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复合材料结构、胶筒、封隔器及桥塞制造技术

技术编号:15717443 阅读:47 留言:0更新日期:2017-06-28 16:04
本申请涉及材料领域,特别是涉及一种耐高温高压的复合材料结构、使用该复合材料结构制造的胶筒、胶筒制造方法、具有该胶筒的封隔器及桥塞。复合材料结构,复合材料结构由石墨金属丝混合体与耐高温纤维编织而成;石墨金属丝混合体包括连续的金属丝和石墨条,金属丝插入石墨条的内部或缠绕在石墨条的表面。金属丝插入石墨条的内部或缠绕在石墨条的表面,能够约束石墨条的形变,能防止石墨金属丝混合体在轴向压力作用时被压裂。金属丝与石墨条均具有耐高温的特性,使得石墨金属丝混合体具有良好的耐高温性。当石墨金属丝混合体与耐高温纤维编织而成复合材料结构时,能够有效的降低本申请复合材料结构的硬度,从而易于压缩。

Composite structure, rubber cylinder, packer and bridge plug

The utility model relates to the material field, in particular to a composite material structure resisting high temperature and high pressure, a rubber cylinder made of the composite material structure, a manufacturing method of a rubber cylinder, a packer with the rubber cylinder and a bridge plug. Composite structure, composite structure composed of graphite metal wire hybrid with high temperature resistant fiber woven wire; graphite mixture including continuous metal wire and a metal wire inserted into graphite, graphite or graphite on the surface of the internal winding. The metal wires are inserted into the graphite strips or are wound on the surface of the graphite strips, and the deformation of the graphite strips can be restrained, and the graphite metal wire mixture can be prevented from being fractured when the axial pressure is applied. Both wire and graphite have the characteristics of high temperature resistance, which makes graphite metal wire mixture have good high-temperature resistance. When the graphite metal wire mixture and the high temperature resistant fiber are weaved into composite material structure, the hardness of the composite structure can be effectively reduced, thereby being easy to compress.

