CN102041975B

CN102041975B - 油气田用压缩式封隔器密封筒

Info

Publication number: CN102041975B
Application number: CN 201010570542
Authority: CN
Inventors: 卢煜
Original assignee: CHONGQING ZHIYAN TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: GUIZHOU GS TECHNOLOGY PLASTIC PIPE Co.,Ltd.
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2010-12-02
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2030-12-02
Also published as: CN102041975A

Abstract

本发明公开了一种油气田用压缩式封隔器密封筒，包括用于套在封隔器内芯上使用的胶筒，胶筒外套设置有由聚四氟乙烯制成的外套筒，使用时，胶筒受压后向径向膨胀变形作用于外套筒使其紧贴油气井外套管形成轴向密封，利用聚四氟乙烯耐高温、强度比橡胶大、静摩擦系数小且耐腐蚀等特性，提高密封面的接触强度，可使密封筒满足压力为90～105Mpa、温度为160～180℃和腐蚀性工况下的使用要求，同时，胶筒向内膨胀形成封隔器内芯的轴向密封，满足封隔器的工作要求。另外，内套设置承压芯骨，当压缩一定距离后，承压芯骨起到支承作用，承受继续增加的压力，避免胶筒的变形量继续增大而受到损坏，使密封筒的承压能力大幅提升，使用寿命延长。

Description

油气田用压缩式封隔器密封筒

技术领域

本发明涉及油气田用封隔设备，特别涉及一种油气田用封隔器中的部件。

背景技术

在油气田开发领域，封隔器是实施分层采油、分层注水、分层压裂、酸化或机械卡堵等井下注采工艺的重要元器件，压缩式封隔器是封隔器中较常用的一种，具有弹性的密封筒是压缩式封隔器的核心部件，它将直接影响到封隔器的工作质量。

现有密封筒一般是由橡胶制成的胶筒（如图10所示），通过两端挤压使其变形形成对油气井外套管和内芯（轴或管）的密封，但压力过大时，胶筒受到的压缩量更大，极易使其损坏。在油气田的开发中，油气井的开采深度越来越深，随着油气井深度的增加，开采工作环境的温度、压力越大，化学腐蚀性也越强，因此，就对封隔器的胶筒提出了适应上述恶劣工况的更高要求，即：密封部件的承压能力、耐高温能力和耐腐蚀能力等。

为提高胶筒的承压能力，出现了带金属肩保的胶筒（如图11所示），但由于材料本身特性的限制，其承压能力、耐高温和耐腐蚀能力仍然有限，尤其是当工作环境压力达到70～105Mpa，温度达到160℃左右时，国内外几乎所有的封隔器胶筒均不能满足使用要求（如比较有代表性的贝克公司生产的封隔器胶筒也只能满足在84Mpa、160℃工况下短时间工作，不能在100Mpa、160℃的工况下正常工作）。甚至化工部标准HG/T 2701-95《油气田用压缩（Ys）式封隔器胶筒》中的要求也已经远远不能适应当前油气田深井开采的要求。

因此，需探索一种油气田用的压缩式封隔器密封筒，使其承压、耐高温和耐腐蚀能力更强，以适应当前油气田开采深井工况的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种油气田用压缩式封隔器密封筒，通过全新的结构设计和选材，大幅提升封隔器密封筒的承压、耐高温和耐腐蚀性能，以达到适应当前油气田深井工况使用要求的目的。

