CN102536156B - 深孔地应力测试高压封隔器与封隔器胶套筒的制作方法 - Google Patents

Abstract

用于勘探深孔地应力测试的深孔地应力测试高压封隔器以及封隔器胶套筒的制作方法。深孔地应力测试高压封隔器，包括内芯管、胶套筒、上分水接头与下分水接头；胶套筒设有容腔，容腔安装内芯管，胶套筒与内芯管之间设有环状空隙；胶套筒上、下两端外侧壁相应套装有上外套箍、下外套箍，上外套箍、下外套箍的外侧壁与胶套筒的外侧壁平齐；胶套筒上、下两端与上分水接头、下分水接头螺纹连接，内芯管上、下两端与上分水接头、下分水接头螺纹连接；上分水接头和下分水接头均设有水路通孔，水路通孔经水路通道与环状空隙相连通。本发明产品的突出特点在于胶套筒的结构，解决了胶套筒端部突出，变形过大，甚至撕裂破坏的问题，结构简单，可多次重复使用。

Description

深孔地应力测试高压封隔器与封隔器胶套筒的制作方法

技术领域

本发明涉及一种在地质勘探中地应力测试所使用的封隔装置，具体地说是一种用于勘探深孔地应力测试的深孔地应力测试高压封隔器；本发明还涉及封隔器胶套筒的制作方法。

背景技术

在地质勘探阶段，利用勘探深孔，通过水压致裂法钻孔地应力测量，可确定原岩应力状态及分布规律，为地下工程设计和深部矿山安全开采提供科学的地质依据。封隔器是实现多次、连续深孔地应力测试的主要装置。封隔器胶套筒是封隔器的关键部件。地应力测试是依靠封隔器胶套筒膨胀并贴紧孔壁来隔离压裂测试段的，封隔器胶套筒的端部是封隔器的薄弱部位。在深孔地应力测试中，要求注入封隔器的压力高，这就容易导致封隔器胶套筒端部突出，变形过大，甚至撕裂破坏。目前，常用的地应力测试封隔器胶套筒采用橡胶层直接硫化在环形管头外面的结构，在高压力测试条件下，存在诸如胶套筒管头脱落，胶套筒端部突出，承受压力小等问题。

发明内容

本发明提供一种深孔地应力测试高压封隔器，其目的在于解决在深孔地应力测试作业中容易出现的胶套筒管头脱落，胶套筒端部突出，封隔压力小的技术问题。

本发明实现上述目的采取的技术方案如下：一种深孔地应力测试高压封隔器，包括内芯管、胶套筒、上分水接头与下分水接头；其特征在于：胶套筒设有容腔，容腔安装内芯管，胶套筒与内芯管之间设有环状空隙；胶套筒上、下两端外侧壁相应套装有上外套箍、下外套箍，上外套箍、下外套箍的外侧壁与胶套筒的外侧壁平齐；胶套筒上、下两端与上分水接头、下分水接头螺纹连接，内芯管上、下两端与上分水接头、下分水接头螺纹连接；上分水接头和下分水接头均设有水路通孔，水路通孔经水路通道与环状空隙相连通。

胶套筒包括固定为一体的胶套筒内主体、胶套筒外主体、胶套筒内主体两端设有的多层结构与经纬网布；多层结构包括尼龙筋线层、碗状环形钢制管头、凹槽尼龙筋线，胶套筒内主体两端侧壁缠绕有尼龙筋线层，胶套筒内主体两端、尼龙筋线层外面设有碗状环形钢制管头，碗状环形钢制管头外侧壁设有多道环状凹槽，环状凹槽内嵌装有凹槽尼龙筋线，胶套筒内主体与碗状环形钢制管头的外面设有经纬网布，经纬网布的外面设有胶套筒外主体，胶套筒外主体的两端侧壁设有变径小管径段，两端变径小管径段外面分别套装有上外套箍与下外套箍， 碗状环形钢制管头的外端设有外螺纹 。