【技术实现步骤摘要】
复合材料结构、胶筒、封隔器及桥塞
本申请涉及材料领域,特别是涉及一种耐高温高压的复合材料结构、使用该复合材料结构制造的胶筒、具有该胶筒的封隔器及桥塞。
技术介绍
全球可开采的稠油约4000亿吨,约是常规原油的2.5倍。稠油中的胶质与沥青含量较高,轻质馏分较少,因此相对密度及粘度比较高。而粘度是影响稠油采收率的主要因素,随着温度增加,粘度很快下降,从而有利于稠油采收率的提高。蒸汽吞吐技术是稠油开采的主要技术,该技术通过对稠油油井注入高温高压饱和蒸汽,将油层中一定范围内的原油加热降粘后,回采出来,即吞进蒸汽,吐出原油。蒸汽吞吐技术包括注蒸汽阶段、闷井阶段(目的在于将原油加热降粘)和开井回采阶段。封隔器是蒸汽吞吐技术的关键工具。另外,桥塞也是采油工作中普遍使用的一种油气分层工具。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。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。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。2002年第九期的《石油机械》公开了《封隔器压缩胶筒“防突”新结构》,其中记载有如下内容:“所谓防突,就是在胶筒端部安放某种阻挡环、支撑件、限制装置和保护件等,用于阻止和限制封隔器坐封时胶筒朝油套环形空间突出或流动”。“由于防突结构是用来覆盖封隔器和套管间的环形间隙,封隔器坐封时,一旦胶筒变形与套管壁接触,在外载作用下,防突装置就会展开罩住封隔器与套管壁间的环隙,阻止胶筒朝此环隙中突出,迫使胶筒呈各向均匀压缩状态,产生和保持胶筒较高的接触应力,从而获得良好的密封”。“……主要有铜碗固化型和钢网或钢带固化型两种。前者是将两个2mm厚的铜碗分别固化在两个端胶筒某一端面上,后者是将厚1mm左右的钢网或钢带分别固化在两个端胶筒某一端面上”。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”。2009年第一期《石油矿场机械》中的《高压封隔器密封胶筒的改进》中认为“由于橡胶表层容易被撕裂,因此考虑在橡胶的表层加一层金属片(例如铜片)”。专利技术人经过分析,认为上述现有技术仅分析了施加第一轴向压力(相当于“轴向载荷”)对胶筒形变的影响。但在实际生产过程中,需要对胶筒首先施加一个自上而下的第一轴向压力来使胶筒产生初步的密封,然后胶筒施会受到自下而上的第二轴向压力(注入的蒸汽、井底气体等物质对胶筒的冲击)。根据专利技术人的试验,当第一轴向压力为30MPa时,专利技术人发现几乎所有的胶筒都会出现肩突,再进一步施加第二轴向压力(例如15MPa或20MPa)时,所有的胶筒均会在肩突处产生割裂,导致密封失效。进一步地,专利技术人还发现,即使在施加第二轴向压力时胶筒能够短暂的密封,但井底气体等物质对胶筒冲击时,包含于其中的高温高压蒸汽的小分子以及井底复杂气体会对高分子材料的胶筒产生降解作用,导致胶筒首先在下端部失去弹性而无法起到密封作用,进而在胶筒的中间部也产生降解而失去弹性,影响胶筒密封的长效性。
技术实现思路
本申请的一个目的在于提供一种耐高温高压的复合材料结构的制造方法,进而根据该方法生产出耐高温高压的复合材料结构能被石油行业使用而最终制造出耐高温高压的胶筒。根据本申请的一个方面,提供一种耐高温高压的复合材料结构,所述耐高温高压的复合材料结构由石墨金属丝混合体与耐高温纤维编织而成;其中,所述石墨金属丝混合体包括连续的金属丝和石墨条,所述金属丝插入所述石墨条的内部或缠绕在所述石墨条的表面。优选地,所述耐高温纤维占所述复合材料结构体积的区间为1/18-1/20。优选地,所述金属丝的数量为1-6根。优选地,所述复合材料结构整体呈圆环状。本申请还提供一种胶筒的制造方法,该方法将多个复合材料结构填充于圆环状的模具内,再经外力压制各所述的复合材料结构而成为圆环形的所述胶筒。本申请还提供一种胶筒,该胶筒包括多个复合材料结构;各所述的复合材料结构经外力压制而相互贴合在一起而形成胶筒。优选地,所述胶筒的上端部包覆有第一铜皮,所述第一铜皮包覆所述上端部的上表面、内侧面及外侧面;所述胶筒的下端部包覆有第二铜皮,所述第二铜皮包覆所述下端部的下表面、内侧面及外侧面。优选地,所述胶筒的中间部包覆有金属丝网,所述金属丝网包覆所述中间部的内侧面和外侧面,且所述金属丝网分别设置在所述第一铜皮与所述胶筒之间、所述第二铜皮与所述胶筒之间。根据本申请的另一个方面,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。根据本申请的再一个方面,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,金属丝插入石墨条的内部或缠绕在石墨条的表面,能够约束石墨条的形变,相比于单纯的石墨条,能防止石墨金属丝混合体在轴向压力作用时被压裂。而且金属丝与石墨条均具有耐高温的特性,使得石墨金属丝混合体具有良好的耐高温性。2、根据本申请的技术方案,由于石墨条本身较难以被压缩,当石墨金属丝混合体与耐高温纤维编织而成复合材料结构时,能够有效的降低本申请复合材料结构的硬度,从而易于压缩。3、根据本申请的技术方案,可以通过调节耐高温纤维与石墨金属丝混合体的比例,来调节本申请复合材料结构的硬度。4、根据本申请的技术方案,石墨条和金属丝均具有很强的防降解能力,因而本申请的复合材料结构能有效地防止高温高压蒸汽的小分子以及井底复杂气体对胶筒的破坏。附图说明后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。附图中:图1是本申请一个实施例的包含胶筒的压缩式封隔器与中心管及套管的位置关系示意图;图2是本申请一个实施例的胶筒与中心管及套管的位置关系示意图,其中仅示出了一部分胶筒、中心管及套管;图3示出了图2所示的胶筒被施加第本文档来自技高网
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复合材料结构、胶筒、封隔器及桥塞

【技术保护点】
一种耐高温高压的复合材料结构(400),其特征在于,所述复合材料结构(400)由石墨金属丝混合体(80)与耐高温纤维(90)编织而成;其中,所述石墨金属丝混合体(80)包括连续的金属丝(82)和石墨条(81),所述金属丝(82)插入所述石墨条(81)的内部或缠绕在所述石墨条(81)的表面。

【技术特征摘要】
1.一种耐高温高压的复合材料结构(400),其特征在于,所述复合材料结构(400)由石墨金属丝混合体(80)与耐高温纤维(90)编织而成;其中,所述石墨金属丝混合体(80)包括连续的金属丝(82)和石墨条(81),所述金属丝(82)插入所述石墨条(81)的内部或缠绕在所述石墨条(81)的表面。2.根据权利要求1所述的复合材料结构(400),其特征在于,所述耐高温纤维(90)占所述复合材料结构(400)体积的区间为1/18-1/20。3.根据权利要求1所述的复合材料结构(400),其特征在于,所述金属丝(82)的数量为1-6根。4.根据权利要求1所述的复合材料结构(400),其特征在于,所述复合材料结构(400)整体呈圆环状。5.一种胶筒(10),其特征在于,包括多个权利要求1-4...

【专利技术属性】
技术研发人员:宋炜隆学武
申请(专利权)人:隆学武宋炜
类型:新型
国别省市:北京,11

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