CN114508319A - 一种组合型密封胶筒和应用其的封隔器装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种组合型密封胶筒，其包括：包括中部胶筒、两个第一支撑环以及两个边部胶筒，中部胶筒的两侧分别且依次抵接一个第一支撑环和一个边部胶筒；组合型密封胶筒还包括胶筒护肩，胶筒护肩包覆设置在两个边部胶筒中的至少一个边部胶筒上，同时，胶筒护肩位于边部胶筒的远离第一支撑环的一侧。其中，对称设置的两个第一支撑环相对于中部胶筒的压缩方向平行；胶筒护肩的包覆方向与第一支撑环的护肩的包覆方向相对设置，胶筒护肩上沿周向形成有结构薄弱区。本发明的组合型密封胶筒能够有效地提高密封性能，降低应用其的封隔器密封失效的风险。

Description

一种组合型密封胶筒和应用其的封隔器装置

技术领域

本发明属于油田开采设备配件技术领域，具体涉及一种组合型密封胶筒和应用其的封隔器装置。

背景技术

在油气井井下作业设备中，压缩式管外封隔器是深井分段压裂管串中最重要的组件之一，它的工作性能的优劣直接影响分段压裂施工的成败。封隔器的核心元件是具有密封能力的胶筒组，胶筒组与井壁间的接触压力和接触压力的分布情况又决定封隔器密封性能好坏。在现有技术中，封隔器的最小坐封载荷对封隔器来讲是一项关键参数，为了实现更高的密封压差，行业内通常需要提高坐封载荷来提高封隔器的密封能力，尤其在承高压封隔器方面，通常为了防止橡胶密封材料的肩部挤出结构上会在胶筒两端设计有护肩结构，而由于护肩结构的加入，护肩材料本身的刚度与强度的影响，一定程度上降低了有效的坐封载荷，从而提高了封隔器密封失效的风险。

发明内容

为了解决上述全部或部分问题，本发明目的在于提供一种组合型密封胶筒，以提高密封性能，降低应用其的封隔器密封失效的风险。

第一方面，本申请提供了一种组合型密封胶筒，包括中部胶筒、两个第一支撑环以及两个边部胶筒，中部胶筒的两侧分别且依次抵接一个第一支撑环和一个边部胶筒；组合型密封胶筒还包括胶筒护肩，胶筒护肩包覆设置在两个边部胶筒中的至少一个边部胶筒上，同时，胶筒护肩位于边部胶筒的远离第一支撑环的一侧。其中，对称设置的两个第一支撑环相对于中部胶筒的压缩方向平行；胶筒护肩的包覆方向与第一支撑环的护肩的包覆方向相对设置，胶筒护肩上沿周向形成有结构薄弱区。

在一些实施例中，结构薄弱区构造为若干条割缝或沟槽的结构，割缝或沟槽沿胶筒护肩的周向形成在胶筒护肩的外周壁上。其中，割缝或沟槽构造为连续的或非连续的；和/或，割缝构造为部分贯穿或全部贯穿。

在一些实施例中，胶筒护肩的内侧面与边部胶筒的外侧面构造成倾斜的贴合面，倾斜的贴合面的倾斜角度范围为20°-80°。

在一些实施例中，割缝或沟槽所在的平面与胶筒护肩的轴线的夹角范围为5°-85°。

在一些实施例中，胶筒护肩的壁厚为1mm-5mm。

在一些实施例中，第一支撑环包括：第一环形部，第一环形部包括：第一外侧环形面；和沿轴线方向相对连接在第一外侧环形面的两侧的第一接触面和第二接触面；和第二环形部，与第一环形部同轴相连于第二接触面上，第二环形部包括：第二外侧环形面；和连接在第二外侧环形面的远离第二接触面的一侧的第三接触面。其中，护肩形成在第一接触面的边缘上，边部胶筒与第一接触面相抵接；中部胶筒与第二接触面、第二外侧环形面以及第三接触面相抵接。

在一些实施例中，还包括第二支撑环，第二支撑环对称设置在边部胶筒的远离第一支撑环的一侧。其中，第二支撑环与第一支撑环的相对于边部胶筒的包覆方向相对。

在一些实施例中，第二支撑环包括：第三外侧环形面；和沿轴线方向相对连接在第三外侧环形面的两侧的第四接触面和第五接触面。其中，第四接触面与边部胶筒相抵接，第五接触面用于设置胶筒护肩。

