一种胶筒肩部的智能弹性保护装置制造方法及图纸

一种胶筒肩部的智能弹性保护装置，包括环形弹性层，弹性层上平面或下平面配合设置有垫圈，弹性层内部依靠主体骨架进行支撑分隔，主体骨架之间包覆有混合液，在压缩式封隔器工作过程中，该肩部防护装置会受到轴向载荷，所采用刚性楔形垫圈起初步的承压与支撑作用，避免智能弹性层因轴向挤压而产生大的变形，智能弹性层在受压过程中起主要的压力分散作用，消除应力集中现象；当压力与温度发生变化时，智能弹性层自动调节形状，重新分配压力，体现出极优的耐温变与抗压变性能，本实用新型专利技术具有结构简单实用的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种胶筒肩部的智能弹性保护装置
本技术涉及封隔器胶筒
，特别涉及一种胶筒肩部的智能弹性保护装置。
技术介绍
封隔器是油气勘探开发过程中重要的井下工具，胶筒是封隔器的核心。封隔器的密封性能取决于胶筒和套管间的接触应力的峰值及分布情况。在轴向载荷作用下，胶筒两端受压后会变形，与套管间产生接触应力，以此封隔油管与套管环形空间，达到隔绝产层、保护套管等目的。在实际生产过程中，胶筒上下端承受的工作压差是一种交变载荷，工作压差形成的轴向压缩力远大于坐封载荷，胶筒将被进一步压缩，胶筒肩部将向承压座和套管之间的环隙流动，使胶筒肩部突出变形加剧，影响封隔器的密封性能。国内已有研究者提出采用“防突”装置来提高胶筒耐压能力。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，用以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”，从而提高和保持接触应力，以获得良好的密封性。目前投入使用的主要有铜碗固化型和钢网或钢带固化型两种。“防突”对提高封隔器耐压能力有一定成效，起下作业无阻碍。但在胶筒压缩时，由于胶筒与铜皮、钢网或钢带在硬度、韧性、变形量等方面差异较大，易造成胶筒与铜皮、钢网或钢带间的分离，加之封隔器蠕动，更加剧了保护件与胶筒之间的剥落、甚至刹伤胶筒。从而造成封隔器使用时效短，作业换封频繁。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本技术的目的在于提供一种胶筒肩部的智能弹性保护装置，该保护装置在外界压差及温度变化时，能够均匀分散压力，并实时、智能的调节自身形状、体积变化，实现对外所体现压力(也即自身受力)的基本恒定，消除应急集中现象，减小胶筒由肩部应力集中而导致的失效风险，提升耐温变抗压变性能，从而消除封隔器胶筒的应力集中现象，提高封隔器胶筒使用寿命。为达到上述目的，本技术采用的方案为：一种胶筒肩部的智能弹性保护装置，包括环形弹性层2，所述的弹性层2上平面或下平面配合设置有垫圈1，所述的弹性层2内部依靠主体骨架进行支撑分隔，主体骨架之间包覆有混合液2-2。所述的主体骨架为独立分装骨架结构。所述的主体骨架为空心的立方体2-1a、空心蜂窝体2-1b或空心圆柱体2-1c的小分格组成，且小分格之间相互联接。所述的小分格与小分格之间联接而不连通。所述的智能弹性层2为空心小体积骨架堆聚而成。所述的垫圈1为刚性楔形垫圈，所述的刚性楔形垫圈下方外围设置有一圈下凸的围挡，下凸的围挡中心形成凹槽。所述的下凸的围挡与垫圈1径向平面成60°角，所述的下凸围挡突出高度为弹性层2厚度的2/3，所述的弹性层2外围一圈设置一个斜切倒角，该斜切倒角与径向平面成60°角，斜切深度为弹性层2厚度的2/3，与垫圈1的凹槽相匹配。本技术的有益效果：本技术智能弹性层与胶筒之间为柔性接触，智能弹性层对外体现压力均匀，且其形态会根据外界面约束自适应调节，避免传统技术中因“防突”钢件与胶筒变形不一致而出现相互搓动，造成胶筒被刹伤、钢件剥落等现象。该肩部防护装置与胶筒相互分离，便于在现有技术上进行改造完善。附图说明附图1为本技术结构示意图。附图2为图1中A-A处放大图。附图3为混合液2-2示意图。附图4为本技术弹性材料胶筒工作原理图。附图5为本技术压力-体积变化示意图。附图6为垫圈下凸的围挡和凹槽示意图。具体实施方式下面结合附图对本技术的结构原理和工作原理作进一步详细说明。如图1图2图3所示，一种新型胶筒肩部防护装置，包括刚性楔形垫圈,和智能弹性层。所述刚性楔形垫圈采用耐腐蚀的优质钢材，可根据井下介质情况结合经济性考虑选材；所述智能弹性层由主体骨架封装纳米多孔材料与液体的混合液构成。