CN107060685A - 高强度压缩式封隔器胶筒 - Google Patents

Abstract

本发明公开了高强度压缩式封隔器胶筒，包括设置在中心管和套管之间的筒体，所述筒体包括相互贴合的外封段、内封段，所述内封段与中心管连接，所述外封段与套管连接，在外封段与套管接触的端面上开有若干个吸气孔，所述吸气孔绕外封段的中心线成环形设置，还包括强化管套，所述强化管套套在筒体外侧且与筒体外壁过盈配合，在每个强化管套上还设置有金属管头，所述金属管头与中心管接触。本发明实现了一种具有较强抗破坏性、可提高密封效果的封隔器胶筒的目的。

Description

高强度压缩式封隔器胶筒

技术领域

本发明涉及一种封隔器，具体涉及高强度压缩式封隔器胶筒。

背景技术

封隔器是指具有弹性密封元件，并借此封隔各种尺寸管柱与井眼之间以及管柱之间环形空间，并隔绝产层，以控制产(注)液，保护套管的井下工具。一般是在采油工程中封隔器用来分层，封隔器上设计有采油通道，坐封时，活塞套上行，采油通道被打开；坐封后，上层压力作用在平衡活塞上，向上推胶筒，使解封销钉免受剪切力；解封时，靠胶筒与套管的摩擦力剪断解封销钉，活塞套下行，关闭采油通道。封隔器减少了油井封隔器堵水施工工序，能方便地实现不压井不放喷作业，并且能双向承受高压，使用寿命长。油田常用的皮碗封隔器为自封式。其皮碗外径大于套管内径，靠皮碗与套管的过盈配合来实现封隔器的密封，下井时阻力大，皮碗易磨损和刮坏，从而失去密封性。而封隔器的胶筒一般弹性复合材料制备而成，可分为强制型、自封型和复合型等，强制型中的压缩式封隔器胶筒是使用的最为广泛的一种；作为封隔器的关键的弹性体密封件，其位于油管和管套之间，座封时承受轴向载荷产生径向的形变，胶筒外壁与套管壁产生接触压力，封隔环空，可实现分层注水、酸化、压裂等工艺，其质量的好坏直接影响到井上工具性能的高低。

目前，市面上被广泛使用的封隔器胶筒，根据其使用环境及特点还存在着一定的缺陷，普遍存在耐差压性低、抗张强度差、极易产生形变等问题，导致密封效果非常短暂，其使用寿命得不到保障。

发明内容

本发明的目的在于提供高强度压缩式封隔器胶筒，实现一种具有较强抗破坏性、可提高密封效果的封隔器胶筒的目的。

本发明通过下述技术方案实现：

高强度压缩式封隔器胶筒，包括设置在中心管和套管之间的筒体，所述筒体包括相互贴合的外封段、内封段，所述内封段与中心管连接，所述外封段与套管连接，在外封段与套管接触的端面上开有若干个吸气孔，所述吸气孔绕外封段的中心线成环形设置，还包括强化管套，所述强化管套套在筒体外侧且与筒体外壁过盈配合，在每个强化管套上还设置有金属管头，所述金属管头与中心管接触。进一步的，本发明将传统的套管进行改进，将筒体设计为两层结构，将与套管接触的筒体端称为外封段、与中心管接触的筒体端称为内封段，在外封段与套管接触的端面上开吸气孔，当筒体承受轴向荷载时，因为筒体是由橡胶制成，吸气孔受压产生径向形变，使得胶筒外壁与套管壁产生接触压力，封隔环空，避免液体的渗透；同时，吸气孔内部空腔受到挤压产生负压而增强了吸附套管的吸附力，提高了筒体与套管之间的密封性。在筒体外设置一个强化管套，增强了筒体的刚性，对筒体起进一步保护作用，延长胶筒的使用寿命；强化管套与中心管接触的一端为一个金属管头，可有效阻止和限制封隔器坐封时胶筒朝套管环形空间“突出”或“流动”，避免整个胶筒与中心线管之间也移位，加强了其抗破坏性能力。

优选的，所述内封段在轴向上与筒体厚度的比值为0.55～0.67。进一步的，封隔器胶筒的长度对于胶筒的密封也有重要影响，当胶筒长度(即厚度)降低时，其峰值接触压力上升，开始比较平缓然后逐渐增加，一直达到最优点，接着胶筒长度继续降低时，峰值接触压力急剧下降。这说明胶筒长度应该取一个较小值。另外随着胶筒长度的降低其剪切强度也受到限制，而与中心管接触的内封段为整个筒体的支撑机构，最影响其剪切强度。经发明人研究发现，将内封段在轴向上与筒体厚度的比值设定在0.55～0.67之间，可获得剪切强度与峰值接触压力之间的平衡。

