专利名称：伸缩泄压式注汽封隔器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于稠油油田注蒸汽热采的封隔器，具体而言，涉及一种伸缩泄压式注汽封隔器。
背景技术：
随着注蒸汽采油技术的工业化应用，对井下注汽封隔器的需求也越来越大。注蒸汽时，封隔油套环形空间的方法有油套环形空间注氮气和下热采封隔器两种方法。其中下热采封隔器的施工程序简便，施工成本较小，隔热效果也较好，在稠油注汽井中应用较为普遍。目前许多井下注汽管柱在采用热采封隔器的同时，还要补偿管柱的热胀冷缩，所以一般井下注汽管柱主要由热补偿器和热采封隔器两种工具组成，二者分体设置，中间间隔上百米长的油管，施工程序较复杂，成本也较高。并且有的热采封隔器未设计解封机构， 注汽结束后，封隔器不能正常解封的情况时有发生，这就不得不增加修井作业的工序，同时耽误了油井的正常生产，增加了油井的生产成本。
发明内容
本发明旨在提供一种伸缩泄压式注汽封隔器，以解决现有技术中热补偿器和热采封隔器分体设置而带来的施工程序较复杂，成本较高等问题。为此，本发明提出一种伸缩泄压式注汽封隔器，所述伸缩泄压式注汽封隔器包括 中心管1、外管4、所述中心管1与所述外管4之间密封设置，所述外管4外套设有遇热膨胀的膨胀筒，所述中心管1与所述外管4之间设有保护衬套14，所述中心管1与所述外管4通过保护衬套14连接，所述保护衬套14由常态下为固态、在注汽温度下融化的耐高温材料制成。进一步地，所述衬套14由高温尼龙制成，所述中心管1的下端连接有短接15，所述外管4的下端套设有接箍13，所述保护衬套14套设在所述接箍13与所述短接15之间。进一步地，所述接箍通过丝扣与所述外管连接，所述短接通过丝扣套接在所述中心管外，所述保护衬套设有内扣和外扣，所述保护衬套的内扣与所述短接连接，所述保护衬套的外扣与所述接箍相连接。进一步地，所述膨胀筒包括通过焊接套设在所述外管4上的环形扩张体7以及位于所述扩张体7与所述外管4之间的主腔体8，所述主腔体8内装有化学膨胀剂，所述扩张体7为钢质材料。进一步地，所述伸缩泄压式注汽封隔器还包括与所述主腔体8通过孔道相通的辅助腔10，所述辅助腔10内装有所述化学膨胀剂。进一步地，所述辅助腔10设置在所述主腔体8的下方，所述外管4之外套接有固定套20，所述辅助腔10由所述固定套20与所述外管4之间的空间形成，所述固定套20侧壁的壁厚大于所述扩张体7侧壁的壁厚，所述固定套20为硬度大于所述扩张体7的硬度的钢质材料。进一步地，所述伸缩泄压式注汽封隔器还包括安装在所述外管上的泄压销钉 11，所述扩张体7的材质为碳素钢或合金钢，所述固定套20的材质为硬度大于所述扩张体 7的碳素钢或合金钢。进一步地，所述泄压销钉11与所述辅助腔10连接。进一步地，所述中心管1与所述外管4之间设有密封填料5，所述密封填料5位于所述外管4的上端，所述扩张体7的上端设有环形的上护帽6，所述扩张体7的下端设有环形的下护帽9，所述上护帽6和所述下护帽9分别设置在所述外管4上，所述上护帽6、所述下护帽9、和所述固定套20的外缘平齐，所述扩张体7的外径小于所述上护帽6、所述下护帽9和所述固定套20的外径。进一步地，所述外管4的侧壁上设有凸台40，所述主腔体8与所述辅助腔10分别位于所述凸台40上下两侧，所述凸台40中设有连接所述主腔体8与所述辅助腔10的连接孔42，所述辅助腔10的体积占所述主腔体8的体积的15%至30%。本发明采用常态下为固态、在注汽温度下融化的耐高温材料制成的保护衬套作为连接所述中心管1与所述外管4的连接件，保护衬套保证封隔器下井过程中，中心管和外管的相对固定，防止封隔器在下井过程中，中心管1相对于外管4产生轴向运动，阻止中心管相对于外管向上滑动，造成泄压销钉被剪断导致封隔器失效。