上端部较硬的胶筒、封隔器和桥塞制造技术

本实用新型专利技术涉及密封领域，特别是涉及一种石油开采工业中使用的能承受高温高压的上端部较硬的胶筒、封隔器和桥塞。根据本实用新型专利技术的一个方面，提供一种胶筒，胶筒上端部的硬度大于中间部的硬度，以致上端部承受第一轴向压力时，中间部在径向方向的形变大于上端部在径向方向的形变。上端部的硬度大于中间部的硬度，这样在上端部受到第一轴向压力时，上端部更多地是将该第一轴向压力传递给中间部及下端部而非用于自身的径向变形。这样能够在使用较小的第一轴向压力时即可让中间部及下端部发生径向变形，从而达到胶筒整体的密封。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及密封领域，特别是涉及一种石油开采工业中使用的能承受高温高压的上端部较硬的胶筒、封隔器和桥塞。
技术介绍
封隔器是油田井下采油的一种关键工具，广泛应用于油田分注、分层改造、分层采油、机械管道堵水等多种作业，封隔器需要进行环空的封隔，以实现油气分层，而实现环空封隔的核心部件是胶筒。桥塞也是采油工作中普遍使用的一种油气分层的工具。封隔器和桥塞的主要区别是，封隔器一般是在压裂、酸化、找漏等措施施工时暂时的留在井内，而桥塞是在封层采油等措施时暂时或永久地留在井内。封隔器和中心管同时留井，配上丢手可以单独留井，而桥塞则是单独留井。从结构上说，封隔器是中空结构，可以自由流动油气水，而桥塞中则是实心结构。作为油气分离的工具，封隔器和桥塞都需要胶筒，胶筒作为密封的关键部件，其质量直接影响封隔器和桥塞的密封效果和使用寿命，在封隔器和桥塞中起着决定性的作用。胶筒一般采用橡胶类材料制成，故称之为胶筒。但胶筒仅是一种行业内约定成俗的技术术语，用于表示起到密封作用的功能性部件，而不仅仅指胶筒只能由橡胶制作。当胶筒承受一定的压力来促使其变形用来密封时，需要考虑胶筒本身的形变能力，若形变不足会导致其无法起到密封作用；若形变过大，可能导致胶筒因压溃而失效，丧失恢复能力。最重要的是，当胶筒在井下受到高温蒸汽作用时，胶筒更多的是受到高温高压的同时作用而失效导致失去恢复能力。2013年第一期的《石油矿场机械》公开了《封隔器胶筒结构改进及优势分析》的文章，其中记载有以下内容：“常用的封隔器上串有3个胶筒，分为上、中、下3个胶筒结构尺寸相同和上下胶筒为长胶筒、中胶筒为短胶筒2种结构形式。通过对传统三胶筒结构的研究发现，起主要密封作用的是上胶筒”。并且，通过非线性有限元分析软件Abaqus进行非线性分析得出：“随着轴向载荷增大，轴向压缩量也增大，开始时压缩量增大较明显，随后压缩量增大变缓，胶筒变形趋于稳定；随着坐封力的增大，胶筒与套管接触长度逐渐增加。胶筒外表柱面部分径向变形受限制，胶筒内表面变形如外表一样向外鼓，当载荷增加时胶筒被压扁并在最后压实。但由于结构限制，只有上胶筒能够被压实。在工作压力为30MPa时，上胶筒基本完全压实，胶筒上端出现轻微肩突，但未发生胶筒割裂现象，肩突在允许范围之内”。上述现有技术仅分析了自上而下对胶筒施加第一轴向压力(相当于“轴向载荷”)，但在实际生产过程中，需要对胶筒首先施加一个第一轴向压力来使胶筒产生密封；然后胶筒会受到一个自下而上的第二轴向压力(井底气体等物质对胶筒的冲击)的作用。根据专利技术人的试验，当轴向的工作压力为30MPa时，专利技术人发现几乎所有的上胶筒都会出现肩突，再进一步施加自下而上的第二轴向压力(例如15Ma)时，所有的上胶筒均会在肩突处产生割裂，导致密封失效。
技术实现思路
