专利名称：热敏伞式折叠型多层封隔器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多层封隔器，具体涉及一种采用热敏金属片的伞式折叠型多层封隔器，用于开采油页岩等矿物时对上下储层间的矿物进行有效地封隔。
背景技术：
天然气水合物是在陆地永久冻土带由甲烷及水在低温高压条件下生成的一种固体化合物，具有分布广、储量巨大的特点；此外，有时抽取地下水时需要抽取某一层位的地下水，防止不同层位的地下水之间互相污染；开采油页岩等矿物时，通常只需要开采某一层位的矿物而并非全部矿物。因此，要想实现只开采、转运某一特定层位目标矿物的目的，必须使用封隔器加以实现。现有的封隔器多为单层封隔，封隔效果不是很理想，导致上下储层间的天然气水合物、地下水、油页岩等矿物互相污染，对开采矿物的品质产生不利影响。
发明内容
本发明为解决上述问题，提供了一种操作简便、结构简单、对下伏地层具有良好封隔效果的热敏伞式折叠型多层封隔器。本发明通过以下方案实现—种热敏伞式折叠型多层封隔器，包括动力模块、封隔模块和开采模块；其中，动力模块包括有双动力头钻机1、双动力头2和泵3 ；开采模块中的具有双层结构的固定中心管5与双动力头2固定连接；所述的封隔模块中的上顶盖7与活动外管4滑动连接，上压盘14与活动外管4固定连接，下压盘19与固定中心管5固定连接，过渡压盘21与固定中心管5滑动连接；所述的双动力头2带动开采模块中的活动外管4向下运动，进而驱动能够轴向折叠、径向挤扩的封隔模块中的上压盘14和伞式封隔杆系。具体地，封隔模块包括上部套管柱6、上顶盖7、大径伸缩连杆8、小径伸缩连杆9、 上边缘曲面挡圈10、下边缘曲面挡圈11、上压盖12、螺栓13、上压盘14、双层耐高温橡胶 15、仿生上弓臂16、固定连接板17、下弓臂18、下压盘19、过渡弓臂连杆20、过渡压盘21、下压盖22、热敏金属片23、套管短节沈和下部套管柱27 ；开采模块包括活动外管4、固定中心管5、伸缩喷管M和抽吸管25。所述的双动力头钻机1通过双动力头2带动活动外管4上下运动，从而驱动封隔模块上下运动，实现封隔模块的轴向折叠、径向挤扩，从而对下伏地层进行封隔；此外，双动力头2对固定中心管5起到固定限位的作用。固定中心管5为双层结构，从而形成外层环状空间和内层管状空间，由外层环状空间向下泵入高压热水或蒸汽，从伸缩喷管M喷出；目标矿物通过抽吸管25、固定中心管5 的内层管状空间抽吸到地表，固定中心管5的底部密封，防止矿物与热水进入下伏地层；
由泵3提供喷射高压热水和抽吸目标矿物的动力，从而实现目标矿物的开采、转运；活动外管4侧壁上相应于目标矿物层处设置有一段长槽，伸缩喷管M和抽吸管25 从该长槽中伸出到目标矿物层；大径伸缩连杆8上端固定在上顶盖7下表面，小径伸缩连杆9下端固定在上压盖 12上表面，大径伸缩连杆8和小径伸缩连杆9之间滑动连接，对封隔模块起到导向限位的作用；上边缘曲面挡圈10、下边缘曲面挡圈11分别在上、下边缘具有曲面结构，与双层耐高温橡胶15的圆弧形状相配合，提高封隔的效果；套管短节沈内壁上设置有螺纹，上边缘曲面挡圈10和下边缘曲面挡圈11通过螺纹固定连接在套管短节沈的内壁上。活动外管4穿过上顶盖7的通孔，并且上顶盖7的通孔侧面与活动外管4紧配合， 起到导向限位及一级封隔的作用。