專利名稱：基于形狀記憶材料的井下封隔器的制作方法
基于形狀記憶材料的井下封隔器技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明有關(guān)于一種井下封隔器，尤其有關(guān)于一種石油天然氣開(kāi)發(fā)用油氣井的基于形狀記憶材料的井下封隔器。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)對(duì)石油天然氣能源的需求不斷增加，油氣資源開(kāi)發(fā)對(duì)象由以常規(guī)資源為主逐漸轉(zhuǎn)向常規(guī)資源和非常規(guī)資源并重。同時(shí)，開(kāi)發(fā)油氣藏的井型越來(lái)越復(fù)雜，比如大位移水平井、多分支井等，這些都對(duì)包括封隔器在內(nèi)的完井工具提出了很高的要求。封隔器是油氣開(kāi)采重要的井下層間隔離工具，廣泛用于完井、采油、注水、儲(chǔ)層改造、井下作業(yè)等領(lǐng)域。
目前，封隔器以機(jī)械式為主，主要包括壓縮式和擴(kuò)張式兩種。其中，壓縮式封隔器的工作原理是通過(guò)打壓、投球等方式提高管內(nèi)壓力，使中心筒剪斷銷釘并運(yùn)動(dòng)以撐開(kāi)卡瓦，卡瓦咬住套管內(nèi)壁以座住封隔器，同時(shí)封隔器膠筒被壓縮，達(dá)到封閉油套環(huán)空的目的。擴(kuò)張式封隔器的工作原理是當(dāng)管內(nèi)壓力上升到某一值時(shí)，封隔器內(nèi)部的控制閥打開(kāi)，液體進(jìn)入膠筒與基管之間的空間內(nèi)，膠筒在液壓的作用下向外擴(kuò)張并貼住套管內(nèi)壁，封閉油套環(huán)空，在該封隔器內(nèi)部鎖定機(jī)構(gòu)的作用下，膠筒可保持有效座封狀態(tài)?，F(xiàn)有的機(jī)械式封隔器還存在很多不足:坐封可靠性較差，成本較高，尺寸較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜而導(dǎo)致井下入困難，施工風(fēng)險(xiǎn)較高，裸眼井適應(yīng)性差等缺陷。
除了機(jī)械式封隔器外，近年來(lái)自膨脹封隔器也逐漸得到規(guī)模應(yīng)用。該工具沒(méi)有復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，僅靠特殊橡膠制成的膠筒吸油或吸水膨脹來(lái)座封，現(xiàn)場(chǎng)施工工藝簡(jiǎn)便，但是，該自膨脹封隔器存在座封不可控、不能立即座封、性能受井筒內(nèi)液體性質(zhì)影響等缺點(diǎn)。
因此，有必要提供一種新的井下封隔器，來(lái)克服上述缺陷。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于形狀記憶材料的井下封隔器，其可滿足不同井況的復(fù)雜結(jié)構(gòu)井的完井需求，其坐封可控，整體尺寸小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
本發(fā)明的上述目的可采用下列技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
本發(fā)明提供一種基于形狀記憶材料的井下封隔器，所述基于形狀記憶材料的井下封隔器包括:
管體，其外部套設(shè)有由形狀記憶聚合物材料制成的膠筒，所述膠筒內(nèi)嵌設(shè)有可伸縮螺旋管，所述管體的上端側(cè)壁上開(kāi)設(shè)有進(jìn)液孔；
固定端總成，其套設(shè)在所述管體上并連接在所述膠筒的上端，所述固定端總成具有固定端限位環(huán)和與所述固定端限位環(huán)相連的中間接頭，所述中間接頭與所述膠筒相連，所述中間接頭具有進(jìn)液通道，所述可伸縮螺旋管穿出所述膠筒上端的一端與所述進(jìn)液通道相對(duì)連通，所述固定端限位環(huán)內(nèi)穿設(shè)連接有過(guò)流滑套，所述管體的進(jìn)液孔與所述過(guò)流滑套相對(duì)；