本技术的一个目的在于提供一种新的结构设计的胶筒，来防止胶筒密封失效。根据本技术的一个方面，提供一种胶筒，胶筒具有位于中心的通孔、位于所述通孔处的内表面、与所述内表面相对应的外表面、分别位于所述胶筒两端的上端部和下端部以及位于所述上端部和所述下端部之间的中间部，所述上端部用于承受沿轴向方向的第一轴向压力，所述下端部用于承受沿所述轴向方向的与所述第一轴向压力相反的第二轴向压力；当所述第一轴向压力施加于所述上端部时，所述上端部、中间部及下端部均在径向方向发生形变；当所述第二轴向压力施加于所述下端部时，所述上端部、中间部及下端部均在径向方向发生形变，所述上端部的硬度大于所述中间部的硬度，以致所述上端部承受所述第一轴向压力时，所述中间部在径向方向的形变大于所述上端部在径向方向的形变。优选地，所述下端部的硬度大于所述中间部的硬度，以致所述下端部承受所述第二轴向压力时，所述中间部在径向方向的形变大于所述下端部在径向方向的形变。优选地，所述上端部与所述下端部的硬度基本相同，以致所述上端部承受所述第一轴向压力时，所述中间部在径向方向的形变大于所述上端部和所述下端部在径向方向的形变，并且所述下端部承受所述第二轴向压力时，所述中间部在径向方向的形变大于所述上端部和所述下端部在径向方向的形变。优选地，所述胶筒由两个以上的密封环在所述轴向方向排列而成。优选地，所述胶筒由两个密封环在所述轴向方向排列而成，一个所述密封环充当所述上端部，另一个所述密封环充当所述下端部和所述中间部。优选地，所述胶筒由三个密封环在所述轴向方向排列而成，三个所述密封环分别充当所述上端部、所述中间部和所述下端部。优选地，所述胶筒由多于三个的密封环在所述轴向方向排列而成，分布于所述轴向方向两端的两个所述密封环分别充当所述上端部和所述下端部，剩余的所述密封环充当所述中间部。优选地，所述密封环均具有胶体和呈圆环状的基体，所述基体由相互交叉的耐高温高压的多根纤维丝组成，所述胶体粘接各所述纤维丝，并且所述胶体分布于各所述基体的表面上以致沿所述轴向方向排列的多个所述密封环的内部和外部分别形成所述内表面和外表面。优选地，所述基体为石墨盘根或碳纤维盘根；优选地，各所述密封环均与所述胶筒的径向方向成夹角β；其中，5°≤β≤45°。优选地，胶筒还包括约束套，所述约束套整体呈扩口状，所述约束套的扩口端套设在所述上端部或所述下端部上，所述约束套的缩口端远离被所述扩口端套设的所述上端部或所述下端部来用于承受所述第一轴向压力或所述第二轴向压力。优选地，所述缩口端具有向内的倒边。优选地，被所述扩口端套设的所述上端部或所述下端部呈缩口状来与所述扩口端相配合。优选地，所述约束套为铜质，所述扩口端的最大厚度小于或等于2mm。优选地，所述约束套的数量为两个，其中一个所述约束套的扩口端套设在所述上端部，另一个所述约束套的扩口端套设在所述下端部上。根据本技术的另一个方面，提供一种封隔器，该封隔器具有上述技术方案之一所限定的胶筒。根据本技术的再一个方面，提供一种桥塞，该桥塞具有上述技术方案之一所限定的胶筒。本申请提供的技术方案至少具有如下技术效果：1、根据本申请的技术方案，上端部的硬度大于中间部的硬度，这样在上端部受到第一轴向压力时，上端部更多地是将该第一轴向压力传递给中间部及下端部而非用于自身的径向变形。这样能够在使用较小的第一轴向压力时即可让中间部及下端部发生径向变形，从而达到胶筒整体的密封。2、根据本申请的技术方案，在中间部的硬度不变的情况下，本申请将上端部的硬度设置为大于中间部的硬度，这样在受到相同大小的第一轴向压力作用时，上端部在径向方向的变形较小，特别需要注意的是，相应地上端部因径向变形而形成的肩突也较小。较小的肩突能够有效地防止胶筒割裂，达到了防止胶筒密封失效的效果。3、在一个实施例中，由于基体中包含多根纤维丝，当纤维丝的数量较多时密封环偏硬，当纤维丝的数量较少时密封环偏软，这样就可以根据纤维丝的数量来调节密封环的软硬程度，这样能够通过改变密封环的硬度来直接改变胶筒整体的硬度，达到增加胶筒的抗压强度范围的目的。4、本申请的基体具有相互交叉的纤维丝，胶体将各纤维丝粘接。当胶筒受到第一轴向压力而膨胀时，纤维丝将限制该膨胀，从而在整体上增加胶筒的结构硬度，增加胶筒的抗压强度。