上压盖12用螺栓固定在活动外管4外表面，用于将双层耐高温橡胶15的上端固定在上压盘14上，上压盘14用螺纹连接在活动外管4的底端。至少三个下压盘19分别固定在固定中心管5的底端相应位置，下压盖22用螺栓固定在固定中心管5的底端。双层耐高温橡胶15的上端被上压盖12和上压盘14夹持住，双层耐高温橡胶15 的下端被最底层的下压盘19和下压盖22夹持住。热敏金属片23采用耐高温强力胶粘结于双层耐高温橡胶15之间，当注入高温蒸汽或热水时，热敏金属片23膨胀变形，从而实现辅助封隔；仿生上弓臂16仿造人脚的结构，包括腿部、脚跟和脚尖，仿生上弓臂16上端相当于人体的腿部，与上压盘14铰接，仿生上弓臂16下端相当于人体的脚跟和脚尖，脚尖部分处于双层耐高温橡胶15的弯曲处，脚跟部分与下弓臂18铰接；至少两个过渡压盘21滑动连接在固定中心管5下端相应位置，过渡压盘21的端部用过渡弓臂连杆20与下弓臂18的靠近中部的位置铰接；下部至少两组的仿生上弓臂16、下弓臂18、下压盘19、过渡弓臂连杆20和过渡压盘21的连接形式与上述连接形式类似，此处不再赘述；根据需要选择封隔的组数，可以实现多级封隔。可选地，仿生上弓臂16和下弓臂18可以在上压盘14、下压盘19和过渡压盘21的圆周方向上均勻地布置多组，优选为四组以上时，对双层耐高温橡胶15可以进行更好的封隔。本发明的工作过程为第一步，在地表，将上边缘曲面挡圈10、下边缘曲面挡圈11拧至套管短节沈相应位置处；将上顶盖7紧配合安装在活动外管4的底端稍靠上位置，将大径伸缩连杆8固定在上顶盖7的下表面，小径伸缩连杆9固定在上压盖12上表面；将上压盖12用螺栓固定在活动外管4的底端；将封隔模块中其他的部件按照上述连接方式连接在相应位置；第二步，将封隔模块和开采模块下入到地下，使得封隔模块处于下伏地层，开采模块处于目标矿物层；
第三步，动力模块中的双动力头2带动活动外管4带着上顶盖7向下运动，当上顶盖7触碰到最上位置的上边缘曲面挡圈10时，上顶盖7停止运动，实现一级封隔；活动外管 4继续向下运动，并通过上压盘14带动各个仿生上弓臂16摆动，整个封隔模块被折叠、外扩，仿生上弓臂16的脚跟部位外伸，进而压迫双层耐高温橡胶15和上边缘曲面挡圈10、下边缘曲面挡圈11，实现主封隔；上述动作类似于撑开雨伞的动作；第四步，由泵3从固定中心管5外层环状空间向下泵入高压热水或蒸汽，并从伸缩喷管M喷出，将目标矿物破碎，破碎的目标矿物通过抽吸管25抽吸到地表；与此同时，由于高温的热水或蒸汽使热敏金属片23膨胀变形，从而可实现辅助封隔；第五步，目标矿物开采完成后，将活动外管4上提，底部封隔模块回缩，进而将整个封隔模块和开采模块提升到地表。本发明的热敏伞式折叠型多层封隔器具有以下优点和有益效果通过双层结构的固定中心管可作为开采、运移目标矿物的通道，结构简单，操作方便；仿生上弓臂的设计有效地提高了双层耐高温橡胶的封隔效果；封隔模块的伞式折叠杆系结构和多组结构可以实现多层封隔，进一步提高封隔效果。本发明可以有效地提高油页岩等矿物的开采纯度、降低开采过程中各个储层之间的矿物互相污染的程度，具有很好的应用前景。
图1为热敏伞式折叠型多层封隔器总体示意2为封隔模块示意3为伸缩喷管、抽吸管以及活动外管的长槽的放大4为仿生上弓臂的结构中1双动力头钻机，2双动力头，3泵，4活动外管，5固定中心管，6上部套管柱，7上顶盖，8大径伸缩连杆，9小径伸缩连杆，10上边缘曲面挡圈，11下边缘曲面挡圈，12上压盖，13 螺栓，14上压盘，15双层耐高温橡胶，16仿生上弓臂，17固定连接板，18下弓臂，19下压盘， 20过渡弓臂连杆，21过渡压盘，22下压盖，23热敏金属片，M伸缩喷管，25抽吸管，26套管短节，27下部套管柱。
