封隔器固定环及具有该固定环的遇油、 遇水自膨胀封隔器 【技术领域】
本发明涉及一种封隔器固定环及具有该固定环的遇油、 遇水自膨胀封隔器。背景技术 当开采原油时， 井眼会通过不同渗透率的层段、 裂缝或缝隙渗油或渗水 ； 针对这种 在不同层段的、 不期望的渗油或渗水的情形， 通常在井眼上铺设防砂筛管来关闭储层是完 成油井的一种简单而可靠的方法。但一口油井通常会穿过岩层而改变生产特性， 尽管事实 上防砂筛管在内部形成封闭， 但仍会有经过外部的不期望的井液流入储层。 因此， 需要控制 或关闭那些不产生所需井液的储层。这就需要封闭外部的环形区域。
现在可采用遇油、 遇水自膨胀型封隔器来实现上述密封。 遇油、 遇水自膨胀型封隔 器的膨胀弹性元件在特定的液体中会产生感应体积膨胀， 如果这些膨胀弹性元件在体积膨 胀达到最大倍率之前就接触到了外壁如裸井的井壁或套管的内壁， 则产生接触压力。当这 种接触压力足以与井内液体渗漏时所具有的压差抗衡时， 即形成了实际的密封效果， 从而 密闭了封隔器四周的环形空间。
在中国专利 01815341.0 中公开了一种油井封隔器， 该封隔器包括一个主要由橡 胶材料制成的可膨胀元件， 该膨胀元件主要通过吸收岩层出产的碳氢化合物而膨胀起来。 该膨胀元件直接套在油管上， 虽然其遇油膨胀可密封井壁与油管之间的环形空间， 但当其 膨胀时， 一旦与油管之间产生间隙， 则液体会从此间隙渗漏， 从而失去密封性。
为防止封隔器膨胀时与油管之间产生间隙而导致液体的渗漏， 中国专利申请 200680015217.3 公开了一种环状封隔器， 该封隔器在膨胀材料 4 所围绕的套筒 2 与油管 8 之间设有密封件 14， 该密封件 14 可防止液体在套筒 2 与油管 8 之间流动。但实际上， 密封 件 14 可防止液体在油管与套筒之 间的流动， 但在膨胀材料 4 的体积膨胀到一定程度时， 膨 胀材料 4 仍然会与套筒 2 之间产生间隙而导致液体可在此间隙渗漏。
为防止上述情况的发生， 参照图 1， 通常可考虑在封隔器的两端设抗挤压环， 然而 在膨胀材料膨胀到一定程度后， 则在膨胀材料和抗挤压之间产生缝隙， 从而导致液体顺着 膨胀材料所围绕的基管渗漏。
另外， 通常还考虑在膨胀材料两端分别卡设一个 O 形环状圈， 其内径和封隔器的 膨胀材料外径相同， 这种结构虽然克服了液体在膨胀材料与基管之间的流动， 但不论这种 O 形环状圈的宽窄如何， 膨胀材料很难膨胀起来。
中国专利申请 200680016020.1 公开了一种封隔器固定装置， 该固定装置位于环 形封隔器 1 与本体 2 之间， 其中环形封隔器 1 的至少一个端部设有可膨胀端环 14。该可膨 胀端环 14 用作封隔器固定装置， 该端环 14 的截面呈角状物的形状， 所述角状物的第一腿部 形成向内凸出的盘状部 16， 所述角状物的第二腿部形成套筒部 18， 所述套筒部 18 以环绕的 方式在所述环形封隔器 1 的端部延伸。该端环虽可防止液体在环形封隔器 1 和本体 2 之间 流动， 但由于封隔器 1 未被卡扣的部分会充分自由地膨胀， 被卡扣的部分则无法膨胀， 则最 终结果是膨胀材料被撕裂破碎。
发明内容 为了克服现有技术中的封隔器与基管之间的空心现象所导致的液体渗漏， 以及封 隔器固定环固定封隔器端部时对封隔器的径向膨胀的影响 ； 本发明的目的在于提供一种 封隔器固定环， 其用于固定套设在基管上的遇油、 遇水自膨胀型封隔器， 该封隔器用于在遇 油、 遇水时自膨胀密封待封闭空间。
