CN104912513A - 一种簧式护肩高温高压扩张式封隔器胶筒 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种簧式护肩高温高压扩张式封隔器胶筒，包括上胶筒座和下胶筒座，所述上胶筒座与下胶筒座之间连接有中间胶体，上胶筒座和下胶筒座内侧端部空腔处与中间胶体硫化成一体，中间胶体两端肩部上设置有与中间胶体连成一体的第一弹簧护肩和第二弹簧护肩。肩部采用特殊可回收的保护设计，在胶筒的上、下肩部镶嵌多层螺旋弹簧圆环，同胶筒硫化在一起，此圆环可以随胶筒一起膨胀、收缩，此胶筒具有良好的耐高温、承高压、抗塑性变形能力，同时解封回收效果良好，可以满足油气田压裂施工，深井高温高压工作环境的技术需求。

Description

一种簧式护肩高温高压扩张式封隔器胶筒

技术领域

本发明涉及一种油、气田压裂施工的井下作业工具领域，特别涉及一种簧式护肩高温高压扩张式封隔器胶筒。

背景技术

扩张式封隔器是油、气田储层改造、生产等作业的重要井下工具，胶筒是封隔器的核心部件，胶筒的性能直接影响到封隔器的性能。扩张式封隔器在工作时，其胶筒会受到内外液体压力差而扩张，利用其膨胀后与套管的接触压力来隔断环空上、下腔的液体实现密封。

由于常规封隔器外径比套管内径小，所以封隔器胶筒在工作时必然会产生较大的变形才能与套管之间形成有效接触，封隔器胶筒的形变极不均匀，在胶筒两端的肩部很小的区域内会发生较大的形变，从而产生严重的应力集中，尤其是当封隔器需要多次加压、泄压时塑性变形就会逐渐累加，增加胶筒的肩突效应，导致破损。所以，胶筒的上、下肩部为胶筒的失效危险点。在高温环境中承受较高压差时，胶筒肩部在压差作用下易被挤入环空造成撕裂，使胶筒密封失效，从而造成封隔器的耐压能力低、使用寿命短。

另外，常规扩张式封隔器胶筒结构采用金属钢体与中间胶筒硫化结合的方式成型，在整个胶筒内部普遍采用加强材料进行补强，常用补强材料为尼龙帘线、聚酯帘线、钢丝帘线，结构复杂，成型工艺主要依靠手工作业，产品一致性差。虽然胶筒内部有增加钢丝、钢带或帘子线增强的做法（如附图1），但是，由于钢丝、钢带及帘子线在高压作用下易与胶筒分离，因此，在高温高压下，胶筒的膨胀性能受到很大制约，并且极易造成胶筒从肩部破裂的问题。

目前的胶筒肩部保护措施主要是在胶筒两端设计有塑料、金属护伞等机构，但是这些机构大都是“一次性”或者“永久式”的，也不满足封隔器可解封回收的需求。

为此，针对目前井下施工及压裂工艺的需求，需要开发一种满足高温高压、可回收式、结构可靠、工艺简洁的高性能封隔器胶筒。

发明内容

本发明针对目前扩张式胶筒不能满足高温、高压同时有效解封的问题设计开发一种簧式护肩高温高压扩张式封隔器胶筒。坐封时，多层螺旋弹簧随中部纯橡胶部分一起涨开堵住环空，支撑胶筒，防止胶筒的肩部过度形变，解封回收时，多层螺旋弹簧在弹簧拉力作用下回缩，避免了常规胶筒回缩困难的问题。

本发明采用的技术方案为：

一种簧式护肩高温高压扩张式封隔器胶筒，包括上胶筒座和下胶

筒座，所述上胶筒座与下胶筒座之间连接有中间胶体，上胶筒座和下胶筒座内侧端部空腔处与中间胶体硫化成一体，中间胶体两端肩部上设置有与中间胶体连成一体的第一弹簧护肩和第二弹簧护肩。

所述第一弹簧护肩与第二弹簧护肩结构相同，所述第一弹簧护肩由首尾相接的第一多层复合弹簧和橡胶组成。

所述上胶筒座通过第一O型密封圈连接有上钢套；下胶筒座通过第二O型密封圈连接有下钢套。

所述第一弹簧护肩和第二弹簧护肩与中间胶体硫化成一体，第一弹簧护肩和第二弹簧护肩可随中间胶体同步扩张和收缩。

所述的上胶筒座和下胶筒座为钢体件。

所述中间胶体为橡胶构成。

本发明的有益效果为：

此胶筒采用胶体硫化于两端上胶筒座和下胶筒座内腔的新结合形式，肩部采用特殊可回收的保护设计，在胶筒中部的中间胶体的上、下肩部镶嵌多层螺旋弹簧圆环，同胶筒硫化在一起，此圆环可以随胶筒一起膨胀、收缩。

