CN107740681B - 一种球型胶芯及其生产模具和生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石油钻井用防喷胶芯技术领域，具体涉及一种球型胶芯及其生产模具和生产方法。常见的球型胶芯，一般都是用一种胶料做成，且整个胶芯内胶料致密度分布均匀，这种球型胶芯不适用于高强度和高工作频率的作业。本发明的技术方案是：球型胶芯，中心具有通孔，其特征在于：所述通孔内壁设置有一层密封层，密封层外设置有支撑层，支撑层表面设置有支撑筋；所述密封层和支撑层的上部的致密度大于下部的致密度。生产模具包括上模和下模，上模的形状与所述球型胶芯的下部配合，下模的形状与所述球型胶芯的上部配合。本发明适用于油气井的普通作业和带压作业。
Description
技术领域
本发明属于石油钻井用防喷胶芯技术领域，具体涉及一种球型胶芯及其生产模具和生产方法。
背景技术
现在石油、天然气的使用非常广泛，但在石油天然气钻井过程中，为了防止井涌井喷现象，利用的是防喷器，防喷器内的主要密封件就是橡胶胶芯。
常见的球型胶芯，一般都是用一种胶料做成，且整个胶芯内胶料致密度分布均匀，这种球型胶芯不适用于高强度和高工作频率的作业。
发明内容
针对上述现有球型胶芯不适用于高强度和高工作频率作业的缺点，本发明提供一种球型胶芯，其目的在于：使得球型胶芯可以用于高强度和高工作频率的作业。
本发明的另一目的是提供用于这种球型胶芯的生产模具和生产方法。
本发明采用的技术方案如下：
一种球型胶芯，包括胶芯本体，所述胶芯本体的中心具有通孔，胶芯本体包括密封层和支撑层，密封层设置于通孔内壁上，支撑层设置于密封层外，支撑层表面设置有支撑筋；所述密封层和支撑层的上部的致密度大于下部的致密度。
采用该技术方案后，防喷器在工作时，防喷器活塞推动球型胶芯上移，球型胶芯上部在防喷器顶盖的作用下逐渐闭合。整个密封的过程，球型胶芯与安装在通孔中的钻杆之间的密封面的上部相对移动距离最远，同时密封面的上部也是最先接触钻杆的。因此就要求密封面上部的胶料最好，本球型胶芯上部的胶料的致密性最大于下部的致密度，可提高球型胶芯上部的耐磨性，从而提高了球型胶芯的整体寿命。
优选的，支撑筋的制作材料为刚性材料。支撑筋为刚性可以在球型胶芯被挤压时维持球型胶芯整体的形状，从而提高密封的效果。
优选的，支撑筋的底部设置有起模螺栓孔。起模螺栓孔的作用是在加工过程中，可以安装螺钉，方便对球型胶芯进行吊起的操作。
优选的，密封层的制作材料为添加纤维的橡胶。密封层直接与钻杆接触，因而受到的摩擦最严重，添加纤维的橡胶制成的密封层可以增加耐磨性。
优选的，支撑层的制作材料为添加细质炭黑和油的橡胶。支撑层填充在支撑筋和密封面之间，在经常由于受到挤压而发生较大的形变。在支撑层的橡胶中添加细质炭黑可以增加胶料的强度提高支撑层的寿命；另一方面，添加油可以使得橡胶更加柔顺，更容易顺着力的方向延伸。
一种用于上述球型胶芯的生产模具，包括上模和下模，上模的形状与所述球型胶芯的下部配合，下模的形状与所述球型胶芯的上部配合；上模的顶部设置有密封层注胶口和支撑层注胶口，密封层注胶口和支撑层注胶口各有多个并形成一圈，每一个注胶孔对应的位置均匀的分布在胶芯的支撑层或密封层上。密封层注胶口下部设置有挡板。
在注胶的过程中，由于重力作用，胶料会在模具形成的腔体内的下部聚集得更多，密度更大，而在硫化后腔体下部形成的橡胶也是致密度最大的。采用该技术方案后，注胶生产球型胶芯时，球型胶芯在模具中采用倒置的方式，即球型胶芯的上部朝下，球型胶芯的下部朝上的方式。因而生产的球型胶芯的上部具有最高的致密度，可以满足高强度和高工作频率的作业的要求。此外，由于球型胶芯的形状具有上部较小、下部较大的特点，相对应的，模具型腔的弧度也是上模直径最大，下模逐渐变小，这样在生产过程中有利于脱模过程的操作。
优选的，挡板的形状与密封层的形状一致。挡板的作用是使得在对支撑层进行注胶时维持之后为密封层注胶的空间，支撑层注胶完成后撤去挡板即可形成与密封层形状一致的腔体，而后可以为密封层进行注胶。
