下端密封環內側面不包覆銅皮的膠筒、封隔器和橋塞制造技術

本申請涉及密封領域，特別是涉及一種石油開采工業中使用的能承受高溫高壓的下端密封環內側面不包覆銅皮的膠筒、封隔器和橋塞。膠筒的下端密封環外包覆有第一銅皮，第一銅皮包覆所述下端密封環的上表面、下表面以及外側面而不包覆所述下端密封環的內側面；第一銅皮的厚度設置為，當所述上端部承受所述第一軸向壓力時，下端密封環在所述徑向方向發生形變而使分布于所述下端密封環的所述內側面上的第一銅皮能與中心管抵觸，以及分布于下端密封環的所述外表面上的第一銅皮能與套管抵觸。本申請的下端密封環包覆有第一銅皮，減小或防止了高溫高壓蒸汽的小分子對膠筒的降解作用，提高了膠筒密封的長效性。

The inner side of the lower sealing ring is provided with a rubber cylinder, a packer and a bridging plug which are not covered with copper skins

The utility model relates to the sealing field, in particular to a rubber cylinder, a packer and a bridging plug used in the petroleum exploitation industry, which can bear high temperature and high pressure, and the inner side of the lower sealing ring is not covered with copper skins. The lower end of the rubber sealing ring is coated with the first copper, copper clad inside surface of the first sealing ring and the lower end of the upper surface and the lower surface and the outer surface without covering the bottom sealing ring; the first copper thickness is set, when the upper part of the bearing of the first axial compressive force the lower end of the sealing ring, the deformation occurs in the radial direction of the inner side of the first copper and the distribution in the lower end of the sealing ring on the conflict with the center tube, and the first copper on the surface of the distribution in the lower end of the seal ring of the outer casing and conflict. The lower sealing ring of the utility model is coated with a first copper sheath, which can reduce or prevent the degradation of the rubber cylinder by the small molecules of the high temperature and high pressure steam, and improve the long effect of the sealing of the rubber cylinder.