浮動(dòng)端總成，其具有浮動(dòng)端限位環(huán)，所述浮動(dòng)端限位環(huán)套設(shè)在所述管體上并連接在所述膠筒的下端，所述浮動(dòng)端限位環(huán)具有出液通道，所述可伸縮螺旋管穿出所述膠筒下端的一端與所述出液通道相對(duì)連通。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述中間接頭與所述管體之間形成有進(jìn)液環(huán)腔，所述進(jìn)液環(huán)腔與所述進(jìn)液通道相連通，其內(nèi)設(shè)有單向閥，所述單向閥包括:
閥體，其套設(shè)在所述管體上，所述閥體具有進(jìn)液通孔，所述進(jìn)液通孔與所述進(jìn)液通道相連通；
閥座，其設(shè)置在所述進(jìn)液通孔的下部，所述閥座上開(kāi)設(shè)有通孔，所述通孔與所述進(jìn)液通孔相連通；
閥球，其設(shè)置在所述進(jìn)液通孔的上部，在所述閥球與所述閥座之間夾設(shè)有彈簧，所述閥球通過(guò)所述彈簧而頂?shù)衷谒鲩y體上。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述閥體的上端設(shè)有過(guò)濾網(wǎng)。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述過(guò)流滑套通過(guò)剪斷銷釘連接在所述固定端限位環(huán)上，所述過(guò)流滑套具有過(guò)流孔，所述過(guò)流滑套與所述管體之間形成有過(guò)流腔，所述過(guò)流腔與所述進(jìn)液孔相連通，在所述剪斷銷釘被剪斷且所述過(guò)流滑套的過(guò)流孔軸向下移出所述固定端限位環(huán)的狀態(tài)下，所述進(jìn)液孔通過(guò)所述過(guò)流滑套的過(guò)流孔與所述進(jìn)液通道相連通。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，在所述管體與所述浮動(dòng)端限位環(huán)之間設(shè)有開(kāi)口擋環(huán)，所述開(kāi)口擋環(huán)由形狀記憶合金材料制成。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述中間接頭的下端面設(shè)有多個(gè)齒狀連接部，所述多個(gè)齒狀連接部嵌設(shè)在所述膠筒內(nèi)。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述浮動(dòng)端限位環(huán)的上端面設(shè)有多個(gè)齒狀連接部，所述多個(gè)齒狀連接部嵌設(shè)在所述膠筒內(nèi)。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，在所述固定端限位環(huán)與所述管體之間、所述過(guò)流滑套與所述管體之間、所述浮動(dòng)端限位環(huán)與所述管體之間、以及所述過(guò)流滑套與所述固定端限位環(huán)之間分別設(shè)有多個(gè)密封圈。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，在所述閥體與所述管體之間、以及所述閥體與所述中間接頭之間分別設(shè)有多個(gè)密封圈。
本發(fā)明的基于形狀記憶材料的井下封隔器的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)是:
(I)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)低:根據(jù)形狀記憶聚合物材料的特性，可以使該形狀記憶聚合物材料制成的膠筒的外徑比傳統(tǒng)封隔器膠筒顯著減小，井下環(huán)空間隙增大，這對(duì)于提高封隔器的井下通過(guò)性、避免施工過(guò)程的卡阻事故具有重要意義；
(2)適應(yīng)性好:形狀記憶聚合物材料和形狀記憶合金材料的轉(zhuǎn)變溫度可根據(jù)不同的井下條件進(jìn)行調(diào)節(jié)，能滿足不同井深條件下的完井需求，也即，膠筒的尺寸可以定制，根據(jù)實(shí)際井眼尺寸，將膠筒外徑減小到足夠小，以保證下井過(guò)程的順利；
(3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單:沒(méi)有卡瓦等壓縮式封隔器上復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)部件，借助形狀記憶材料本身固有的特性使膠筒形變、座封，減小許多施工意外，可靠性高；