此胶筒两端护肩机构作用为填堵环空以及密封，并可防止胶筒肩部从环空间隙挤出破坏，避免了胶筒肩部危险点的破损失效，从而大幅延长其使用寿命；胶筒中部中间胶体为纯橡胶，起到主要密封的作用，工作状态下膨胀幅度相对内部补强的传统胶筒更大，选用的材料也提高了封隔器胶筒的耐温上限。

此胶筒具有良好的耐高温、承高压、抗塑性变形能力，同时解封回收效果良好，可以满足油气田压裂施工，深井高温高压工作环境的技术需求。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1是常规封隔器胶筒结构示意图；

图2是本发明所涉及的多层螺旋弹簧圆环整体结构示意图；

图3是本发明所涉及的多层螺旋弹簧圆环结构示意图；

图4是本发明结构示意图；

图5是本发明工作状态（解封状态）示意图；

图6是本发明工作状态（座封状态）示意图；

图中，附图标记：1、上胶筒座；2、第一多层复合弹簧；3、第一弹簧护肩；4、中间胶体；5、第二弹簧护肩；6、第二多层复合弹簧；7、下胶筒座；8、上钢套；9、第一O型密封圈；10、中心管；11、套管；12、第二O型密封圈；13、下钢套。

具体实施方式

实施例1：

本发明针对目前扩张式胶筒不能满足高温、高压同时有效解封的问题设计开发如图4所示的一种簧式护肩高温高压扩张式封隔器胶筒。坐封时，多层螺旋弹簧随中部纯橡胶部分一起涨开堵住环空，支撑胶筒，防止胶筒的肩部过度形变，解封回收时，多层螺旋弹簧在弹簧拉力作用下回缩，避免了常规胶筒回缩困难的问题。

一种簧式护肩高温高压扩张式封隔器胶筒，包括上胶筒座1和下胶筒座7，所述上胶筒座1与下胶筒座7之间连接有中间胶体4，上胶筒座1和下胶筒座7内侧端部空腔处与中间胶体4硫化成一体，中间胶体4两端肩部上设置有与中间胶体4连成一体的第一弹簧护肩3和第二弹簧护肩5。

所述中间胶体4为橡胶构成。

相比较于图1的常规封隔器胶筒结构，如图4中所示的本发明中所提供的胶筒中部为中间胶体4，肩部为第一弹簧护肩3和第二弹簧护肩5，两端为上胶筒座1和下胶筒座7，可承高温高压；所述的胶筒中间胶体4为纯胶结构，材质均匀，制造工艺简单，两端硫化于上胶筒座1和下胶筒座7内腔；所述的弹簧护肩结构为第一多层复合弹簧2与第一弹簧护肩3橡胶硫化成一体，位于中间胶体4两端肩部，可随中间胶体4一起扩张收缩；所述的上胶筒座1和下胶筒座7为钢体件，内侧端部空腔处与中间胶体4硫化成一体，外侧部分为与封隔器其他部件连接。

此胶筒采用胶体硫化于两端上胶筒座1和下胶筒座7内腔的新结合形式，肩部采用特殊可回收的保护设计，在胶筒的中部中间胶体4的上、下肩部镶嵌第一多层复合弹簧3的圆环和第二多层复合弹簧6的圆环，同胶筒硫化在一起，此圆环可以随胶筒一起膨胀、收缩。

此胶筒两端护肩机构作用为填堵环空以及密封，并可防止胶筒肩部从环空间隙挤出破坏，避免了胶筒肩部危险点的破损失效，从而大幅延长其使用寿命；胶筒中部中间胶体4为纯橡胶，起到主要密封的作用，工作状态下膨胀幅度相对内部补强的传统胶筒更大，选用的材料也提高了封隔器胶筒的耐温上限。

此胶筒具有良好的耐高温、承高压、抗塑性变形能力，同时解封回收效果良好，可以满足油气田压裂施工，深井高温高压工作环境的技术需求。

实施例2：

基于实施例1的基础上，本实施例中所述第一弹簧护肩3与第二弹簧护肩5结构相同，所述第一弹簧护肩3由首尾相接的第一多层复合弹簧2和橡胶组成。

第一多层复合弹簧2和第二多层复合弹簧6其结构相同，构造为小的圆柱螺旋弹簧放置于大的螺旋弹簧内，分别将内、外螺旋弹簧的头、尾两端经焊接成可以径向扩张、收缩圆环。

此胶筒的上、下肩部的第一多层复合弹簧2和第一弹簧护肩3的橡胶硫化成一体,第二多层复合弹簧6和第二弹簧护肩5的橡胶硫化成一体，橡胶渗透于弹簧的内部，弹簧加强橡胶强度。

