CN105401913A - 封隔器胶筒防突结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种封隔器胶筒的防突结构，包括螺旋拉伸弹簧(1)与填充环(2)，所述填充环(2)由多个填充小块依次填满在螺旋拉伸弹簧(1)内孔空间构成，所述填充小块呈内弯曲的圆弧棒小块；然后将所述螺旋拉伸弹簧(1)首尾端进行焊接，形成一个完整的圆环，就可以整体加工到压缩式胶筒肩部的一种封隔器胶筒防突结构。本发明能满足压缩式封隔器胶筒在较高温下承受高压的需求，在胶筒的胶料性能相同的情况下，能大幅度的提高胶筒的承压能力，结构简单，安全可靠，成本低廉。经测试，在204℃温度下，承压能力从原来最高25MPa增加到80MPa，提高工作寿命从4～5小时提高至3年左右。
Description
技术领域
本发明属于石油钻采技术领域，涉及地层测试中的封隔器，具体涉及一种封隔器胶筒防突结构。
背景技术
地层测试中，测试设备通过钻杆或者油管来连接下放到井中，在测试过程中，通过地面的操作，这些设备可以来开井或者关井，并通过开关井测得地层的各个时期的各种压力、温度数据，同时还能取出流体样品，通过对样品的分析可以得到流体类型、性质和油气比等数据，而根据压力、流速和液体黏度等数据可以估计地层渗透率和其他特性，为后期的地层开采提供必要的信息。地层测试工具包括圆心轴伸缩接头，循环阀，震击器，测试阀，安全接头，封隔器、压力计托筒，射孔枪等部件。要完成测试，首先须将地下的生产层隔开，而完成这个功能的工具就是封隔器。
封隔器具有弹性密封元件，并借此封隔各种尺寸管柱与井眼之间以及管柱与管柱之间的环形空间，隔绝产层，以控制产出液体或注入液体，保护套管。
封隔器上用来封隔管柱与井眼之间的环形空间、隔绝产层的弹性密封元件就是胶筒。胶筒作为封隔器的核心部件，其质量好坏直接影响封隔器的使用效果和寿命。随着油井深度的增加，胶筒的耐温耐压性能要求也随之提高。而目前市场上的胶筒在使用过程中经常会出现还没有到要求的密封压力，其肩部就被撕裂的情况，最终失封而导致测试失败。
现在的一些胶筒设计时在肩部增加一些结构，比如钢丝网或者是容易被压缩变形的铜环结构。这些钢丝网或者铜环结构在被压缩以后发生永久变形，完全填充套管和工具之间的环形空间，但是在坐封压力撤销后不能反弹，这样在起钻时很容易会出现卡钻的危险，或者要在起钻过程中破坏胶筒才能起钻，在胶筒破坏后，起钻还会有风险，这也限制了这种结构胶筒的使用范围。
还有一种胶筒的结构，在肩部增加一个环形的螺旋拉伸弹簧，弹簧的里面再套一个环形的螺旋拉伸弹簧，但这种结构在胶筒肩部受到大的挤压时，因为弹簧内部很大的间隙，往往会把弹簧挤扁或者从某个部位断开，造成胶筒承压能力不够，导致测试失败，有时挤断的弹簧甚至会被卡到套管和顶鞋的环形空间去，造成安全事故。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以承受较强压力的胶筒肩部防突结构，可随着施加坐封力而密封套管与工具间的环形空间，随着压力点撤销而自动回弹，从而不但起到保护作用，还能在起井前恢复，以保证施工过程安全可靠。
为实现上述功能，设计封隔器胶筒防突新结构的具体技术方案为：
封隔器胶筒防突结构，包括装配于封隔器胶筒肩部的螺旋拉伸弹簧(1)，其特征在于：还包括填充在所述螺旋拉伸弹簧(1)内孔空间的填充环(2)；
所述填充环(2)由多个填充小块依次填满在螺旋拉伸弹簧(1)内孔空间构成。
进一步的，所述填充小块呈内弯曲的圆弧棒小块，其直径与所述螺旋拉伸弹簧(1)内直径一致，即为2×R1；其外弧半径为其直径与所述填充环(2)内弧半径(R2)之和。
进一步的，所述填充环(2)由25～70个所述填充小块填充而成。
进一步的，所述填充小块直径为3～25mm，内弧半径(R2)为40～380mm。
进一步的，所述填充小块材料为用耐压的金属或非金属圆棒料制成。
进一步的，所述填充小块的材料为Q235或聚酰亚胺。
进一步的，所述螺旋拉伸弹簧(1)是在由所述填充环(2)填装满后，首尾端进行焊接，形成一个完整的圆环。
进一步的，在封隔器胶筒成型前，将该防突结构放置在模具中与胶筒整体硫化成型。
本发明的有益技术效果，与现有技术相比，具有以下优点：
1、结构简单，性能可靠，能防止胶筒从肩部撕裂。具有本防突结构的封隔胶筒试验在400次实验中，无一例出现胶筒肩部弹簧变形或者断裂的情况，且试验后胶筒完好，实现了封隔胶筒的重复利用。因此，胶筒性能及可靠性成倍提高。
2、胶筒的承压能力和使用寿命成倍提高。本结构的胶筒在204℃温度下，承压能力从原来最高25MPa增加到80MPa，工作寿命从4～5小时提高至3年左右。