【技術實現步驟摘要】
下端密封環內側面不包覆銅皮的膠筒、封隔器和橋塞
本申請涉及密封領域，特別是涉及一種石油開采工業中使用的能承受高溫高壓的下端密封環內側面不包覆銅皮的膠筒、封隔器和橋塞。
技術介紹
封隔器是油田井下采油的一種關鍵工具，廣泛應用于油田分注、分層改造、分層采油、機械管道堵水等多種作業，封隔器需要進行環空的封隔，以實現油氣分層，而實現環空封隔的核心部件是膠筒。橋塞也是采油工作中普遍使用的一種油氣分層的工具。封隔器和橋塞的主要區別是，封隔器一般是在壓裂、酸化、找漏等措施施工時暫時的留在井內，而橋塞是在封層采油等措施時暫時或永久地留在井內。封隔器和中心管同時留井，配上丟手可以單獨留井，而橋塞則是單獨留井。從結構上說，封隔器是中空結構，可以自由流動油氣水，而橋塞中則是實心結構。作為油氣分離的工具，封隔器和橋塞都需要膠筒，膠筒作為密封的關鍵部件，其質量直接影響封隔器和橋塞的密封效果和使用壽命，在封隔器和橋塞中起著決定性的作用。膠筒一般采用橡膠類材料制成，故稱之為膠筒。但膠筒僅是一種行業內約定成俗的技術術語，用于表示起到密封作用的功能性部件，而不僅僅指膠筒只能由橡膠制作。當膠筒承受一定的壓力來促使其變形用來密封時，需要考慮膠筒本身的形變能力，若形變不足會導致其無法起到密封作用；若形變過大，可能導致膠筒因壓潰而失效，喪失恢復能力。最重要的是，當膠筒在井下受到高溫蒸汽作用時，膠筒更多的是受到高溫高壓的同時作用而失效導致失去恢復能力。2002年第九期的《石油機械》公開了《封隔器壓縮膠筒“防突”新結構》，其中記載有如下內容：“所謂防突，就是在膠筒端部安放某種阻擋環、支撐件、限制裝置和保護件等，用于組織和限制封隔器坐封時膠筒朝油套環形空間突出或流動”。“由于防突結構是用來覆蓋封隔器和套管間的環形間隙，封隔器坐封時，一旦膠筒變形與套管壁接觸，在外載作用下，防突裝置就會展開罩住封隔器與套管壁間的環隙，阻止膠筒朝此環隙中突出，迫使膠筒呈各向均勻壓縮狀態，產生和保持膠筒較高的接觸應力，從而獲得良好的密封”。“……主要有銅碗固化型和鋼網或鋼帶固化型兩種。前者是將兩個2mm厚的銅碗分別固化在兩個端膠筒某一端面上，后者是將厚1mm左右的鋼網或鋼帶分別固化在兩個端膠筒某一端面上”。2013年第一期的《石油礦場機械》公開了《封隔器膠筒結構改進及優勢分析》的文章，其中記載有以下內容：“常用的封隔器上串有3個膠筒，分為上、中、下3個膠筒結構尺寸相同和上下膠筒為長膠筒、中膠筒為短膠筒2種結構形式。通過對傳統三膠筒結構的研究發現，起主要密封作用的是上膠筒”。并且，通過非線性有限元分析軟件Abaqus進行非線性分析得出：“隨著軸向載荷增大，軸向壓縮量也增大，開始時壓縮量增大較明顯，隨后壓縮量增大變緩，膠筒變形趨于穩定；隨著坐封力的增大，膠筒與套管接觸長度逐漸增加。膠筒外表柱面部分徑向變形受限制，膠筒內表面變形如外表一樣向外鼓，當載荷增加時膠筒被壓扁并在最后壓實。但由于結構限制，只有上膠筒能夠被壓實。在工作壓力為30MPa時，上膠筒基本完全壓實，膠筒上端出現輕微肩突，但未發生膠筒割裂現象，肩突在允許范圍之內”。2009年第一期《石油礦場機械》中的《高壓封隔器密封膠筒的改進》中認為“由于橡膠表層容易被撕裂，因此考慮在橡膠的表層加一層金屬片(例如銅片)”。上述現有技術僅分析了施加第一軸向壓力(相當于“軸向載荷”)對膠筒形變的影響。但在實際生產過程中，需要對膠筒首先施加一個自上而下的第一軸向壓力來使膠筒產生密封；然后再對膠筒施加一個自下而上的第二軸向壓力(井底氣體等物質對膠筒的沖擊)。根據專利技術人的試驗，當第一軸向壓力為30MPa時，專利技術人發現幾乎所有的膠筒都會出現肩突，再進一步施加第二軸向壓力(例如15Ma)時，所有的膠筒均會在肩突處產生割裂，導致密封失效。進一步地，專利技術人還發現，即使膠筒能夠密封，但井底氣體等物質對膠筒沖擊時，包含于其中的高溫高壓蒸汽的小分子會對高分子材料的膠筒產生降解作用，導致膠筒首先在下端部失去彈性而無法起到密封作用，影響膠筒密封的長效性。
技術實現思路
本申請的一個目的在于提供一種新的結構設計的膠筒，來防止膠筒密封失效。根據本申請的一個方面，提供一種膠筒具有位于中心的通孔、位于所述通孔處的內表面、與所述內表面相對應的外表面、分別位于所述膠筒兩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間的中間部，所述上端部用于承受沿軸向方向的第一軸向壓力，所述下端部用于承受沿所述軸向方向的與所述第一軸向壓力相反的第二軸向壓力；當所述第一軸向壓力施加于所述上端部時，所述上端部、中間部及下端部均在徑向方向發生形變；當所述第二軸向壓力施加于所述下端部時，所述上端部、中間部及下端部均在所述徑向方向發生形變，所述膠筒由一個位于上端的上端密封環、一個位于下端的下端密封環、一個以上的位于所述上端密封環和所述下端密封環之間的中間密封環在所述軸向方向排列而成，所述上端密封環充當所述上端部，所述下端密封環充當所述下端部，所述中間密封環充當所述中間部；其中，所述下端密封環外包覆有第一銅皮，所述第一銅皮包覆所述下端密封環的上表面、下表面以及外側面而不包覆所述下端密封環的內側面；所述第一銅皮的厚度設置為，當所述上端部承受所述第一軸向壓力時，所述下端密封環在所述徑向方向發生形變而使分布于所述下端密封環的所述內側面上的第一銅皮能與中心管抵觸，以及分布于所述下端密封環的所述外表面上的第一銅皮能與套管抵觸。優選地，所述第一銅皮的開口邊緣與所述下端密封環的內側面平齊。優選地，所述上端密封環外包覆有第三銅皮，所述第三銅皮包覆所述上端密封環的上表面、下表面以及外側面而不包覆所述上端密封環的內側面；所述第三銅皮的厚度設置為，當所述下端部承受所述第二軸向壓力時，包覆于由所述上端密封環的所述上表面形成的肩突上的所述第三銅皮不發生破裂。優選地，所述中間密封環的數量為三個，其中最下端的所述中間密封環與最上端的所述中間密封環均包覆有銅皮，中間的所述中間密封環不包覆銅皮。優選地，所述上端密封環的硬度大于所述中間密封環的硬度，以致所述上端密封環承受所述第一軸向壓力時，所述中間密封環在徑向方向的形變大于所述上端密封環在徑向方向的形變；所述下端密封環的硬度大于所述中間密封環的硬度，以致所述下端密封環承受所述第二軸向壓力時，所述中間密封環在徑向方向的形變大于所述下端密封環在徑向方向的形變。優選地，所述上端密封環與所述下端密封環的硬度基本相同，以致所述上端密封環承受所述第一軸向壓力時，所述中間密封環在徑向方向的形變大于所述上端密封環和所述下端密封環在徑向方向的形變，并且所述下端密封環承受所述第二軸向壓力時，所述中間密封環在徑向方向的形變大于所述上端密封環和所述下端密封環在徑向方向的形變。優選地，所述中間密封環具有膠體和呈圓環狀的基體，所述基體由相互交叉的耐高溫高壓的多根纖維絲組成，所述膠體粘接各所述纖維絲，并且所述膠體分布于各所述基體的表面上以致沿所述軸向方向排列的多個所述密封環的內部和外部分別形成所述內表面和外表面。優選地，所述基體為石墨盤根或碳纖維盤根或玻璃纖維盤根。根據本申請的另一個方面，提供一種封隔器，該封隔器具有上述技術方案之一所限定的膠筒。根據本申請的再一個方面，提供一種橋塞，該橋塞具有上本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種膠筒(10)，具有位于中心的通孔(103)、位于所述通孔(103)處的內表面(102)、與所述內表面(102)相對應的外表面(101)、分別位于所述膠筒(10)兩端的上端部(104)和下端部(106)以及位于所述上端部(104)和所述下端部(106)之間的中間部(105)，所述上端部(104)用于承受沿軸向方向的第一軸向壓力，所述下端部(106)用于承受沿所述軸向方向的與所述第一軸向壓力相反的第二軸向壓力；當所述第一軸向壓力施加于所述上端部(104)時，所述上端部(104)、中間部(105)及下端部(106)均在徑向方向發生形變；當所述第二軸向壓力施加于所述下端部(106)時，所述上端部(104)、中間部(105)及下端部(106)均在所述徑向方向發生形變，其特征在于，所述膠筒(10)由一個位于上端的上端密封環(71)、一個位于下端的下端密封環(73)、一個以上的位于所述上端密封環(71)和所述下端密封環(73)之間的中間密封環(72)在所述軸向方向排列而成，所述上端密封環(71)充當所述上端部(104)，所述下端密封環(73)充當所述下端部(106)，所述中間密封環(72)充當所述中間部(105)；其中，所述下端密封環(73)外包覆有第一銅皮(111)，所述第一銅皮(111)包覆所述下端密封環(73)的上表面、下表面以及外側面而不包覆所述下端密封環(73)的內側面；所述第一銅皮(111)的厚度設置為，當所述上端部(104)承受所述第一軸向壓力時，所述下端密封環(73)在所述徑向方向發生形變而使分布于所述下端密封環(73)的所述外表面上的第一銅皮(111)能與套管(40)抵觸。...