根据上述构想， 本发明的封隔器固定环， 用于固定套设在基管上的遇油、 遇水自膨 胀型封隔器， 该封隔器用于在遇油、 遇水时自膨胀密封待封闭空间 ； 其中该封隔器固定环包 括： 主体部， 其用于套设在基管上 ； 固定部， 其至少设置于该主体部的一端， 并用于套设在 该封隔器的端部以固定该端部 ； 该固定部沿轴向的长度等于该封隔器的端部的长度， 即大 于等于该封隔器的外壁与待封闭空间之间的最大径向尺寸的 1/2。
根据本发明的进一步构想， 该固定部的外壁面沿轴向朝向基管方向呈斜面， 该固 定部外壁面与主体部的外壁面之间呈 5-25°夹角。
根据本发明的进一步构想， 该固定部的自由端的内外端壁处分别设有 R4-R6 的圆 角。
根据本发明的进一步构想， 该主体部的另一端沿轴向也设有朝向基管的斜面， 该 斜面与主体部的外壁面之间呈 10-45°夹角。
根据本发明的进一步构想， 该主体部的外壁面的自由端外壁处也设有 R2-R4 的圆 角。
根据本发明的进一步构想， 该主体部的两端均设有固定部。
根据本发明的进一步构想， 该主体部的外壁最大径向尺寸等于该封隔器的外壁的 最大径向尺寸。
本发明的再一目的在于提供一种具固定环的遇油、 遇水自膨胀型封隔器， 本发明 可避免封隔器与基管之间的空心现象所导致的液体渗漏， 以及封隔器固定环固定封隔器端 部时对封隔器的径向膨胀的影响。
根据本发明的再一目的， 本发明提供一种具有固定环的遇油、 遇水自膨胀型封隔 器， 该封隔器用于在遇油、 遇水时自膨胀密封待封闭空间 ； 其中该封隔器的端部设有封隔器 固定环。
根据本发明的进一步构想， 该封隔器包括本体部， 在本体部一端设有锥形段， 在锥 形段的自由端设有直线段， 该直线段为封隔器的端部 ； 该直线段的长度大于等于该封隔器 的外壁与待封闭空间之间的最大径向尺寸的 1/2。
根据本发明的进一步构想， 该封隔器的锥形段的外壁面与直线段的外壁面之间的 夹角呈大于 90°的钝角。
本发明相比现有技术具有如下优点 ：
1、 本发明的固定环沿轴向长度大于等于该封隔器的外壁与待封闭空间之间的最 大径向尺寸的 1/2， 因而不论封隔器的膨胀到多大倍率， 都不会出现空心现象， 即不会在基 管与封隔器之间出现空隙， 而发生泄漏， 增强了封隔器的密封性。
2、 本发明的固定环可设于封隔器的两端， 因而封隔器的轴向膨胀受到限制， 但本 发明的固定环的结构可使得其径向膨胀不受影响， 并且膨胀产 生的应力可得到一定的分
散； 因而本发明可使封隔器的膨胀能力集中在径向发挥， 其膨胀时间长， 径向膨胀倍率大。
3、 本发明的封隔器的固定部的外壁面和主体部的外壁面沿轴向朝向基管的方向 均呈斜面， 该斜面使得固定环及封隔器整体均无突变的台阶， 从而避免了在安装时与井眼 或管壁的挂刮。
4、 本发明的固定环的固定部的自由端的内外端壁处均设有圆角， 可避免在封隔器 遇油、 遇水膨胀时割伤或撕裂封隔器。
5、 本发明的固定环的主体部的外壁的最大径向尺寸等于封隔器的外壁的最大径 向尺寸， 因而在安装时， 可防止刮伤 ； 并在水平安放封隔时可起到一定的防压支撑效果。
6、 本发明的封隔器的直线段的长度等于固定环的固定部的长度并大于等于该封 隔器的外壁与待封闭空间之间的最大径向尺寸的 1/2 ； 因而不论封隔器的膨胀到多大倍 率， 其直线段均有一部分长度保留在固定环内而不会导致封隔器与基管之间出现空心现 象， 即不会在基管与封隔器之间出现空隙， 而发生泄漏， 增强了封隔器的密封性。
