專利名稱：一種自膨脹封隔器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油鉆井、完井作業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種遇液體自膨脹封隔器。
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，在石油勘探開發(fā)中被廣泛應(yīng)用于包括鉆井、完井、儲層改造等許多工藝措施中。自膨脹封隔器是一種無機(jī)械運動部件且不需要坐封工具的自激發(fā)脹封式封隔器，具備施工工藝簡化，作業(yè)效率高，適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點，特別適用于復(fù)雜油氣井的完井作業(yè)。CN200920106033.9公開了一種自膨脹式封隔器。該自膨脹封隔器利用遇液體(油或水)膨脹橡膠的吸附特性來實現(xiàn)膠筒的脹封，并且通過卡簧實現(xiàn)膠筒的軸向限位。然而在這種限位方式中，在膠筒脹封后膠筒的外徑會比擋環(huán)的外徑大出很多，從而無法起到支撐橡膠、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。整個封隔器承壓能力有限。CN200920278348.1公開了一種封隔器固定環(huán)及具有該固定環(huán)的遇液體自膨脹封隔器。在該自膨脹封隔器中，采用在膠筒上間隔地固定多個限位環(huán)的方式來防止膠筒鼓包，同時使固定環(huán)的固定部沿軸向的長度等于封隔器端部的長度。然而該防突結(jié)構(gòu)依然僅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，即會出現(xiàn)橡膠外擠的風(fēng)險。另外，多個固定環(huán)也降低了膠筒的密封長度及其密封性能。US7806193也公開了一種帶有熱塑性塑料端部擋環(huán)的遇油膨脹封隔器。在入井時，該端部擋環(huán)可保護(hù)膠筒；在膨脹后，該端部擋環(huán)為遇油膨脹的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。雖然該結(jié)構(gòu)比較簡單，然而在坐封后端環(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。

因此，現(xiàn)有技術(shù)中的自膨脹封隔器都無法有效地防止橡膠被擠出和撕裂，其密封能力均不能令人滿意。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到現(xiàn)有技術(shù)中存在的以上技術(shù)問題，本發(fā)明的一個目的是提供一種自膨脹封隔器，其能夠在膠筒遇液體膨脹時防止橡膠被擠出和撕裂。本發(fā)明的另一個目的是提供一種自膨脹封隔器，其能夠使端部膠筒在脹封后依然能吸收井內(nèi)液體。根據(jù)本發(fā)明提供了一種自膨脹封隔器，包括基管、環(huán)繞在基管上的自膨脹膠筒、固定在基管上且緊鄰于膠筒的兩端的限位端環(huán)，以及分別環(huán)繞在膠筒的兩端上的防突環(huán)。其中，各防突環(huán)均包括基環(huán)部分，以及多個從基環(huán)部分中沿基管的縱向延伸出來的板條部分。各板條部分在基管的周向上與相鄰的板條部分彼此部分地重疊。根據(jù)本發(fā)明，防突環(huán)具有多個從基環(huán)部分中沿縱向伸出的板條部分。這樣，當(dāng)封隔器下入到井底預(yù)定位置且膠筒接觸到液體(油或水)而膨脹時，由于環(huán)繞安裝在膠筒兩端上的防突環(huán)的存在，膠筒兩端的膨脹速度將小于其中間部分的膨脹速度。當(dāng)膠筒吸收了足量的油或水時，因此膠筒的兩端也會撐開防突環(huán)的板條部分而使之膨脹。在該膨脹過程中，考慮到板條部分一端固定在基環(huán)部分上而另一端為自由端，板條部分會始終緊密地貼合在膠筒上，防止膠筒被擠出、撕裂。因此，封隔器的承壓能力得以提高。此外，由于各個板條部分在周向上設(shè)置成彼此間部分地重疊，因此在它們之間仍然會形成有過流通道，使得井內(nèi)液體能夠經(jīng)這些過流通道滲入到膠筒內(nèi)。