在一些实施例中，胶筒护肩的材料为弹性金属和/或非金属材料。和/或，第一支撑环的材料为不锈钢或合金钢材料。和/或，第二支撑环的材料为橡胶、塑料、热塑性材料、增强塑料中的一种。

第二方面，本申请提供了一种封隔器装置，包括上述组合型密封胶筒。

由上述技术方案可知，本发明的组合型密封胶筒通过设置胶筒护肩，并在胶筒护肩上形成有结构薄弱区。这样，在相对更小的轴向坐封载荷的作用下，结构薄弱区即可发生形变，以使组合型密封胶筒发生坐封动作，从而使得组合型密封胶筒实现带护肩的组合型密封胶筒的坐封，进而有效地提高组合型密封胶筒的承压性能，并能够承受更高的密封压差。

附图说明

图1为本发明实施例的组合型密封胶筒的一些实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例的组合型密封胶筒的另一些实施例的结构示意图；

图3为本发明实施例的胶筒护肩的一些实施例的结构示意图；

图4为图3所示的胶筒护肩的局部剖视结构示意图；

图5为图3所示的胶筒护肩的另一视角的剖视结构示意图；

图6为本发明实施例的第一支撑环的一些实施例的结构示意图；

图7为本发明实施例的第二支撑环的一些实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了更好的了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的一种组合型密封胶筒做进一步详细的描述。

图1为本发明实施例的组合型密封胶筒的一些实施例的结构示意图；图2为本发明实施例的组合型密封胶筒的另一些实施例的结构示意图。如图1和图2所示，该组合型密封胶筒100，包括中部胶筒1、两个第一支撑环2以及两个边部胶筒3，中部胶筒1的两侧分别且依次抵接一个第一支撑环2和一个边部胶筒3；组合型密封胶筒100还包括胶筒护肩4，胶筒护肩4包覆设置在两个边部胶筒3中的至少一个边部胶筒3上，同时，位于边部胶筒3的远离第一支撑环2的一侧。其中，对称设置的两个第一支撑环2相对于中部胶筒1的压缩方向平行；胶筒护肩4的包覆方向与第一支撑环2的护肩的包覆方向相对设置，胶筒护肩4上沿周向形成有结构薄弱区41(结合图3所示)。

本发明实施例的组合型密封胶筒100在使用时，将使用其的封隔器连接油管并下入油气井套管内的预定位置。向油管内注液打压，液体经封隔器中心管上的座封通道进入，并对本发明实施例的组合型密封胶筒100施压，以使得组合型密封胶筒100在压力的作用下变形扩张、直径增大，从而使组合型密封胶筒100的外壁紧密贴在套管的内壁上，套管的内壁和封隔器的外壁之间的环形空间被组合型密封胶筒100隔开，此即为封隔器座封后所要达到的密封目的。

如图1或图2所示，本实施例的组合型密封胶筒100从左向右依次为胶筒护肩4、边部胶筒3、第一支撑环2、中部胶筒1、第一支撑环2、边部胶筒3、胶筒护肩4。其中，胶筒护肩4可包覆设置在两个边部胶筒3中的至少一个上，图1或图2中示出的为两个边部胶筒3上均设置有胶筒护肩4。本实施例中，胶筒护肩4的外表面接触套管内壁，胶筒护肩4的内表面接触边部胶筒3。胶筒护肩4在封隔器的坐封载荷的作用下，结构薄弱区41首先发生形变。形变过程中，套管内壁的限位能够对胶筒护肩4起到支撑作用，从而能够防止胶筒护肩4继续发生不可控制的大变形。与此同时，胶筒护肩4的内侧面对边部胶筒3的肩部起到支撑作用，同时，胶筒护肩4的包覆方向与第一支撑环2的护肩的包覆方向相对设置，这样，在边部胶筒3受压发生形变的过程中，两侧的包覆能够有效地防止或者明显减缓边部胶筒3从间隙中挤出，从而能够有效地提高组合型密封胶筒100的整体的承压性能。

通过上述设置，本发明实施例的组合型密封胶筒100通过设置胶筒护肩4，并在胶筒护肩4上形成有结构薄弱区41。这样，在相对更小的轴向坐封载荷的作用下，结构薄弱区41即可发生形变，以使组合型密封胶筒100发生坐封动作。即，带有结构薄弱区41的胶筒护肩4的外壁增大至与套管的内壁接触并对边部胶筒3形成支撑，组合型密封胶筒100的外壁增大至套管的内壁尺寸以构成密封，从而使得组合型密封胶筒100实现带护肩的组合型密封胶筒100的坐封，进而有效地提高组合型密封胶筒100的承压性能，并能够承受更高的密封压差。

