防肩突的胶筒、封隔器及桥塞制造技术

本申请涉及密封领域，特别是涉及一种耐高温高压的防止肩突发生的胶筒、具有该胶筒的封隔器及桥塞。胶筒的上端设置一个上端硬质密封环来充当上端部，胶筒的下端设置一个下端硬质密封环来充当下端部，并且胶筒具有上端软质密封环、下端软质密封环及一个中间硬质密封环依次自上而下充当的中间部。该种结构的胶筒充分考虑了轴向压力作用下各密封环的受力状态，能够有效的防止肩突的发生。

Rubber cylinder, packer and bridge plug for preventing shoulder protrusion

The utility model relates to the sealing field, in particular to a rubber cylinder capable of resisting high temperature and high pressure to prevent the shoulder protrusion, a packer and a bridge plug with the rubber cylinder. The upper end of the rubber cylinder set an upper rigid sealing ring as the upper end part of the lower end of the rubber cylinder sets a lower sealing ring as the lower end of the hard plastic tube has an upper end, and a soft sealing ring and the lower end of the soft sealing ring and a sealing ring in the middle of the hard top middle part as. The rubber tube of the structure fully considers the stress state of each sealing ring under the axial pressure, and can effectively prevent the occurrence of the shoulder protrusion.

【技术实现步骤摘要】
防肩突的胶筒、封隔器及桥塞
本申请涉及密封领域，特别是涉及一种耐高温高压的防止肩突发生的胶筒、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。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)”。
技术实现思路
本申请的一个目的在于提供一种新型结构的胶筒来防止肩突的产生。根据本申请的一个方面，提供一种胶筒，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所述径向方向发生形变，所述胶筒的上端设置一个上端硬质密封环来充当所述胶筒的上端部，所述胶筒的下端设置一个下端硬质密封环来充当所述胶筒的下端部；上端软质密封环、下端软质密封环及一个中间硬质密封环依次自上而下充当所述胶筒的中间部。优选地，所述上端硬质密封环与所述下端硬质密封环形状相同且在上下方向上相互对称；所述上端硬质密封环包括相互连接的第一渐变部与第一圆柱部，所述第一渐变部设置在所述第一圆柱部的上方；所述第一渐变部从上到下直径逐渐变大，所述第一圆柱部从上到下直径维持不变且与所述第一渐变部最大直径相同，而致所述上端硬质密封环的上端硬质密封环顶端的水平方向的宽度为上端硬质密封环底端的水平方向的宽度的1/3-2/5。优选地，所述上端硬质密封环的上表面及外表面均包覆有第一铜皮；所述下端硬质密封环的下表面及外表面均包覆有第二铜皮；所述第一铜皮与所述第二铜皮形状相同且在上下方向上相互对称；所述第一铜皮包括相互连续的第一水平部、第一倾斜部和第一竖直部；所述第一水平部与所述上端硬质密封环顶端部相贴合，所述第一倾斜部与所述第一渐变部的外表面相贴合，所述第一竖直部与所述第一圆柱部的至少一部分外表面相贴合。优选地，所述第一竖直部与所述第一圆柱部的全部外表面相贴合。优选地，所述第一倾斜部与水平方向的夹角为β，且45度≤β≤55度。优选地，所述第一倾斜部与水平方向的夹角为45度。优选地，所述第一铜皮的厚度为D，且0.8mm≤D≤1.2mm。优选地，所述第一铜皮的厚度为1.2mm。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，胶筒包括自上而下的上端硬质密封环、上端软质密封环、上端软质密封环、中间硬质密封环和下端硬质密封环，该种结构的胶筒充分考虑了轴向压力作用下各密封环的受力状态，能够有效的防止肩突的发生。2、根据本申请的技术方案，第一铜皮的第一倾斜部与水平方向的夹角为β，且45度≤β≤55度，β角度的选择能够有效的防止肩突的发生。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一轴向压力后产生的肩突与中心管及套管的位置关系示意图，此时还未对胶筒施加第二轴向压力；图4是本申请一个实施例的胶筒的结构示意图；图5是胶筒被压缩后第一铜皮的第一倾斜部与水平方向的夹角逐渐变大时肩突变化的仿真模拟图，其中图5a-图5e中第一倾斜部与水平方向的夹角依次为35度、40度、45度、50度、55度；图6是胶筒被压缩后第一铜皮的厚度对肩突影响的仿真模拟图；其中图6a-图6c中第一铜皮的厚度依次为0.8mm、1.0mm和1.2mm；图7是本申请一个实施例中胶筒的结构示意图及部分结构的放大示意图；图8是图7所示胶筒的仿真模拟图。图中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种防肩突的胶筒，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(106)以及位于所述上端部(104)和所述下端部(106)之间的中间部(105)，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(106)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(105)及下端部(106)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(106)时，所述上端部(104)、中间部(105)及下端部(106)均在所述径向方向发生形变，其特征在于，所述胶筒(10)的上端设置一个上端硬质密封环(71)来充当所述胶筒(10)的上端部(104)，所述胶筒(10)的下端设置一个下端硬质密封环(72)来充当所述胶筒(10)的下端部(106)；上端软质密封环(74)、下端软质密封环(75)及一个中间硬质密封环(73)依次自上而下充当所述胶筒(10)的所述中间部(105)。

【技术特征摘要】
1.一种防肩突的胶筒，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(106)以及位于所述上端部(104)和所述下端部(106)之间的中间部(105)，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(106)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(105)及下端部(106)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(106)时，所述上端部(104)、中间部(105)及下端部(106)均在所述径向方向发生形变，其特征在于，所述胶筒(10)的上端设置一个上端硬质密封环(71)来充当所述胶筒(10)的上端部(104)，所述胶筒(10)的下端设置一个下端硬质密封环(72)来充当所述胶筒(10)的下端部(106)；上端软质密封环(74)、下端软质密封环(75)及一个中间硬质密封环(73)依次自上而下充当所述胶筒(10)的所述中间部(105)。2.根据权利要求1所述的胶筒，其特征在于，所述上端硬质密封环(71)与所述下端硬质密封环(72)形状相同且在上下方向上相互对称；所述上端硬质密封环(71)包括相互连接的第一渐变部(703)与第一圆柱部(704)，所述第一渐变部(703)设置在所述第一圆柱部(704)的上方；所述第一渐变部(703)从上到下直径逐渐变大，所述第一圆柱部(704)从上到下直径维持不变且与所述第一渐...

【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