注汽时，保护衬套融化，可实现中心管沿轴向运动，补偿注汽管柱的热胀冷缩。同时，本发明具有遇热膨胀的膨胀筒，能够实现热采封隔器的功能，因而，本发明集热补偿器和热采封隔器两种工具的功能为一体， 可同时实现油井油套环空密封和管柱热补偿两项工艺技术，提高了注汽效果，节约了油井的生产成本。进而，安装在所述外管上的泄压销钉解决了热膨胀封隔器的解封问题，减少了修井作业的工序，保证了油井的正常生产。进一步地，本发明利用辅助腔增加了扩张体内主腔体的扩张压力，当主腔体的扩张压力达不到密封压力或扩张压力降低时，辅助腔内的化学膨胀剂会补充到主腔体中，为主腔体提供补充，能够长时间保持密封效果。
图1为根据本发明实施例的伸缩泄压式注汽封隔器整体结构示意图；图2图1中A部分的放大的结构；图3图1中B部分的放大的结构；其中，伸缩泄压式注汽封隔器整体结构较长，为了视图观看清楚，将伸缩泄压式注汽封隔器整体结构划分为A、B两部分。附图标号说明1、中心管 2、压帽3、压环7、扩张体 8、主腔体 9、下护帽13、接箍 14、保护衬套15、短接42、连接孔
4、外管 5、密封填料 6、上护帽 10、辅助腔11、泄压销钉 12、丝堵 16、下接头20、固定套 40、凸台
具体实施例方式为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照
本发明的具体实施方式
。如图1至图3所示，本发明提出一种伸缩泄压式注汽封隔器，所述伸缩泄压式注汽封隔器包括中心管1、外管4、所述中心管1与所述外管4之间密封设置，所述外管4外套设有遇热膨胀的膨胀筒，所述中心管1与所述外管4之间设有保护衬套14，所述中心管1与所述外管4通过保护衬套14连接，所述保护衬套14由常态下为固态、在注汽温度下融化的耐高温材料制成。注汽温度通常为260°C至300°C，耐高温材料可以选用260至300度融化的材料，例如为高温尼龙、聚苯硫醚、液晶高分子聚合物或聚四氟乙烯塑料等。所述中心管 1与所述外管4通过保护衬套14连接，具体连接方式可以见下文的进一步描述。如图2和图3所示，所述中心管1与所述外管4之间设有密封填料5，所述密封填料5位于所述外管 4的上端，并用压帽2和压环3压紧，压帽2与外管4间用丝扣连接，以实现中心管1与所述外管4之间的密封。密封填料5可以选用现有的热采封隔器的各种密封材料。本文所说的上下以图1中左端为上，以右端为下，该上下方向与该伸缩泄压式注汽封隔器在井筒中的位置方向一致。本发明采用常态下为固态，在注汽温度下融化的耐高温材料制成的保护衬套作为连接所述中心管1与所述外管4的连接件，保护衬套保证封隔器下井过程中，即注汽之前， 中心管和外管的相对固定，防止封隔器在施工过程中，中心管1相对于外管4产生轴向运动，阻止中心管相对于外管向上滑动，以免泄压销钉被剪断而造成封隔器失效。注汽时，保护衬套融化，可实现中心管沿轴向运动，补偿注汽管柱的热胀冷缩。同时，本发明具有遇热膨胀的膨胀筒，能够实现热采封隔器的功能，因而，本发明集热补偿器和热采封隔器两种工具的功能为一体，可同时实现油井油套环空密封和管柱热补偿两项工艺技术进一步地，如图1和图3所示，所述中心管1的下端连接有短接15，短接15下方连接下接头16，所述外管4的下端套设有接箍13，所述保护衬套14套设在所述接箍13与所述短接15之间。