本发明属于石油勘探工具领域，具体涉及一种自膨胀高效密封的封隔器。具体技术方案为：一种自膨胀封隔器，包括基管，所述基管上套设遇水遇油自膨胀胶筒，所述基管上、胶筒两端分别固接一个限位器，所述限位器与胶筒相分离，所述限位器内装有可让胶筒膨胀的液体，所述胶筒朝向限位器一端设置液体连通部件，所述液体连通部件可在胶筒膨胀至与限位器接触时自动启用，将所述限位器内的液体导向胶筒。使用本发明提供的封隔器，胶筒膨胀效率高、膨胀均匀，且密封性能优异，不易发生渗液。
1.一种自膨胀封隔器，其特征在于：包括基管（10），所述基管（10）上套设自膨胀胶筒（20），所述基管（10）上、胶筒（20）两端分别固接一个限位器（30），所述限位器（30）与胶筒（20）相分离，所述限位器（30）内装有可让胶筒（20）膨胀的液体，所述胶筒（20）朝向限位器（30）一端设置液体连通部件，所述液体连通部件可在胶筒（20）膨胀至与限位器（30）接触时自动连通，将所述限位器（30）内的液体导向胶筒（20）。
2.根据权利要求1所述的自膨胀封隔器，其特征在于：所述液体连通部件包括设置于胶筒（20）朝向限位器（30）一端下部的数个圆锥状凸起（22）；所述限位器（30）端面中部面向凸起（22）设置防水材质的导液膜（35），所述凸起（22）的硬度大于导液膜（35）的硬度、小于限位器（30）其余位置的硬度；所述导液膜（35）的长度为所在限位器（30）端面长度的1/2～4/
3.根据权利要求2所述的自膨胀封隔器，其特征在于：所述胶筒（20）内部纵向贯穿设置液体连通通道（21），所述凸起（22）设置在液体连通通道（21）在胶筒（20）两端的开口周围。
4.根据权利要求1所述的自膨胀封隔器，其特征在于：所述限位器（30）内部通过活动挡板分为至少2个沿基管（10）长度方向布置的腔室，靠近所述胶筒（20）侧的腔室内部装满可让胶筒（20）膨胀的液体，远离所述胶筒（20）侧的腔室内设置第一弹性部件（32），所述第一弹性部件（32）一端固接于活动挡板上，另一端固接于活动挡板对侧面的限位器（30）内壁上；初始状态时，所述第一弹性部件（32）处于强压缩状态。
5.根据权利要求4所述的自膨胀封隔器，其特征在于：当活动挡板运动至限位器（30）靠近胶筒（20）一侧端部时，所述第一弹性部件（32）处于弱压缩状态或自然状态。
6.根据权利要求5所述的自膨胀封隔器，其特征在于：所述限位器（30）内部通过两个活动挡板分为3个腔室，中间腔室内设置阻液器，所述阻液器包括固接于中间腔室顶部的、处于压缩状态的第二弹性部件（33），所述第二弹性部件（33）另一端固接处于收缩状态的弹性卡扣件（34），所述基管（10）管壁上设置形状与所述卡扣件（34）对应的卡槽（12），所述卡槽（12）位于所述中间腔室运动末端对应卡扣件（34）位置。
7.根据权利要求3所述的自膨胀封隔器，其特征在于：所述基管（10）套设胶筒（20）处为阶梯形，所述阶梯形向基管（10）内部凹陷深度为基管内管径的1/6～1/4，所述胶筒（20）形状与基管（10）对应；所述液体连通通道（21）在凹陷处向基管（10）内部方向延伸。
8.根据权利要求1～7任意一项所述的自膨胀封隔器，其特征在于：所述胶筒（20）的材质为遇油自膨胀橡胶，所述自膨胀橡胶的组分中包括氧化铁。
9.根据权利要求8所述的自膨胀封隔器，其特征在于：所述自膨胀橡胶的配方按重量份数包括：15～18份三元乙丙橡胶，2～5份炭黑、1～3份硬脂酸、1～3份氧化钙、3～5份氧化铁、6～8份活性氧化锌、0.04～0.3份二甲基二硫代氨基甲酸锌、0.5～1份防老剂RD、0.01～
10.根据权利要求9所述的自膨胀封隔器，其特征在于：所述自膨胀橡胶的制备方法包括如下步骤：
（2）加入硬脂酸、氧化钙、氧化铁和活性氧化锌进行混炼；
（3）再加入二甲基二硫代氨基甲酸锌、防老剂RD进行混炼；
（4）再加入硫磺，在160～190℃、8～12MPa条件下硫化1～1.5h。