因此，膠筒的兩端在脹封之后仍能吸收井內(nèi)液體，從而保持了對井壁的壓實度，實現(xiàn)可靠穩(wěn)定的環(huán)空封隔。這樣便能夠?qū)崿F(xiàn)膠筒的長久密封，大大提高了封隔器的密封能力和可靠性。此外，整個封隔器的結(jié)構(gòu)也非常緊湊，更加便于入井，也能夠適用于多種完井方式。在一個實施例中，在相鄰兩個板條部分之間形成了過流通道。優(yōu)選地，在各個板條部分的未被相鄰板條部分覆蓋的區(qū)域上設(shè)有至少一個過流孔。提供這種過流孔進(jìn)一步增強(qiáng)了膠筒兩端在脹封之后吸收井內(nèi)液體的能力。在一個具體的實施例中，相鄰板條部分之間的重疊面積為各板條部分的面積的一 半。為了保護(hù)膠筒和防突環(huán)在下入時免受井壁劃傷，限位端環(huán)的外徑應(yīng)至少等于或大于防突環(huán)的外徑。為了限制膠筒的軸向變形，防突環(huán)的基環(huán)部分可至少部分地伸入到自膨脹封隔器的限位端環(huán)中。在一個具體的例子中，限位端環(huán)包括防突環(huán)的基環(huán)部分至少部分地伸入到其中的容納部分。該容納部分可以是凹槽或臺階。在一個實施例中，在限位端環(huán)和基管之間設(shè)有密封圈，用于防止井內(nèi)液體從端環(huán)與基管之間滲入而導(dǎo)致膠筒產(chǎn)生內(nèi)側(cè)鼓包。在一個實施例中，自膨脹膠筒為硫化在基管上的橡膠膠筒。防突環(huán)的基環(huán)部分也可與自膨脹膠筒硫化為一體。在一個優(yōu)選的實施例中，通過在防突環(huán)上的若干圓周位置處以與切線方向成一定角度的方式從防突環(huán)的一端向另一端進(jìn)行不貫穿整個防突環(huán)縱向長度的切縫，從而形成多個板條部分。容易理解，在這種情況下，防突環(huán)的上述另一端形成了基環(huán)部分。這樣，防突環(huán)的生產(chǎn)工藝非常簡單，節(jié)約了成本。在一個具體的例子中，該角度為15-30度。


下面基于附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出，雖然附圖示出了本發(fā)明的一些實施例，然而本發(fā)明并不限于這些實施例。在附圖中，圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的自膨脹封隔器的初始狀態(tài)結(jié)構(gòu)；圖2顯示了圖1所示的自膨脹封隔器的坐封狀態(tài)；圖3和4分別顯示了圖1所示的自膨脹封隔器的防突環(huán)的端視圖和側(cè)視圖；圖5顯示了圖1中區(qū)域I的放大視圖。
具體實施例方式下面基于附圖來詳細(xì)地介紹本發(fā)明。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的自膨脹封隔器10包括基管I?；躀例如可采用API套管或油管的形式，其在上、下端設(shè)有螺紋，以便與上、下部完井管柱相連接。
環(huán)繞在該基管I上設(shè)有自膨脹膠筒6。該膠筒6例如可通過纏繞或者模壓的方式硫化在基管I上。膠筒6的材料和長度可以根據(jù)具體的井況而定制。當(dāng)封隔器10隨著完井管串下入到井底預(yù)定位置并接觸到液體如原油或水時，由橡膠制成的膠筒6就會吸收油或水，實現(xiàn)膨脹。該封隔器10還包括限位端環(huán)2，其例如通過緊固螺釘3固定在基管I上，并且緊鄰于膠筒6的兩端。限位端環(huán)2可防止膠筒6的膨脹所產(chǎn)生的軸向變形。以上結(jié)構(gòu)和設(shè)置均為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的，因此詳細(xì)的介紹在此略去。 根據(jù)本發(fā)明，封隔器10還包括分別環(huán)繞安裝在膠筒6的兩端上的防突環(huán)5。該防突環(huán)例如可由金屬制成。如圖3和4所示，防突環(huán)5包括基環(huán)部分9。該基環(huán)部分9是一個完整的環(huán)體。另外，防突環(huán)5還包括多個從基環(huán)部分9中沿基管I的縱向延伸出來的板條部分7。