如图2和图3中的第一多层复合弹簧2和第二多层复合弹簧6，小的圆柱螺旋弹簧放置于大的螺旋弹簧内，分别将内、外螺旋弹簧的头、尾两端经焊接成可以径向扩张、收缩圆环。

所述第一弹簧护肩3和第二弹簧护肩5与中间胶体4硫化成一体，第一弹簧护肩3和第二弹簧护肩5可随中间胶体4同步扩张和收缩。

所述的上胶筒座1和下胶筒座7为钢体件。

在胶筒坐封时，封隔器胶筒在高温环境中承受不断增大的压差，新型扩张式封隔器胶筒的中间胶体4扩张直至紧贴于套管11的内壁，起主密封作用；第一弹簧护肩3和第二弹簧护肩5在中间胶体4的作用下也扩张变形并阻塞上胶筒座1和下胶筒座7与套管11之间的间隙，阻止中间胶体4的肩部挤出破损，故中间胶体4的肩部不会发生过度形变而撕裂，并可实现在高温高压环境下多次座封／解封如图5和图6，特别适用于油气田行业高温高压井分层压裂施工作业。

实施例3：

基于上述两个实施例的基础上，本实施例中所述的上胶筒座1和下胶筒座7为钢体件，内侧端部空腔处与中间胶体4硫化成一体，外侧部分为与封隔器其他部件连接。

所述上胶筒座1和下胶筒座7通过第一O型密封圈8和第二O型密封圈12连接有上钢套7和下钢套13。

所述中间胶筒4内侧密封连接有中心管10，外侧密封连接有套管11。

如图5中在胶筒解封时，该新型胶筒第一弹簧护肩3和第二弹簧护肩5在橡胶及第一多层复合弹簧2和第二多层复合弹簧6的作用下回缩，同时，中间胶体4靠自身弹性回缩，从而完成解封工作。

如图6中当胶筒再次座封时，第一弹簧护肩3和第二弹簧护肩5随中间胶体4一起径向扩张，第一弹簧护肩3和第二弹簧护肩5可再次保护中间胶体4。

此胶筒采用了可回收肩部保护结构的第一弹簧护肩3和第二弹簧护肩5，两个弹簧护肩的内部机构分别为第一多层复合弹簧2和第二多层复合弹簧6，两个复合弹簧为螺旋状的，构造为小的圆柱螺旋弹簧放置于大的螺旋弹簧内，分别将内、外螺旋弹簧的头、尾两端经特殊工艺焊接形成圆环，此圆环可以径向扩张、收缩。

此胶筒的上、下肩部的第一多层复合弹簧2和第一弹簧护肩3的橡胶硫化成一体,第二多层复合弹簧6和第二弹簧护肩5的橡胶硫化成一体，橡胶渗透于弹簧的内部，弹簧加强橡胶强度，第一多层复合弹簧2和第二多层复合弹簧6随弹第一弹簧护肩3和第二弹簧护肩5橡胶的扩张一起扩张，并在工作时承受压差作用，达到防止胶筒肩部过度形变以及助解封的作用。

此胶筒第一弹簧护肩3和第二弹簧护肩5与中间胶体4硫化成一体，第一弹簧护肩3和第二弹簧护肩5可随中间胶体4同步扩张和收缩。

此胶筒中间胶体4硫化于上胶筒座1和下胶筒座7内腔成一体，改变传统胶筒胶体硫化于刚体外表面的形式附图1，以增强胶筒两端与封隔器刚体间的连接强度与可靠性。

此胶筒两端上胶筒座1和下胶筒座7等同于传统扩张式封隔器胶筒座，在封隔器中既与胶筒连接，又起到传统胶筒座支撑胶筒的作用，使此类扩张式封隔器装配结构可以得到大幅简化，降低使用故障风险。

Claims (6)

1.一种簧式护肩高温高压扩张式封隔器胶筒，其特征在于：包括上胶筒座（1）和下胶筒座（7），所述上胶筒座（1）与下胶筒座（7）之间连接有中间胶体（4），上胶筒座（1）和下胶筒座（7）内侧端部空腔处与中间胶体（4）硫化成一体，中间胶体（4）两端肩部上设置有与中间胶体（4）连成一体的第一弹簧护肩（3）和第二弹簧护肩（5）。

2.根据权利要求1所述的一种簧式护肩高温高压扩张式封隔器胶筒，其特征在于：所述第一弹簧护肩（3）与第二弹簧护肩（5）结构相同，所述第一弹簧护肩（3）由首尾相接的第一多层复合弹簧（2）和橡胶组成。

3.根据权利要求1所述的一种簧式护肩高温高压扩张式封隔器胶筒，其特征在于：所述上胶筒座（1）通过第一O型密封圈（8）连接有上钢套（8）；下胶筒座（7）通过第二型O密封圈（12）连接有下钢套（13）。

4.根据权利要求1所述的一种簧式护肩高温高压扩张式封隔器胶筒，其特征在于：所述第一弹簧护肩（3）和第二弹簧护肩（5）与中间胶体（4）硫化成一体，第一弹簧护肩（3）和第二弹簧护肩（5）可随中间胶体（4）同步扩张和收缩。

5.根据权利要求1所述的一种簧式护肩高温高压扩张式封隔器胶筒，其特征在于：所述的上胶筒座（1）和下胶筒座（7）为钢体件。

6.根据权利要求1所述的一种簧式护肩高温高压扩张式封隔器胶筒，其特征在于：所述中间胶体（4）为橡胶构成。