3、改造加工方便，与原来的胶筒加工模具区别很小，只需稍微改进就可生产，缩短产品升级周期，增加经济效益。
4、大幅降低成本。本发明结构的单件封隔胶筒成本只增加100元左右，若大批量生产将降低70％左右，使用性能却成倍提高，因此具有显著的经济效益。
附图说明
图1，为本发明加工前的螺旋拉伸弹簧示意图。
图2，为本发明的填充小块正视图。
图3，为本发明的填充小块截面示意图。
图4，为本发明的示意图。
图5，为本发明在胶筒上安装的示意图。
图中，1-螺旋拉伸弹簧、2--填充环、R1--弹簧内半经、R2--填充环内半径、R3--填充环外半径。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明的实施例。
如图1所示，为本发明加工前的螺旋拉伸弹簧示意图。将螺旋拉伸弹簧截取一定的长度，把簧丝的两头进行修搓，正好可以首尾连接成一个完整的圆环。该螺旋拉伸弹簧的内部半径为R1，直径则为2×R1。
如图2～图3所示，为本发明的填充小块正视图和截面示意图。填充小块呈内弯曲的圆弧棒小块，其直径与弹簧1内直径一致或匹配。其外弧半径为其直径与填充环2内弧半径R2之和，并与填充环2外弧半径R3一致，即R3＝2×R1+R2。
如图4所示，为本发明的总成示意图。包括弹簧1、填充环2，将与弹簧1尺寸相匹配的填充小块，以合适的数量依次逐一装满在弹簧1中，在工装固定下，将弹簧1的首尾端拉到一起并进行焊接。
如图5所示，为本发明在胶筒上安装的示意图。在封隔器胶筒胶筒成型前，将该结构放置在模具中与胶筒整体硫化成型。
具体而言，根据胶筒的型号需要，将一段合适长度的，直径为R1为3～25mm的金属圆棒弯成一个完整的内半径R2为40～380mm的圆，然后再精密加工分成25～70圆弧小段或圆弧小块。
该圆弧小块按照首尾相接顺序排列后又会形成一个完整的内半径为R2的圆环，即构成填充环2。该金属圆棒材料也可以由具有足够强度的耐压的非金属材料代替。金属材料优选Q235，若非金属材料则优选聚酰亚胺。
填充环2装在螺旋拉伸弹簧1中，填充满弹簧1的整个内孔空间，然后弹簧1在装完25～70个填充小块后将其首尾端进行焊接，形成一个完整的弹簧总成(如图4所示)，即固定于压缩式胶筒肩部的一种封隔器胶筒防突结构。
而在实际使用时，胶筒按照如图5所示方法安装，胶筒被压缩时，就会向外膨胀，弹簧就会被撑开并紧贴到套管内壁上，由于填充环2的支撑作用，弹簧1中的填充环2会保护胶筒肩部不会被挤到顶鞋和套管的间隙中去，弹簧1也不会被压扁，从而确保胶筒的肩部不会损坏，进而提高胶筒的承压能力。
在坐封压力撤销以后，胶筒开始回弹，弹簧也会跟着回弹，尺寸就会恢复到起井所要求的安全的范围内，可以保证测试工具安全顺利起井。
采取本发明的单件封隔胶筒成本只增加100元左右，在批量生产则会降到70％左右，使用性能则成倍提升。经测试，在204℃温度下，承压能力从原来最高25MPa增加到80MPa，提高工作寿命从4～5小时提高至3年左右。400次实验中，无一例出现胶筒肩部弹簧变形或者断裂的事故。
Claims (8)
1.封隔器胶筒防突结构，包括装配于封隔器胶筒肩部的螺旋拉伸弹簧(1)，其特征在于：还包括填充在所述螺旋拉伸弹簧(1)内孔空间的填充环(2)；所述填充环(2)由多个填充小块依次填满在螺旋拉伸弹簧(1)内孔空间构成。
2.如权利要求1所述的封隔器胶筒防突结构，其特征在于：所述填充小块呈内弯曲的圆弧棒小块，其直径与所述螺旋拉伸弹簧(1)内直径一致；其外弧半径为其直径与所述填充环(2)内弧半径(R2)之和。
3.如权利要求1或2所述的封隔器胶筒防突结构，其特征在于：所述填充环(2)由25～70个所述填充小块填充构成。
4.如权利要求3所述的封隔器胶筒防突结构，其特征在于：所述填充小块直径为3～25mm，内弧半径(R2)为40～380mm。
5.如权利要求2或4所述的封隔器胶筒防突结构，其特征在于：所述填充小块材料为耐压的金属或非金属圆棒料制成。
6.如权利要求6所述的封隔器胶筒防突结构，其特征在于：所述填充小块的材料为Q235或聚酰亚胺。
7.如权利要求1所述的封隔器胶筒防突结构，其特征在于：所述螺旋拉伸弹簧(1)是在由所述填充环(2)填装满后，首尾端进行焊接，形成一个完整的圆环。
8.如权利要求7所述的封隔器胶筒防突结构，其特征在于：在封隔器胶筒成型前，将该防突结构放置在模具中与胶筒整体硫化成型。
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