请参照图3至图5所示，在一些实施例中，结构薄弱区41可构造为若干条割缝或沟槽的结构，割缝或沟槽沿胶筒护肩4的周向形成在胶筒护肩4的外周壁上。其中，割缝或沟槽可构造为连续的或非连续的；和/或，割缝可构造为部分贯穿或全部贯穿。

本申请中所提到的割缝或沟槽的形状可为形成在胶筒护肩4的外周壁上的圆锥曲线型、螺旋曲线型或抛物曲线型等多种形状。本申请中所提到的割缝或沟槽可为沿胶筒护肩4的轴向间隔形成在胶筒护肩4的外周壁上的1-10条，相邻的割缝或沟槽的间距范围可为3-20mm。

通过上述设置，形成的割缝或者沟槽的结构构造成结构薄弱区41。这样，通过对割缝或者沟槽的设计能够较为精确的降低胶筒护肩4的结构刚度，使得整个组合型密封胶筒100在挤压变形过程中，胶筒护肩4更容易发生较大变形以包裹支撑变形后的边部胶筒3，从而使得组合型密封胶筒100不易破坏并提高其承压性能；同时，还能够使胶筒护肩4在发生较大变形过程中不失去控制，从而能够不失去对组合型密封胶筒100的有效支撑作用。

请参照图1，在一些实施例中，胶筒护肩4的内侧面与边部胶筒3的外侧面构造成倾斜的贴合面，倾斜的贴合面的倾斜角度α的范围可为20°-80°。

结合图1所示，本申请中所提到的倾斜角度是指贴合面的倾斜方向为自胶筒护肩4的轴心朝向边部胶筒3的方向倾斜。这样，结合现有技术可知，第一支撑环2的护肩则是自其轴心朝向边部胶筒3的方向倾斜。通过该设置，该实施例中形成的倾斜的贴合面能够与第一支撑环2的护肩相对应的设置。当胶筒护肩4和第一支撑环2同时对边部胶筒3进行包覆时，包覆的方向能够形成相对，从而能够进一步地改善边部胶筒3在坐封和工作时的应力分布。

请参照图5，在一些实施例中，割缝或沟槽所在的平面与胶筒护肩4的轴线的夹角β的范围可为5°-85°。在一些实施例中，胶筒护肩4的壁厚可为1mm-5mm。

请参照图6，在一些实施例中，第一支撑环2可包括：第一环形部21，第一环形部21可包括：第一外侧环形面211；和沿轴线方向相对连接在第一外侧环形面211的两侧的第一接触面212和第二接触面213。和第二环形部22，与第一环形部21同轴相连于第二接触面213上，第二环形部22包括：第二外侧环形面221；和连接在第二外侧环形面221的远离第二接触面213的一侧的第三接触面222。其中，护肩形成在第一接触面212的边缘上，边部胶筒3与第一接触面212相抵接；中部胶筒1与第二接触面213、第二外侧环形面221以及第三接触面222相抵接。

本申请中，中部胶筒1与第二接触面213、第二外侧环形面221以及第三接触面222相抵接，使得中部胶筒1与第一支撑环2的接触面构造为了“L”型接触面。这样，在坐封过程中，第一支撑环2对边部胶筒3产生的额外的径向作用力通过逐级的传递能够直接作用于胶筒护肩4上，从而有利于胶筒护肩4的径向变形的发生。

需要说明的是，胶筒护肩4上的相邻的割缝或沟槽的间距、截面厚度、割缝或沟槽的数量、割缝或沟槽的圈数以及第一支撑环2的“L”型接触面的尺寸等，均影响于胶筒护肩4在坐封过程中接触套管时所需要的坐封力，是组合型密封胶筒100的性能的主要关联参数，因此可根据具体的需求进行设计和限定。

请参照图2，在一些实施例中，组合型密封胶筒100还可包括第二支撑环5，第二支撑环5对称设置在边部胶筒3的远离第一支撑环2的一侧。其中，第二支撑环5与第一支撑环2的相对于边部胶筒3的包覆方向相对。请参照图7，在一些实施例中，第二支撑环5可包括：第三外侧环形面51；和沿轴线方向相对连接在第三外侧环形面51的两侧的第四接触面52和第五接触面53；其中，第四接触面52与边部胶筒3相抵接，第五接触面53用于设置胶筒护肩4。