具体实施例方式下面结合附图和实施例作进一步详细说明图1为热敏伞式折叠型多层封隔器总体示意图，如图所示，本发明的一种热敏伞式折叠型多层封隔器，包括动力模块、封隔模块和开采模块；其中，动力模块包括有双动力头钻机1、双动力头2和泵3 ；图2为封隔模块示意图，封隔模块包括上部套管柱6、上顶盖7、大径伸缩连杆8、小径伸缩连杆9、上边缘曲面挡圈10、下边缘曲面挡圈11、上压盖12、螺栓13、上压盘14、双层耐高温橡胶15、仿生上弓臂16、固定连接板17、下弓臂18、下压盘19、过渡弓臂连杆20、过渡压盘21、下压盖22、热敏金属片23、套管短节沈和下部套管柱27 ；本实施例中采用三层封隔的方式，即具有三个下压盘19和两个过渡压盘21，间隔地布置在固定中心管5的底端。
开采模块包括活动外管4、固定中心管5、伸缩喷管M和抽吸管25。所述的双动力头钻机1通过双动力头2带动活动外管4上下运动，从而驱动封隔模块上下运动，实现封隔模块的轴向折叠、径向挤扩，从而对下伏地层进行封隔；此外，双动力头2对固定中心管5起到固定限位的作用。图3为伸缩喷管、抽吸管以及活动外管的长槽的放大图，从图中可见，所述的固定中心管5为双层结构，从而形成外层环状空间和内层管状空间，由外层环状空间向下泵入高压热水或蒸汽，从伸缩喷管M喷出；目标矿物通过抽吸管25、固定中心管5的内层管状空间抽吸到地表，固定中心管5的底部密封，防止矿物与热水进入下伏地层；由泵3提供喷射高压热水和抽吸目标矿物的动力，从而实现目标矿物的开采、转运；活动外管4侧壁上相应于目标矿物层处设置有一段长槽，伸缩喷管M和抽吸管25 从该长槽中伸出到目标矿物层；大径伸缩连杆8上端固定在上顶盖7下表面，小径伸缩连杆9下端固定在上压盖 12上表面，大径伸缩连杆8和小径伸缩连杆9之间滑动连接，对封隔模块起到导向限位的作用；上边缘曲面挡圈10、下边缘曲面挡圈11分别在上、下边缘具有曲面结构，与双层耐高温橡胶15的圆弧形状相配合，提高封隔的效果；套管短节沈内壁上设置有螺纹，上边缘曲面挡圈10和下边缘曲面挡圈11通过螺纹固定连接在套管短节沈的内壁上。活动外管4穿过上顶盖7的通孔，并且上顶盖7的通孔侧面与活动外管4紧配合， 起到导向限位及一级封隔的作用。上压盖12用螺栓固定在活动外管4外表面，用于将双层耐高温橡胶15的上端固定在上压盘14上，上压盘14用螺纹连接在活动外管4的底端。三个下压盘19分别固定在固定中心管5的底端相应位置，下压盖22用螺栓固定在固定中心管5的底端。双层耐高温橡胶15的上端被上压盖12和上压盘14夹持住，双层耐高温橡胶15 的下端被三个下压盘19中最底层的下压盘19和下压盖22夹持住。热敏金属片23采用耐高温强力胶粘结于双层耐高温橡胶15之间，当注入高温蒸汽或热水时，热敏金属片23膨胀变形，从而实现辅助封隔；图4为仿生上弓臂的结构图，所述的仿生上弓臂16仿造人脚的结构，包括腿部、脚跟和脚尖，仿生上弓臂16上端相当于人体的腿部，与上压盘14铰接，仿生上弓臂16下端相当于人体的脚跟和脚尖，脚尖部分处于双层耐高温橡胶15的弯曲处，脚跟部分与下弓臂18 铰接；两个过渡压盘21滑动连接在固定中心管5下端相应位置，过渡压盘21的端部用过渡弓臂连杆20与下弓臂18的靠近中部的位置铰接；下部两组的仿生上弓臂16、下弓臂18、下压盘19、过渡弓臂连杆20和过渡压盘21 的连接形式与上述连接形式类似，此处不再赘述；根据需要选择多于三组的封隔组数，进而实现更稳定的多级封隔。