一种自膨胀高效密封的封隔器
技术领域
[0001] 本发明属于石油勘探工具领域，具体涉及一种自膨胀高效密封的封隔器。
背景技术
[0002] 目前，随着石油天然气开采的不断发展，常规封隔器已无法满足复杂井眼的开采需求。遇水遇油自膨胀的封隔器应运而生。这类封隔器表面套设遇水遇油可自发膨胀的橡胶等材料，可适应各类不规则井眼。
[0003] 现有的自膨胀式封隔器主要由自膨胀胶筒和基管组成，当胶筒与基管受热，不仅胶筒会发生膨胀，基管也会发生一定程度的变形，且二者的膨胀率并不相同，导致基管与胶筒间出现一定的缝隙，影响封隔器的座封效果。另外，胶筒在作业时，各周向上遇到的水、油情况不一致，导致胶筒各处收缩率不一致。这不仅会导致胶筒的膨胀效率，也会使胶筒发生一定程度的扭曲，进一步增加基管与胶筒间出现间隙的可能性。
[0004] 因此，急需一种膨胀效率高、膨胀均匀、密封性能优异的封隔器。
发明内容
[0005] 本发明的目的是提供一种膨胀效率高、膨胀均匀、密封性能优异的封隔器。
[0006] 为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种自膨胀封隔器，包括基管，所述基管上套设遇水遇油自膨胀胶筒，所述基管上、胶筒两端分别固接一个限位器，所述限位器与胶筒相分离，所述限位器内装有可让胶筒膨胀的液体，所述胶筒朝向限位器一端设置液体连通部件，所述液体连通部件可在胶筒膨胀至与限位器接触时自动连通，将所述限位器内的液体导向胶筒。
[0007] 优选的，所述液体连通部件包括设置于胶筒朝向限位器一端下部的数个圆锥状凸起；所述限位器端面中部面向凸起设置防水材质的导液膜，所述凸起的硬度大于导液膜的硬度、小于限位器其余位置壁的硬度；所述导液膜的长度为所在限位器端面长度的1/2～4/5。
[0008] 优选的，所述胶筒内部纵向贯穿设置液体连通通道，所述凸起设置在液体连通通道在胶筒两端的开口周围。
[0009] 优选的，所述限位器内部通过活动挡板分为至少2个沿基管长度方向布置的腔室，靠近所述胶筒侧的腔室内部装满可让胶筒膨胀的液体，远离所述胶筒侧的腔室内设置第一弹性部件，所述第一弹性部件一端固接于活动挡板上，另一端固接于活动挡板对侧面的限位器内壁上；初始状态时，所述第一弹性部件处于强压缩状态。
[0010] 优选的，当活动挡板运动至限位器靠近胶筒一侧端部时，所述第一弹性部件处于弱压缩状态或自然状态。
[0011] 优选的，所述限位器内部通过两个活动挡板分为3个腔室，中间腔室内设置阻液器，所述阻液器包括固接于中间腔室顶部的、处于压缩状态的第二弹性部件，所述第二弹性部件另一端固接处于收缩状态的弹性卡扣件，所述基管管壁上设置形状与所述卡扣件对应的卡槽，所述卡槽位于所述中间腔室运动末端对应卡扣件位置。
[0012] 优选的，所述基管套设胶筒处为阶梯形，所述阶梯形向基管内部凹陷深度为基管内管径的1/6～1/4，所述胶筒形状与基管对应；所述液体连通通道在凹陷处向基管内部方向延伸。
[0013] 所述胶筒的材质为遇油自膨胀橡胶，组分中包括氧化铁。
[0014] 优选的，所述橡胶的配方按重量份数包括：15～18份三元乙丙橡胶，2～5份炭黑、1～3份硬脂酸、1～3份氧化钙、3～5份氧化铁、6～8份活性氧化锌、0.04～0.3份二甲基二硫代氨基甲酸锌、0.5～1份防老剂RD、0.01～1硫磺。
[0015] 优选的，所述橡胶的制备方法包括如下步骤：
[0016] (1)将三元乙丙橡胶在开炼机上塑炼至表面光滑；
[0017] (2)加入硬脂酸、氧化钙、氧化铁和活性氧化锌进行混炼；
[0018] (3)再加入二甲基二硫代氨基甲酸锌、防老剂RD进行混炼；
[0019] (4)再加入硫磺，在160～190℃、8～12MPa条件下硫化1～1.5h。