本发明的油气田用压缩式封隔器密封筒，包括用于套在封隔器内芯上使用的胶筒，所述胶筒外套设置有由聚四氟乙烯制成的外套筒。

进一步，所述外套筒的一端设置径向向内延伸并包覆胶筒端面的环形压边；

进一步，所述环形压边内侧设置横截面为半圆形的环形凸起，所述胶筒端部设置与环形凸起配合的环形凹槽；

进一步，所述外套筒筒壁的纵截面形状为沿轴向并列且开口沿径向朝内的弧形首尾相接形成的轮廓；

进一步，所述胶筒内套设置有承压芯骨，承压芯骨上设置封隔器内芯的轴向密封；

进一步，所述承压芯骨为内套于胶筒的承压套筒，所述承压套筒内圆沿周向设置环形槽，环形槽内嵌有密封圈；

进一步，所述环形槽底部设置贯穿承压套筒筒壁的流通孔，所述环形槽由通过流通孔与胶筒成一体的胶筒材料填充；

进一步，所述承压芯骨的长度短于胶筒长度与环形压边的厚度之和形成压缩距；

进一步，所述承压芯骨由金属制成；

进一步，所述胶筒和胶环均由丙烯酸酯、硅胶或氢化丁晴橡胶制成；

进一步，所述胶筒、承压芯骨和外套筒通过硫化模一次硫化粘接制成一体；

进一步，所述聚四氟乙烯由玻璃纤维、二硫化钼、铜粉、石墨、聚苯酯或三氧化二铬填充改性。

发明的有益效果：本发明的油气田用压缩式封隔器密封筒，包括用于套在封隔器内芯上使用的胶筒，所述胶筒外套设置有由聚四氟乙烯制成的外套筒，使用时，胶筒受压后向径向膨胀变形，在胶筒的作用下，外套筒紧贴油气井外套管形成轴向密封，利用聚四氟乙烯（PTFE）耐高温、强度比橡胶大、静摩擦系数小且耐腐蚀等特性，提高密封面的接触强度，可使密封筒满足压力为90～105Mpa、温度为160～180℃和腐蚀性工况下的使用要求，同时，胶筒向内膨胀形成封隔器内芯的轴向密封，满足封隔器的工作要求。另外，内套设置承压芯骨，当压缩一定距离后，承压芯骨起到支承作用，承受继续增加的压力，避免胶筒的变形量继续增大而受到损坏，使密封筒的承压能力大幅提升，使用寿命延长。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明的结构示意图；

图2为弹性体的结构示意图；

图3为图2的A-A剖视图；

图4为支撑套的结构示意图；

图5为套筒的结构示意图；

图6为外套筒筒壁的另一种结构示意图；

图7为本发明工作前状态示意图；

图8为本发明处于工作状态的示意图；

图9为本发明卸压后状态示意图；

图10为现有技术中的胶筒示意图；

图11为现有技术中带肩保的胶筒示意图。

具体实施方式

图1为本发明的结构示意图，图2为弹性体的结构示意图，图3为图2的A-A剖视图，图4为支撑套的结构示意图，图5为套筒的结构示意图，图6为外套筒筒壁的另一种结构示意图，如图所示：本实施例的油气田用压缩式封隔器密封筒，包括用于套在封隔器内芯5上使用的胶筒1，所述胶筒1外套设置有由聚四氟乙烯制成的外套筒4，胶筒受压后向径向膨胀变形，在胶筒的作用下，外套筒紧贴油气井外套管6形成轴向密封，利用聚四氟乙烯（PTFE）材料耐高温、强度比橡胶大、静摩擦系数小且耐腐蚀等特性，提高密封面的接触强度，可使密封筒满足压力为90～105Mpa、温度为160～180℃和腐蚀性工况下的使用要求，同时，胶筒向内膨胀形成封隔器内芯的轴向密封，满足封隔器的工作要求。卸压以后，通过胶筒的弹性回弹，解除密封。当然，使用其他与聚四氟乙烯性质相似的材料制成外套筒，也可实现本发明的目的。

本实施例中，所述外套筒4的一端设置径向向内延伸并包覆胶筒1端面的环形压边4a，提高受压面的接触强度，使密封筒的承压能力更好。

本实施例中，所述环形压边4a内侧设置横截面为半圆形的环形凸起4b，所述胶筒1端部设置与环形凸起4b配合的环形凹槽1a，在环形压边受压使胶筒变形时，通过环形凸起引导其变形膨胀方向，使环形压边向下压缩时胶筒与支撑套之间保持紧贴，防止其脱开。

本实施例中，所述外套筒4筒壁的纵截面形状为沿轴向并列且开口沿径向朝内的弧形首尾相接形成的轮廓，将工作表面接触外套管的聚四氟乙烯外套筒加工成弹性模量最佳的几何形状，回弹力最大，增强轴向受压能力和增大径向形变的最大位移量，同时，也增强密封筒的回弹力，达到卸压后需要密封筒与外套管脱离松弛的工艺质量要求。

本实施例中，所述胶筒1内套设置有承压芯骨，承压芯骨上设置封隔器内芯5的轴向密封，当压缩一定距离后，承压芯骨起到支承作用，承受继续增加的压力，避免胶筒的变形量继续增大而受到损坏，使密封筒的承压能力大幅提升，使用寿命延长。

本实施例中，所述承压芯骨为内套于胶筒1的承压套筒2，所述承压套筒2内圆沿周向设置环形槽2a，环形槽2a内嵌有密封圈3，环形槽可以沿承压套筒轴向并列设置为多个，以实现对内管的多点密封，达到更好的密封效果，该结构简单合理，可很好的实现对封隔器内芯的轴向密封。当然，承压芯骨不仅限于套筒形状，也可是其他形状，只要满足两端能起到承压作用即可实现本发明的目的。