7、 本发明的封隔器的端部为直线段， 且只有该直线段被固定环所固定， 因而只有 封隔器的轴向膨胀受到限制， 其径向膨胀并不受影响， 并且膨胀产生的应力可得到一定的 分散 ； 因而本发明可使封隔器的膨胀能力集中在径向发挥， 其膨胀时间长， 径向膨胀倍率 大。
8、 本发明的封隔器上还设有锥形段， 该锥形段与直线段之间呈大于 90°的钝角， 因而可避免在封隔器遇油、 遇水膨胀时被割伤或撕裂。 附图说明
图 1 为现有技术中的封隔器固定装置与封隔器在使用中的状态示意图
图 2 为本发明的封隔器固定环的第一实施例的结构示意图
图 3 为本发明的封隔器固定环的第二实施例的结构示意图
图 4 为本发明的封隔器的结构示意图
图 5 为本发明中的封隔器固定环与封隔器的第一装配实施例示意图
图 6 为本发明中的封隔器固定环与封隔器的第二装配实施例示意图
其中附图标记说明如下 ：
1 封隔器固定环
11 主体部 111 主体部外壁面 112 主体部斜面
12 固定部 121 固定部外壁面 122 固定部自由端
123 内端壁 124 外端壁
2 封隔器
21 本体部 22 锥形段 23 直线段 24 环形凹槽
3 基管 具体实施方式
为了能更进一步了解本发明的特征及技术内容， 请参阅以下有关本发明的详细说 明与附图， 然而附图仅供参考与说明用， 并非用来对本发明加以限制。
请参阅图 2， 为本发明的封隔器固定环 1 的第一实例结构示意图。 该封隔器固定环用于固定套设在基管上的遇油、 遇水自膨胀型封隔器， 该封隔器用于在遇油、 遇水时自膨胀 密封待封闭空间 ； 其中该封隔器固定环 1 包括 ： 主体部 11， 其用于套设在基管上 ； 在该主体 部 11 的一端设有固定部 12 ； 该固定部 12 用于套设在该封隔器的端部以固定该端部。
再请参阅图 2， 该固定部 12 沿轴向的长度等于该封隔器的端部的长度， 即大于等 于该封隔器的外壁与待封闭空间之间的最大径向尺寸的 1/2 ； 且该固定部 12 的外壁面 121 沿轴向朝向基管方向呈斜面， 该固定部外壁面 121 与主体部 11 的外壁面 111 之间呈 10°夹 角。另在该固定部 12 的自由端 122 的内外端壁 123、 124 处分别设有 R4-R6 的圆角， 优选为 R5 的圆角。
又请参阅图 2， 该主体部 11 的另一端沿轴向也设有朝向基管 3 的斜面 112， 该斜面 112 与主体部 11 的外壁面 111 之间呈 30°夹角。该斜面 112 的自由端外壁处也设有 R2-R4 的圆角， 优选为 R3 的圆角。
该主体部 11 的外壁最大径向尺寸等于该封隔器 2 的外壁的最大径向尺寸。
请参阅图 3， 为本发明的封隔器固定环 1 的第二实例结构示意图。该封隔器固定 环 1 与第一实施例的不同之处在于 ： 在固定环 1 的主体部 11 的另一端还设有另一个固定部 12， 该主体部 11 两端的固定部 12 结构均相同。 请参阅图 4， 为本发明的封隔器的结构示意图。 其中， 该封隔器 2 用于在遇油、 遇水 时自膨胀密封待封闭空间 ； 该封隔器 2 包括本体部 21， 在本体部一端设有锥形段 22， 在锥形 段 22 的自由端设有直线段 23， 该直线段 23 为封隔器的端部， 以在其上套设有固定环 1 ； 该 直线段 23 的长度与该固定环 1 的固定部 12 的长度相同， 且大于等于该封隔器 1 的外壁与 待封闭空间之间的最大径向尺寸的 1/2。另该封隔器 2 的锥形段 22 的外壁面与直线段 23 的外壁面之间的夹角呈 130°的夹角。
