用于高温高压工况下的组合式封隔器的制作方法

本实用新型属于近临界水原位裂解油页岩领域，涉及一种用于高温高压工况下的组合式封隔器。

背景技术：

现有封隔器多为橡胶封隔器，金属封隔器较少，在高温工况下橡胶封隔器容易失效，封隔器作用的时间不能满足生产要求。

油页岩原位裂解注热开采工艺需要对油页岩层进行加热，为防止流体在注热井中形成冷热流体的自循环，需要将注热井井眼用封隔器隔开。在运用井下注热法或近临界水法开采油页岩时，要求封隔器能长时间在高温高压的工况下运行，现有的封隔器大多不能满足在高温高压工况下长期稳定运行的要求。而且井下注热法或近临界水法要求封隔器留出一定的空间用于通过井下加热器的动力线、信号线等线缆，因此依靠常规方式实现坐封较为困难。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种用于高温高压工况下的组合式封隔器，该组合式封隔器对采用近临界水法开采油页岩的注热井井眼能实现长效封隔。

一种用于高温高压工况的组合式封隔器，其包括金属封隔器、钻杆和橡胶封隔器，金属封隔器包括金属封隔器主体、第一上端盖、螺旋热敏金属条、第一下端盖、坐封环、密封盖、坐封销钉、坐封滑套、热敏坐封槽，橡胶封隔器包括,橡胶封隔器主体、坐封填料、导气管、上端盖、上端盖套、胶筒、钢套、下端盖、下端盖套、密封填料、密封盖、解封塞、密封环和解封阀；

金属封隔器主体上部设置有外螺纹，用于连接注气管；金属封隔器主体上端面开有半圆形环槽，用于穿过线缆，半圆形环槽设置有沉头螺钉孔，用于固定密封盖；上端面开有六个螺纹孔，用于固定上端盖。主体中部外缘有螺旋形的T型凸台，用于与螺旋热敏金属条配合，实现封隔作用。

金属封隔器主体下部有四对对称开孔的热敏坐封槽，用于高温流体与坐封金属环直接作用，实现快速坐封。热敏坐封槽下部开有四对销钉孔，用于固定坐封滑套；

井下加热器所需的线缆穿过金属封隔器，先固定金属封隔器下端的密封盖，再从上部在线缆通道中填充密封填料，最后固定金属封隔器上端的密封盖，密封盖起到防止地下水等杂质进入封隔器主体使封隔器部分失效的作用，密封填料为水敏性填料。

将金属封隔器的第一下端盖固定，再将螺旋热敏金属条与金属封隔器主体外缘的T型凸台配合；再将金属封隔器的第一上端盖用螺栓固定，在金属封隔器下部放置坐封环，挡住热敏坐封槽；再将坐封滑套用坐封销钉固定，坐封环为热敏金属环；坐封滑套为加重滑套，用于对橡胶封隔器实现坐封。

金属封隔器下端和钻杆相连，钻杆长度约为9米。

橡胶封隔器主体上部有公螺纹，与钻杆连接，公螺纹下部有外螺纹，与上端盖连接；下部有四个对称布置的解封阀，解封阀外侧焊接有导气管，便于解封时排除气体；解封阀下端设置有凸台，用于解封时限制解封塞的位置。橡胶封隔器主体下部有外螺纹，用于与下端盖连接。

上端盖与橡胶封隔器主体连接，钻杆下端和橡胶封隔器主体连接，将线缆穿过上端盖，再安装橡胶封隔器下端的解封阀，导气管焊接在解封阀处，钢套套在胶筒上，胶筒从橡胶封隔器下端套在导气管外侧，胶筒和橡胶封隔器主体之间的环空填充有坐封填料，坐封时金属封隔器上的坐封环挤压坐封滑套，坐封滑套剪断坐封销钉，坐封滑套冲击橡胶封隔器的上端盖，使坐封填料产生氮气，实现橡胶封隔器的坐封。

填料完成后将橡胶封隔器下端盖穿过线缆，再连接在橡胶封隔器主体上，再将上端盖套和下端盖套分别用螺栓固定在上端盖和下端盖上。在上端盖和下端盖的线缆槽和线缆的空隙中填充填料进行密封，再用密封盖压实，用沉头螺钉固定密封盖。