优选的，所述筒体采用氢化丁晴橡胶制成。进一步的，氢化丁晴橡胶的耐油和耐热性能好，强伸性能、耐磨性和耐磨性能高，可适用于温度在150℃以上的井下环境中作业。采用氢化丁晴橡胶制成胶筒筒体，扩大了胶筒的适用范围，提高了其环境耐受度。

所述强化管套采用丁晴橡胶制成。进一步的，丁晴橡胶具有较高的耐温性、良好的耐油性、较高的抗张强度和弹性，将其制成强化管套，可抵挡大部分油的冲击，起到保护胶筒的目的；相比胶筒，强化管套的加工难度更低，丁晴橡胶易于成型且价格低廉，使得强化管套替换非常方便。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明高强度压缩式封隔器胶筒，在外封段与套管接触的端面上开有若干个吸气孔，所述吸气孔绕外封段的中心线成环形设置，当筒体承受轴向荷载时，因为筒体是由橡胶制成，吸气孔受压产生径向形变，使得胶筒外壁与套管壁产生接触压力，封隔环空，避免液体的渗透；同时，吸气孔内部空腔受到挤压产生负压而增强了吸附套管的吸附力，提高了筒体与套管之间的密封性；

2、本发明高强度压缩式封隔器胶筒，还包括强化管套，所述强化管套套在筒体外侧且与筒体外壁过盈配合，在每个强化管套上还设置有金属管头，所述金属管头与中心管接触，增强了筒体的刚性，加强了其抗破坏性能力，对筒体起进一步保护作用，延长胶筒的使用寿命。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-中心管，2-套管，3-外封段，4-内封段，5-吸气孔，6-强化管套，7-金属管头。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1所示，本发明高强度压缩式封隔器胶筒，包括设置在中心管1和套管2之间的筒体，所述筒体包括相互贴合的外封段3、内封段4，所述内封段4与中心管1连接，所述外封段3与套管2连接，在外封段3与套管2接触的端面上开有若干个吸气孔5，所述吸气孔5绕外封段3的中心线成环形设置，还包括强化管套6，所述强化管套6套在筒体外侧且与筒体外壁过盈配合，在每个强化管套6上还设置有金属管头7，所述金属管头7与中心管1接触。所述筒体采用氢化丁晴橡胶制成。所述强化管套6采用丁晴橡胶制成。另外，外封段3具有一定的锥度，能有效地改善胶筒的抗破坏性，提高其耐差压性能；并且外封段3与强化管套6之间形成一定的夹角，这样当筒体承受轴向荷载时，强化管套6不会影响外封段3相对套管2之间的环空密封效果。通过以上结构实现了一种具有较强抗破坏性、可提高密封效果的封隔器胶筒的目的。

实施例2

如图1所示，本发明高强度压缩式封隔器胶筒，在实施例1的基础上，所述内封段4在轴向上与筒体厚度的比值为0.55～0.67。

内封段4在轴向上与筒体厚度的比值与剪切强度、峰值接触压力之间的关系见下表：

通过上表可知，当内封段在轴向上与筒体厚度的比值设定在0.55～0.67之间时，剪切强度与峰值接触压力的比值在1.1左右浮动，可获得剪切强度与峰值接触压力之间的平衡。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.高强度压缩式封隔器胶筒，包括设置在中心管(1)和套管(2)之间的筒体，其特征在于，所述筒体包括相互贴合的外封段(3)、内封段(4)，所述内封段(4)与中心管(1)连接，所述外封段(3)与套管(2)连接，在外封段(3)与套管(2)接触的端面上开有若干个吸气孔(5)，所述吸气孔(5)绕外封段(3)的中心线成环形设置，还包括强化管套(6)，所述强化管套(6)套在筒体外侧且与筒体外壁过盈配合，在每个强化管套(6)上还设置有金属管头(7)，所述金属管头(7)与中心管(1)接触。

2.根据权利要求1所述的高强度压缩式封隔器胶筒，其特征在于，所述内封段(4)在轴向上与筒体厚度的比值为0.55～0.67。

3.根据权利要求1所述的高强度压缩式封隔器胶筒，其特征在于，所述筒体采用氢化丁晴橡胶制成。

4.根据权利要求1所述的高强度压缩式封隔器胶筒，其特征在于，所述强化管套(6)采用丁晴橡胶制成。