优选的，下模的侧面设置有热油槽，热油槽设置有油管接口，油管结合处设置有密封圈。注入热油用的油管可通过螺纹等方式与热油槽连接。通常球型胶芯的生产利用硫化压机从上下两个方向对上模和下模进行加热，再由模具传导热量对胶料进行加热，这种方式有模具中部难以受热，因而加热不均匀的缺点。该优选方案可以通过油管向热油槽中注入热油对模具的中部进行加热，从而使得模具受热更均匀，胶料硫化后形成的橡胶的密性更均一，致密性更好。
优选的，上模和下模的结合处设置有密封圈。密封圈可以使上模与下模结合更好，防止胶料泄漏。
一种利用上述生产模具生产球型胶芯的方法，其特征在于，包含如下步骤：
[1]硫化压机升温到预定温度；
[2]将用于制作支撑层和密封层的胶料在开炼机上回胶；
[3]将支撑筋放入上模、下模和挡板之间形成的模腔I内；
[4]放上注胶筒I，用压柱I通过支撑层注胶口向模腔I内注胶，模腔I完全被胶料填充后得到支撑层；撤去注胶筒I、压柱I和挡板，上模、下模和支撑层之间形成模腔II；
[5]放上注胶筒II，用压柱II通过密封层注胶口向模腔II内注胶，模腔II完全被胶料填充后得到密封层；
[6]逐步升温硫化；
[7]硫化完成后打开上模，用吊带吊出球型胶芯。
采用该技术方案后，由于模具的上下、周环的温度一致，且注胶过程中球型胶芯在模具中倒置，生产的球型胶芯具有整体致密度好且上部致密度最大的特点，适用于高强度和高工作频率的要求。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.防喷器在工作时，防喷器活塞推动球型胶芯上移，球型胶芯上部在防喷器顶盖的作用下逐渐闭合。整个密封的过程，球型胶芯与安装在通孔中的钻杆之间的密封面的上部相对移动距离最远，同时密封面的上部也是最先接触钻杆的。因此就要求密封面上部的胶料最好，本球型胶芯上部的胶料的致密性最大于下部的致密度，可提高球型胶芯上部的耐磨性，从而提高了球型胶芯的整体寿命。
2.设置起模螺栓孔的作用是在加工过程中，可以安装螺钉，方便对球型胶芯进行吊起的操作。
3.添加纤维的橡胶制成的密封层可以增加耐磨性。
4.在支撑层的橡胶中添加细质炭黑可以增加胶料的强度提高支撑层的寿命。
5.在支撑层的橡胶中添加油可以使得橡胶更加柔顺，更容易顺着力的方向延伸。
6.注胶生产球型胶芯时，球型胶芯在模具中采用倒置的方式，即球型胶芯的上部朝下，球型胶芯的下部朝上的方式。因而生产的球型胶芯的上部具有最高的致密度，可以满足高强度和高工作频率的要求。
7.由于球型胶芯的形状具有上部较小、下部较大的特点，相对应的，模具型腔的弧度也是上模直径最大，下模逐渐变小，这样在生产过程中有利于脱模过程的操作。
8.通常球型胶芯的生产利用硫化压机从上下两个方向对上模和下模进行加热，再由模具传导热量对胶料进行加热，这种方式有模具中部难以受热，因而加热不均匀的缺点。该优选方案可以通过油管向热油槽中注入热油对模具的中部进行加热，从而使得模具受热更均匀，胶料硫化后形成的橡胶的密性更均一，致密性更好。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明中的球型胶芯的结构示意图；
图2是本发明中的生产模具的结构示意图；
图3是本发明中的生产模具的俯视图；
图4是本发明中压注过渡层过程中的结构示意图；
图5是本发明中压注密封层过程中的结构示意图；
图6是本发明中球型胶芯与生产模具合模状态的结构示意图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
下面结合图1至图6对本发明作详细说明。
一种球型胶芯，包括胶芯本体，胶芯本体的中心具有通孔，胶芯本体包括密封层3和支撑层2。密封层3设置于通孔内壁上，密封层3的制作材料为添加纤维的橡胶，纤维是5毫米芳纶纤维。支撑层2设置于密封层3外，支撑层2的制作材料为添加细质炭黑和油的橡胶，所述细质炭黑为耐磨N220，所述油是二丁脂或者二辛脂。支撑层2表面设置有支撑筋1，支撑筋1的制作材料为刚性材料，支撑筋1的底部设置有起模螺栓孔4。所述密封层3和支撑层2的上部的致密度大于下部的致密度。
在防喷器中，钻杆穿过通孔与球型胶芯进行安装，当井内有压力时，防喷器活塞推动胶芯上移，球型胶芯在防喷器顶盖的作用下逐渐闭合形成密封。
为了生产上述球型胶芯，可采用下述实施例中的生产模具和生产方法。
实施例1