本实施例中，所述环形槽2a底部沿周向并列设置多个贯穿承压套筒2筒壁的流通孔2b，所述环形槽2a由通过流通孔2b与胶筒1成一体的胶筒材料填充，多个流通孔可使胶筒受压缩时更容易从流通孔挤出，对环形槽内的填充材料形成挤压，使其贴紧封隔器内芯5，从而对内芯5形成密封。流通孔的数量越多，受压时越多填充材料能通过其流动，密封效果越好，但同时也会降低支撑套的强度，因此，制造时应考虑两方面因素确定流通孔的大小和数量。

本实施例中，所述承压套筒2的长度短于胶筒长度与环形压边的厚度之和形成压缩距，在化工部标准HG/T 2701-95《油气田用压缩（Ys）式封隔器胶筒》中压缩距的定义是：胶筒在座封时，其轴向被压缩的长度。使胶筒被压缩长度等于压缩距时即可转由承压套筒承压，使胶筒恰好达到座封要求而不继续受压变形，避免损坏。压缩距是根据体积相等原则计算得出的长度加上该长度的1/3的补偿值得出。当然，压缩距也可通过封隔器上的压缩部件留出，即在压缩部件上设置一个用于对承压套筒让位的盲孔，承压套筒顶住盲孔底部时，胶筒座封完成。

本实施例中，所述承压套筒2由金属制成，强度高，承压能力强，易于制造和获取。

本实施例中，所述胶筒1由丙烯酸酯、硅胶或氢化丁晴橡胶制成，三者均具有良好的耐高温和耐腐蚀性。

本实施例中，所述胶筒1、承压套筒2和外套筒4通过硫化模一次硫化粘接制成一体，使三者之间粘接可靠，生产效率高，适合大批量生产。

本实施例中，所述聚四氟乙烯由玻璃纤维、二硫化钼、铜粉、石墨、聚苯酯或三氧化二铬填充改性，改性后的聚四氟乙烯制成的套筒便于与胶筒和金属承压芯骨通过硫化工艺进行粘接，粘接更牢固可靠，同时，也能进一步提高聚四氟乙烯的耐压强度。

如图7、图8和图9所示，本发明在实际使用时有三种状态：

1.工作前的状态：将其置于固定设置的垫块上，垫块与封隔器的压缩部件形成压缩结构；

2.工作时的状态：通过压缩部件推动环形压边4a压缩胶筒1，随着压缩距h逐渐减小，胶筒1逐渐膨胀变形，当h＝0时，胶筒1膨胀使外套筒4变形并紧贴油气田外套管6内壁对其形成轴向密封，同时，胶筒1通过流通孔2b挤压位于环形槽2a内的填充材料（橡胶），使其紧贴封隔器内芯5外壁对其形成轴向密封，密封筒处于工作状态；

3.卸压后的状态：卸压后在胶筒的回弹作用下，带动粘接在胶筒上的外套筒回弹，解除密封，达到卸压后需要密封筒与外套管脱离松弛的工艺质量要求。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种油气田用压缩式封隔器密封筒，包括用于套在封隔器内芯（5）上使用的胶筒（1），其特征在于：所述胶筒（1）外套设置有由聚四氟乙烯制成的外套筒（4）；所述外套筒（4）筒壁的纵截面形状为沿轴向并列且开口沿径向朝内的弧形首尾相接形成的轮廓；所述胶筒（1）内套设置有承压芯骨，承压芯骨上设置封隔器内芯（5）的轴向密封；所述承压芯骨为内套于胶筒（1）的承压套筒（2），所述承压套筒（2）内圆沿周向设置环形槽（2a），环形槽（2a）内嵌有密封圈（3）；所述环形槽（2a）底部设置贯穿承压套筒（2）筒壁的流通孔（2b），所述环形槽（2a）由通过流通孔（2b）与胶筒（1）成一体的胶筒材料填充。

2.根据权利要求1所述的油气田用压缩式封隔器密封筒，其特征在于：所述外套筒（4）的一端设置径向向内延伸并包覆胶筒（1）端面的环形压边（4a）。

3.根据权利要求2所述的油气田用压缩式封隔器密封筒，其特征在于：所述承压套筒（2）的长度短于胶筒长度与环形压边的厚度之和形成压缩距。

4.根据权利要求3所述的油气田用压缩式封隔器密封筒，其特征在于：所述承压套筒（2）由金属制成。

5.根据权利要求4所述的油气田用压缩式封隔器密封筒，其特征在于：所述胶筒（1）由丙烯酸酯、硅胶或氢化丁晴橡胶制成。

6.根据权利要求5所述的油气田用压缩式封隔器密封筒，其特征在于：所述胶筒（1）、承压套筒（2）和外套筒（4）通过硫化模一次硫化粘接制成一体。

7.根据权利要求6所述的油气田用压缩式封隔器密封筒，其特征在于：所述聚四氟乙烯由玻璃纤维、二硫化钼、铜粉、石墨、聚苯酯或三氧化二铬填充改性。