请参阅图 5， 为本发明中的封隔器固定环 1 与封隔器 2 的第一装配实施例示意图。 在图 5 中， 封隔器 2 包括多个遇油膨胀橡胶封隔器或多个遇水膨胀橡胶封隔器， 且封隔器套 设在或硫化在基管 3 上 ； 在封隔器 2 的两端设有本发明的第一实施例的封隔器固定环， 该固 定环 1 的主体部 11 一端设有固定部 12。该固定环 1 的主体部 11 套设在基管 3 上， 而其固 定部 12 则套设在封隔器 2 的直线段 23 上。另在该封隔器 2 上还设有多个环形凹槽 24， 该 环形凹槽 24 可增加封隔器在单位长度上与液体的接触表面积， 加快封隔器膨胀速度， 提高 了膨胀倍率， 使其达到更好的封堵效果。
请参阅图 6， 为本发明中的封隔器固定环与封隔器的第二装配实施例示意图。 在图 6 中， 封隔器 2 包括多个遇油膨胀橡胶封隔器和多个遇水膨胀橡胶封隔器， 且多个遇油膨胀 封隔器和多个遇水膨胀封隔器间隔排列地套设在或硫化在基管 3 上 ； 在封隔器 2 的两端设 有本发明的第一实施例的封隔器固定环， 该固定环 1 的主体部 11 一端设有固定部 12。 该固 定环 1 的主体部 11 套设在基管 3 上， 而其固定部 12 则套设在封隔器 2 的直线段 23 上 ； 而 在遇油膨胀封隔器与遇水膨胀封隔器之间则设有本发明的封隔器固定环的第二实施例。 该 固定环 1 是在其主体部 11 的两端均设有固定部 12 ； 且该主体部 11 也套设在基管 3 上， 而 其两固定部 12 则分别套设在遇油膨胀橡胶封隔器的直线段 23 和遇水膨胀橡胶封隔器的直 线段 23 上。
本发明的效果对照结果如下 ：
1、 使用遇水膨胀橡胶封隔器， 外径 85mm、 高 105mm、 壁厚 24mm， 在室温、 纯水中
浸泡， 不加任何固定装置， 让其自由膨胀， 第 12 天外径膨胀到 177.5mm ； 第 20 天膨胀到 177.6mm。
2、 使用与上述第 1 项相同的遇水膨胀橡胶封隔器， 其它测试条件不变， 在封隔器 两端分别扣上一个 O 形环状圈， 其内径和封隔器的外径相同而将封隔器两端卡住， 第 12 天 其中间部分仅膨胀到 97mm。
3、 测试条件同上述第 1 项， 制作两个 O 形环状圈， 其外径小于封隔器的外径大于 封隔器的内径， 即将 O 形环状圈镶嵌在封隔器的两端， 第 10 天则封隔器开裂， 外径胀到 118.5mm， 最终完全破碎。
4、 测试条件同上述第 1 项， 将封隔器两端按本发明的结构磨削， 使其直线段 23 的 厚度为 16mm， 长度 10mm， 按本发明的第一装配实施例的方式在封隔器的两端设置封隔器固 定环， 第 12 天外径膨胀至 174.3mm， 封隔器呈鼓形膨胀， 其中间继续膨胀， 而其内径处与基 管 3 之间紧密扣合， 无缝隙。
5、 测试条件同上述第 1 项， 将封隔器两端按本发明的结构磨削， 使其直线段 23 的 厚度为 10mm， 长度 10mm， 按本发明的第一装配实施例的方式在封隔器的两端设置封隔器固 定环 1， 第 12 天外径膨胀至 175.5mm， 封隔器呈鼓形膨胀， 其中间继续膨胀， 而其内径处与基 管 3 之间紧密扣合， 无缝隙。第 20 天时鼓形膨胀的最大外径达 179.6mm。 以上所述仅为本发明的较佳可行实施例， 非因此即局限本发明的专利范围， 故举 凡运用本发明说明书及附图内容所为的等效结构变化， 均同理皆包含于本发明的范围内， 合予陈明。