(4)座封可控:形狀記憶聚合物材料和形狀記憶合金材料僅對(duì)溫度敏感，對(duì)井筒內(nèi)的流體介質(zhì)不敏感，通過(guò)從地面向井下泵送高溫觸發(fā)液體來(lái)控制膠筒形變，其座封過(guò)程由地面控制，完全不受井下流體性質(zhì)的影響避免了傳統(tǒng)自膨脹封隔器下井過(guò)程中提前膨脹或受高礦化度影響而不膨脹的問(wèn)題；
(5)通徑大:與所連接的油套管完全相同，有利于提高產(chǎn)量，便于后期作業(yè)工具的下入。
本發(fā)明的基于形狀記憶材料的井下封隔器，整體尺寸較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，座封可控，裸眼適應(yīng)性好，可滿足不同井況的復(fù)雜結(jié)構(gòu)井，例如水平井、大斜度井、多分支井、大位移井等，以及各類現(xiàn)場(chǎng)井下工藝，例如完井、采油、注水、儲(chǔ)層改造等井下作業(yè)。


為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明的基于形狀記憶材料的井下封隔器的主視圖。
圖2為本發(fā)明的基于形狀記憶材料的井下封隔器的主視剖視圖。
圖3為本發(fā)明的基于形狀記憶材料的井下封隔器去掉膠筒的主視剖視圖。
圖4為圖2的A部放大圖。
圖5為圖2的B部放大圖。
圖6為本發(fā)明的基于形狀記憶材料的井下封隔器的中間接頭的立體圖。
圖7為本發(fā)明的基于形狀記憶材料的井下封隔器的中間接頭的側(cè)視剖視圖。
圖8為本發(fā)明的基于形狀記憶材料的井下封隔器的浮動(dòng)端限位環(huán)的立體圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
如圖1、2所示，本發(fā)明提供一種基于形狀記憶材料的井下封隔器，其包括管體1、固定端總成2和浮動(dòng)端總成3。其中:管體I的外部套設(shè)有由形狀記憶聚合物材料制成的膠筒11，所述膠筒11內(nèi)嵌設(shè)有可伸縮螺旋管12，所述管體I的上端側(cè)壁上開(kāi)設(shè)有進(jìn)液孔13 ；固定端總成2套設(shè)在所述管體I上并連接在所述膠筒11的上端，所述固定端總成2具有固定端限位環(huán)21和與所述固定端限位環(huán)21相連的中間接頭22，所述中間接頭22與所述膠筒11相連，所述中間接頭22具有進(jìn)液通道221，所述可伸縮螺旋管12穿出所述膠筒11上端的一端與所述進(jìn)液通道221相對(duì)連通，所述固定端限位環(huán)21內(nèi)穿設(shè)連接有過(guò)流滑套23，所述管體I的進(jìn)液孔13與所述過(guò)流滑套23相對(duì)；浮動(dòng)端總成3具有浮動(dòng)端限位環(huán)31，所述浮動(dòng)端限位環(huán)31套設(shè)在所述管體I上并連接在所述膠筒11的下端，所述浮動(dòng)端限位環(huán)31具有出液通道311，所述可伸縮螺旋管12穿出所述膠筒11下端的一端與所述出液通道311相對(duì)連通。
具體是，管體I為API油管或套管，其大體呈圓柱筒形，管體I的上端可通過(guò)油管接箍4與井下工具相連。在本實(shí)施例中，管體I的直徑約為140mm (5.5英寸)。
膠筒11套設(shè)在管體I的外部，其上端與固定端總成2相連，其下端與浮動(dòng)端總成3相連，膠筒11內(nèi)嵌設(shè)有可伸縮螺旋管12。如圖3所示，可伸縮螺旋管12圍繞管體I的外周螺旋纏繞設(shè)置，其內(nèi)具有用于液體流通的流道，可伸縮螺旋管12在膠筒11成型的過(guò)程中嵌入膠筒11內(nèi)部，也即，在膠筒11的外表面看不到該可伸縮螺旋管12。本發(fā)明的可伸縮螺旋管12具有較高的彈性，其可隨膠筒11的形變而在軸向上縮短或伸長(zhǎng)。