如圖3所示，這些板條部分7布置成在圓周方向上彼此間部分地重疊。由于這種彼此間部分重疊的方式，在相鄰兩個板條部分7之間仍形成有過流通道。在一個具體的實施例中，相鄰板條部分之間的重疊面積為各板條部分的面積的一半。在一個實施例中，通過在防突環(huán)5上的若干圓周位置處以與切線方向成一定角度的方式從防突環(huán)5的一端向另一端進(jìn)行不貫穿整個防突環(huán)縱向長度的切縫，從而形成了上述多個板條部分7。這種加工方法工藝簡單，從而降低了成本。容易理解，防突環(huán)5的未被切縫的端部、即上述的另一端形成了基環(huán)部分9。在一個具體的實施例中，所述角度為15-30度。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)封隔器10下入到井底預(yù)定位置并接觸到液體時，膠筒6就會因吸收油或水而膨脹。此時，由于環(huán)繞安裝在膠筒6的兩端上的防突環(huán)5的限定作用，膠筒6的兩端的膨脹速度將小于其中間部分的膨脹速度。當(dāng)膠筒6吸收了足量的油或水時，膠筒6的兩端也會撐開防突環(huán)的板條部分7，使其也產(chǎn)生膨脹。由于防突環(huán)的各個板條部分7均從同一個基環(huán)部分中向外延伸出來且都具有自由端，因此在膨脹過程中，板條部分7將始終緊密地貼合在膠筒6上，從而起到了保護(hù)膠筒的作用，能可靠地防止膠筒擠出、撕裂。同時，由于各個板條部分7在周向上設(shè)置成彼此間部分地重疊，因此在各個板條部分7之間仍然形成有過流通道，使得井內(nèi)液體能夠從過流通道中滲入到膠筒6內(nèi)。因此，膠筒6的兩端在脹封之后仍然能吸收井內(nèi)液體，從而保持了對井壁的壓實度，實現(xiàn)可靠穩(wěn)定的環(huán)空封隔。通過這種方式，能夠?qū)崿F(xiàn)膠筒的長久密封，大大提高了封隔器的密封能力和可靠性。此外，整個封隔器的結(jié)構(gòu)也非常緊湊，更加便于入井，也能夠適用于多種完井方式。如圖4所示，在一個優(yōu)選實施例中，在各個板條部分7的未被相鄰板條部分所覆蓋的區(qū)域上設(shè)有至少一個過流孔8。這些過流孔8作為形成于板條部分7之間的過流通道的補(bǔ)充，進(jìn)一步增強(qiáng)了膠筒兩端在脹封之后吸收井內(nèi)液體的能力。盡管圖4顯示了在各個板條部分7上設(shè)有三個過流孔8，然而容易理解，過流孔8的數(shù)量和尺寸均可根據(jù)具體情況的要求來選擇。在另一個實施例中，限位端環(huán)2的外徑等于或略大于防突環(huán)5的外徑，這樣便可在下入過程中避免膠筒6和防突環(huán)5被井壁劃傷。為了防止井內(nèi)液體從端環(huán)2與基管I之間滲入而導(dǎo)致膠筒6產(chǎn)生內(nèi)側(cè)鼓包，可以在端環(huán)2與基管I之間布置適當(dāng)?shù)拿芊馊?，如圖1所示。
有利地是，防突環(huán)5的基環(huán)部分9至少部分地伸入到設(shè)置在限位端環(huán)2內(nèi)的容納部分中，以便更好地限制膠筒兩端的因膨脹而產(chǎn)生的軸向變形。在如圖5所示的實施例中，該容納部分是設(shè)置限位端環(huán)2的端面上的凹槽12，基環(huán)部分9的端部卡入到該凹槽12中。容易理解，該容納部分也可以是設(shè)置限位端環(huán)2的端面上的臺階部分。雖然在上文中已經(jīng)參考一些實施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，然而在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對其進(jìn)行各種改進(jìn)并且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在結(jié)構(gòu)沖突，本發(fā)明所披露的各個實施例中的各項特征均可通過任意方式相互結(jié)合起來使用，在本說明書中未對這些組合的情況進(jìn)行窮舉性的描述僅僅是出于省略篇幅和節(jié)約資源的考慮。因此，本發(fā)明并不局限于文中公開的特定實施例，而是包括落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有技 術(shù)方案。