这样可以实现伸缩泄压式注汽封隔器与下部的油管或其它部件的连接， 同时，接箍13和短接15均位于所述中心管1和外管4的下端，因而使得保护衬套14位于所述中心管1和外管4的下端，可以实现注汽后中心管1相对于外管4产生足够的向下轴向运动距离，可以实现对注汽管柱的充足的补偿。通常本伸缩泄压式注汽封隔器的中心管 1可以相对于外管4产生3至4米的运动，能够补偿1000多米注汽管柱的伸长或缩短。当然，如果要补偿更多的伸缩量，可以对相关部件在尺寸上加以调整。 进一步地，所述接箍13通过丝扣与所述外管4连接，所述短接15通过丝扣套接在所述中心管1外，所述保护衬套14设有内扣和外扣，所述保护衬套14的内扣和与所述短接 15连接，所述保护衬套14的外扣和所述接箍13相连接。这样，保护衬套14通过内扣和外扣分别连接短接15和接箍13，从而使得保护衬套14连接中心管1和外管4。利用保护衬套14通过内扣和外扣连接中心管1和外管4可以使得连接稳定，受力均衡，内扣和外扣便于加工，也便于受热融化。相对于其它方式，上述方式在常态下连接稳定，在高温下，融化迅速。 进一步地，如图2所示，所述膨胀筒包括通过焊接套设在所述外管4上的环形扩张体7以及位于所述扩张体7与所述外管4之间的主腔体8，所述主腔体8内装有化学膨胀
5剂，所述扩张体7为钢质材料。扩张体7在化学膨胀剂受热膨胀的作用下产生径向膨胀，变形后贴紧套管内壁，膨胀到位，密封油套环形空间，完成座封动作，实现了热采封隔器的功能。化学膨胀剂可以采用现有的热采封隔器使用的化学试剂，例如液体乙醇或乙醚。进一步地，如图3所示，所述伸缩泄压式注汽封隔器还包括与所述主腔体8通过孔道相通的辅助腔10，所述辅助腔10内装有所述化学膨胀剂。辅助腔10内装有的化学膨胀剂与主腔体8内装有的化学膨胀剂是同样的化学膨胀剂，其作用是为了增加了扩张体内主腔体的扩张压力，当主腔体的扩张压力达不到密封压力或主腔体的扩张压力降低时，辅助腔内的化学膨胀剂会补充到主腔体中，为主腔体提供补充，能够长时间保持密封效果。进一步地，所述辅助腔10设置在所述主腔体8的下方，辅助腔10内的化学膨胀剂在高温下产生膨胀，由于固定套20钢体强度较大，不能产生变形，因此，膨胀后体积变大的那部分液体或汽、液混合物在压力差的作用下通过连接孔42进入到主腔体8中，和主腔体 8中的化学膨胀剂一起产生高压，使扩张体7产生径向变形，密封油套环形空间。辅助腔10 设置在主腔体8下方的优点①便于封隔器的整体结构设计；②高温状态下，辅助腔10内的液体产生汽化现象，在重力超覆作用下，蒸汽向上运移，有利于补充主腔体8的压力。所述外管4之外套接有固定套20，所述辅助腔10由所述固定套20与所述外管4 之间的空间形成，所述固定套20为硬度大于所述扩张体7的硬度的钢质材料，例如，扩张体 7的材质为碳素钢或合金钢，固定套20的材质为碳素钢或合金钢，其目的是为了使扩张体7 膨胀扩张，而固定套20保持稳定，从而能使辅助腔10为主腔体8的扩张提供张力补充。扩张体7侧壁的壁厚要保证扩张体7受热产生径向膨胀，所述固定套20侧壁的壁厚大于所述扩张体7侧壁的壁厚，能够进一步保证辅助腔10或固定套20不膨胀。固定套20下端的端壁上打孔，用于向辅助腔10内灌装化学膨胀剂，并用丝堵12封堵，然后用焊接方式固定与密封。进一步地，如图3所示，所述伸缩泄压式注汽封隔器还包括安装在所述外管4上的泄压销钉11。泄压销钉11安装在外管上，位于短接15的上方，直接或间接与主腔体8 相连，并用焊接方式固定与密封连接在外管4上。注汽结束后，上提中心管1，当与中心管1 连接的短接15到达泄压销钉11处时，剪断泄压销钉11，从而破坏主腔体8的密封，使得主腔体8压力释放，扩张体收回，封隔器解封，即可提出管柱，从而使封隔器得以解封。