在本發(fā)明中，膠筒11由形狀記憶聚合物(SMP)材料制成。形狀記憶聚合物材料的特性是，在常溫下顯著表現(xiàn)為彈性，而在一定溫度之上又顯著表現(xiàn)為塑性，可任意變形，此溫度即為形狀記憶聚合物材料的轉(zhuǎn)變溫度。當(dāng)將形狀記憶聚合物材料加熱至其轉(zhuǎn)變溫度之上時(shí)，對(duì)該形狀記憶聚合物材料施加載荷使其變形為所需形態(tài)，保持這一載荷并降低溫度至室溫，該材料卸載后形態(tài)將保持，之后，再將溫度加熱至轉(zhuǎn)變溫度之上，形狀記憶聚合物材料將恢復(fù)形變前的初始形態(tài)。該形狀記憶聚合物材料的形變規(guī)律是，在形變過(guò)程中形狀記憶聚合物材料的體積不發(fā)生變化(有關(guān)形狀記憶聚合物材料的相關(guān)資料可參考:張晟，羅海亞等熱致型形狀記憶高分子材料的研究進(jìn)展高分子材料科學(xué)與工程2008 (8))。
請(qǐng)配合參見(jiàn)圖4，固定端總成2的固定端限位環(huán)21套設(shè)在管體I上，其上端內(nèi)側(cè)壁與管體I的外周壁緊密配合，其下端與管體I之間形成有環(huán)形腔，過(guò)流滑套23設(shè)置在該環(huán)形腔內(nèi)；固定端總成2的中間接頭22螺紋連接在固定端限位環(huán)21的下端，其套設(shè)在管體I上，中間接頭22的下端與膠筒11固定連接，進(jìn)液通道221開(kāi)設(shè)在中間接頭22的側(cè)壁內(nèi)，其下端與膠筒11相對(duì)，該進(jìn)液通道221通過(guò)過(guò)流滑套23與管體I的進(jìn)液孔13相連通。
在本發(fā)明中，過(guò)流滑套23通過(guò)剪斷銷釘211連接在固定端限位環(huán)21上，其與管體I之間形成有過(guò)流腔231，過(guò)流滑套23上開(kāi)設(shè)有過(guò)流孔232，過(guò)流孔232與過(guò)流腔231相連通。在剪斷銷釘211未被剪斷的狀態(tài)下，過(guò)流滑套23的過(guò)流孔232被固定端限位環(huán)21的內(nèi)側(cè)壁擋住，自管體I進(jìn)液孔13流入過(guò)流滑套23過(guò)流腔231內(nèi)的液體不會(huì)從過(guò)流孔232流出；當(dāng)剪斷銷釘211被剪斷且過(guò)流滑套23的過(guò)流孔232軸向下移出固定端限位環(huán)21的狀態(tài)下，也即，過(guò)流滑套23的過(guò)流孔232不再受固定端限位環(huán)21內(nèi)側(cè)壁的阻擋，此時(shí)，自管體I進(jìn)液孔13注入的液體經(jīng)過(guò)流滑套23的過(guò)流腔231后，從過(guò)流滑套23的過(guò)流孔232流入中間接頭22，而后自中間接頭22的進(jìn)液通道221流出。嵌設(shè)在膠筒11內(nèi)的可伸縮螺旋管12穿出膠筒11上端的一端與進(jìn)液通道221相對(duì)連接，從而自進(jìn)液通道221流出的液體可流入可伸縮螺旋管12內(nèi)。在本發(fā)明中，可伸縮螺旋管12與中間接頭22的進(jìn)液通道221可通過(guò)焊接的方式固定相連，當(dāng)然，在其他的實(shí)施方式中，可伸縮螺旋管12的上端也可通過(guò)管接頭等連接件與中間接頭22的進(jìn)液通道221固定相連。
請(qǐng)配合參見(jiàn)圖5，浮動(dòng)端總成3的浮動(dòng)端限位環(huán)31套設(shè)在管體I上，在本實(shí)施例中，浮動(dòng)端限位環(huán)31與管體I之間設(shè)有開(kāi)口擋環(huán)312，浮動(dòng)端限位環(huán)31通過(guò)開(kāi)口擋環(huán)312卡設(shè)連接在管體I上。開(kāi)口擋環(huán)312由形狀記憶合金(SMA)材料制成，形狀記憶合金材料的特點(diǎn)是，在其較高的轉(zhuǎn)變溫度點(diǎn)加工零件，零件會(huì)“記住”該溫度時(shí)的自身狀態(tài)，零件加工完成后在常溫時(shí)可變形成所需的形狀，當(dāng)系統(tǒng)工作、周圍溫度達(dá)到形狀記憶合金材料的轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，零件自動(dòng)恢復(fù)初始狀態(tài)。也就是說(shuō)，開(kāi)口擋環(huán)312在加工時(shí)，溫度須上升至其轉(zhuǎn)變溫度以上，以使其“記住”初始形狀，加工完成后，在常溫下將其外徑適當(dāng)縮小，以在裝配時(shí)開(kāi)口擋環(huán)312能進(jìn)入管體I外周壁開(kāi)設(shè)的環(huán)槽內(nèi)即可，以使浮動(dòng)端限位環(huán)31相對(duì)于管體I而固定。在本發(fā)明中，形狀記憶合金材料包括N1-Ti基、Cu基和Fe基等，其轉(zhuǎn)變溫度可以根據(jù)井下情況設(shè)定(有關(guān)形狀記憶合金材料的詳細(xì)資料可參考:雷竹芳鐵基形狀記憶合金及其應(yīng)用材料開(kāi)發(fā)與應(yīng)用2000 (4))。