在本实施例中，仿生上弓臂16和下弓臂18在上压盘14、下压盘19和过渡压盘21的圆周方向上均勻地布置四组，当然，布置组数大于4时可以对双层耐高温橡胶15进行更好的封隔，这类似于雨伞的支架，支架组数越多时，伞面可以被支撑的更完全。本发明的工作过程为第一步，在地表，将上边缘曲面挡圈10、下边缘曲面挡圈11拧至套管短节沈相应位置处；将上顶盖7紧配合安装在活动外管4的底端稍靠上位置，将大径伸缩连杆8固定在上顶盖7的下表面，小径伸缩连杆9固定在上压盖12上表面；将上压盖12用螺栓固定在活动外管4的底端；将封隔模块中其他的部件按照上述连接方式连接在相应位置；第二步，将封隔模块和开采模块下入到地下，使得封隔模块处于下伏地层，开采模块处于目标矿物层；第三步，动力模块中的双动力头2带动活动外管4带着上顶盖7向下运动，当上顶盖7触碰到最上位置的上边缘曲面挡圈10时，上顶盖7停止运动，实现一级封隔；活动外管 4继续向下运动，并通过上压盘14带动各个仿生上弓臂16摆动，整个封隔模块被折叠、外扩，仿生上弓臂16的脚跟部位外伸，进而压迫双层耐高温橡胶15和上边缘曲面挡圈10、下边缘曲面挡圈11，实现主封隔；上述动作类似于撑开雨伞的动作；第四步，由泵3从固定中心管5外层环状空间向下泵入高压热水或蒸汽，并从伸缩喷管M喷出，将目标矿物破碎，破碎的目标矿物通过抽吸管25抽吸到地表；与此同时，由于高温的热水或蒸汽使热敏金属片23膨胀变形，从而可实现辅助封隔；第五步，目标矿物开采完成后，将活动外管4上提，底部封隔模块回缩，进而将整个封隔模块和开采模块提升到地表。上述实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式以及封隔的组数等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
权利要求
1.一种热敏伞式折叠型多层封隔器，包括动力模块、封隔模块和开采模块；动力模块包括有双动力头钻机(1)、双动力头( 和泵(3)，其特征在于所述的开采模块中的具有双层结构的固定中心管(5)与双动力头O)固定连接； 所述的封隔模块中的上顶盖(7)与活动外管(4)滑动连接，上压盘(14)与活动外管(4)固定连接，下压盘(19)与固定中心管(5)固定连接，过渡压盘与固定中心管(5) 滑动连接；所述的双动力头( 带动开采模块中的活动外管向下运动，进而驱动能够轴向折叠、径向挤扩的封隔模块中的上压盘(14)和伞式封隔杆系。
2.根据权利要求1所述的一种热敏伞式折叠型多层封隔器，其特征在于所述的开采模块包括活动外管G)、固定中心管(5)、伸缩喷管04)和抽吸管(25)，所述的固定中心管(5)为双层结构，具有外层环状空间和内层管状空间，伸缩喷管04)与外层环状空间相连， 抽吸管05)与内层管状空间相连，固定中心管(5)的底部密封。
3.根据权利要求1或2所述的一种热敏伞式折叠型多层封隔器，其特征在于所述的活动外管(4)侧壁上相应于目标矿物层处设置有一段长槽，伸缩喷管04)和抽吸管05) 从该长槽中伸出到目标矿物层。