[0020] 本发明具有以下有益效果：本发明将基管与胶筒设置为结合更为紧密的阶梯形，避免轻微变形导致的液体渗出。同时在胶筒两端分别设置装有液体的限位器，并在胶筒上对应设置液体连通部件；既限制了胶筒的横向膨胀，又可帮助胶筒上较晚才能接触到液体的部位快速接触液体发生膨胀。使用本发明提供的封隔器，胶筒膨胀效率高、膨胀均匀，且密封性能优异，不易发生渗液等情况。
附图说明
[0021] 图1为本发明初始状态的结构示意图；
[0022] 图2为图1中A处放大图；
[0023] 图3为本发明使用状态的结构示意图；
[0024] 图4为图3中B处放大图。
具体实施方式
[0025] 如图1、3所示的，一种自膨胀封隔器，包括基管10，所述基管10上套设遇水遇油自膨胀胶筒20，所述基管10上、胶筒20两端分别固接一个限位器30，所述限位器30与胶筒20相分离。
[0026] 应当理解的是，在初始安装状态时，所述胶筒20紧紧地套设在基管10上，限位器30固接在基管10上，胶筒20与限位器30间存在一定间隙。当胶筒20遇水或遇油发生自膨胀时，会同时横向和纵向膨胀。当横向膨胀至限位器30所在位置时，限位器30为胶筒20提供一个横向上相反的挤压力，促使胶筒20纵向膨胀，以实现密封。因胶筒20周向各处遇到的水或油量不一定相同，各处膨胀情况不同，无法快速形成密封状态；同时，各处的膨胀速度不一致也容易使胶筒20相对于基管10发生一定程度的扭曲，从而在胶筒20与基管10间出现缝隙，导致密封失效。
[0027] 因此，所述限位器30内装有可让胶筒20膨胀的液体。所述液体与胶筒20的材质相适配，如果胶筒20采用遇水自膨胀橡胶，如衡水汇茂橡胶制品有限公司的遇水膨胀止水条，则液体为清水；如果胶筒20采用遇油自膨胀橡胶，如景县平欣橡塑加工部的遇油自膨胀胶筒，则液体为汽油、柴油均可。所述胶筒20朝向限位器30一端设置液体连通部件，所述液体连通部件可在胶筒20膨胀至与限位器30接触时自动启用，将所述限位器30内的液体导向胶筒20。应当理解的是，所述胶筒20自膨胀后，与限位器30间的间隙被膨胀的胶筒20弥补，胶筒20上的液体连通装置与限位器30接触，将限位器30内部的液体，例如油或水等，直接导向胶筒20，帮助胶筒20各处快速接触到液体，实现各处均快速完成膨胀、密封。
[0028] 优选的方案为，如图2所示，所述液体连通部件包括设置于胶筒20朝向限位器30一端下部的数个圆锥状凸起22；所述限位器30端面中部面向凸起22设置防水材质的导液膜35，所述凸起22的硬度大于导液膜35的硬度、小于限位器30其余位置壁的硬度；所述导液膜
35的长度为所在限位器30端面长度的1/2～4/5。
[0029] 以图2、4中的上下左右为方位进行描述。应当理解的是，所述凸起22为所述胶筒20的一部分，当胶筒20接触油、水等物质发生膨胀时，由于凸起22位于胶筒端面，暂时不会接触到油、水等，不会发生膨胀，依然保持锋利的尖端。胶筒20膨胀时，凸起22跟随胶筒向左向上运动，迅速与导液膜35接触，所述导液膜35可以为耐200℃以上高温的塑料薄膜等防水材质，在凸起22的作用下破裂，限位器30内的液体流出，与胶筒20接触，帮助胶筒20快速膨胀。导液膜35刺破后，依然留在限位器30上，因其只有一层膜，所占体积不大，刺破后可忽略不计，故图4中未示出。而凸起22跟随胶筒20不断向上膨胀，图4中无法观察到。
[0030] 更优选的方案为，所述胶筒20内部纵向贯穿设置液体连通通道21，所述凸起22设置在液体连通通道21在胶筒20两端的开口周围。在这种设置下，限位器30内部的液体不仅可以直接被胶筒20的端面吸收，还可以通过胶筒20内部的液体连通通道21进入胶筒20内部，且胶筒20两端设置同样的限位器30，两端连通，进一步加速胶筒20的膨胀，也保证各处膨胀的均匀程度。膨胀后胶筒20内部的液体连通通道21自动挤压封闭，故图3、4中未示出液体连通通道21。