一种用于生产球型胶芯的模具，包括上模5和下模10，上模5的形状与所述球型胶芯的下部配合，上模5和下模10的结合处设置有密封圈。下模10的形状与所述球型胶芯的上部配合；上模5的顶部设置有密封层注胶口7和支撑层注胶口6，密封层注胶口7下部设置有挡板8。挡板8的形状与密封层3的形状一致。
生产过程包含如下步骤：
[1]硫化压机升温到85℃，稳定30分钟，用温枪测量模具的不同位置，检测结果为±2℃时，即可对模具进行注胶。
[2]分别称量25kg用于压注支撑层2的胶料和10kg用于压注密封层3的胶料在开炼机上回胶3分钟，使胶料回软，以便于压注。
[3]将支撑筋1均匀地放入上模5、下模10和挡板8之间形成的模腔I2′内；
[4]放上注胶筒I11，用压柱I12通过支撑层注胶口6向模腔I2′内注胶，给压柱I12施加500T压力，使胶料缓缓地压入到模腔I2′内，压入10分钟，压力表稳定时，说明模腔I2′胶料足满了，模腔I2′完全被胶料填充后得到支撑层2；撤去注胶筒I11、压柱I12和挡板8，上模5、下模10和支撑层2之间形成模腔II3′。
[5]放上注胶筒II13，用压柱II14通过密封层注胶口7向模腔II3′内注胶，给压柱II14施加500T压力，使胶料缓缓地压入到模腔II3′内，压入10分钟，压力表同时稳定时，说明模腔II3′胶料足满了，模腔II3′完全被胶料填充后得到密封层3。
[6]逐步升温硫化，将硫化压机温度提高至120℃，硫化2小时，再提高至135℃，硫化2小时，再提高至155℃，硫化3小时。
[7]硫化完成后打开上模5，在产品的起模螺栓孔4上安装上螺栓，用吊带和行车(或其它提升设备)吊出产品。
实施例2
一种用于生产球型胶芯的模具，在实施例1的基础上，下模10的侧面设置有热油槽9，热油槽9设置有油管接口，油管结合处设置有密封圈。
生产过程在实施例1的基础上：在步骤[6]中通过油管向热油槽9中加入热油从而对模具中部进行加热，加热过程的温度控制与硫化压机同步，即：提高至120℃，硫化2小时，再提高至135℃，硫化2小时，再提高至155℃，硫化3小时。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。
Claims (1)
1.一种生产球型胶芯的方法，其特征在于，所述生产球型胶芯的方法由球型胶芯的生产模具实现；
所述球形胶芯包括胶芯本体，所述胶芯本体的中心具有通孔，所述胶芯本体包括密封层(3)和支撑层(2)，密封层(3)设置于通孔内壁上，支撑层(2)设置于密封层(3)外，支撑层(2)表面设置有支撑筋(1)；所述密封层(3)和支撑层(2)的上部的致密度大于下部的致密度；所述支撑筋(1)的制作材料为刚性材料；所述支撑筋(1)的底部设置有起模螺栓孔(4)；所述密封层(3)的制作材料为添加纤维的橡胶；所述支撑层(2)的制作材料为添加细质炭黑和油的橡胶；
所述生产模具包括上模(5)和下模(10)，上模(5)的形状与所述球型胶芯的下部配合，下模(10)的形状与所述球型胶芯的上部配合；上模(5)的顶部设置有密封层注胶口(7)和支撑层注胶口(6)，密封层注胶口(7)下部设置有挡板(8)；所述挡板(8)的形状与密封层(3)的形状一致；所述下模(10)的侧面设置有热油槽(9)，热油槽(9)设置有油管接口，油管结合处设置有密封圈；上模(5)和下模(10)的结合处设置有密封圈；
所述生产球型胶芯的方法包含如下步骤：
[1]硫化压机升温到预定温度；
[2]将用于制作支撑层(2)和密封层(3)的胶料在开炼机上回胶；
[3]将支撑筋(1)放入上模(5)、下模(10)和挡板(8)之间形成的模腔I(2′)内；
[4]放上注胶筒I(11)，用压柱I(12)通过支撑层注胶口(6)向模腔I(2′)内注胶，模腔I(2′)完全被胶料填充后得到支撑层(2)；撤去注胶筒I(11)、压柱I(12)和挡板(8)，上模(5)、下模(10)和支撑层(2)之间形成模腔II(3′)；
[5]放上注胶筒I I(13)，用压柱I I(14)通过密封层注胶口(7)向模腔I I(3′)内注胶，模腔II(3′)完全被胶料填充后得到密封层(3)；
[6]逐步升温硫化；
[7]硫化完成后打开上模(5)，取出球型胶芯。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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