4.根据权利要求1所述的一种热敏伞式折叠型多层封隔器，其特征在于所述的能够轴向折叠、径向挤扩的封隔模块包括上部套管柱(6)、上顶盖(7)、大径伸缩连杆(8)、小径伸缩连杆(9)、上边缘曲面挡圈(10)、下边缘曲面挡圈(11)、上压盖(1 、螺栓(1 、上压盘(14)、双层耐高温橡胶(15)、仿生上弓臂(16)、固定连接板(17)、下弓臂(18)、至少三个下压盘(19)、过渡弓臂连杆(20)、至少两个过渡压盘(21)、下压盖(22)、热敏金属片(23)、套管短节06)和下部套管柱(27)，所述的上边缘曲面挡圈(10)和下边缘曲面挡圈(11)固定连接在套管短节06)的内壁上；活动外管穿过上顶盖(7)的通孔，并且上顶盖(7)的通孔侧面与活动外管(4)紧配合；上压盖(1 固定在活动外管(4)外表面，上压盘(14)固定在活动外管的底端；至少三个下压盘(19)分别固定在固定中心管(5)的底端相应位置，下压盖0 固定在固定中心管(5)的最底端。
5.根据权利要求4所述的一种热敏伞式折叠型多层封隔器，其特征在于所述的大径伸缩连杆(8)上端固定在上顶盖(7)下表面，小径伸缩连杆(9)下端固定在上压盖(12)上表面，大径伸缩连杆(8)和小径伸缩连杆(9)之间滑动连接。
6.根据权利要求4所述的一种热敏伞式折叠型多层封隔器，其特征在于所述的双层耐高温橡胶(1 的上端被上压盖(1 和上压盘(14)夹持住，双层耐高温橡胶(1 的下端被最底层的下压盘(19)和下压盖0 夹持住，热敏金属片粘结于双层耐高温橡胶(15)之间。
7.根据权利要求4所述的一种热敏伞式折叠型多层封隔器，其特征在于所述的至少两个过渡压盘滑动连接在固定中心管( 下端相应位置，过渡压盘的端部用过渡弓臂连杆00)与下弓臂(18)的靠近中部的位置铰接。
8.根据权利要求4所述的一种热敏伞式折叠型多层封隔器，其特征在于所述的仿生上弓臂(16)仿造人脚的结构，包括腿部、脚跟和脚尖，仿生上弓臂(16)上端相当于人体的腿部，与上压盘(14)铰接，仿生上弓臂(16)下端相当于人体的脚跟和脚尖，脚尖部分处于双层耐高温橡胶(15)的弯曲处，脚跟部分与下弓臂(18)铰接。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的一种热敏伞式折叠型多层封隔器，其特征在于 所述的仿生上弓臂(16)和下弓臂(18)在上压盘(14)、下压盘(19)和过渡压盘的圆周方向上均勻地布置四组以上。
全文摘要
本发明公开了一种热敏伞式折叠型多层封隔器，包括动力模块、封隔模块和开采模块；动力模块的双动力头带动开采模块中的活动外管上下运动，进而驱动热敏伞式的能够轴向折叠、径向挤扩的封隔模块上下运动；开采模块中的具有双层结构的固定中心管与双动力头固定连接；通过双层结构的固定中心管可作为开采、运移目标矿物的通道，仿生上弓臂的设计有效地提高了双层耐高温橡胶的封隔效果；封隔模块的伞式折叠杆系结构和多组结构可以根据封隔需要进行选择，从而实现多层封隔。应用本发明可以有效地提高油页岩等矿物的开采纯度、降低开采过程中各个储层之间的矿物互相污染的程度。
文档编号E21B33/122GK102418494SQ20111043313
公开日2012年4月18日 申请日期2011年12月21日 优先权日2011年12月21日
发明者温继伟, 陈晨 申请人:吉林大学