浮動(dòng)端限位環(huán)31的出液通道311開(kāi)設(shè)在浮動(dòng)端限位環(huán)31靠近膠筒11的側(cè)壁內(nèi)，該出液通道311與外部形成連通狀態(tài)，嵌設(shè)在膠筒11內(nèi)的可伸縮螺旋管12穿出膠筒11下端的一端與出液通道311相對(duì)連接，從而可使自可伸縮螺旋管12內(nèi)流出的液體經(jīng)出液通道311后排出本發(fā)明的基于形狀記憶材料的井下封隔器外。在本發(fā)明中，可伸縮螺旋管12與浮動(dòng)端限位環(huán)31的出液通道311可通過(guò)焊接的方式固定相連，當(dāng)然，在其他的實(shí)施方式中，可伸縮螺旋管12的下端也可通過(guò)管接頭等連接件與浮動(dòng)端限位環(huán)31的出液通道311固定相連。
該基于形狀記憶材料的井下封隔器的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)工藝如下:首先，封隔器在下井前，將由形狀記憶聚合物材料制成的膠筒11加熱至形狀記憶聚合物材料的轉(zhuǎn)變溫度之上，對(duì)膠筒11施加載荷使其變形，也即，軸向拉伸膠筒11，使膠筒11的外徑尺寸固定在能夠使其順利下入井內(nèi)的狀態(tài)，此時(shí)，保持這一載荷并降低膠筒11的溫度至室溫，膠筒11拉伸后的形態(tài)將得到保持；之后，將具有該拉伸后的膠筒11的基于形狀記憶材料的井下封隔器下井到位，由地面向完井管柱內(nèi)注水打壓，注入水自管體I的進(jìn)液孔13進(jìn)入過(guò)流滑套23內(nèi)，隨著注水壓力的升高，當(dāng)壓力上升至剪斷銷釘211的剪斷壓力時(shí)，剪斷銷釘211被剪斷，過(guò)流滑套23在注水壓力的作用下軸向下移，直至過(guò)流滑套23的過(guò)流孔232移出固定端限位環(huán)21的內(nèi)側(cè)壁，此時(shí)，注入水自管體I的進(jìn)液孔13經(jīng)過(guò)流滑套23的過(guò)流腔231從過(guò)流滑套23的過(guò)流孔232流入中間接頭22，而后自中間接頭22的進(jìn)液通道221流入嵌設(shè)在膠筒11內(nèi)的可伸縮螺旋管12內(nèi)；之后，將注入水換成高溫觸發(fā)液，該高溫觸發(fā)液的溫度高于形狀記憶聚合物材料以及形狀記憶合金材料的轉(zhuǎn)變溫度，在本發(fā)明中，高溫觸發(fā)液為油田作業(yè)用鹽水(例如，氯化鉀)，高溫觸發(fā)液流入可伸縮螺旋管12的流道內(nèi)，其熱量將均勻傳遞至整個(gè)膠筒11，當(dāng)膠筒11溫度達(dá)到其轉(zhuǎn)變溫度后，膠筒11開(kāi)始發(fā)生形變，膠筒11徑向尺寸不斷增大，軸向尺寸不斷減小，同時(shí)，在高溫作用下，開(kāi)口擋環(huán)312也發(fā)生形狀恢復(fù)，其外徑變大，開(kāi)口擋環(huán)312從管體I的槽內(nèi)“跳出”，失去對(duì)浮動(dòng)端總成3的定位，浮動(dòng)端總成3開(kāi)始跟隨膠筒11軸向上移，直至膠筒11與套管內(nèi)壁產(chǎn)生緊密的接觸并形成有效的密封為止。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，膠筒11在廠內(nèi)加工制造完成后的外徑約為190mm，長(zhǎng)度約為5米。膠筒11在井下座封后的形態(tài)的尺寸是:其外徑為254_，其長(zhǎng)度約為1.5米。該基于形狀記憶材料的井下封隔器用于216_ (8.5英寸)井眼的完井施工?；谛螤钣洃洸牧系木路飧羝鲀啥说墓潭ǘ讼尬画h(huán)21的外徑以及浮動(dòng)端限位環(huán)31的外徑約為192_，剪斷銷釘211的剪斷壓力值約為20MPa。