进一步地，如图3所示，所述泄压销钉11与所述辅助腔10连接，这样的连接方式，便于封隔器的整体结构设计，有利于各部件的设计布局，这种方式和泄压销钉11与主腔体8连接的方式相比，泄压效果类似。泄压销钉11位于辅助腔10内侧的外管4上。进一步地，如图3所示，所述外管4的侧壁上设有凸台40，所述主腔体8与所述辅助腔10分别位于所述凸台40上下两侧。所述外管4分别设置上下两个凸台，扩张体7的上端焊接在所述外管4的上部凸台(图中没有标示)上，并用环形的上护帽6挡住扩张体7 的上端，扩张体7的下端焊接在下部凸台，即所述凸台40上，并用环形的下护帽9挡住扩张体7的下端。所述上护帽6和所述下护帽9分别焊接在所述外管4的凸台上，所述上护帽 6、所述下护帽9、所述固定套20的外缘平齐且外径大于所述扩张体7的外径以保护扩张体 7或主腔体8不受磕碰。凸台40中设有连接所述主腔体8与所述辅助腔10的连接孔42，凸台40既为扩张体7或主腔体8提供保护，又为所述辅助腔10与所述主腔体8提供连接通道。所述辅助腔10与所述主腔体8的体积比为15%至30%。上述比率是根据多次计算和实验得出的，如果所述辅助腔10的体积低于所述主腔体8的15%，则补偿效果较差，有可能不能充分补偿扩张体7的扩张压力，如果所述辅助腔10的体积超过所述主腔体8的30%， 有可能导致所述主腔体8因压力过大而损害扩张体7。下面简单描述一下本发明的工作原理伸缩泄压式注汽封隔器下井过程中，即注汽之前，常态下为固态，在注汽温度下融化的耐高温材料制成的保护衬套保证中心管和外管的相对固定，防止封隔器在下井过程中，中心管1相对于外管4产生轴向运动，阻止中心管相对于外管向上滑动，以免泄压销钉被剪断而造成封隔器失效。伸缩泄压式注汽封隔器下井到达预定位置后，在注汽温度条件下，化学膨胀剂开始膨胀，同时使扩张体7产生径向膨胀，在^KTC至300°C时，扩张体7膨胀到位，密封油套环形空间，完成座封动作。辅助腔10用于补偿扩张体7内化学膨胀剂的化学药剂量，并增加扩张体7腔体的扩张压力，提高了密封效果。另外，在注汽时，保护衬套14的丝扣在注汽温度下融化，解除了对中心管1与外管4的连接固定，可实现中心管沿轴向相对于外管4向下运动，补偿注汽管柱的伸长。温度降低时，中心管1相对于外管4向上运动，补偿注汽管柱的缩短。注汽结束后，上提注汽管柱，中心管1向上运动，与之相连的短接15剪断泄压销钉 11，使扩张体和辅助腔内的压力释放，扩张体7泄压收缩，实现封隔器的顺利解封，即可提
出注汽管柱。本发明可用于稠油注注蒸汽井中，可满足稠油井的笼统注汽、分、选层注汽工艺要求，可同时实现油井油套环空密封和管柱热补偿两项工艺技术。减少了施工工序，降低了油井的生产成本，提高了经济效益。以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式
，并非用以限定本发明的范围。为本发明的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
权利要求
1.一种伸缩泄压式注汽封隔器，所述伸缩泄压式注汽封隔器包括中心管(1)、外管 G)、所述中心管⑴与所述外管⑷之间密封设置，所述外管⑷外套设有遇热膨胀的膨胀筒，其特征在于，所述中心管(1)与所述外管(4)之间设有保护衬套(14)，所述中心管(1)与所述外管 (4)通过保护衬套(14)连接，所述保护衬套(14)由常态下为固态、在注汽温度下融化的耐高温材料制成。
2.如权利要求1所述的伸缩泄压式注汽封隔器，其特征在于，所述保护衬套(14)由高温尼龙、聚苯硫醚、液晶高分子聚合物或聚四氟乙烯塑料制成，所述中心管(1)的下端连接有短接(15)，所述外管的下端套设有接箍(13)，所述保护衬套(14)套设在所述接箍 (13)与所述短接(15)之间。