解封时从钻杆内壁下入解封塞，再用高压流体推动解封塞下行，推开解封阀，实现橡胶封隔器的解封。

所述金属封隔器主体中部外缘有双螺旋形的T型凸台，用于与螺旋热敏金属条配合，实现坐封。

所述金属封隔器中的坐封环为热膨胀系数较大的热敏金属环，由其膨胀产生的挤压力剪断坐封销钉使坐封滑套下落，冲击橡胶封隔器，实现橡胶封隔器坐封。

所述金属封隔器的坐封滑套为加重滑套，用于橡胶封隔器坐封时产生冲击力。

所述橡胶封隔器胶筒外侧有钢套，用于防止胶套过渡膨胀。

所述的坐封填料包括叠氮化钠(N_aN₃)、二氧化硅(S_iO₂)和硝酸钾(KNO₃)，坐封填料产生氮气的方程式如下：

10Na+2KNO₃+6SiO₂＝5Na₂SiO₃+K₂SiO₃+N₂↑

橡胶封隔器位于金属封隔器的下部，通过钻杆连接，在升温和加压初期，橡胶封隔器起主要封隔作用；在长期的高温高压工况下，橡胶封隔器和金属封隔器共同起封隔作用。

本实用新型的组合式封隔器和井下加热器联合使用，组合式封隔器和井下加热器位于井筒中，井下加热器位于组合式封隔器下方，井下加热器所需的动力线和信号线穿过组合式封隔器。

本实用新型的有益效果：

该组合式封隔器可实现在高温高压工况下的长时间封隔，适用于油页岩、稠油、重油等的开采。

附图说明

图1为本实用新型的使用示意图。

图2为本实用新型的金属封隔器示意图。

图3为本实用新型的橡胶封隔器示意图。

图4为图3中的A-A视图。

图5为本实用新型的橡胶封隔器解封示意图。

图中：1—金属封隔器；2—钻杆；3—橡胶封隔器；4—金属封隔器主体； 5—第一上端盖；6—螺旋热敏金属条；7—第一下端盖；8—坐封环；9—密封盖；10—坐封销钉；11—坐封滑套；12—上端盖；13—上端盖套；14—导气管；15—橡胶封隔器主体；16—胶筒；17—钢套；18—坐封填料；19—密封填料；20—下端盖；21—下端盖套；22—解封塞；23—密封环；24—热敏坐封槽；25—解封阀；26—井下加热器；27—井筒；28—动力线和信号线。

具体实施方式

请参阅图2、图3、图4和图5所示，一种用于高温高压工况的组合式封隔器，其包括金属封隔器1、钻杆2和橡胶封隔器3，金属封隔器1包括金属封隔器主体4、第一上端盖5、螺旋热敏金属条6、第一下端盖7、坐封环8、密封盖9、坐封销钉10、坐封滑套11、热敏坐封槽24，橡胶封隔器3包括, 橡胶封隔器主体15、坐封填料18、导气管14、上端盖12、上端盖套13、胶筒16、钢套17、下端盖20、下端盖套21、密封填料19、密封盖9、解封塞 22、密封环23和解封阀25；

金属封隔器主体4上部设置有外螺纹，用于连接注气管；金属封隔器主体4上端面开有半圆形环槽，用于穿过线缆，半圆形环槽设置有沉头螺钉孔，用于固定密封盖9；上端面开有六个螺纹孔，用于固定上端盖。主体中部外缘有螺旋形的T型凸台，用于与螺旋热敏金属条6配合，实现封隔作用。

金属封隔器主体4下部有四对对称开孔的热敏坐封槽24，用于高温流体与坐封金属环直接作用，实现快速坐封。热敏坐封槽24下部开有四对销钉孔，用于固定坐封滑套11；

井下加热器所需的线缆穿过金属封隔器1，先固定金属封隔器下端的密封盖9，再从上部在线缆通道中填充密封填料19，最后固定金属封隔器上端的密封盖9，密封盖9起到防止地下水等杂质进入封隔器主体使封隔器部分失效的作用，密封填料19为水敏性填料。

将金属封隔器1的第一下端盖7固定，再将螺旋热敏金属条6与金属封隔器主体4外缘的T型凸台配合；再将金属封隔器1的第一上端盖5用螺栓固定，在金属封隔器1下部放置坐封环8，挡住热敏坐封槽24；再将坐封滑套11用坐封销钉10固定，坐封环8为热敏金属环；坐封滑套11为加重滑套，用于对橡胶封隔器3实现坐封。

金属封隔器下端和钻杆2相连，钻杆长度约为9米。

橡胶封隔器主体15上部有公螺纹，与钻杆2连接，公螺纹下部有外螺纹，与上端盖12连接；下部有四个对称布置的解封阀25，解封阀25外侧焊接有导气管14，便于解封时排除气体；解封阀25下端设置有凸台，用于解封时限制解封塞22的位置。橡胶封隔器主体15下部有外螺纹，用于与下端盖20连接。