本發(fā)明的基于形狀記憶材料的井下封隔器，采用“一端固定，另一端浮動(dòng)”的結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)膠筒11在形變過(guò)程中的軸向伸長(zhǎng)或縮短。該基于形狀記憶材料的井下封隔器具有以下優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn):
(I)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)低:根據(jù)形狀記憶聚合物材料的特性，可以使該形狀記憶聚合物材料制成的膠筒11的外徑比傳統(tǒng)封隔器膠筒顯著減小，井下環(huán)空間隙增大，這對(duì)于提高封隔器的井下通過(guò)性、避免施工過(guò)程的卡阻事故具有重要意義；
(2)適應(yīng)性好:形狀記憶聚合物材料和形狀記憶合金材料的轉(zhuǎn)變溫度可根據(jù)不同的井下條件進(jìn)行調(diào)節(jié)，能滿足不同井深條件下的完井需求，也即，膠筒11的尺寸可以定制，根據(jù)實(shí)際井眼尺寸，將膠筒11外徑減小到足夠小，以保證下井過(guò)程的順利；
(3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單:沒(méi)有卡瓦等壓縮式封隔器上復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)部件，借助形狀記憶聚合物材料本身固有的特性使膠筒11形變、座封，減小許多施工意外，可靠性高；
(4)座封可控:形狀記憶聚合物材料和形狀記憶合金材料僅對(duì)溫度敏感，對(duì)井筒內(nèi)的流體介質(zhì)不敏感，通過(guò)從地面向井下泵送高溫觸發(fā)液體來(lái)控制膠筒11形變，其座封過(guò)程由地面控制，完全不受井下流體性質(zhì)的影響避免了傳統(tǒng)自膨脹封隔器下井過(guò)程中提前膨脹或受高礦化度影響而不膨脹的問(wèn)題；
(5)通徑大:與所連接的油套管完全相同，有利于提高產(chǎn)量，便于后期作業(yè)工具的下入。
本發(fā)明的基于形狀記憶材料的井下封隔器，整體尺寸較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，座封可控，裸眼適應(yīng)性好，可滿足不同井況的復(fù)雜結(jié)構(gòu)井，例如水平井、大斜度井、多分支井、大位移井等，以及各類現(xiàn)場(chǎng)井下工藝，例如完井、采油、注水、儲(chǔ)層改造等井下作業(yè)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，所述中間接頭22與所述管體I之間形成有進(jìn)液環(huán)腔222，所述進(jìn)液環(huán)腔222與所述進(jìn)液通道221相連通，其內(nèi)設(shè)有單向閥24，所述單向閥24包括閥體241、閥座242和閥球243。其中:閥體241套設(shè)在所述管體I上，所述閥體241具有進(jìn)液通孔2411，所述進(jìn)液通孔2411與所述進(jìn)液通道221相連通；閥座242設(shè)置在所述進(jìn)液通孔2411的下部，所述閥座242上開(kāi)設(shè)有通孔2421，所述通孔2421與所述進(jìn)液通孔2411相連通；閥球243設(shè)置在所述進(jìn)液通孔2411的上部，在所述閥球243與所述閥座242之間夾設(shè)有彈簧244，所述閥球243通過(guò)所述彈簧244而頂?shù)衷谒鲩y體241上。
具體是，閥體241大體呈圓柱筒狀，其緊密套設(shè)在管體I上并螺紋連接在中間接頭22內(nèi)，在與中間接頭22的進(jìn)液通道221相對(duì)的閥體241側(cè)壁上開(kāi)設(shè)有進(jìn)液通孔2411，該進(jìn)液通孔2411的上端直徑小于其下端直徑，從而在進(jìn)液通孔2411內(nèi)形成一錐形面；閥座242螺紋連接在進(jìn)液通孔2411的下端，其上端通過(guò)彈簧244頂?shù)珠y球243，閥球243的上端頂?shù)衷谶M(jìn)液通孔2411的錐形面上，以密封進(jìn)液通孔2411。當(dāng)液體通過(guò)過(guò)流滑套23的過(guò)流孔232流入中間接頭22的進(jìn)液環(huán)腔222后，液體會(huì)自單向閥24的進(jìn)液通孔2411流入，在液壓的作用下頂?shù)珠y球243，閥球243壓縮彈簧244，從而導(dǎo)通進(jìn)液通孔2411，使液體經(jīng)單向閥24后流出中間接頭22的進(jìn)液通道221，進(jìn)而流入可伸縮螺旋管12內(nèi)。