主体骨架采用丁晴橡胶制作；其由若干空心小体积骨架堆聚而成，所述空心小体积可为正方体或蜂窝状或圆柱状；小体积之间联接而不连通：每个小体积骨架相互联结为一个整体作为主体骨架；每个小体积之内的包覆空间相互独立，以保证一个小体积失效破裂而不影响其他小体积功能。所述每个小体积内都封装有纳米多孔材料与液体的混合液；所述纳米多孔材料为憎水性多孔材料，其表面硅铝比应大于300，其最可孔径范围控制在，0.5～1nm；所述液体为水或甘油；所封装的纳米多孔材料与液体混合比例的确定方法为：纳米多孔材料的有效孔体积与液体体积的比在1:2～1:4之间。智能弹性层由两部分组成：主体骨架与纳米多孔材料与液体的混合液。主体骨架由多个空心的正方体或蜂窝状或圆柱状小体积构成，小体积之间相互联接而不连通。主体骨架起支撑定型作用与包覆纳米多孔材料与液体的混合液的作用：支撑定型作用保证该肩部防护装置能够承受一定程度的剪力；包覆纳米多孔材料与液体的混合液的作用是指每一个小体积内独立包裹纳米多孔材料与液体的混合液，保证一个小体积破裂后不影响其他小体积功能。小体积内封装的纳米多孔材料与液体的混合液为智能弹性层的主要功能材料。如图4图5所示：纳米多孔材料与液体的混合液封装在一个密闭空间内，在工作区间内，该肩部保护装置弹性层的工作原理如图4所示；在这个密闭空间内的一个完整的压力升高然后降低的循环内，该肩部保护装置弹性层混合液的压力-体积变化曲线如图5所示。在加压初期，所施加压力比较低时，由于表面张力的作用，液体无法进入到小孔内部，此时整个智能弹性层对外所表现的压力-体积特性基本呈线性，为主体骨架、纳米多孔材料与液体的混合液中所采用的液体的弹性变形的总和。随着所施加压力的增大，液体会突破多孔材料孔口的表面张力作用，进入到多孔材料内部，此时的压力容积特性为图5中曲线的进孔平台期，这一进孔平台期即是智能弹性层的第一工作区间，在该区间内，随着压力的继续增大，液体会源源不断的进入到多孔材料的孔道当中去，对外表现的压力变化十分微小，即：在进孔平台期(智能弹性层的第一工作区间)，外界压力增大后，液体流入多孔材料孔道，智能弹性层对外围套管、内侧油管、上下层的胶筒及刚性楔形垫圈的压力均维持不变。若外界压力继续增大，液体填满多孔材料孔道之后，整个智能弹性层对外表现的压力体积特性曲线恢复斜率较大的线性增长趋势，为主体骨架、纳米多孔材料与液体的混合液中所采用的液体的弹性变形，此范围已超出该技术所设计的工作范围，在此列出只为表述一个完整的纳米多孔材料与液体混合液封装后受压的压力体积特性变化过程。减小外界压力到达一定值后，由于所述纳米多孔材料为憎水性材料，液体会自发流出多孔材料孔道，体现为图5中压力-体积特性曲线的出孔平台期，这是该智能弹性层的第二工作区间。如上所述，在该区间(出孔平台期)内，随着外界压力的减小，液体会自发流出多孔材料孔道，对外表现的压力变化也十分微小，即：在出孔平台期(智能弹性层的第二工作区间)，环空压力减小后，液体流出多孔材料孔道，智能弹性层对外围套管、内侧油管、上下层的胶筒及刚性楔形垫圈的压力均维持不变。综上所述，在所述进孔平台期与出孔平台期，即智能弹性层的第一工作区间与第二工作区间内，当外界压力变化时，液体会自发的流入或流出多孔材料孔道，而对外体现的压力变化十分微小。因此该新型肩部防护装置可突破传统胶筒材料的抗压极限，使胶筒具有更好的抗压性能。当外界温度发生变化时，会引发材料体积发生热胀冷缩的变化从而引发压力的变化，在所述工作区间内，这些压力变化会引发流体流入或流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种胶筒肩部的智能弹性保护装置，包括环形弹性层(2)，其特征在于，所述的弹性层(2)上平面或下平面配合设置有垫圈(1)，所述的弹性层(2)内部依靠主体骨架进行支撑分隔，主体骨架之间包覆有混合液(2‑2)。

【技术特征摘要】
1.一种胶筒肩部的智能弹性保护装置，包括环形弹性层(2)，其特征在于，所述的弹性层(2)上平面或下平面配合设置有垫圈(1)，所述的弹性层(2)内部依靠主体骨架进行支撑分隔，主体骨架之间包覆有混合液(2-2)。2.根据权利要求1所述的一种胶筒肩部的智能弹性保护装置，其特征在于，所述的主体骨架为独立分装骨架结构。3.根据权利要求1所述的一种胶筒肩部的智能弹性保护装置，其特征在于，所述的主体骨架为空心的立方体(2-1a)、空心蜂窝体(2-1b)或空心圆柱体(2-1c)的小分格组成，且小分格之间相互联接。4.根据权利要求3所述的一种胶筒肩部的智能弹性保护装置，其特征在于，所述的小分格与小分格之间联接而...

【专利技术属性】
技术研发人员：章娅菲，窦益华，秦彦斌，
申请(专利权)人：西安石油大学，
类型：新型
国别省市：陕西,61