特征在于所述自膨脹膠筒(6)是通過(guò)將遇油遇水膨脹橡膠纏繞或者擠注的方式粘結(jié)包裹在基管(1)上，然后通過(guò)硫化成型的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有防突保護(hù)裝置的自膨脹封隔器，其特征在于所述限位端環(huán)O)的外徑與自膨脹膠筒(6)的最大外徑相同或者大于自膨脹膠筒(6)的最大外徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有防突保護(hù)裝置的自膨脹封隔器，其特征在于所述基管 (1)采用API套管或油管；在其上端和下端均加工有外螺紋。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種帶有防突保護(hù)裝置的自膨脹封隔器，包括基管1、自膨脹膠筒6和限位防突機(jī)構(gòu)。自膨脹膠筒6套在基管1外，其兩端分別套裝有相對(duì)設(shè)置的限位防突機(jī)構(gòu)，所述限位防突機(jī)構(gòu)包括限位端環(huán)2、防突環(huán)5、緊定螺釘3和密封圈4；限位端環(huán)2套在基管1外，并通過(guò)緊定螺釘3固定，通過(guò)密封圈4實(shí)現(xiàn)密封；所述防突環(huán)5套在基管1外，并安裝在限位端環(huán)2與自膨脹膠筒6之間；其為預(yù)沖孔碗狀結(jié)構(gòu)，其大徑段碗壁將自膨脹膠筒6的末端包裹住，其內(nèi)表面與自膨脹膠筒6的末端硫化在一起；小徑段碗壁外表面被限位端環(huán)2的一端壓住，限位端環(huán)2的另一端外壁設(shè)有圓錐形臺(tái)階結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型可應(yīng)用于多種完井方式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、使用方便。
文檔編號(hào)E21B33/127GK202176305SQ201120133008
公開(kāi)日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月29日
發(fā)明者劉陽(yáng), 楊德鍇, 王德國(guó), 郭朝輝, 馬蘭榮 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司石油工程技術(shù)研究院