進(jìn)一步的，所述閥體241的上端設(shè)有過(guò)濾網(wǎng)245，過(guò)濾網(wǎng)245套設(shè)在管體I上，過(guò)濾網(wǎng)245用于將進(jìn)入單向閥24內(nèi)的流體中的固相雜質(zhì)去除，防止固相雜質(zhì)磨損重要零部件。
請(qǐng)參閱圖6、7所示，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，所述中間接頭22的下端面設(shè)有多個(gè)齒狀連接部223，所述多個(gè)齒狀連接部223嵌設(shè)在所述膠筒11內(nèi)。進(jìn)一步的，如圖8所示，所述浮動(dòng)端限位環(huán)31的上端面設(shè)有多個(gè)齒狀連接部313，所述多個(gè)齒狀連接部313嵌設(shè)在所述膠筒11內(nèi)。在本發(fā)明中，于中間接頭22的下端面沿圓周方向均勻設(shè)有四個(gè)齒狀連接部223，于浮動(dòng)端限位環(huán)31的上端面沿圓周方向均勻設(shè)有四個(gè)齒狀連接部313，該些齒狀連接部223以及齒狀連接部313分別在膠筒11成型的過(guò)程中嵌入膠筒11內(nèi)，從而使固定端總成2、浮動(dòng)端總成3與膠筒11形成穩(wěn)定可靠的連接。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，在所述固定端限位環(huán)21與所述管體I之間、所述過(guò)流滑套23與所述管體I之間、所述浮動(dòng)端限位環(huán)31與所述管體I之間、以及所述過(guò)流滑套23與所述固定端限位環(huán)21之間分別設(shè)有多個(gè)密封圈5。進(jìn)一步的，在所述閥體241與所述管體I之間、以及所述閥體241與所述中間接頭22之間分別設(shè)有多個(gè)密封圈5。
該些密封圈5用于密封固定端限位環(huán)21與管體I之間、過(guò)流滑套23與管體I之間、浮動(dòng)端限位環(huán)31與管體I之間、過(guò)流滑套23與固定端限位環(huán)21之間、閥體241與管體I之間、以及閥體241與中間接頭22之間的縫隙，防止注入液體泄漏的情況發(fā)生。
以上所述僅為本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員依據(jù)申請(qǐng)文件公開(kāi)的內(nèi)容可以對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行各種改動(dòng)或變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于形狀記憶材料的井下封隔器，其特征在于，所述基于形狀記憶材料的井下封隔器包括: 管體，其外部套設(shè)有由形狀記憶聚合物材料制成的膠筒，所述膠筒內(nèi)嵌設(shè)有可伸縮螺旋管，所述管體的上端側(cè)壁上開(kāi)設(shè)有進(jìn)液孔； 固定端總成，其套設(shè)在所述管體上并連接在所述膠筒的上端，所述固定端總成具有固定端限位環(huán)和與所述固定端限位環(huán)相連的中間接頭，所述中間接頭與所述膠筒相連，所述中間接頭具有進(jìn)液通道，所述可伸縮螺旋管穿出所述膠筒上端的一端與所述進(jìn)液通道相對(duì)連通，所述固定端限位環(huán)內(nèi)穿設(shè)連接有過(guò)流滑套，所述管體的進(jìn)液孔與所述過(guò)流滑套相對(duì)； 浮動(dòng)端總成，其具有浮動(dòng)端限位環(huán)，所述浮動(dòng)端限位環(huán)套設(shè)在所述管體上并連接在所述膠筒的下端，所述浮動(dòng)端限位環(huán)具有出液通道，所述可伸縮螺旋管穿出所述膠筒下端的一端與所述出液通道相對(duì)連通。