本发明还要提供一种封隔器胶套筒的制作方法，包括下述步骤：

a．在封隔器胶套筒模具的模芯上裹覆第一层生胶，

b．而后在第一层生胶两端逐层缠绕四层、六层、八层或其它偶数层的尼龙筋线层，两相邻尼龙筋线层的布置方向相反；即第一层尼龙筋线的缠绕方向为左旋或右旋，第二层尼龙筋线的缠绕方向为右旋或左旋，第三层尼龙筋线的缠绕方向与第一层尼龙筋线的缠绕方向相同；第四层尼龙筋线的缠绕方向与第二层尼龙筋线的缠绕方向相同；……，各尼龙筋线层8与胶套筒轴向的夹角α为45°；尼龙筋线层的长度比碗状环形钢制管头的长度长出6厘米；

c．在两端尼龙筋线层之间裹覆第二层生胶，第二层生胶外径与尼龙筋线层最外层外径一致；

d.在最外层尼龙筋线层与第二层生胶外面裹覆第三层生胶；

e. 将预先制作好的碗状环形钢制管头与胶套筒胶结部位的内外表面进行冲砂表面处理，而后在碗状环形钢制管头内外表面均先后依次涂抹开姆洛克205和开姆洛克220，在第三层生胶的两端插入碗状环形钢制管头；

f. 在碗状环形钢制管头的外侧裹覆薄橡胶层并在凹槽处缠绕尼龙筋线；

g. 在两碗状环形钢制管头之间裹覆第四层生胶，第四层生胶外径与碗状环形钢制管头外径一致；

h. 接下来在两碗状环形钢制管头与第四层生胶外面裹覆经纬网布；

i. 最后在经纬网布外面裹覆外层生胶；得成形胶套筒初模；

j. 将成形胶套筒初模放入蒸汽罐内，采用罐式蒸汽硫化工艺进行硫化生产，得胶套筒终模。

k. 将胶套筒终模两端外径车小，而后插入预先制作好的上外套箍和下外套箍。

本发明产品的突出特点在于胶套筒的结构。在地应力测试中，注入封隔器胶套筒内部的压力液体将使胶套筒产生膨胀变形，以此来贴紧钻孔孔壁。管头的碗状环形段可限制胶套筒端部的变形，并且胶套筒端部承受的压力可由管头的碗状环形段来支撑。在封隔器胶套筒两端管头的碗状环形段内部橡胶层里缠绕的尼龙筋线层可进一步增强胶套筒端部橡胶层的强度，减小其变形。设置在胶套筒的两端外部的上外套箍和下外套箍，可配合管头的碗状环形段来共同限制胶套筒端部的变形，以及承受胶套筒端部所受的压力，这样就有效的解决了胶套筒端部突出，变形过大，甚至撕裂破坏的问题，提高了封隔承受压力。

本发明产品结构简单，可多次重复使用，封隔压力高。本发明根据需要制作成不同规格的系列产品。

附图说明

图1为本发明的分拆结构示意图，

图2为胶套筒的结构示意图，

图3为碗状环形钢制管头的结构示意图，

图4a为奇数层尼龙筋线层缠绕方向示意图，

图4b为偶数层尼龙筋线层缠绕方向示意图；

图5至图12是封隔器胶套筒制作步骤示意图。

图中：1—上分水接头，2—上外套箍,3—内芯管，4—胶套筒, 41—胶套筒内主体，411—第一层生胶，412—第二层生胶，413—第三层生胶，414—第四层生胶，42—胶套筒外主体、也称外层生胶，43—变径小管径段，5—下外套箍，6—下分水接头,7—碗状环形钢制管头，8—尼龙筋线层，9—经纬网布，10—水路孔，11—环状凹槽，12—环状空隙，13—水路通道，14—凹槽尼龙筋线，15—斜面，16—模具的模芯，m—尼龙筋线层内端与碗状环形钢制管头的内端的距离。

具体实施方式    下面结合附图对本发明进行说明。

产品实施例    如图1所示：一种深孔地应力测试高压封隔器，包括内芯管3、胶套筒4、上分水接头1与下分水接头6；其特征在于：胶套筒4设有容腔，容腔安装内芯管3，胶套筒4与内芯管3之间设有环状空隙12；胶套筒4上、下两端外侧壁相应套装有上外套箍2、下外套箍5，上外套箍2、下外套箍5的外侧壁与胶套筒4的外侧壁平齐；胶套筒4上、下两端与上分水接头1、下分水接头6螺纹连接，内芯管3上、下两端与上分水接头1、下分水接头6螺纹连接；上分水接头1和下分水接头6均设有水路通孔10，水路通孔10经水路通道13与环状空隙12相连通。