權(quán)利要求
1.一種自膨脹封隔器，包括基管(I)、環(huán)繞在所述基管上的自膨脹膠筒￠)、固定在所述基管上且緊鄰于所述自膨脹膠筒的兩端的限位端環(huán)(2)，以及分別環(huán)繞安裝在所述自膨脹膠筒的兩端上的防突環(huán)(5)， 其特征在于，各所述防突環(huán)包括基環(huán)部分(9)，以及多個從所述基環(huán)部分(9)中沿所述基管的縱向延伸出來的板條部分(7)，各所述板條部分在所述基管的周向上與相鄰的板條部分彼此部分地重疊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自膨脹封隔器，其特征在于，在相鄰兩個板條部分之間形成了過流通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自膨脹封隔器，其特征在于，在各所述板條部分的未被相鄰板條部分覆蓋的區(qū)域上設(shè)有至少一個過流孔(8)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自膨脹封隔器，其特征在于，相鄰板條部分之間的重疊面積為各板條部分的面積的一半。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自膨脹封隔器，其特征在于，所述限位端環(huán)的外徑大于所述防突環(huán)的外徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自膨脹封隔器，其特征在于，所述限位端環(huán)包括所述防突環(huán)的基環(huán)部分至少部分地伸入到其中的容納部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自膨脹封隔器，其特征在于，在所述限位端環(huán)和所述基管之間設(shè)有密封圈(4)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自膨脹封隔器，其特征在于，所述防突環(huán)的基環(huán)部分與所述自膨脹膠筒硫化為一體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自膨脹封隔器，其特征在于，通過在所述防突環(huán)上的若干圓周位置處以與切線方向成一定角度的方式從所述防突環(huán)的一端朝向另一端地進(jìn)行不貫穿整個防突環(huán)縱向長度的切縫，從而形成所述多個板條部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的自膨脹封隔器，其特征在于，所述角度為15-30度。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的自膨脹封隔器，其特征在于，所述防突環(huán)的另一端形成了所述基環(huán)部分。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種自膨脹封隔器，包括基管、環(huán)繞在基管上的自膨脹膠筒、固定在基管上且緊鄰于膠筒的兩端的限位端環(huán)，以及分別環(huán)繞安裝在膠筒的兩端上的防突環(huán)。其中，各防突環(huán)均包括基環(huán)部分，以及多個從基環(huán)部分中沿基管的縱向延伸出來的板條部分。各板條部分在基管的周向上與相鄰的板條部分彼此部分地重疊。通過設(shè)置這種防突環(huán)，能夠防止膠筒被擠出、撕裂。同時，膠筒的兩端在脹封之后仍能吸收井內(nèi)液體，從而保持了對井壁的壓實度，實現(xiàn)可靠穩(wěn)定的環(huán)空封隔。
文檔編號E21B33/127GK103225489SQ20121002164
公開日2013年7月31日 申請日期2012年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月31日
發(fā)明者郭朝輝, 馬蘭榮, 劉陽, 楊德鍇, 高原, 薛占峰 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油工程技術(shù)研究院