2.如權(quán)利要求1所述的基于形狀記憶材料的井下封隔器，其特征在于，所述中間接頭與所述管體之間形成有進(jìn)液環(huán)腔，所述進(jìn)液環(huán)腔與所述進(jìn)液通道相連通，其內(nèi)設(shè)有單向閥，所述單向閥包括: 閥體，其套設(shè)在所述管體上，所述閥體具有進(jìn)液通孔，所述進(jìn)液通孔與所述進(jìn)液通道相連通； 閥座，其設(shè)置在所述進(jìn)液通孔的下部，所述閥座上開(kāi)設(shè)有通孔，所述通孔與所述進(jìn)液通孔相連通； 閥球，其設(shè)置在所述進(jìn)液通孔的上部，在所述閥球與所述閥座之間夾設(shè)有彈簧，所述閥球通過(guò)所述彈簧而頂?shù)衷谒鲩y體上。
3.如權(quán)利要求2所述的基于形狀記憶材料的井下封隔器，其特征在于，所述閥體的上端設(shè)有過(guò)濾網(wǎng)。
4.如權(quán)利要求1所述的基于形狀記憶材料的井下封隔器，其特征在于，所述過(guò)流滑套通過(guò)剪斷銷釘連接在所述固定端限位環(huán)上，所述過(guò)流滑套具有過(guò)流孔，所述過(guò)流滑套與所述管體之間形成有過(guò)流腔，所述過(guò)流腔與所述進(jìn)液孔相連通，在所述剪斷銷釘被剪斷且所述過(guò)流滑套的過(guò)流孔軸向下移出所述固定端限位環(huán)的狀態(tài)下，所述進(jìn)液孔通過(guò)所述過(guò)流滑套的過(guò)流孔與所述進(jìn)液通道相連通。
5.如權(quán)利要求1所述的基于形狀記憶材料的井下封隔器，其特征在于，在所述管體與所述浮動(dòng)端限位環(huán)之間設(shè)有開(kāi)口擋環(huán)，所述開(kāi)口擋環(huán)由形狀記憶合金材料制成。
6.如權(quán)利要求1所述的基于形狀記憶材料的井下封隔器，其特征在于，所述中間接頭的下端面設(shè)有多個(gè)齒狀連接部，所述多個(gè)齒狀連接部嵌設(shè)在所述膠筒內(nèi)。
7.如權(quán)利要求1所述的基于形狀記憶材料的井下封隔器，其特征在于，所述浮動(dòng)端限位環(huán)的上端面設(shè)有多個(gè)齒狀連接部，所述多個(gè)齒狀連接部嵌設(shè)在所述膠筒內(nèi)。
8.如權(quán)利要求1所述的基于形狀記憶材料的井下封隔器，其特征在于，在所述固定端限位環(huán)與所述管體之間、所述過(guò)流滑套與所述管體之間、所述浮動(dòng)端限位環(huán)與所述管體之間、以及所述過(guò)流滑套與所述固定端限位環(huán)之間分別設(shè)有多個(gè)密封圈。
9.如權(quán)利要求2所述的基于形狀記憶材料的井下封隔器，其特征在于，在所述閥體與所述管體之間、以及所述閥體與所述中間接頭之間分別設(shè)有多個(gè)密封圈。
全文摘要
一種基于形狀記憶材料的井下封隔器，包括管體外部套設(shè)有形狀記憶聚合物材料制成的膠筒，膠筒內(nèi)嵌設(shè)有可伸縮螺旋管，管體側(cè)壁上開(kāi)設(shè)有進(jìn)液孔；固定端總成套設(shè)在管體上并連接在膠筒的上端，其具有固定端限位環(huán)和與膠筒相連的中間接頭，中間接頭具有進(jìn)液通道，可伸縮螺旋管穿出膠筒上端的一端與進(jìn)液通道相對(duì)連通，固定端限位環(huán)內(nèi)穿設(shè)連接有過(guò)流滑套，管體的進(jìn)液孔與過(guò)流滑套相對(duì)；浮動(dòng)端總成具有浮動(dòng)端限位環(huán)，其套設(shè)在管體上并連接在膠筒的下端，浮動(dòng)端限位環(huán)具有出液通道，可伸縮螺旋管穿出膠筒下端的一端與出液通道相對(duì)連通。本發(fā)明的基于形狀記憶材料的井下封隔器，可滿足不同井況的復(fù)雜結(jié)構(gòu)井的完井需求，其坐封可控，整體尺寸小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)E21B33/12GK103206186SQ20131008306
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月15日
發(fā)明者童征, 石白茹, 沈澤俊, 裴曉含, 劉衛(wèi)東, 杜國(guó)忠, 李明 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣股份有限公司