[0031] 更优选的方案为，所述限位器30内部通过活动挡板在水平方向上分为至少2个腔室，靠近所述胶筒20侧的腔室内部装满可让胶筒20膨胀的液体，远离所述胶筒20侧的腔室内设置第一弹性部件32，所述第一弹性部件32一端固接于活动挡板上，另一端固接于活动挡板对侧面的限位器30内壁上。初始状态时，所述第一弹性部件32处于强压缩状态，弹性势能最大。当活动挡板运动至限位器30端部时，所述第一弹性部件32处于弱压缩状态或自然状态，以保证活动挡板能够运动到限位器30的端部，帮助限位器30内的液体快速、完全进入胶筒20内。
[0032] 更优选的方案为，所述限位器30内部通过两块活动挡板分为3个腔室，中间腔室内设置阻液器，所述阻液器包括固接于中间腔室顶部的、处于压缩状态的第二弹性部件33，所述第二弹性部件33另一端固接处于收缩状态的弹性卡扣件34，所述基管10管壁上设置形状与所述卡扣件34对应的卡槽12，所述卡槽12位于所述中间腔室运动末端卡扣件34对应位置。如图2、4所示，在初始状态时，在导液膜35和液体作用下，第一弹性部件33，例如弹簧，及中间腔室，均被限制在限位器30偏左侧的空间。随着凸起22将导液膜35刺破，液体流出，第一弹性部件33释放弹性势能，将中间腔室向右侧推动。因整个限位器30底部除卡槽12外均无开口，所以在推动中，卡扣件34一直无法释放、被限制在中间腔室内部。直至中间腔室被推至卡槽12对应位置上方时，第二弹性部件33，例如弹簧，推动卡扣件34进入卡槽12，卡扣件34释放，与卡槽12间卡扣固定。当然，此时卡槽12内可能存在一定的液体，但不影响卡扣件34与卡槽12间的配合。
[0033] 更优选的方案为，所述基管10套设胶筒20处为阶梯形，所述阶梯形向基管10内部凹陷深度为基管内管径的1/6～1/4，所述胶筒20形状与基管10对应。阶梯形设置的基管10与胶筒20间接触面更大，结合更加紧密，也更不易发生漏液的情况。在这种设置方式下，还可将液体连通通道21深入胶筒20内部、各阶梯形的凹陷处，帮助较晚接触液体的部位也能快速接触到液体发生膨胀。
[0034] 为了提高胶筒20的膨胀率，实现快速、高效座封，优选的方案为，所述胶筒20使用特制的遇油自膨胀橡胶制成。所述遇油自橡胶的配方为：15～18份三元乙丙橡胶，2～5份炭黑、1～3份硬脂酸、1～3份氧化钙、3～5份氧化铁、6～8份活性氧化锌、0.04～0.3份二甲基二硫代氨基甲酸锌、0.5～1份防老剂RD、0.01～1硫磺。
[0035] 所述橡胶在180℃、10MPa条件下进行硫化，具体制备方法如下：
[0036] (1)将三元乙丙橡胶在开炼机上塑炼至表面光滑，调节开炼机辊距为0.3mm，加入炭黑，混炼1～2min；
[0037] (2)调节辊距为2.5mm，加入硬脂酸、氧化钙、氧化铁和活性氧化锌，混炼1～2min；
[0038] (3)加入二甲基二硫代氨基甲酸锌、防老剂RD，混炼6～10min；
[0039] (4)最后加入硫磺，在180℃、10MPa条件下硫化1～1.5h。
[0040] 为更好地展示所述橡胶的效果，下面进行具体展示。按上述方法制备17组橡胶，作为实验组。其中，各组所用三元乙丙橡胶均为16份，硬脂酸均为三元乙丙橡胶质量的15％，防老剂RD用量均为三元乙丙橡胶质量的3％。各组橡胶的配方如表1所示。表1中“二甲基二硫代氨基甲酸锌：硫磺”指二者质量比。应当理解的是，表1只是示例，并非只发明人只进行了表1中的实验。
[0041] 表1各组橡胶具体配方展示表
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[0043]
[0044] 在相同条件下分别测试各组橡胶的常见油类吸收率、膨胀率及力学性能，每组设置3个重复。其中，吸油率、膨胀率的测定方法为：将干燥的橡胶完全浸泡在待吸油中，至橡胶重量、体积没有变化后取出，比较吸油前后橡胶的重量、体积差异即可。吸油率单位为：g/g，即每克橡胶的最大吸油量。结果如表2所示。
[0045] 表2各组橡胶的综合性能展示表
[0046]
[0047]