5、本申请涉及的多个密封环轴向排列，在石油开采过程中若有个别密封环损坏，可以将损坏的密封环更换为新的密本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种胶筒(10)，具有位于中心的通孔(103)、位于所述通孔(103)处的内表面(102)、与所述内表面(102)相对应的外表面(101)、分别位于所述胶筒(10)两端的上端部(104)和下端部(105)以及位于所述上端部(104)和所述下端部(105)之间的中间部(106)，所述上端部(104)用于承受沿轴向方向的第一轴向压力，所述下端部(105)用于承受沿所述轴向方向的与所述第一轴向压力相反的第二轴向压力；当所述第一轴向压力施加于所述上端部(104)时，所述上端部(104)、中间部(106)及下端部(105)均在径向方向发生形变；当所述第二轴向压力施加于所述下端部(105)时，所述上端部(104)、中间部(106)及下端部(105)均在所述径向方向发生形变，其特征在于，所述上端部(104)的硬度大于所述中间部(106)的硬度，以致所述上端部(104)承受所述第一轴向压力时，所述中间部(106)在径向方向的形变大于所述上端部(104)在径向方向的形变。

【技术特征摘要】
1.一种胶筒(10)，具有位于中心的通孔(103)、位于所述通孔(103)处的内表面(102)、与所述内表面(102)相对应的外表面(101)、分别位于所述胶筒(10)两端的上端部(104)和下端部(105)以及位于所述上端部(104)和所述下端部(105)之间的中间部(106)，所述上端部(104)用于承受沿轴向方向的第一轴向压力，所述下端部(105)用于承受沿所述轴向方向的与所述第一轴向压力相反的第二轴向压力；当所述第一轴向压力施加于所述上端部(104)时，所述上端部(104)、中间部(106)及下端部(105)均在径向方向发生形变；当所述第二轴向压力施加于所述下端部(105)时，所述上端部(104)、中间部(106)及下端部(105)均在所述径向方向发生形变，其特征在于，所述上端部(104)的硬度大于所述中间部(106)的硬度，以致所述上端部(104)承受所述第一轴向压力时，所述中间部(106)在径向方向的形变大于所述上端部(104)在径向方向的形变。2.根据权利要求1所述的胶筒(10)，其特征在于，所述下端部(105)的硬度大于所述中间部(106)的硬度，以致所述下端部(105)承受所述第二轴向压力时，所述中间部(106)在径向方向的形变大于所述下端部(105)在径向方向的形变。3.根据权利要求1所述的胶筒(10)，其特征在于，所述上端部(104)与所述下端部(105)的硬度基本相同，以致所述上端部(104)承受所述第一轴向压力时，所述中间部(106)在径向方向的形变大于所述上端部(104)和所述下端部(105)在径向方向的形变，并且所述下端部(105)承受所述第二轴向压力时，所述中间部(106)在径向方向的形变大于所述上端部(104)和所述下端部(105)在径向方向的形变。4.根据权利要求1所述的胶筒(10)，其特征在于，所述胶筒(10)由两个以上的密封环(111)在所述轴向方向排列而成。5.根据权利要求4所述的胶筒(10)，其特征在于，所述胶筒(10)由两个所述密封环(111)在所述轴向方向排列而成，一个所述密封环(111)充当所述上端部(104)，另一个所述密封环(111)充当所述下端部(105)和所述中间部(106)；或者所述胶筒(10)由三个密封环(111)在所述轴向方向排列而成，三个所述密封环(111)分别充当所述上...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋炜，隆学武，
申请(专利权)人：天鼎联创密封技术北京有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11