上端盖12与橡胶封隔器主体15连接，钻杆2下端和橡胶封隔器主体15 连接，将线缆穿过上端盖12，再安装橡胶封隔器3下端的解封阀25，导气管 14焊接在解封阀25处，钢套17套在胶筒16上，胶筒16从橡胶封隔器3下端套在导气管14外侧，胶筒16和橡胶封隔器主体15之间的环空填充有坐封填料18，坐封时金属封隔器1上的坐封环8挤压坐封滑套11，坐封滑套11 剪断坐封销钉10，坐封滑套11冲击橡胶封隔器3的上端盖12，使坐封填料 18产生氮气，实现橡胶封隔器3的坐封。

填料完成后将橡胶封隔器3下端盖20穿过线缆，再连接在橡胶封隔器主体15上，再将上端盖套13和下端盖套21分别用螺栓固定在上端盖12和下端盖20上。在上端盖12和下端盖20的线缆槽和线缆的空隙中填充填料进行密封，再用密封盖9压实，用沉头螺钉固定密封盖9。

解封时从钻杆2内壁下入解封塞22，再用高压流体推动解封塞22下行，推开解封阀25，实现橡胶封隔器3的解封。

所述金属封隔器主体4中部外缘有双螺旋形的T型凸台，用于与螺旋热敏金属条6配合，实现坐封。

所述金属封隔器1中的坐封环8为热膨胀系数较大的热敏金属环，由其膨胀产生的挤压力剪断坐封销钉10使坐封滑套11下落，冲击橡胶封隔器3，实现橡胶封隔器坐封。

所述金属封隔器1的坐封滑套11为加重滑套，用于橡胶封隔器3坐封时产生冲击力。

所述橡胶封隔器3胶筒16外侧有钢套17，用于防止胶套过渡膨胀。

所述的坐封填料18包括叠氮化钠(N_aN₃)、二氧化硅(S_iO₂)和硝酸钾(KNO₃)，坐封填料18产生氮气的方程式如下：

10Na+2KNO₃+6SiO₂＝5Na₂SiO₃+K₂SiO₃+N₂↑

橡胶封隔器3位于金属封隔器1的下部，通过钻杆2连接，在升温和加压初期，橡胶封隔器3起主要封隔作用；在长期的高温高压工况下，橡胶封隔器3和金属封隔器1共同起封隔作用；

如图1所示，本实用新型的组合式封隔器和井下加热器26联合使用，组合式封隔器和井下加热器26位于井筒27中，井下加热器26位于组合式封隔器下方，井下加热器26所需的动力线和信号线28穿过组合式封隔器。

本实用新型工作过程如下：

1.在油页岩区块进行钻井作业，对目标区域的油页岩层进行压裂，下入套管；

2.组装组合封隔器，其具体步骤如下：

A.将井下加热器26所需的线缆穿过金属封隔器1，先固定金属封隔器1 下端的密封盖，再从上部在线缆通道中填充密封填料，最后固定金属封隔器上端的密封盖。密封盖起到防止地下水等杂质进入金属封隔器主体使金属封隔器部分失效的作用，填料为水敏性填料。

将金属封隔器的第一下端盖固定，再将螺旋热敏金属条与金属封隔器主体外缘的T型凸台配合。再将金属封隔器的第一上端盖用螺栓固定，在金属封隔器下部先放置坐封环，再将坐封滑套用坐封销钉固定，坐封环为热敏金属环；坐封滑套为特制加重滑套，用于对橡胶封隔器实现坐封。

将金属封隔器下端和钻杆相连，钻杆长度约为9米。

B.将上端盖与橡胶封隔器主体连接，再将钻杆下端和橡胶封隔器主体连接。将线缆穿过上端盖，再安装橡胶封隔器下端的解封阀，将导气管焊接在解封阀处。将钢环套在胶筒上，再将胶筒从橡胶封隔器下端套在导气管外侧。向胶筒和橡胶封隔器主体之间的环空填充坐封填料，坐封填料包括叠氮化钠 (N_aN₃)、二氧化硅(S_iO₂)和硝酸钾(KNO₃)，坐封时坐封环挤压坐封滑套，坐封滑套剪短坐封销钉，座封滑套冲击橡胶封隔器上端盖使坐封填料产生氮气，实现橡胶封隔器的坐封。

填料完成后将橡胶封隔器下端盖穿过线缆，再连接在橡胶封隔器主体上，再将上、下端盖的端盖套分别用螺栓固定在上、下端盖上。在上、下端盖的线缆槽和线缆的空隙中填充填料进行密封，再用密封盖压实，用沉头螺钉固定密封盖。

3.将井下加热器连接在组合封隔器下部，然后下入注热井；

4.向封隔器中通入高温流体，实现坐封；

解封时停止向封隔器中注入冷流体，一段时间后在下入解封塞，向封隔器中通入高压流体推动解封塞下行，实现解封。