封隔器固定环及具有该固定环的遇油、遇水自膨胀封隔器

摘要

本发明涉及一种封隔器固定环及具有该固定环的自膨胀封隔器。其中该固定环用于固定套设在基管上的自膨胀形封隔器，该封隔器用于在遇油、遇水时自膨胀密封待封闭空间；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。该封隔器包括本体部，及设于本体部一端的锥形段，和设于锥形段的自由端的直线段。本发明克服了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。

说明书

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。