参见图2：胶套筒4主体为圆筒形橡胶筒，胶套筒4包括固定为一体的胶套筒内主体41、胶套筒外主体42、胶套筒内主体41两端设有多层结构与经纬网布9；多层结构包括尼龙筋线层8、碗状环形钢制管头7、凹槽尼龙筋线14，胶套筒内主体41两端侧壁缠绕有尼龙筋线层8，胶套筒内主体41两端、尼龙筋线层8外面设有碗状环形钢制管头7，参见图3：碗状环形钢制管头7外侧壁设有多道环状凹槽11，碗状环形钢制管头7外侧壁裹覆有薄橡胶层，并在凹槽11处的薄橡胶层外缠绕尼龙筋线14，胶套筒内主体41与碗状环形钢制管头7的外面设有经纬网布9，经纬网布9的外面设有胶套筒外主体42，胶套筒外主体42的两端侧壁设有变径小管径段43，变径小管径段43外面套装有上外套箍2与下外套箍5， 碗状环形钢制管头7的外端设有外螺纹 。碗状环形钢制管头7与上分水接头1、下分水接头6螺纹连接。

参见图4a与图4b：尼龙筋线层8与胶套筒4轴向的夹角α为45°，尼龙筋线设置为倾斜，可在保证强度的条件下，还可有一定的变形量。尼龙筋线层8设置为四层或其它偶数层，如两层、六层、八层；相邻尼龙筋线层8的布置方向相反，如奇数层的布置方向为右旋，则偶数层的布置方向为左旋。

碗状环形钢制管头7的内端，即碗状端与胶套筒4的橡胶主体经热硫化工艺胶结在一起。参见图3：碗状环形钢制管头7的内端设有斜面15，斜面15与碗状环形钢制管头7侧壁的倾角β为15°；设置倾角β的目的为在胶套筒膨胀变形时，使橡胶层和尼龙筋线层变形平顺，避免产生应力集中，导致拉扯破坏。

参见图1与图2：为了使胶套筒端部所承受的压力通过尼龙筋线层更好的传递到上外套箍和下外套箍，作为本发明的完善，尼龙筋线层8的内端超出碗状环形钢制管头7的内端；超出距离即尼龙筋线层内端与碗状环形钢制管头的内端的距离m为6厘米。 

方法实施例   封隔器胶套筒的制作方法，包括下述步骤：

a．参见图5，在封隔器胶套筒模具的模芯16上裹覆第一层生胶411；

b．参见图6，而后在第一层生胶411两端逐层缠绕四层尼龙筋线层8，两相邻尼龙筋线层 8的布置方向相反；即第一层尼龙筋线的缠绕方向为左旋或右旋，第二层尼龙筋线的缠绕方向为右旋或左旋，第三层尼龙筋线的缠绕方向与第一层尼龙筋线的缠绕方向相同；第四层尼龙筋线的缠绕方向与第二层尼龙筋线的缠绕方向相同；各尼龙筋线层8与胶套筒轴向的夹角α为45°；尼龙筋线层8的长度比碗状环形钢制管头7的长度长出6厘米；

c．参见图7，在两端尼龙筋线层8之间裹覆第二层生胶412，第二层生胶412外径与最外层尼龙筋线层8外径一致；

d. 参见图8，在最外层尼龙筋线层8与第二层生胶412外面裹覆第三层生胶413；

e. 参见图9，为使碗状环形钢制管头与胶套筒的橡胶层通过热硫化工艺更好地胶结在一起，防止管头脱落；将预先制作好的碗状环形钢制管头7与胶套筒胶结部位的内外表面进行冲砂表面处理，而后在碗状环形钢制管头7内外表面均先后依次涂抹开姆洛克205和开姆洛克220，在第三层生胶413的两端插入碗状环形钢制管7；

f. 参见图9，在碗状环形钢制管头7的外侧壁裹覆薄生胶，并在凹槽11处的薄生胶外缠绕尼龙筋线14；

g.  参见图10，在两碗状环形钢制管头7之间裹覆第四层生胶414，第四层生胶414外径与碗状环形钢制管头7外径一致；

h. 参见图11，接下来在两碗状环形钢制管头7与第四层生胶414外面裹覆经纬网布9；

i. 参见图12，最后在经纬网布9外面裹覆外层生胶42；得成形胶套筒初模；

j. 将成形胶套筒初模放入蒸汽罐内，采用罐式蒸汽硫化工艺进行硫化生产，得胶套筒终模。

k. 参见图2，将胶套筒终模两端外径车小，并车出变径小管径段43，而后插入预先制作好的上外套箍2和下外套箍5。

尼龙筋线层8也可以是六层、八层或其它偶数层。

Claims (2)