3.如权利要求2所述的伸缩泄压式注汽封隔器，其特征在于，所述接箍通过丝扣与所述外管连接，所述短接通过丝扣套接在所述中心管外，所述保护衬套设有内扣和外扣，所述保护衬套的内扣与所述短接连接，所述保护衬套的外扣与所述接箍相连接。
4.如权利要求1所述的伸缩泄压式注汽封隔器，其特征在于，所述膨胀筒包括通过焊接套设在所述外管⑷上的环形扩张体(7)以及位于所述扩张体(7)与所述外管⑷之间的主腔体(8)，所述主腔体(8)内装有化学膨胀剂，所述扩张体(7)为钢质材料。
5.如权利要求4所述的伸缩泄压式注汽封隔器，其特征在于，所述伸缩泄压式注汽封隔器还包括与所述主腔体(8)通过孔道相通的辅助腔(10)，所述辅助腔(10)内装有所述化学膨胀剂。
6.如权利要求5所述的伸缩泄压式注汽封隔器，其特征在于，所述辅助腔(10)设置在所述主腔体(8)的下方，所述外管(4)之外套接有固定套(20)，所述辅助腔(10)由所述固定套00)与所述外管(4)之间的空间形成，所述固定套00)侧壁的壁厚大于所述扩张体 (7)侧壁的壁厚，所述固定套00)为硬度大于所述扩张体(7)的硬度的钢质材料。
7.如权利要求6所述的伸缩泄压式注汽封隔器，其特征在于，所述伸缩泄压式注汽封隔器还包括安装在所述外管上的泄压销钉(11)，所述扩张体(7)的材质为碳素钢或合金钢，所述固定套00)的材质为硬度大于所述扩张体(7)的碳素钢或合金钢。
8.如权利要求7所述的伸缩泄压式注汽封隔器，其特征在于，所述泄压销钉(11)与所述辅助腔(10)连接。
9.如权利要求6所述的伸缩泄压式注汽封隔器，其特征在于，所述中心管(1)与所述外管(4)之间设有密封填料(5)，所述密封填料( 位于所述外管(4)的上端，所述扩张体 (7)的上端设有环形的上护帽(6)，所述扩张体(7)的下端设有环形的下护帽(9)，所述上护帽(6)和所述下护帽(9)分别设置在所述外管(4)上，所述上护帽(6)、所述下护帽(9)、和所述固定套00)的外缘平齐，所述扩张体(7)的外径小于所述上护帽(6)、所述下护帽(9) 和所述固定套00)的外径。
10.如权利要求6所述的伸缩泄压式注汽封隔器，其特征在于，所述外管的侧壁上设有凸台(40)，所述主腔体(8)与所述辅助腔(10)分别位于所述凸台00)上下两侧，所述凸台GO)中设有连接所述主腔体(8)与所述辅助腔(10)的连接孔(42)，所述辅助腔(10) 的体积占所述主腔体(8)的体积的15%至30%。
全文摘要
本发明提出一种伸缩泄压式注汽封隔器，所述伸缩泄压式注汽封隔器包括中心管、外管、所述中心管与所述外管之间密封设置，所述外管外套设有遇热膨胀的膨胀筒，所述中心管与所述外管之间设有保护衬套，所述中心管与所述外管通过保护衬套连接，所述保护衬套由常态下为固态、在注汽温度下融化的耐高温材料制成。本发明可用于稠油注蒸汽井中，可满足稠油井的笼统注汽分、选层注汽工艺要求，可同时实现油井油套环空密封和管柱热补偿两项工艺技术。减少了施工工序，降低了油井的生产成本，提高了经济效益。
文档编号E21B33/12GK102518408SQ20111040467
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月7日 优先权日2011年12月7日
发明者何传兴, 关仲, 刘祖合, 张洪宝, 戚勇, 杜晓雪, 杨东平, 杨忠德, 杨淑英, 潘杰, 王巍, 王斌, 赵树杰, 郭玉强, 陈鹏, 魏凯 申请人:中国石油天然气股份有限公司