在该实施例中，组合型密封胶筒100在前述实施例的基础上增加了第二支撑环5，第二支撑环5设置在边部胶筒3的远离第一支撑环2的一侧，即位于胶筒护肩4与边部胶筒3之间。通过该设置，第三外侧环形面51在组合型密封胶筒100坐封后与套管的内壁接触，第五接触面53在组合型密封胶筒100的坐封过程中与胶筒护肩4接触，第四接触面52在组合型密封胶筒100的坐封过程中与边部胶筒3接触。这样，胶筒护肩4的对应的接触面发生径向尺寸变大的变形并与套管的内壁接触，同时，在第二支撑环5受压发生形变的过程中，胶筒护肩4还能够减小第二支撑环5从胶筒护肩4和套管内壁的缝隙中挤出的问题发生。

在一些实施例中，胶筒护肩4的材料可为弹性金属和/或非金属材料。其中，优选地，胶筒护肩4的材料可为不锈钢、低碳钢、紫铜、铜合金、铝合金、热塑性材料、塑料、增强塑料重的一种。第一支撑环2的材料可为不锈钢或合金钢材料。第二支撑环5的材料可为橡胶、塑料、热塑性材料、增强塑料中的一种。

本申请还提出了一种封隔器装置，包括上述任一的组合型密封胶筒100。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种组合型密封胶筒，其特征在于，包括中部胶筒、两个第一支撑环以及两个边部胶筒，所述中部胶筒的两侧分别且依次抵接一个所述第一支撑环和一个所述边部胶筒；所述组合型密封胶筒还包括胶筒护肩，所述胶筒护肩包覆设置在两个所述边部胶筒中的至少一个所述边部胶筒上，同时，所述胶筒护肩位于所述边部胶筒的远离所述第一支撑环的一侧；其中，对称设置的两个所述第一支撑环相对于所述中部胶筒的压缩方向平行，所述胶筒护肩的包覆方向与所述第一支撑环的护肩的包覆方向相对设置，所述胶筒护肩上沿周向形成有结构薄弱区。

2.根据权利要求1所述的组合型密封胶筒，其特征在于，所述结构薄弱区构造为若干条割缝或沟槽的结构，所述割缝或所述沟槽沿所述胶筒护肩的周向形成在所述胶筒护肩的外周壁上，其中，所述割缝或所述沟槽构造为连续的或非连续的；和/或，所述割缝构造为部分贯穿或全部贯穿。

3.根据权利要求2所述的组合型密封胶筒，其特征在于，所述胶筒护肩的内侧面与所述边部胶筒的外侧面构造成倾斜的贴合面，所述倾斜的贴合面的倾斜角度范围为20°-80°。

4.根据权利要求2或3所述的组合型密封胶筒，其特征在于，所述割缝或所述沟槽所在的平面与所述胶筒护肩的轴线的夹角范围为5°-85°。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的组合型密封胶筒，其特征在于，所述胶筒护肩的壁厚为1mm-5mm。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的组合型密封胶筒，其特征在于，所述第一支撑环包括：

第一环形部，所述第一环形部包括：第一外侧环形面；和沿轴线方向相对连接在所述第一外侧环形面的两侧的第一接触面和第二接触面；和

第二环形部，与所述第一环形部同轴相连于所述第二接触面上，所述第二环形部包括：第二外侧环形面；和连接在所述第二外侧环形面的远离所述第二接触面的一侧的第三接触面；

其中，所述护肩形成在所述第一接触面的边缘上，所述边部胶筒与所述第一接触面相抵接；所述中部胶筒与所述第二接触面、所述第二外侧环形面以及所述第三接触面相抵接。

7.根据权利要求6所述的组合型密封胶筒，其特征在于，还包括第二支撑环，所述第二支撑环对称设置在所述边部胶筒的远离所述第一支撑环的一侧，其中，所述第二支撑环与所述第一支撑环的相对于所述边部胶筒的包覆方向相对。

8.根据权利要求7所述的组合型密封胶筒，其特征在于，所述第二支撑环包括：第三外侧环形面；和沿轴线方向相对连接在所述第三外侧环形面的两侧的第四接触面和第五接触面；其中，所述第四接触面与所述边部胶筒相抵接，所述第五接触面用于设置所述胶筒护肩。

9.根据权利要求7所述的组合型密封胶筒，其特征在于，所述胶筒护肩的材料为弹性金属和/或非金属材料；和/或，所述第一支撑环的材料为不锈钢或合金钢材料；和/或，所述第二支撑环的材料为橡胶、塑料、热塑性材料、增强塑料中的一种。

10.一种封隔器装置，其特征在于，包括根据权利要求1-9中任一项所述的组合型密封胶筒。

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