1.一种深孔地应力测试高压封隔器，包括内芯管、胶套筒、上分水接头与下分水接头；其特征在于：胶套筒（4）设有容腔，容腔安装内芯管（3），胶套筒（4）与内芯管（3）之间设有环状空隙（12）；胶套筒（4）上、下两端外侧壁相应套装有上外套箍（2）、下外套箍（5），上外套箍（2）、下外套箍（5）的外侧壁与胶套筒（4）的外侧壁平齐；胶套筒（4）上、下两端与上分水接头（1）、下分水接头（6）螺纹连接，内芯（3）上、下两端与上分水接头（1）、下分水接头（6）螺纹连接；上分水接头（1）和下分水接头（6）均设有水路通孔（10），水路通孔（10）经水路通道（13）与环状空隙（12）相连通；

胶套筒（4）包括固定为一体的胶套筒内主体（41）、胶套筒外主体（42）、胶套筒内主体（41）两端设有多层结构与经纬网布（9）；多层结构包括尼龙筋线层（8）、碗状环形钢制管头（7）、凹槽尼龙筋线（14），胶套筒内主体（41）两端侧壁缠绕有尼龙筋线层（8），胶套筒内主体（41）两端、尼龙筋线层（8）外面设有碗状环形钢制管头（7），碗状环形钢制管头（7）外侧壁设有多道环状凹槽(11)，环状凹槽(11)内嵌装有凹槽尼龙筋线(14)，胶套筒内主体（41）与碗状环形钢制管头（7）的外面设有经纬网布（9），经纬网布（9）的外面设有胶套筒外主体（42），胶套筒外主体（42）的两端侧壁设有变径小管径段（43），变径小管径段（43）外面固定装有上外套箍（2）与下外套箍（5），碗状环形钢制管头（7）的外端设有外螺纹；胶套筒（4）的制作方法，包括下述步骤：

a．在封隔器胶套筒模具的模芯（16）上裹覆第一层生胶（411）；

b．而后在第一层生胶（411）两端逐层缠绕四层尼龙筋线层（8），两相邻尼龙筋线层（8）的布置方向相反；第三层尼龙筋线的缠绕方向与第一层尼龙筋线的缠绕方向相同；第四层尼龙筋线的缠绕方向与第二层尼龙筋线的缠绕方向相同；各尼龙筋线层（8）与胶套筒轴向的夹角α为45°；尼龙筋线层（8）的长度比碗状环形钢制管头（7）的长度长出6厘米；

c．在两端尼龙筋线层（8）之间裹覆第二层生胶（412），第二层生胶（412）外径与最外层尼龙筋线层（8）外径一致；

d.在最外层尼龙筋线层（8）与第二层生胶（412）外面裹覆第三层生胶（413）；

e.将预先制作好的碗状环形钢制管头（7）与胶套筒胶结部位的内外表面进行冲砂表面处理，而后在碗状环形钢制管头（7）内外表面均先后依次涂抹开姆洛克205和开姆洛克220，在第三层生胶（413）的两端插入碗状环形钢制管头（7）；

f.在碗状环形钢制管头（7）的外侧壁裹覆薄生胶，并在凹槽（11）处的薄生胶外缠绕尼龙筋线（14）；

g.在两碗状环形钢制管头（7）之间裹覆第四层生胶(414)，第四层生胶（414）外径与碗状环形钢制管头（7）外径一致；

h.接下来在两碗状环形钢制管头(7)与第四层生胶(414)外面裹覆经纬网布（9）；

i.最后在经纬网布（9）外面裹覆外层生胶（42）；得成形胶套筒初模；

j.将成形胶套筒初模放入蒸汽罐内，采用罐式蒸汽硫化工艺进行硫化生产，得胶套筒终模；

k.将胶套筒终模两端外径车小，并车出变径小管径段（43），而后插入预先制作好的上外套箍（2）和下外套箍（5）。

2.如权利要求1所述的一种深孔地应力测试高压封隔器，其特征在于：碗状环形钢制管头（7）的内端设有斜面（15），斜面（15）与碗状环形钢制管头（7）侧壁的倾角β为15°。

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