【技術特征摘要】
2016.07.06 CN 20162070359321.一種膠筒(10)，具有位于中心的通孔(103)、位于所述通孔(103)處的內表面(102)、與所述內表面(102)相對應的外表面(101)、分別位于所述膠筒(10)兩端的上端部(104)和下端部(106)以及位于所述上端部(104)和所述下端部(106)之間的中間部(105)，所述上端部(104)用于承受沿軸向方向的第一軸向壓力，所述下端部(106)用于承受沿所述軸向方向的與所述第一軸向壓力相反的第二軸向壓力；當所述第一軸向壓力施加于所述上端部(104)時，所述上端部(104)、中間部(105)及下端部(106)均在徑向方向發生形變；當所述第二軸向壓力施加于所述下端部(106)時，所述上端部(104)、中間部(105)及下端部(106)均在所述徑向方向發生形變，其特征在于，所述膠筒(10)由一個位于上端的上端密封環(71)、一個位于下端的下端密封環(73)、一個以上的位于所述上端密封環(71)和所述下端密封環(73)之間的中間密封環(72)在所述軸向方向排列而成，所述上端密封環(71)充當所述上端部(104)，所述下端密封環(73)充當所述下端部(106)，所述中間密封環(72)充當所述中間部(105)；其中，所述下端密封環(73)外包覆有第一銅皮(111)，所述第一銅皮(111)包覆所述下端密封環(73)的上表面、下表面以及外側面而不包覆所述下端密封環(73)的內側面；所述第一銅皮(111)的厚度設置為，當所述上端部(104)承受所述第一軸向壓力時，所述下端密封環(73)在所述徑向方向發生形變而使分布于所述下端密封環(73)的所述外表面上的第一銅皮(111)能與套管(40)抵觸。2.根據權利要求1所述的膠筒(10)，其特征在于，所述第一銅皮(111)的開口邊緣與所述下端密封環(73)的內側面平齊。3.根據權利要求1所述的膠筒(10)，其特征在于，所述上端密封環(71)外包覆有第三銅皮(113)，所述第三銅皮(113)包覆所述上端密封環(71)的上表面、下表面以及外側面而不包覆所述上端密封環(71)的內側面；所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：宋煒，隆學武，
申請(專利權)人：天鼎聯創密封技術北京有限公司，
類型：新型
國別省市：北京,11