[发明专利]注蒸汽热敏扩张式折叠型多段封隔器

说明书

技术领域

本发明涉及一种多段封隔器，具体涉及一种采用热敏金属片以及注蒸汽装置的扩张式折叠型多段封隔器，用于开采油页岩、天然气水合物、地下水、石油等自然资源时对上覆地层和下伏地层进行有效地封隔。

背景技术

开采油页岩等矿物时，由于油页岩等矿物常常位于某一层位的地层中，且有时只需要开采某一特定层位的矿物而并非全部矿物；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；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；此外，在油田完井、修井、增产作业等施工时也常常要用到封隔器封隔地层，以实现分层分段开采、控水堵水、储层改造等目的。

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，容易导致上下储层间的油页岩、天然气水合物、地下水、石油等自然资源互相污染，从而对开采矿物的品质产生不利影响。且常规的封隔器结构复杂，部件繁多，导致加工成本高，现场操作工艺复杂，工具整体可靠性低。

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、对上覆地层和下伏地层进行有效地封隔的注蒸汽热敏扩张式折叠型多段封隔器。

本发明通过以下方案实现：

一种注蒸汽热敏扩张式折叠型多段封隔器，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；开采模块中的具有三层结构的活动三壁套管5与双动力头2的活动部分固定连接；开采模块中的固定外管4与双动力头2的固定部分固定连接。

所述的封隔模块中的上顶盖7与固定外管4固定连接；

所述的双动力头2带动开采模块中的活动三壁套管5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下弓臂18和扩张式封隔杆系。

在活动三壁套管5的内层套管53最顶端，与双动力头2连接处稍向下的位置，设置有从内层套管53伸出活动三层套管5的侧吸管8，与地表的矿浆收集装置9连接。

具体地，封隔模块包括套管柱6、上顶盖7、上边缘曲面挡圈10、下边缘曲面挡圈11、上压盖12、双层耐高温橡胶15、仿生上弓臂16、下弓臂18、下压盖22、热敏金属片23；

开采模块包括固定外管4、活动三壁套管5、伸缩喷管24和伸缩抽吸管25，其中活动三壁套管5为三层结构，包括有外层套管51，中层套管52，内层套管53。

所述的双动力头钻机1通过双动力头2带动活动三壁套管5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对固定外管4起到固定限位的作用。

活动三壁套管5为三层结构，从而形成外层环状空间、中层环状空间和内层管状空间。其中，通过外层环状空间向下泵入高温蒸汽，泵入的高温蒸汽通过外层套管51上的高温蒸汽孔17进入封隔杆系及双层耐高温橡胶15内部空腔，进而提高热敏金属片23的膨胀能力，也就提高了封隔的效果；

由泵3泵出的热流体经高压胶管13通过中层环状空间向目标矿物层泵入高压热流体，从伸缩喷管24喷出至目标矿物层，从而对目标矿物层进行水力破碎；

混有目标矿物的矿浆通过伸缩抽吸管25、活动三壁套管5的内层管状空间抽吸到地表，通过侧吸管8进入矿浆收集装置9，其中，将活动三壁套管5的内层管状空间的顶部密封；

活动三壁套管5的底部密封，防止矿浆、热流体及蒸汽进入下伏地层。

由泵3提供喷射高压热流体、高温蒸汽和抽吸混有目标矿物的矿浆的动力，从而实现目标矿物的开采、转运。

固定外管4侧壁上相应于目标矿物层处设置有一段长槽，伸缩喷管24和伸缩抽吸管25从该长槽中伸出到目标矿物层；固定外管4侧壁上相应于外层套管51上的连接板20设置有固定外管下部长槽19，从而适应活动三壁套管5的上下运动。

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，与仿生上弓臂16及双层耐高温橡胶15的圆弧形状相配合，提高封隔的效果；

套管柱6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柱6的内壁上。

与固定外管4固定连接的上顶盖7可以起到导向限位及一级封隔的作用。此外，上顶盖7与最上层的上边缘曲面挡圈10的固定位置保证了仿生上弓臂16端部和双层耐高温橡胶15的弯曲部分正好位于上边缘曲面挡圈10和下边缘曲面挡圈11之间的空隙，使得配合良好。